OLED的分类和结构原理及发光过程解析

　　OLED是一种由有机分子薄片组成的固态设备，施加电力之后就能发光。OLED能让电子设备产生更明亮、更清晰的图像，其耗电量小于传统的发光二极管（LED），也小于当今人们使用的液晶显示器（LCD）。

　　在本文中，您将了解到OLED技术的工作原理，OLED有哪些类型，OLED同其他发光技术相比的优势与不足，以及OLED需要克服的一些问题。

　　类似于LED，OLED是一种固态半导体设备，其厚度为100-500纳米，比头发丝还要细200倍。OLED由两层或三层有机材料构成；依照最新的OLED设计，第三层可协助电子从阴极转移到发射层。本文主要涉及的是双层设计模型。

　　一、OLED的结构

　　OLED由以下各部分组成：

OLED的结构

　　基层（透明塑料，玻璃，金属箔）——基层用来支撑整个OLED。

　　阳极（透明）——阳极在电流流过设备时消除电子（增加电子“空穴”）。

　　有机层——有机层由有机物分子或有机聚合物构成。

　　导电层——该层由有机塑料分子构成，这些分子传输由阳极而来的“空穴”。可采用聚苯胺作为OLED的导电聚合物。

　　发射层——该层由有机塑料分子（不同于导电层）构成，这些分子传输从阴极而来的电子；发光过程在这一层进行。可采用聚芴作为发射层聚合物。

　　阴极（可以是透明的，也可以不透明，视OLED类型而定）——当设备内有电流流通时，阴极会将电子注入电路。

　　二、OLED的制造

　　OLED生产过程中最重要的一环是将有机层敷涂到基层上。完成这一工作，有三种方法：

　　1、真空沉积或真空热蒸发（VTE）

　　位于真空腔体内的有机物分子会被轻微加热（蒸发），然后这些分子以薄膜的形式凝聚在温度较低的基层上。这一方法成本很高，但效率较低。

　　2、有机气相沉积（OVPD）

　　在一个低压热壁反应腔内，载气将蒸发的有机物分子运送到低温基层上，然后有机物分子会凝聚成薄膜状。使用载气能提高效率，并降低OLED的造价。

　　3、喷墨打印

　　利用喷墨技术可将OLED喷洒到基层上，就像打印时墨水被喷洒到纸张上那样。喷墨技术大大降低了OLED的生产成本，还能将OLED打印到表面积非常大的薄膜上，用以生产大型显示器，例如80英寸大屏幕电视或电子看板。

OLED制造

　　三、OLED的发光过程

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　　OLED发光的方式类似于LED，需经历一个称为电磷光的过程。

OLED的发光过程

　　具体过程如下：

　　1、OLED设备的电池或电源会在OLED两端施加一个电压。

　　2、电流从阴极流向阳极，并经过有机层（电流指电子的流动）。

　　3、阴极向有机分子发射层输出电子。

　　4、阳极吸收从有机分子传导层传来的电子。（这可以视为阳极向传导层输出空穴，两者效果相等。

　　5、 在发射层和传导层的交界处，电子会与空穴结合。

　　6、电子遇到空穴时，会填充空穴（它会落入缺失电子的原子中的某个能级）。

　　7、这一过程发生时，电子会以光子的形式释放能量。

　　8、OLED发光。

　　9、光的颜色取决于发射层有机物分子的类型。生产商会在同一片OLED上放置几种有机薄膜，这样就能构成彩色显示器。

　　10、光的亮度或强度取决于施加电流的大小。电流越大，光的亮度就越高。

　　四、OLED的分类

　　以下是几种OLED：被动矩阵OLED、 主动矩阵OLED、透明OLED、顶部发光OLED、可折叠OLED、白光OLED等。

　　每一种OLED都有其独特的用途。接下来，我们会逐一讨论这几种OLED。首先是被动矩阵和主动矩阵OLED。

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　　被动矩阵OLED（PMOLED）

被动矩阵OLED结构

　　PMOLED具有阴极带、有机层以及阳极带。阳极带与阴极带相互垂直。阴极与阳极的交叉点形成像素，也就是发光的部位。外部电路向选取的阴极带与阳极带施加电流，从而决定哪些像素发光，哪些不发光。此外，每个像素的亮度与施加电流的大小成正比。

　　PMOLED易于制造，但其耗电量大于其他类型的OLED，这主要是因为它需要外部电路的缘故。PMOLED用来显示文本和图标时效率最高，适于制作小屏幕（对角线2-3英寸），例如人们在移动电话、掌上型电脑 以及MP3播放器上经常能见到的那种。即便存在一个外部电路，被动矩阵OLED的耗电量还是要小于这些设备当前采用的LCD。

　　主动矩阵OLED（AMOLED）

主动矩阵OLED结构

　　AMOLED具有完整的阴极层、有机分子层以及阳极层，但阳极层覆盖着一个薄膜晶体管（TFT）阵列，形成一个矩阵。TFT阵列本身就是一个电路，能决定哪些像素发光，进而决定图像的构成。

　　AMOLED的耗电量低于PMOLED，这是因为TFT阵列所需电量要少于外部电路，因而AMOLED适合用于大型显示屏。AMOLED还具有更高的刷新率，适于显示视频。AMOLED的最佳用途是电脑显示器、大屏幕电视以及电子告示牌或看板。

　　透明OLED

透明OLED结构

　　透明OLED只具有透明的组件（基层、阳极、阴极），并且在不发光时的透明度最高可达基层透明度的85%。当透明OLED显示器通电时，光线可以双向通过。透明OLED显示器既可采用被动矩阵，也可采用主动矩阵。这项技术可以用来制作多在飞机上使用的平视显示器。

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　　顶部发光OLED

　　顶部发光OLED具有不透明或反射性的基层。它们最适于采用主动矩阵设计。生产商可以利用顶部发光OLED显示器制作智能卡。

顶部发光OLED结构

　　可折叠OLED

　　可折叠OLED的基层由柔韧性很好的金属箔或塑料制成。可折叠OLED重量很轻，非常耐用。它们可用于诸如移动电话和掌上型电脑等设备，能够有效降低设备破损率，而设备破损是退货和维修的一大诱因。将来，可折叠OLED有可能会被缝合到纤维中，制成一种很“智能”的衣服，举例来说，未来的野外生存服可将电脑芯片、移动电话、GPS接收器和OLED显示器通通集成起来，缝合在衣物里面。

　　白光OLED

　　白光OLED所发白光的亮度、均衡度和能效都要高于日光灯发出的白光。白光OLED同时具备白炽灯照明的真彩特性。我们可以将OLED制成大面积薄片状，因此OLED可以取代目前家庭和建筑物使用的日光灯。将来，使用OLED有望降低照明所需的能耗。

　　五、OLED技术优势

　　目前，LCD是小型设备显示器的首选，而大屏幕电视采用LCD的情况也很普遍。常规LED可以用来构成电子表和其他电子设备上的数字。OLED则具备很多LCD与LED所不具备的优势：

　　相较于LED或LCD的晶体层，OLED的有机塑料层更薄、更轻而且更富于柔韧性。

　　OLED的发光层比较轻，因此它的基层可使用富于柔韧性的材料，而不会使用刚性材料。OLED基层为塑料材质，而LED和LCD则使用玻璃基层。

　　OLED比LED更亮。OLED有机层要比LED中与之对应的无机晶体层薄很多，因而OLED的导电层和发射层可以采用多层结构。此外，LED和LCD需要用玻璃作为支撑物，而玻璃会吸收一部分光线。OLED则无需使用玻璃。

　　OLED并不需要采用LCD中的逆光系统，LCD工作时会选择性地阻挡某些逆光区域，从而让图像显现出来，而OLED则是靠自身发光。因为OLED不需逆光系统，所以它们的耗电量小于LCD（LCD所耗电量中的大部分用于逆光系统）。这一点对于靠电池供电的设备（例如移动电话）来说，尤其重要。

　　OLED制造起来更加容易，还可制成较大的尺寸。OLED为塑胶材质，因此可以将其制作成大面积薄片状。而想要使用如此之多的晶体并把它们铺平，则要困难得多。

　　OLED的视野范围很广，可达170度左右。而LCD工作时要阻挡光线，因而在某些角度上存在天然的观测障碍。OLED自身能够发光，所以视域范围也要宽很多。

　　六、OLED的问题

　　OLED似乎是一项完美无缺的技术，适合各类的显示器，但它也存在一些问题：

　　寿命：尽管红色和绿色的OLED薄膜寿命较长（10000-40000小时），但根据目前的技术水准，蓝色有机物的寿命要短的多（仅有约1000小时）。

　　制造：OLED的造价目前还比较高。

　　水：OLED如果遇水，很容易就会损毁。