《電子技術應用》
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OLED技術的工作原理及其發光過程全解析
摘要: OLED是一種由有機分子薄片組成的固態設備,施加電力之后就能發光。在本文中,您將了解到OLED技術的工作原理,OLED有哪些類型,OLED同其他發光技術相比的優勢與不足,以及OLED需要克服的一些問題。
Abstract:
Key words :

  OLED是一種由有機分子薄片組成的固態設備,施加電力之后就能發光。OLED能讓電子設備產生更明亮、更清晰的圖像,其耗電量小于傳統的發光二極管(LED),也小于當今人們使用的液晶顯示器(LCD)。

  在本文中,您將了解到OLED技術的工作原理,OLED有哪些類型,OLED同其他發光技術相比的優勢與不足,以及OLED需要克服的一些問題。

  類似于LED,OLED是一種固態半導體設備,其厚度為100-500納米,比頭發絲還要細200倍。OLED由兩層或三層有機材料構成;依照最新的OLED設計,第三層可協助電子從陰極轉移到發射層。本文主要涉及的是雙層設計模型。

 

  一、OLED的結構

 

  OLED由以下各部分組成:

 

  OLED的結構

  OLED的結構

 

  基層(透明塑料,玻璃,金屬箔)——基層用來支撐整個OLED。

  陽極(透明)——陽極在電流流過設備時消除電子(增加電子“空穴”)。

  有機層——有機層由有機物分子或有機聚合物構成。

  導電層——該層由有機塑料分子構成,這些分子傳輸由陽極而來的“空穴”??刹捎镁郾桨纷鳛镺LED的導電聚合物。

  發射層——該層由有機塑料分子(不同于導電層)構成,這些分子傳輸從陰極而來的電子;發光過程在這一層進行。可采用聚芴作為發射層聚合物。

  陰極(可以是透明的,也可以不透明,視OLED類型而定)——當設備內有電流流通時,陰極會將電子注入電路。

 

  二、OLED的制造

 

  OLED生產過程中最重要的一環是將有機層敷涂到基層上。完成這一工作,有三種方法:

  1、真空沉積或真空熱蒸發(VTE)

  位于真空腔體內的有機物分子會被輕微加熱(蒸發),然后這些分子以薄膜的形式凝聚在溫度較低的基層上。這一方法成本很高,但效率較低。

  2、有機氣相沉積(OVPD)

  在一個低壓熱壁反應腔內,載氣將蒸發的有機物分子運送到低溫基層上,然后有機物分子會凝聚成薄膜狀。使用載氣能提高效率,并降低OLED的造價。

  3、噴墨打印

  利用噴墨技術可將OLED噴灑到基層上,就像打印時墨水被噴灑到紙張上那樣。噴墨技術大大降低了OLED的生產成本,還能將OLED打印到表面積非常大的薄膜上,用以生產大型顯示器,例如80英寸大屏幕電視或電子看板。

 

  OLED制造

  OLED制造

 

  三、OLED的發光過程

 

  OLED發光的方式類似于LED,需經歷一個稱為電磷光的過程。

 

  OLED的發光過程

  OLED的發光過程

 

  具體過程如下:

  1、OLED設備的電池或電源會在OLED兩端施加一個電壓。

  2、電流從陰極流向陽極,并經過有機層(電流指電子的流動)。

  3、陰極向有機分子發射層輸出電子。

  4、陽極吸收從有機分子傳導層傳來的電子。(這可以視為陽極向傳導層輸出空穴,兩者效果相等。

  5、 在發射層和傳導層的交界處,電子會與空穴結合。

  6、電子遇到空穴時,會填充空穴(它會落入缺失電子的原子中的某個能級)。

  7、這一過程發生時,電子會以光子的形式釋放能量。

  8、OLED發光。

  9、光的顏色取決于發射層有機物分子的類型。生產商會在同一片OLED上放置幾種有機薄膜,這樣就能構成彩色顯示器。

  10、光的亮度或強度取決于施加電流的大小。電流越大,光的亮度就越高。

 

  四、OLED的分類

 

  以下是幾種OLED:被動矩陣OLED、 主動矩陣OLED、透明OLED、頂部發光OLED、可折疊OLED、白光OLED等。

  每一種OLED都有其獨特的用途。接下來,我們會逐一討論這幾種OLED。首先是被動矩陣和主動矩陣OLED。

  被動矩陣OLED(PMOLED)

 

  被動矩陣OLED結構

  被動矩陣OLED結構

 

  PMOLED具有陰極帶、有機層以及陽極帶。陽極帶與陰極帶相互垂直。陰極與陽極的交叉點形成像素,也就是發光的部位。外部電路向選取的陰極帶與陽極帶施加電流,從而決定哪些像素發光,哪些不發光。此外,每個像素的亮度與施加電流的大小成正比。

  PMOLED易于制造,但其耗電量大于其他類型的OLED,這主要是因為它需要外部電路的緣故。PMOLED用來顯示文本和圖標時效率最高,適于制作小屏幕(對角線2-3英寸),例如人們在移動電話、掌上型電腦 以及MP3播放器上經常能見到的那種。即便存在一個外部電路,被動矩陣OLED的耗電量還是要小于這些設備當前采用的LCD。

 

  主動矩陣OLED(AMOLED)

 

  主動矩陣OLED結構

  主動矩陣OLED結構

 

  AMOLED具有完整的陰極層、有機分子層以及陽極層,但陽極層覆蓋著一個薄膜晶體管(TFT)陣列,形成一個矩陣。TFT陣列本身就是一個電路,能決定哪些像素發光,進而決定圖像的構成。

  AMOLED的耗電量低于PMOLED,這是因為TFT陣列所需電量要少于外部電路,因而AMOLED適合用于大型顯示屏。AMOLED還具有更高的刷新率,適于顯示視頻。AMOLED的最佳用途是電腦顯示器、大屏幕電視以及電子告示牌或看板。

  透明OLED

 

  透明OLED結構

  透明OLED結構

 

  透明OLED只具有透明的組件(基層、陽極、陰極),并且在不發光時的透明度最高可達基層透明度的85%。當透明OLED顯示器通電時,光線可以雙向通過。透明OLED顯示器既可采用被動矩陣,也可采用主動矩陣。這項技術可以用來制作多在飛機上使用的平視顯示器。

  頂部發光OLED

 

  頂部發光OLED具有不透明或反射性的基層。它們最適于采用主動矩陣設計。生產商可以利用頂部發光OLED顯示器制作智能卡。

 

  頂部發光OLED結構

  頂部發光OLED結構

 

  可折疊OLED

 

  可折疊OLED的基層由柔韌性很好的金屬箔或塑料制成??烧郫BOLED重量很輕,非常耐用。它們可用于諸如移動電話和掌上型電腦等設備,能夠有效降低設備破損率,而設備破損是退貨和維修的一大誘因。將來,可折疊OLED有可能會被縫合到纖維中,制成一種很“智能”的衣服,舉例來說,未來的野外生存服可將電腦芯片、移動電話、GPS接收器和OLED顯示器通通集成起來,縫合在衣物里面。

  白光OLED

 

  白光OLED所發白光的亮度、均衡度和能效都要高于日光燈發出的白光。白光OLED同時具備白熾燈照明的真彩特性。我們可以將OLED制成大面積薄片狀,因此OLED可以取代目前家庭和建筑物使用的日光燈。將來,使用OLED有望降低照明所需的能耗。

 

  五、OLED技術優勢

 

  目前,LCD是小型設備顯示器的首選,而大屏幕電視采用LCD的情況也很普遍。常規LED可以用來構成電子表和其他電子設備上的數字。OLED則具備很多LCD與LED所不具備的優勢:

  相較于LED或LCD的晶體層,OLED的有機塑料層更薄、更輕而且更富于柔韌性。

  OLED的發光層比較輕,因此它的基層可使用富于柔韌性的材料,而不會使用剛性材料。OLED基層為塑料材質,而LED和LCD則使用玻璃基層。

  OLED比LED更亮。OLED有機層要比LED中與之對應的無機晶體層薄很多,因而OLED的導電層和發射層可以采用多層結構。此外,LED和LCD需要用玻璃作為支撐物,而玻璃會吸收一部分光線。OLED則無需使用玻璃。

  OLED并不需要采用LCD中的逆光系統,LCD工作時會選擇性地阻擋某些逆光區域,從而讓圖像顯現出來,而OLED則是靠自身發光。因為OLED不需逆光系統,所以它們的耗電量小于LCD(LCD所耗電量中的大部分用于逆光系統)。這一點對于靠電池供電的設備(例如移動電話)來說,尤其重要。

  OLED制造起來更加容易,還可制成較大的尺寸。OLED為塑膠材質,因此可以將其制作成大面積薄片狀。而想要使用如此之多的晶體并把它們鋪平,則要困難得多。

  OLED的視野范圍很廣,可達170度左右。而LCD工作時要阻擋光線,因而在某些角度上存在天然的觀測障礙。OLED自身能夠發光,所以視域范圍也要寬很多。

 

  六、OLED的問題

 

  OLED似乎是一項完美無缺的技術,適合各類的顯示器,但它也存在一些問題:

  壽命:盡管紅色和綠色的OLED薄膜壽命較長(10000-40000小時),但根據目前的技術水準,藍色有機物的壽命要短的多(僅有約1000小時)。

  制造:OLED的造價目前還比較高。

  水:OLED如果遇水,很容易就會損毀。

此內容為AET網站原創,未經授權禁止轉載。
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