OLED的发展方向

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2024年5月4日发(作者：)

OLED的发展方向

091130107 王安琪

摘要

传统的显示器包括CRT和LCD，其显像原理都是通过一定的媒介来进行间接显像，而

OLED（Organic Light-Emitting Diode，有机发光二极管）则是直接通过控制相应位置二极管的

亮度来显示对应的图像。其具有许多突出的优点，近年来取得了非常快速的发展。与此同时，

OLED在工业产业中也开始了广泛的应用，尤其是在高科技产业中，例如手机行业等。本文

主要讨论近年来OLED的发展成果并将其与传统显示器件进行比较，并对其将来发展方向作

简单的预测。

关键词

OLED AMOLED 电致发光产业发展

正文

OLED（Organic Light-Emitting Diode，有机发光二极管）是近年来飞速发展的新型显示器

的基础。与传统的显示器不同的是，其应用的是主动发光的原理。传统的黑白CRT显示器

和黑白电视机是依靠在不同的加速电场下电子束的偏转不同来逐行轰击显像管内壁涂有的

荧光粉，从而使之发光，其亮度通过电压调节电子束功率来控制。而彩色CRT显示器和传

统彩色电视机则是将颜色分为RGB（红绿蓝）三个通道，然后分别通过电子束进行轰击。而

LCD显示器则是通过LC（Liquid Crystal，液晶）对光的偏振性，利用两层液晶的夹角来使光

线的透过率发生变化，从而控制屏幕的亮度。而彩色LCD显示器同样是通过将色彩分为RGB

三个通道，分别通过红、绿、蓝三块液晶板并在棱镜中重新汇聚，从而投影出彩色的画面。

LCD显示器需要一个背光源来为其提供本底。传统的LCD显示器使用CCFL（Cold Cathode

Fluorescent Lamp，冷阴极荧光管）来提供白色背光源，而LED-LCD显示器则是通过使用LED

（Light-Emitting Diode，发光二极管）来提供背光源。这两种显示器都不是通过发光元器件

直接发光，而是通过一定的途径被动产生图像。因此，以其为核心生产显示器的体积和厚度

通常都比较大。与此同时，CRT显示器和LCD显示器的核心部件显像管和液晶屏幕均比较容

易损坏，且更换成本很高。而LED的出现则改变了这一点。

LED包括两种，采用无机材料（主要是III-V族化合物，如GaAs）半导体元件的传统LED

和采用有机材料半导体元件的OLED。二者的发光原理类似，都是通过电子与空穴的结合产

生激发态的电子，随后电子向低能级跃迁发出光子。传统LED的电子在电场作用下从N区

经过P-N界面并进入P区，随后在P区与空穴结合并向外辐射电磁波，而OLED则是由阴阳

极及夹在期中的有机层所组成。当OLED受到外加电压时，电子和空穴分别从阴阳极进入有

机层，二者随后在有机层结合并向外辐射

电磁波。传统LED跃迁辐射的波长由P-N

结两极的材料决定，而OLED的跃迁辐射

波长则在很大程度上由有机层的性质所决

定。

OLED具有高应答速度（小于0.1ms）、

省电、重量轻且可随硬件设备小型化、薄

型化等优点。在制造OLED中，材料的合成

是首要步骤，起着决定性的作用。在现代

OLED家用化的进程中，非常重要的一点是

提升OLED的彩色显示能力，因此，寻找具有适当Tg点和激发波长的夹层用有机物就成为了

OLED发展的突破点。目前使用最广的有机发光材料小分子是叔芳胺，如TPD

（4,4’-bis[3-totylphenylamino]-1,1'-biphenyl），NPB

（4,4'-bis[1-naphthylphenylamino]-1,1'-biphenyl）等，它们具有良好的稳定性和光学性。其他

的有机染料也是研究的重点方向，例如吡唑啉衍生物就是一类优秀的蓝色OLED发光材料。

据文献报道，有实验测量了以下数据：

从右图及右表中的数据可以看出（数据来源：参考文献4），三种吡唑啉衍生物的生色区

域均位于蓝色光区，且其荧光发射均较强，荧光量子产率均相当高。同时，由于化合物EP5

具有更大的共轭体系，因此其具有最高的荧光量子产率。

另一方面，在RGB三通道中，为了能够显示各种颜色的图像，需要红绿蓝三种颜色进行

不同亮度的配比。因此，对OLED的亮度需要能够通过一定的途径进行精确的控制。通常在

实践中，通过对加在OLED上的电压来控制二极管发光的亮度。右图是在NPB/TPBI界面两侧

均掺杂了EP5的器件的电流-亮度-电压特

征曲线。可以看出，该器件是一具有较

高的荧光量子效率和较好的电流-电压

特性的OLED蓝色发光器件。

OLED器件由阴阳极及中间的有机夹

层所组成。因此，除了中间所夹的有机

导电层以外，两侧的阴阳极材料同样是

目前研究的重点方向。由于OLED在本质

上仍然是发光二极管的一种，因此其基

本结构与一般的LED一样，都是P-N结。

因此，其阴阳极材料通常就是无机材料。

因此，无机材料和有机材料如何更好地

结合在一起就成为了OLED发展的关键问

题。

以透明导电氧化物（TCO）为例，其具有较大的禁带宽度（>3ev），在可见光区有较高

的透射率，在近、中红外区有较高的反射率，对微波就较强的衰减性。在OLED的夹层结构

中，阳极不仅仅是空穴注入层，还是透光面。因此，阳极材料电学及光学性能的优劣将直接

影响整个器件的性能。以氧化锌铝（ZAO）为例，其电阻率可以达到1×10Ω/cm，对可见光

的透射率可以超过80%。但与此同时，阳极材料薄膜的材料均匀性也将直接影响OLED的电学

及光学性质，因此，在选择材料时，选择能够较好地制得均匀薄膜的为宜。

OLED在实际的试用中产生了一些问题。例如，其最大的优势在于其的可薄型化、可柔

-4

性显示等独特的特点。而喷墨打印被认为是实现上述优势最有效的途径。而为了实现喷墨打

印，需要才要可溶液制备的发光层。一般情况下，制备发光层时，需要将磷光材料掺杂进聚

合物主体中。但是大部分聚合物材料都是空穴传输材料，导致电子、空穴在发光层中的分布

很不均衡，降低了发光效率。因此，就需要通过一定的途径来进行改进。有研究者指出，可

以通过界面改造制作栅形电极或者采用共掺杂的办法制作混合界面层来提高发光效率。

与此同时，OLED的使用寿命也是其在实际使用中所遇到的一个很重要的问题。据文献

报道，有利用LED和OLED相结合来提升OLED使用寿命的方法，但具体方式并不甚明了。

目前在实际应用中，OLED主要分为两种，分别为有源驱动式（AMOLED）和无源驱动式

（PMOLED）。相比而言，AMOLED将随着技术的发展而拥有更广阔的市场前景。虽然同LCD

相比，AMOLED具有全固态、主动发光、高亮度、高对比度、快速响应、宽视角等许多优点，

但是其使用寿命以及成本依旧劣于LCD。而同时，LCD技术也仍旧在飞速发展。目前手机常

用的TFT-LCD以及更新一代的IPS技术已经足以满足现阶段人们对显示器件的需求，因此OLED

替代LCD的速度远远低于LCD替代CRT的速度。另一方面，LCD技术以及LCD产业已经形成了一

条规模宏大、结构齐整的产业链，其综合成本较低且已进入良性发展阶段，而OLED产业目

前尚未完整形成。这也是目前在产业上的一大难题。

另一方面，在技术上，目前受限于OLED的技术水平发展，其显示效果相对于LCD并没有

优势。尤其是随着结合了IPS和Retina技术的iPhone4的推出，其在色彩还原度以及视角上已

经不亚于AMOLED材质的屏幕。

但是，综合全球市场的情况而言，未来的材料将会向低耗能方向发展，因此，OLED技

术仍然有很大的发展空间，其取代LCD技术也应只是时间的问题。

结论

OLED技术是近年来在显示领域的一项革命性的技术。其一改传统的CRT及LCD的被动

式发光而采取主动式发光技术。其对能量的利用率达到了想到高的水平。就目前而言，受限

于技术及产业结构完整性，谈论OLED，尤其是AMOLED在各个方面取代LCD（包括TFT-LCD

以及IPS）仍为时尚早。但是随着技术及产业结构的发展，在未来的10年左右，OLED技术

必将成为主流的显示技术。

由于研发的原因，我国在LCD产业中处于比较落后的地位。而在OLED产业中，我国的

有机化学、材料化学学科方面可以充分利用该技术上的一部分空白，大力发展我国自己的

OLED产业。因此，在未来，OLED完全可能成为我国在科技上的一项重要进步以及我国高科

技产业的重要支柱。

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