有機發光二極管OLED及其應用

張萬奎

(湖南理工學院，湖南 岳陽 414006)

有機發光二極管(OLED)發展中的重要里程碑為20世紀80年代中期。美國柯達公司華人工程師鄧青云于1979年發現了具有發光特性的有機材料，并提出多層結構，引入芳香族胺類為傳遞層,成功建立了高效率及低驅動電壓的元件結構，1987年獲得了OLED設計的第一個專利。之后歷經20多年的改進，OLED有了長足的進步。由于OLED為平面發光，而且可在輕薄、可撓式的基材上形成陣列結構,所以非常適合用作照明光源。2010年，OLED的發光效率為80lm/W，目前最好的OLED器件的發光效率為102lm/W。到2015年有望達到120lm/W～150lm/W，將有可能與大功率白色LED競爭，廣泛應用于照明。

1 OLED的基本結構

OLED由銦錫氧化物(ITO)與電源正極相連結，這種銦錫氧化物(ITO)不僅很薄，而且透明；另一個金屬作為負極，OLFD具有半導體特性，其結構層中包括：空穴傳輸層(HTL)、發光層(EL)、電子傳輸層(ETL)。如果電源提供適當電壓，OLED中的正極空穴與負極電荷就能夠在發光層中結合，從而產生光亮。按照其配方的不同產生紅、綠、藍(RGB)三種原色，組成基本色彩。

有機發光二極管(OLED)是一種薄膜多層器件，由碳分子或聚合物組成。它們的構成是：金屬箔、薄膜或平板(剛性或彈性)平臺；電極層；活性物質層；反電極層；保護層。

2 OLED的技術優勢

有機發光二極管OLED幾乎具有LED的所有優點，因為OLED器件結構簡單，制造工藝成本低，還具有以下技術優勢：

1)OLED本身為面光源，容易擴展成大面積平面光源。

2)OLED可制作在柔性塑膠基板上，在住宅照明設計中可結合墻壁、頂棚、地板及家具進行整體設計。

3)OLED是自發光元件，可以大面積掛于室內墻壁上，或嵌在窗戶玻璃上。

美國顯示協會制定的照明用OLED成果目標如表1所示。

4)OLED幾乎不含藍光。藍光是光的三原色之一，當紅、綠、藍三色一起發光就會得到白色。醫學研究顯示，藍光在可見光中波長最短、能量最強。

表1 美國顯示協會制定的OLED應用于照明的成果目標

藍光危害是指光源中400nm～500 nm區間的藍光波段，人的眼睛或者皮膚在燈光下所積累的藍光劑量決定了藍光對人的危害程度。藍光會破壞生物細胞，對人的眼睛、皮膚造成傷害。

高能量的藍光照射到眼睛，會損傷視網膜細胞的粒線體，破壞粒線體的DNA，這表明任何暴露在藍光下的細胞，包括皮膚細胞，都有可能受到傷害。如果皮膚經常暴露在藍光下，皮膚將容易老化。

國際安全標準中，已經根據光源藍光強度制訂出了有關藍光的光生物安全標準，包括制定了可能導致藍光危害的一系列數值標準。光生物安全標準按照是否有藍光危害以及危害程度將光源產品分為三大類：零類產品，指沒有藍光危害的光源產品；一類產品，指具有較小藍光危害，眼睛不能長時間直視的光源產品；二類產品，指具有較大藍光危害的光源產品。目前LED照明光源基本是零類和一類產品，如果是二類產品，一定要在產品及其使用說明書上強制性寫上“眼睛不能盯著看”的標簽。

實際上，電腦、手機、白色燈都放射藍光。目前市場上銷售的LED燈具常用的技術為“藍光芯片+黃色熒光粉”，這就表明，白色LED是利用高亮度藍光LED激發光源中的黃色熒光粉。LED光源中藍光的含量比較高，但這并不說明LED光源比其他電光源對眼睛或皮膚的危害更大。復旦大學電光源研究所對幾種光源中的藍光作了比對實驗，色溫相同的情況下，LED燈和熒光燈(節能燈)的安全性能差不多。

需要特別注意的是，太亮的LED燈具中藍光的比例可能超過安全數值。因此，在購買LED臺燈時，應選擇低色溫(2 700K及以下)的燈具，這種LED燈對人體內褪黑激素分泌的影響較小，有利于保證小孩的睡眠；同時，在購買室內LED燈具時，要選擇有擴散罩或擴散板的產品，這樣就不會直接看到芯片和發光點集中的燈具。

3 OLED的應用

1)OLED照明

實驗研究表明，防止LED藍光危害的方法之一是研制低色溫的LED光源和背光源。從光源色溫的角度出發，夕陽光和燭光所呈現的色溫是一天中最低的，它們所放射的藍光比較少。采用色溫較低或是藍光較少的光源，對褪黑激素的分泌影響較小，使人們在夜晚可以得到放松，入睡也比較安穩。

2012年，臺灣清華大學材料工程系實驗室研發了類夕陽光OLED(燭光OLED)光源，這種光源涵蓋了日落前30min的色溫變化，光色如同夕陽般溫暖，幾乎沒有放射出藍光，非常適合做安全的夜間照明光源。

目前，燭光OLED照明光源商業化產品的規格為：

①光效>30lm/W；

②色溫<2 000K；

③使用壽命：在亮度為1 000cd/m2的情況下>10 000h；

④顯色性>80。

OLED、LED和熒光燈性能比較見表2。

2014年5月18日，LG化學為了將OLED照明應用到建筑物品，在倫敦與AbRogersDesign進行合作項目，其建筑物品被安裝展示在家具博覽會上(5月18日～21日)。AbRogersDesign一直尋求OLED照明的應用產品，近期努力的最終成果是將OLED照明應用在展覽館的接待處內。

表2 OLED、LED和熒光燈性能比較

2)OLED顯示技術

OLED顯示器是指有機半導體材料和發光材料在電流驅動下發光并實現顯示的技術。它具備超輕、超薄(厚度可低于1mm)的特點，而且擁有高清晰度、高亮度、可視角度大、響應速度快(約為LCD速度的1 000倍)、可彎曲等優點。OLED制造成本低且能夠展示完美的視頻，是最具發展前景的下一代顯示技術。例如新開發的OLED電視采用了WRGB顯示方案，在傳統的紅綠藍三基色基礎上增加白色，使得色彩顯示更加豐富，對比度則達到10 000 000∶1，進一步降低畫面鋸齒，提升清晰度，并將動態畫面響應速度提升至0.001ms以上，比液晶電視快1 000倍，徹底解決了傳統電視動態畫面有拖尾殘影的問題，將影音視聽生活提升到新的層次。

清華大學和維信諾公司合作建設OLED生產線，2005年在中國江蘇昆山建設了大規模OLED生產線；隨后幾年，又分別在廣東建設OLED生產線項目5個：汕尾信利小尺寸OLED生產線項目，佛山中顯科技的低溫多晶硅TFT(薄膜場效應晶體管)AMOLED生產線項目，東莞宏威的OLED顯示幕示范生產線項目，惠州茂勤光電公司AM(主動式)OLED光電項目，彩虹在佛山建設的OLED生產線項目。擴大了OLED產品的應用。

[1] 張萬奎,張振.節電技術及其應用[M].北京：中國電力出版社，2014.

[2] 臺灣區照明燈具輸出業同業公會、中國照明學會，海峽兩岸第十二屆照明科技與營銷研討會報告暨論文集[C].2013.