有机电致发光器：轻薄、省电、色彩艳丽

有机电致发光器

Organic Light-Emitting Device（OLED）

当电视机、计算机的显示器还是阴极射线管（CRT）时，我们对它的厚重习以为常。液晶屏有轻薄、节电、低辐射等特点。正因为如此，它迅速取代阴极射线管成为显示器的主流。科技的发展是日新月异的，如今液晶屏的地位必将被更先进的显示设备所取代。本实验将介绍有机电致发光器件（OLED），用OLED制成的显示器不但比液晶屏更轻更薄更省电，色彩更加艳丽逼真，而且可以卷曲折叠，即使外部光线很强，也能清晰显示，所以很可能成为液晶显示的终结者。

实验装置

OLED显示器、普通液晶显示器、老式阴极射线管显示器各一台。

现象观察

从外观上比较三种不同显示器在厚度和重量上的差别。显而易见，阴极射线管显示器是非常笨重的，而液晶显示器则轻薄很多，OLED显示器最薄，厚度仅为液晶显示器的三分之一，质量也是最小的。

图1　OLED和液晶屏的显示效果对比

（a）左边为OLED，右侧为液晶屏（b）上图为液晶屏，下图为OLED屏

图片来源：http://www.symbian-guru.com/wp-content/uploads/2008/08/oled_vs_lcd_2full.jpg

打开OLED显示器和液晶显示器，观察两者成像的色彩质量以及在强光下的清晰程度。图1（a）是两种显示器的色彩对比效果图，可以看出，OLED显示屏的色彩更加清晰艳丽。图1（b）是两款性能相近、但分别采用OLED屏和液晶屏的手机的显示效果对比图，OLED屏的优势明显。把两种显示器置于强光环境，譬如阳光下，液晶显示屏很难看清屏幕上的内容，而OLED屏却仍然显示清晰。

现象解密

液晶显示器需要用背景光源照亮，因此强光会使它的显示效果变差，而OLED的自身结构特点决定了它不受环境亮度的影响。

典型的有机电致发光器件如图2所示，它是由上下两个电极和夹在中间的具有半导体性质的有机薄膜（所有薄膜的厚度加在一起不超过0.2μm）构成，其中一个电极是透明的，以便于产生的光能从该电极射出。整个器件制作在透明基底（玻璃衬底）上，用透明的ITO涂在玻璃衬底上面，通过蚀刻成条状后作为器件的阳极，然后通过真空热蒸发沉积的方式依次沉积空穴注入层、发光层和电子传输层，然后通过热蒸发沉积或电子束沉积的方式蒸镀低功函数的金属作为器件的阴极，封装后即可得到一个简单的OLED器件。

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图2　典型的OLED器件结构示意图

当把5V左右的低压直流电加在两个电极上时，空穴和电子会分别通过阳极和阴极进入到空穴注入层和电子传输层中。在外加电场的作用下，空穴和电子在各自的传输层中相向迁移到有机发光层，因为有机物不容易导电，所以空穴和电子在有机层内运动得比较慢，相互靠近的空穴和电子通过静电库仑力相互作用而束缚形成激子，部分激子以辐射衰减的方式释放能量，释放的能量转换为光子而导致发光。

由上述发光机制可见，OLED是自发光，不需要背景光源来照亮，而且只需要很低的电压就可以发光，所以能耗很低。OLED使用的有机材料成本较低，这也有利于该器件的大规模推广。当然，OLED器件还有一些缺点，要成为现在主流显示器的替代品，仍需要不断探索和研究改进其性能。

应用拓展

OLED的另一个优势是，它可以选择柔性可弯曲的透明材料作为衬底，把透明阳极、有机材料和阴极蒸镀其上，制备成柔性OLED器件。最新报道称，多伦多大学的研究人员把厚度仅为50-100nm的钽氧化物薄片贴在软性塑料上，制备出经久耐用、抗冲击性强的高效柔性OLED器件，如图3（a）。我们有理由相信，可折叠的显示器不久将走入我们的生活中。

图3　柔性OLED的一些例子（a）高效柔性OLED展示（b）可折叠的OLED

目前，一些小屏幕的OLED器件已应用于手机、数码相机和掌上电脑。大屏幕的OLED器件也在不断推出。图4（a）所示的OLED电视，厚度非常薄，而亮度和色彩却极其丰富；图4（b）所示的由OLED制备的3D电视，无论色彩、亮度与立体效果都比液晶屏要强很多。

图4（c）是三菱公司推出的目前世界上屏幕最大的OLED显示器，尺寸达155寸，亮度比普通液晶显示器或等离子显示器高3-4倍，明暗对比是液晶电视的2倍。

图4　几种OLED显示器（a）超薄的OLED电视（b）3DOLED电视（c）最大的OLED显示屏

思考题

1.OLED同液晶显示器相比，有哪些优点和缺点？

2.根据OLED的特点，想想在生活中它还可以有哪些应用？