有机发光二极管有哪些应用领域有哪些优点

有机发光二极管即OLED，又被称为有机电激光显示。OLED显示技术具有自发光的特性，OLED屏幕也具备了许多LED无可比拟的优势。有机发光二极管同普通发光二极管发光的原理相同，即利用半导体经过渗透杂质处理后形成PN结，电子由P型材料引入，当电子与半导体内的空穴相遇时，有可能掉到较低的能带上，从而放出能量与能隙相同的光子，从而形成有机发光二极管。有机发光二极管的光线波长取决于发光材料的能隙大小，若要使其产生可见光，就必须使材料的低能带与高能导带之间的能隙大小落在狭窄的范围内，大约2-3电子伏特。 有机发光二极管应用 1、1997-2001年，有机发光二极管的试验阶段，在这个阶段，有机发光二极管开始走出实验室，主要应用在汽车音响面板、PDA手机上。但产量非常有限，产品规格也很少，均为无源驱动，单色或区域彩色，很大程度上带有试验和试销的性质。2001年全球销售额仅有1.5亿美元。2、2002－2005年，有机发光二极管的成长阶段，这个阶段人们已能广泛接触到带有有机发光二极管的产品，包括车载显示器，PDA、手机、DVD、数码相机、头盔用微显示器和家电产品。有机发光二极管产品正式走入市场，主要是进入传统LCD、VFD等显示领域。这一时期仍以无源驱动、单色或多色显示、10英寸以下面板为主，但有源驱动的、全彩色和10英寸以上面板也开始投入使用。 3、2005年以后，有机发光二极管的成熟阶段，随着有机发光二极管产业化技术的日渐成熟，有机发光二极管开始全面出击显示器市场并拓展属于自己的应用领域，有机发光二极管各项技术上的优势得到充分发掘和发挥。有机发光二极管产业化已经开始，未来将是OLED技术走向成熟和市场需求高速增长的阶段。 有机发光二极管优势1、技术优势有机发光二极管无辐射，重量超轻薄，柔软显示，屏幕可卷曲。 2、成本优势有机发光二极管制造工艺简单，批量生产成本要比LCD至少节省20%。 3、适应性强有机发光二极管能在-45℃～80℃温度下正常显示。 4、节能性强有机发光二极管由于是有机材料自己发光，驱动电压低，无需后背光源，因而更加节省能源。 5、可视角大有机发光二极管接近180度。 6、反应速度快有机发光二极管显示屏中的单个元素反应速度是LCD的1000倍，可实现精彩的视频重放，色彩炫丽，绝不会出现拖曳现象。 有机发光二极管具有如此多的优点，所以具有广泛的市场应用前景，主要领域包括：商业领域如POS机和ATM机、复印机、游戏机等；通讯领域如手机、移动网络终端等；计算机领域如PDA、商用和家用计算机等；消费类电子产品如音响设备、数码相机、便携式DVD；工业应用领域如仪器仪表等；交通领域如GPS、飞机仪表等。

背景

我们生活中遇到的大多数电子器件，通常都是由无机材料例如硅制成，属于无机半导体器件。可是，由于僵硬、易碎、成本高、工艺复杂、生物相容性差等诸多弊端，传统硅基半导体面临着严峻的挑战。此外，硅基半导体的制造工艺也正在逼近物理极限。

因此，世界各国的科学家们正在研制各种新型电子器件来克服这些弊端，进一步提升电子器件的性能，拓展其应用场景。近年来，一种新型电子器件备受科学家们的追捧，它就是由有机半导体材料制成的有机电子器件。有机电子器件不仅具备良好的柔韧性与透明性，而且超薄、超轻、对环境友好。这些材料可通过简单、环保、低成本的工艺进行加工，例如制作成溶液后大面积打印。

这些更加柔韧、轻薄、便携、透明的有机电子产品，可以应用于诸多领域，例如柔性太阳能电池、柔性显示器、柔性传感器、柔性可穿戴设备、植入式设备等。其中，有机发光二极管（OLED）便是一个成功商用的典型案例，最新一代的智能手机已经开始采用OLED显示屏。

创新

今天，笔者要为大家介绍有机电子领域的一项新进展。

近日，日本东京工业大学材料科学与工程系 Tsuyoshi Michinobu 和 Yang Wang 领导的研究团队，报告了一种具有世界领先的电子迁移率性能的单极n型晶体管。他们采用了一种新方法来提升之前被证明很难优化的半导体聚合物电子迁移率。他们的高性能材料实现了达 7.16 cm2 V−1 s−1的电子迁移率，相比于之前可比的成果提升了40%以上。

《Journal of the American Chemical Society》期刊上发表的论文表明，他们专注于提升所谓的“n型半导体聚合物”材料的性能。n型材料以带负电的电子导电为主；相对而言，p型材料以带正电的空穴导电为主。Michinobu 解释道：“因为与带正电的原子团相比，带负电的原子团天生就是不稳定的，所以制造稳定的n型半导体一直是有机电子领域的一个重要挑战。”

技术

然而，这项研究既应对了基本挑战，也满足了实用的需求。Wang 表示，例如，许多有机太阳能电池，就是由p型半导体聚合物和n型富勒烯衍生物制成的。缺点就是，后者成本高，难以合成，不兼容柔性器件。他说：“为了克服这些缺点，高性能的n型半导体聚合物非常有希望能够推进全聚合物太阳能电池方面的研究。”

团队的方法包括采用一系列新型聚合（benzothiadiazole-naphthalenediimide）衍生物，以及微调材料的骨干构象。这种方法可以通过引入“1,2-亚乙烯基桥（vinylene bridges）”来实现。之前的研究表明，这种结构被认为是一种有效的间隔物，而这种间隔物却从来没有在这项研究所关注的聚合物中使用过。它能与相邻的氟原子和氧原子形成氢键。引入这些“1,2-亚乙烯基桥”需要可以优化反应条件的重要技术。

总体来说，生成的材料具有更好的分子包装次序以及更高的强度，这有利于提升电子迁移率。

采用掠入射广角X射线散射（GIWAXS）等技术，研究人员确认他们实现了极短的“π−π堆叠距离（stacking distanc）”，仅为3.40埃米（一埃米为十分之一纳米）。这个距离衡量了在电荷中电荷需要被携带至多远。Michinobu 表示：“对于高迁移率有机半导体聚合物来说，这个距离属于最短的。”

价值

这项成果预示着有机电子将迎来令人振奋的未来，科学家们将开发出创新型的柔性显示器和可穿戴技术。

未来

除此之外，研究人员还面临几项挑战。他说：“我们需要进一步优化骨干结构。同时，侧链基也在决定半导体聚合物的结晶性和包装方向上扮演着重要角色。我们还有改善的空间。”

Wang 指出，对于报告的聚合物来说，最低未占有分子轨道（LUMO）能级在−3.8 eV 到 −3.9 eV之间。他说：“LUMO能级越深，电子输运就越快越稳定。因此，例如，引入sp2-N、氟原子和氯原子的进一步设计，将有助于实现更深的LUMO能级。”

未来，研究人员们也将打算改善n沟道晶体管的空气稳定性。对于实际应用例如类似互补金属氧化物半导体（CMOS）的逻辑电路、全聚合物太阳能电池、有机光电探测器和有机热电器件来说，空气稳定性是一个非常关键的问题。

参考资料

【1】https://www.titech.ac.jp/english/news/2019/043699.html

【2】http://dx.doi.org/10.1021/jacs.8b12499

OLED结构原理图

OLED (Organic Light Emitting Display，中文名有机发光显示器）是指有机半导体材料和发光材料在电场驱动下，通过载流子注入和复合导致发光的现象。其原理是用ITO透明电极和金属电极分别作为器件的阳极和阴极，在一定电压驱动下，电子和空穴分别从阴极和阳极注入到电子和空穴传输层，电子和空穴分别经过电子和空穴传输层迁移到发光层，并在发光层中相遇，形成激子并使发光分子激发，后者经过辐射弛豫而发出可见光。

辐射光可从ITO一侧观察到，金属电极膜同时也起了反射层的作用。 根据这种发光原理而制成显示器被称为有机发光显示器，也叫OLED显示器。

构成的OLED关键部件实际上就是铟锡氧化物(ITO)，也就是我们经常提到的透明导电薄膜。它与电力之正极相连，再加上另一个金属阴极，还包括了电洞传输层(HTL)、发光层(EL)与电子传输层(ETL)等。当电力供应至适当电压时，正极电洞与阴极电荷就会在发光层中结合，产生光亮，依其配方不同产生红、绿和蓝RGB三原色，构成基本色彩。

OLED电视可实现的方案还是很多，最著名的就是有源矩阵有机光发射二极管，也简称AMOLED，它由阴极、有机有源层、TFT阵列等部分组成，有机聚合物堆中包括有发射层和导电层，沉积在有薄膜晶体管的基板上。实施有机材料的技术也可以是多种多样的，其中常用的有将像素阵列直接打印在TFT上的喷墨法，将电荷通过底部电极和显示器表面附加透明层之间的空间以激发有机层转而产生光线，也就平常我们所说的主动式OLED，主要被应用于大屏、高分辨率的显示设备。

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