LED与OLED显示技术说明和应用分析

　　1.LED与OLED发光原理

　　LED，即发光二极管（Light Emitting Diode），是一种有镓、砷与磷的化合物制成的二极管，其核心是由P型半导体和N型半导体晶片，在P型、N型半导体之间有一个过渡层，称为PN结。在某些半导体材料的PN结中，注入的少数载流子与多数载流子复合形成激子时，就会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转化为光能。这种龙注入式电致发光原理制成的二极管，就叫做发光二极管，也就是俗称的LED，当他处于正向工作状态时（即两端加上正向电压），电流从LED阳极流向阴极时，半导体晶体就会发出紫外到红外不同颜色的光线，光的强弱与电流有关，光的颜色与构成材料有关。通常，磷砷化二镓二极管发红光，磷化镓二极管发绿光，碳化硅二极管发黄光。

　　OLED，即有机发光二极管（Organic Light Emitting Diode），又称有机电激光显示。OLED的基本结构是有一薄而透明的具有半导体特性的铟锡氧化物，与正极相连，再加上另一个金属阴极。整个结构层中包含：空穴传输层、发光层、电子传输层。在电厂的作用下，阳极产生的空穴和阴极产生的电子就会发生移动，分别向空穴传输层和电子传输层注入，迁移到发光层。当而正在发光层相遇时，产生能量激子，从而激发发光分子产生可见光。当电力供应至适当电压时，正极空穴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蓝光，按照三基色原理形成基本色彩。

　　2.LED与OLED的差异

　　S虽然厚实发光半导体，但是LED与OLED的构成上存在区别，主要区别在于：

　　1）OLED中的激子与LED的不同，LED通过注入的电子与空穴形成激子而发光，发光色取决于组成半导体的能带间隙；OLED通过注入的电子与空穴形成激子，激子衰减而发光，发光色取决于有机分子的荧光光谱。

　　2）构成LED的有机膜不论分子大小还是聚合物，一般都是无定形薄膜，（有机物采用热蒸发，蒸发的分子在室温基板上以过冷状态形成薄膜），而且是带隙很大的绝缘膜，而无机LED则是有序的参杂半导体单晶体。

　　3）在OLED中的载流子传输过程也与LED不同，在有机分子间的电荷移动靠的是分子离化，例如空穴在分子中的传输过程实际上是中性分子和带正电荷的分子间的反复氧化和还原的过程。而无机半导体中电荷传输靠的是带传导。

　　3.LED与OLED显示技术比较

　　LED结构稳定，发光器件为单像素封装，通常是在基板上生长一层层的半导体薄层，切割成数千管芯，再将管芯镶嵌在反射碗上形成单个像素单元。与目前制作工艺制作出来的管芯尺寸皆超过200μm，对于许多现实起来说确实太大了，而RGB真彩色显示需要3颗限速点组合在一起，所以难以制作成高分辨率的屏幕，目前使用的LED显示屏幕实点距躲在10mm以上，部分产品可以做到1-2mm。但是因其结构稳固，模块化，能效高，因此很容易扩展，是的大型屏幕甚至是超大型屏幕（100m2以上）的实现变得容易，因为，超大屏幕的观看距离都在几十米，甚至上千米。此外，由于LED所有发光器件都进行完全的封装，和环境无接触，故而使用寿命都比较长，并且在相当长的时间里性能几乎没有变化。但是OLED采用的是夹心结构，由多层金属盒分子化合物层叠而成，类似于印刷电路板，因此很容易做成高分辨率甚至是超高分辨率的屏幕，如果使用柔性材料，开可以制成各种形状甚至是可折叠屏幕。但由于无法像LED一样在每个发光器件上制作反射杯，因此OLED的光损耗较LED大，亮度和色彩也叫LED差。此外OLED发光过程中不断的化合反应，使其发光强度随着时间而降低，使用寿命也要短得多。

　　另外一个影响的重要因素就是成本因素，从材料上来看，LED对于光色的控制需要改变的能带间隙，对于半导体材料工艺的要求比较高，而OLED只需要改变有机分子荧光光谱，可以通过化学方法修正。从制作工艺复杂成都看，LED的单晶生长工艺要比OLED复杂得多，特别是影响LED全彩显示的蓝色 LED，有机比无机更易于实现，而蓝色OLED由于他的寿命问题，脱了OLED显示技术的后腿。还有就是OLED成品率极低，12年的时候只能做到32，造成了成本的急剧上升，而LED成品率很高，从而造成了OLED的成本比LED高得多，最终限制了产业化的进行。

　　4.LED与OLED显示技术的前景

　　综上所述，由于LED能效（可换算成单位面积发光强度和耗电比值），寿命方面的有点，以及像素单元机构方面的特点，使其在超大显示面积屏幕上有着先天的优势，其模块化（市面上常见的是16×16和32×32等LED单元板）设计使大屏显示结构变得非常简单，目前世界上大型单色、双色、全彩色显示屏，基本上都是LED，超大显示屏甚至可以做到几十千米的可视距离。但是LED的成本随着像素间距下降而成平方级增长。间距下降30%，像素数量增加 100%，而通常是在基板上生长一层层的半导体薄膜，切割成数千管芯，再将管芯镶嵌在各应用产品中。以目前的制作工艺制作出来的管芯尺寸皆超过 200μm，对于许多室内用的显示屏幕来说太大了，因此目前的LED技术并不合适。

　　OLED在能效和光色方面不如LED，而且寿命也短，但是成本较低，最主要的是像素很高，适合做高清显示屏，其主要对手是TFT-LCD。 TFT-LCD需要背光源，OLED本身就是发光材料，因此在能耗和亮度方面OLED有压倒性优势，但是依然需要解决的是成本问题，OLED成本比 TFT-LCD高出不止一倍，使得其主要的应用只能在智能手机和高端笔记本的显示屏上，但是随着技术的成熟，成品率提高，蓝光OLED得等到解决，OLED必然如LCD取代CRT和一样取代LCD。

　　5.总结

　　无论是LED还是OLED，目前都还存在适用局限性的问题。OLED技术已经渐趋成熟，随着生产工艺改进，有望在近几年逐步取代LCD。总体性能上无机LED还是更加有优势，但是在成本和工艺上存在问题，无法小型化。2009年，美国成功制成50μm的无机LED芯片方块，虽然目前技术还不成熟，同时，还是只能做出红光显示器，但是，随着他们进一步的研究，实用化的微型无机LED芯片早晚会成为下一代显示技术的发展方向。