手机能折叠放在兜里,柔性屏幕未来可期

出品:科普中国

制作:中国科学院半导体研究所 刘翠翠

监制:中国科学院计算机网络信息中心

近年来我在科技界的热度,都要赶上《延禧攻略》在八卦论坛的热度了。你们猜到我是谁了吗?

《延禧攻略》剧照(图片来源:360娱乐)

再看看下边这个手机专利领域的黑科技——柔性可弯折屏幕,是不是像极了十多年前满大街都能看到的翻盖手机?目前大家对可弯曲、折叠屏幕的需求越来越高,这使得我展示出了更大的价值。

可折叠手机专利图(图片来源:快科技)

现在猜到了吗?Bingo!我就是显示屏界的新秀,你们的小可爱——OLED,中文名:有机发光二极管。

我第一次成为引人瞩目的焦点,是在全面屏手机正式亮相的那一刻。像所有的划时代产品一样,我也有着诸多槽点——价格不友好、外观设计颠覆等都引来了不少吐槽。但是,敢于尝鲜的人还是义无反顾地入了我的坑。

想知道我是凭借什么“特殊的手段”,让诸多电子设备厂商被“撩”得心甘情愿,让大家忍痛倾囊却义无反顾的吗?下面请听我娓娓道来。

我是谁?

首先你要知道,我的中文名字是“有机发光二极管”,英文名为:Organic Light-Emitting Diode,当然你们习惯简单地称呼我为OLED,这个名字让我感觉更加亲切。顾名思义,我和我的哥哥LCD(Liquid Crystal Display)们不一样,我大哥LED(发光二极管,Light-Emitting Diode)和二哥CCFL(冷阴极荧光灯管, ColdCathode Fluorescent Lamp)都是利用无机材料发光,我则利用了有机化合物发光材料发光。

美丽的OLED屏幕(图片来源:电视家网)

也许你们现在也已经天天都和我见面了。但是,你们真的了解我吗?比如,我是怎么来的?我是怎么发光的呢?

根据我的名字,你们都知道了,我是通过电作用在有机材料上发光的。我最常见的结构就是下图这样的“三明治结构”,包括:底基(或者称基板)、阳极、空穴传输层、有机发光层、电子传输层、阴极六个层。

常见的OLED结构图(图片来源:UIV OLED 照明)

底基是什么?正如房子的地基一样,有了合适而坚实的地基才能从它上边盖起高楼大厦,底基就是我的基础,我整个结构都需要底基做载体。底基材料的选择也是多种多样的,如果选择了透明导电玻璃,我就是个硬汉子,宁折不弯;但是如果选择了塑料或聚酯薄膜,我就变成软妹子了。而你们都在畅想的可折叠的手机,肯定是要和这样的我合作啦。

再说说我的阳极和阴极,与普通的电池不同,我的电极材料可是非同一般。我的阳极材料需要有很高的功函数和透光性,比较常见的是铟锡氧化物(ITO);阴极材料则需要用功函数较低的有机金属,这样才更有利于提高我的发光效率。

还有我的电子传输层和空穴传输层,你们应该也猜到了吧,这两层就是我体内阴极释放的电子和阳极释放的空穴的专用通道。他俩的材料也不是随随便便的,也要采用稳定性很高的有机物哦。

最后,就要说说我的核心区域——有机发光层了。这一层当然是有机材料,主要有两大类,一种是掺杂了有机染料和颜料的小分子材料;另一种是共轭高分子材料。当我使用了共轭高分子材料做为发光材料时,你们也可以叫我PLED了(全称:polymer light-emitting diode)。

OLED发光点(图片来源:it168网)

你们想知道我是怎么发光的吗?哈哈,既然你们诚心诚意地发问了,我就大发慈悲地告诉你们。

想让我发光其实很简单——通电就好。因为我是基于有机材料的一种电流型半导体发光器件,俗称“给点电流就灿烂”型,用合适的电流(常见:2-10A 直流)刺激我,我便能发出美丽的光芒当我的阴极和阳极联通电源之后,就会产生一个电场。在电场的作用下,阴极产生的电子和阳极产生的空穴就会向发光层移动。当二者在发光层相遇时,电子空穴复合,同时以光子的形式释放能量,这个时候我就发光了

一种彩色OLED光源发光原理图(图片来源:数字标牌网)

如果想让我做彩色显示设备,也有多种方法。第一种是我可以自顾自地发白光,工程师们可以通过彩色滤色片得到三基色,从而得到多种色彩;这第二种呢,就是选择不同的有机发光材料、掺杂不同的染料或荧光材料来让我本身就发出三原色的光,但是这种方法比较难应用,因为如果我的一部分首先出现了损坏,只剩下两种颜色的我,就不能展示出美丽的图片了。其实还有其他的方法,有机会再告诉大家。

我从哪里来?

我的出生经过了很多人不懈努力,是许许多多的科技工作者日日夜夜地奋斗,共同孕育了我。你们别看我近两年才真正走入大众的视线,其实我已经30多岁了。

最早,大约是在上世纪50年代,就有人在努力地寻找我了。那是在法国的南茜大学,物理化学家安德烈?贝纳诺斯(A.Bernanose)就曾付出过努力。他尝试通过在蒽单晶片上加直流电压来激发我的潜力。但是很无奈,我当时还无法控制自己。于是,我又沉睡好久。

一直到了1979年的一个晚上,在柯达公司(Kodak)工作的邓青云爸爸(被誉为“OLED”之父)在实验室里发现了默默发光的我。

邓青云(图片来源:中国电子报)

这真是一个美妙的意外,他本来都已经回家了,但好像是因为在办公室落下了什么东西,所以又临时折了回来。而生性胆小的我,却也意外地借助一块有机蓄电池悄悄地发出了光,这一切正巧被邓爸爸看到了。

他觉得我很奇特,也许他是喜欢我的色彩吧。他决定让我走上舞台,让全世界的人都看到我。于是,邓爸爸和他的好搭档史蒂夫?范?斯莱克(Steve Van Slyke)一起默默地钻研了8年。终于,在1987年,我能控制自己的光芒了!随后,邓青云爸爸为我取了个中文名字:有机发光二极管。而且,柯达公司还为我申请了小分子OLED专利,我已经迫不及待地走上了世界的舞台。

史蒂夫?范?斯莱克(图片来源:Kateeva)

随后,到了1997年,在日本的工厂里诞生了很多我的小伙伴。而且,两年后的我已经成为了日本先锋公司生产的汽车用显示器面板;也是那年,我还到了非常有名气的手机公司任职——摩托罗拉。

从此,我的生命开始色彩斑斓。

我将去向何处?

现代人越发讲求生活的品质,你们希望自己在屏幕上看到的都是最美、最真实的色彩,所以你们对于屏幕色彩显示的要求也越来越高。那么,我该如何是好呢?

很开心一路上有你们——我最亲爱的科学家和工程师们。感谢你们的不断努力,让我不断前进,性能在几个方面大大提升。首先就是在色彩显示上。我不仅是自发光的器件,还可以通过修饰有机物的分子结构或者加入磷光材料的方式,发出更加丰富的色彩,展现出近乎自然的颜色。所以相比于哥哥们(指LCD)做的屏幕,我的颜色饱和度更高,画质的细腻感更好,显示效果也更强。同时,因为我在屏幕黑色的时候是完全不发光的,所以我显示的色彩对比度也更高。

再者,我更加轻盈了。因为我没有使用哥哥们一直恋恋不舍的很多组件,如背光源、滤色镜、偏振滤光器等,所以我可以被设计得更加轻薄。

此外,我还有一个非常厉害的优势——柔性可弯曲。当用塑料或者聚酯类有机材料做我的底基材料时,我的腰身甚至能柔软到可以弯曲。也因此,现在你们才能用到好看的曲面屏、全面屏手机。而且这个优点的利用空间远非如此,未来可能会更多人正会拿它做文章呢。凭借这个特性,未来我将会在智能手机、智能手表以及VR等可穿戴电子设备上大显身手。

OLED电视(图片来源:乐驼网)

此外,我还有很多其他优势。比如我作小型或者巨型的屏幕,能显示出更清晰的画质。我的温度适应性也强,也更环保和省电。

我有那么多优点,所以有的人给我起了一个非常好听的昵称——梦幻显示技术。所以,我很有信心成为理想的新一代显示设备!仿佛我已经看到了你们欣赏我播放的画面时那陶醉的神情。

虽然我的优点很多,但不可否认,现在的我仍旧有很多缺点。

首先就是寿命问题,尤其是蓝色OLED,据说只能存活14000小时。以电脑举例,有的人一天就要用十多个小时,这意味着我做成电脑显示只能使用3年多,而用其他材料制做的显示屏的寿命可远远不止这么短。

再者,就是当我做显示屏时会不自觉的产生“烧屏”的现象。表现出来就是上一个场景的画面会残留在面板上,很多人觉得影响了画质因此就不喜欢我了。其实我也很想改正这个毛病,只是现在还没有找到合适的方法。不过,我相信,办法总会有的,只是时间问题。

OLED手机“烧屏”现象(图片来源:freep网)

我还有一个缺点,可能我的身价(成本)还是太高了吧。人们觉得,能买LCD屏幕的顶尖产品了,为什么要买OLED的试水产品?其实这种想法无可非议。不过你们一定要相信,总有一天我的成本会降下来的。

但是与我的缺点相比,我的优势还是十分明显的,尤其是我柔性可弯曲的特性。所以最近几年无论是三星、LG,还是京东方等大公司,都投入了大量资金来研究我的这个性能。而且,三星和华为都铆足了劲儿想拔得可折叠手机的头筹。

未来可弯曲手机(图片来源:feijiu网)

虽然目前还没有哪家公司能够拿出实用性的成果,但科技工作者们仍然坚信,有我在,未来的手机、电脑可以像纸一样薄,可以被很方便地折叠起来放在口袋里,轻巧而玲珑。请相信我——

前景可待,未来可期!

参考文献:

[1]查朝云.OLED显示技术原理及其发展趋势[J].电子制作,2016(15):14-15.

[2]马瑞雪,石鹏飞,孙琪.浅谈OLED显示技术及其应用[J].机械管理开发,2016,31(06):54-55+108.

[3]苗英恺,陈佳.OLED平板显示技术原理与应用[J].通信技术,2008(04):165-167.

[4]王云景,方勇军.OLED显示器件的原理及应用[J].仪表技术,2007(08):32-34.

[5]可弯曲式OLED显示器由塑料衬底实现[J].电子设计技术,2006(06):36.

[6]老盖.揭开OLED屏的神秘面纱[J].电脑爱好者,2016(09):92-93.

[7]江山竞折腰:可弯曲OLED屏[J].电脑迷,2013(12):31.

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