捲起來帶著走的顯示器

OLED顯示器，你可以把它捲起來，隨身帶著走。
撰文╱霍華德（Webster E. Howard）
翻譯／張明哲


未來的電腦，螢幕不再是硬硬的板子，而是可自由捲起收放，像畫布一樣的薄片。平時捲成筒狀收藏，需要時就拉出來，以觸控方式點選畫面上的各項功能，或輸入文字操作。如此大幅縮小了電腦的體積，實現輕薄短小帶著走的夢想。
在卡匣式錄影機出來之前，我們用的是電影放映機與屏幕。或許你還記得，小學五年級時老師把屏幕拉下來的情景，或是老爸把屏幕掛在牆上，準備讓來訪的朋友觀看你們家夏日海灘假期的迷人影像。但是常常影片才剛開始播放，放映機的燈泡卻燒壞了。
儘管如此，早期的東西有個優點：屏幕的重量很輕，像紙一樣薄，而且可以捲成筒狀方便攜帶，這比笨重的電視或電腦螢幕強多了。映像屏幕引發的不僅是懷舊之情而已，我們不禁要想，昨日的便利有沒有可能與今日的技術結合起來呢？
答案是有可能！有機發光材料將使得電子式觀賞更為方便而普及。有機材料做成的顯示器，比現在液晶所做的顯示器更明亮、更省能源、也更容易製造（因此可能更便宜）。由於有機發光二極體（organic light-emitting diode, OLED）本身會發光，所以它的耗電量比常見的液晶顯示器（LCD）少很多，特別是在小尺寸的時候，因為LCD需要用到背光光源。比起常見的LED，OLED還有一些很棒的優點：由於使用的材料不需呈晶態（也就是由原子排成的平面，一層層精確地重複堆積組成），所以較容易製造；它們是以薄層重疊而成，所以有較薄的剖面；不同的材料（產生不同的色光）可以在基板上排出圖案，以產生高解析度的影像。基板的材質可以是便宜的玻璃、可彎曲的塑膠，甚至金屬箔片。

穿戴式電子產品時髦地搭配了可撓曲式OLED顯示器，此圖為寰宇顯示公司製造的可撓曲式螢幕的原型裝置。
不遠的將來，大尺寸電視以及電腦螢幕將可以捲起來存放。士兵可以攤開一塊塑膠，上面顯示了即時的戰情地圖。尺寸較小的顯示器可以捲繞在手臂上，或是與衣服結合。當成固定照明時，面板可以捲曲在建築物的圓柱上，或是幾乎像壁紙一樣貼在牆上或天花板上。
現在發光二極體（LED）的壽命比有機發光裝置來得長，而且OLED將來要打敗隨處可見的LED指示燈也很困難。不過OLED已經展露出做為顯示器的潛力，其螢幕放出的亮度每平方公尺超過100燭光（約是筆記型電腦的亮度），而且使用數萬個小時後（正常使用可以撐好幾年），亮度才會減成原來的一半。
接近100家公司正在發展這項技術的應用，目前主力放在小尺寸且低耗電的顯示器（見39頁〈有機顯示器走入市場〉）。初期的產品包括用在數位相機及手機的2.2吋（對角線）不可撓曲式顯示器，由柯達及三洋聯合製造，已在2002年問世，他們還開發出15吋電腦螢幕的原型。iSuppli/Standford資源顧問公司的艾倫（Kimberly Allen）指出，2003年，有機顯示裝置在全球有2.19億美元的市場，預估到2009年時將躍升為31億美元。

從LED到OLED

寰宇顯示公司所做的可撓曲式影像螢幕，讓「動畫」這個詞有了新的意義。
晶態半導體（OLED的前身）的起源，可以追溯到1947年發展出來的電晶體，可見光LED則是1962年由哈隆亞克（Nick Holonyak, Jr.）所發明。它們在商業上最初的應用是做為計算機及手錶的紅色小光源，後來很快地成為耐用的紅、綠、黃指示燈（經過適當的裝配，LED可以放出雷射，這曾催生出光纖通訊革命，還有CD及DVD的光學資料儲存技術）。自從1990年代發展出藍光LED之後（見延伸閱讀1），摩天大樓以及廣場上開始出現壯觀的全彩大螢幕電視牆，它們是由數十萬個LED晶片所組成（見延伸閱讀2）。不過，要將它們應用在個人數位助理（PDA）及筆記型電腦等小型裝置上，卻並不實際。
LED與OLED是由一層層的半導體做出來的。半導體是導電程度介於極佳導體（如銅）以及絕緣體（如橡膠）之間的材料。半導體材料（如矽）中，被束縛的電子與可自由運動並導電的電子，兩者間的能隙不大。施加電壓給予足夠的能量，電子就可以跳過能隙並開始移動導電。經過摻雜（doping）之後，半導體更容易導電；如果外加原子的電子數比被換掉的原子的電子數少，則形同拿掉電子，因此留下帶正電的「電洞」，使材料變為「p–型」。反過來，如果摻雜之後有多的負電電子，材料就變為「n–型」（見38頁〈透視有機發光結構〉）。將電子添加到p–型材料，則電子可能在遇到電洞後掉到較低的能帶，放出能量與能隙相同的光子，其波長取決於發光材料的能隙大小。
要產生可見光，有機材料的低能帶與高能導帶間的能隙大小必須落在狹窄的範圍內，大約2~3電子伏特。我們把一個電子被一伏特的電位差加速後所得到的動能定義為一電子伏特。能量為一電子伏特的光子波長為1240奈米，相當於紅外線的波長；能量為二電子伏特的光子波長為620奈米，其顏色偏紅。
意料之外的亮光

韓國三星SDI公司所製造 的大型OLED螢幕，對角線長15.5吋，厚度卻只有1.8公釐。
有機半導體是由分子所聚集而成的，現有技術用的是非晶態物質，它是固體材料，但卻是缺乏規律排列的非結晶狀態。現有兩大類的有機發光材料，係以分子的「大」或「小」做區分。1987年時，美國柯達公司的鄧青雲（Ching W. Tang）注意到他所研究的有機太陽能電池竟然發出綠色的輝光，促成他與范斯萊克（Steven A. Van Slyke）共同發明出第一個實用的p-n型有機LED，其組成為小分子。這對拍檔了解到，使用兩種有機材料，其中一種為電洞的良導體，另一種為電子的良導體，他們就能在兩種材料接觸的區域（或接面）處放出光子，這跟晶態LED發光的情況一樣。為了較容易注入電洞，他們還需要能把電子抓牢的材料。如果要讓光能跑出來，其中一邊的接觸區域必須是透明的，幸運的是，最被廣泛使用的透明導電材料氧化銦錫，正巧能抓牢電子，因此適合做為p–型接觸材料。
這幾年來他們發明的結構沒什麼改變，通常稱為「柯達型」，因為柯達擁有基本的專利（見下頁〈透視有機發光結構〉）。製作過程要將組成的材料蒸發，然後凝結在基板上。先從玻璃基板開始，將不同的材料一層層堆積在上面。有機層的總厚度只有100~150奈米，還不到頭髮直徑的1%，遠較傳統的LED薄（它們的厚度至少是微米）。由於組成材料的分子很輕，甚至比小型蛋白質還輕，所以柯達型的OLED被稱為「小分子」OLED。
在初步理解之後，鄧青雲及范斯萊克試著修改設計以增加效率。他們在發光材料三（8–羥基口奎）鋁裡，加入了少量的螢光染料香豆素。電洞與電子結合後所放出的能量轉移至染料，使發光效率大為增加。將薄層氧化銦錫及其他化合物附置在電極旁，可以改變厚層間的交互作用，並改善電洞及電子的注入效率，因而可以進一步增加螢光OLED的整體用電效率。
這種小分子型態的OLED可以做出紅綠藍三色光，其中綠光的發光效率最高。綠光OLED的發光效率每安培達到10~15燭光（和當今市售的LED效率差不多），以及每瓦特7~10流明，這個數值和一般的白熾燈差不多。

本文出處: http://sa.ylib.com/read/readsho...402&DocNo=641