卷起来带着走的显示器

OLED显示器，你可以把它卷起来，随身带着走。
撰文╱霍华德（Webster E. Howard）
翻译／张明哲


未来的电脑，萤幕不再是硬硬的板子，而是可自由卷起收放，像画布一样的薄片。平时卷成筒状收藏，需要时就拉出来，以触控方式点选画面上的各项功能，或输入文字操作。如此大幅缩小了电脑的体积，实现轻薄短小带着走的梦想。
在卡匣式录影机出来之前，我们用的是电影放映机与屏幕。或许你还记得，小学五年级时老师把屏幕拉下来的情景，或是老爸把屏幕挂在墙上，准备让来访的朋友观看你们家夏日海滩假期的迷人影像。但是常常影片才刚开始播放，放映机的灯泡却烧坏了。
尽管如此，早期的东西有个优点：屏幕的重量很轻，像纸一样薄，而且可以卷成筒状方便携带，这比笨重的电视或电脑萤幕强多了。映像屏幕引发的不仅是怀旧之情而已，我们不禁要想，昨日的便利有没有可能与今日的技术结合起来呢？
答案是有可能！有机发光材料将使得电子式观赏更为方便而普及。有机材料做成的显示器，比现在液晶所做的显示器更明亮、更省能源、也更容易制造（因此可能更便宜）。由于有机发光二极体（organic light-emitting diode, OLED）本身会发光，所以它的耗电量比常见的液晶显示器（LCD）少很多，特别是在小尺寸的时候，因为LCD需要用到背光光源。比起常见的LED，OLED还有一些很棒的优点：由于使用的材料不需呈晶态（也就是由原子排成的平面，一层层精确地重复堆积组成），所以较容易制造；它们是以薄层重叠而成，所以有较薄的剖面；不同的材料（产生不同的色光）可以在基板上排出图案，以产生高解析度的影像。基板的材质可以是便宜的玻璃、可弯曲的塑胶，甚至金属箔片。

穿戴式电子产品时髦地搭配了可挠曲式OLED显示器，此图为寰宇显示公司制造的可挠曲式萤幕的原型装置。
不远的将来，大尺寸电视以及电脑萤幕将可以卷起来存放。士兵可以摊开一块塑胶，上面显示了即时的战情地图。尺寸较小的显示器可以卷绕在手臂上，或是与衣服结合。当成固定照明时，面板可以卷曲在建筑物的圆柱上，或是几乎像壁纸一样贴在墙上或天花板上。
现在发光二极体（LED）的寿命比有机发光装置来得长，而且OLED将来要打败随处可见的LED指示灯也很困难。不过OLED已经展露出做为显示器的潜力，其萤幕放出的亮度每平方公尺超过100烛光（约是笔记型电脑的亮度），而且使用数万个小时后（正常使用可以撑好几年），亮度才会减成原来的一半。
接近100家公司正在发展这项技术的应用，目前主力放在小尺寸且低耗电的显示器（见39页〈有机显示器走入市场〉）。初期的产品包括用在数位相机及手机的2.2吋（对角线）不可挠曲式显示器，由柯达及三洋联合制造，已在2002年问世，他们还开发出15吋电脑萤幕的原型。iSuppli/Standford资源顾问公司的艾伦（Kimberly Allen）指出，2003年，有机显示装置在全球有2.19亿美元的市场，预估到2009年时将跃升为31亿美元。

从LED到OLED

寰宇显示公司所做的可挠曲式影像萤幕，让「动画」这个词有了新的意义。
晶态半导体（OLED的前身）的起源，可以追溯到1947年发展出来的电晶体，可见光LED则是1962年由哈隆亚克（Nick Holonyak, Jr.）所发明。它们在商业上最初的应用是做为计算机及手表的红色小光源，后来很快地成为耐用的红、绿、黄指示灯（经过适当的装配，LED可以放出雷射，这曾催生出光纤通讯革命，还有CD及DVD的光学资料储存技术）。自从1990年代发展出蓝光LED之后（见延伸阅读1），摩天大楼以及广场上开始出现壮观的全彩大萤幕电视墙，它们是由数十万个LED晶片所组成（见延伸阅读2）。不过，要将它们应用在个人数位助理（PDA）及笔记型电脑等小型装置上，却并不实际。
LED与OLED是由一层层的半导体做出来的。半导体是导电程度介于极佳导体（如铜）以及绝缘体（如橡胶）之间的材料。半导体材料（如矽）中，被束缚的电子与可自由运动并导电的电子，两者间的能隙不大。施加电压给予足够的能量，电子就可以跳过能隙并开始移动导电。经过掺杂（doping）之后，半导体更容易导电；如果外加原子的电子数比被换掉的原子的电子数少，则形同拿掉电子，因此留下带正电的「电洞」，使材料变为「p–型」。反过来，如果掺杂之后有多的负电电子，材料就变为「n–型」（见38页〈透视有机发光结构〉）。将电子添加到p–型材料，则电子可能在遇到电洞后掉到较低的能带，放出能量与能隙相同的光子，其波长取决于发光材料的能隙大小。
要产生可见光，有机材料的低能带与高能导带间的能隙大小必须落在狭窄的范围内，大约2~3电子伏特。我们把一个电子被一伏特的电位差加速后所得到的动能定义为一电子伏特。能量为一电子伏特的光子波长为1240奈米，相当于红外线的波长；能量为二电子伏特的光子波长为620奈米，其颜色偏红。
意料之外的亮光

韩国三星SDI公司所制造 的大型OLED萤幕，对角线长15.5吋，厚度却只有1.8公厘。
有机半导体是由分子所聚集而成的，现有技术用的是非晶态物质，它是固体材料，但却是缺乏规律排列的非结晶状态。现有两大类的有机发光材料，系以分子的「大」或「小」做区分。1987年时，美国柯达公司的邓青云（Ching W. Tang）注意到他所研究的有机太阳能电池竟然发出绿色的辉光，促成他与范斯莱克（Steven A. Van Slyke）共同发明出第一个实用的p-n型有机LED，其组成为小分子。这对拍档了解到，使用两种有机材料，其中一种为电洞的良导体，另一种为电子的良导体，他们就能在两种材料接触的区域（或接面）处放出光子，这跟晶态LED发光的情况一样。为了较容易注入电洞，他们还需要能把电子抓牢的材料。如果要让光能跑出来，其中一边的接触区域必须是透明的，幸运的是，最被广泛使用的透明导电材料氧化铟锡，正巧能抓牢电子，因此适合做为p–型接触材料。
这几年来他们发明的结构没什么改变，通常称为「柯达型」，因为柯达拥有基本的专利（见下页〈透视有机发光结构〉）。制作过程要将组成的材料蒸发，然后凝结在基板上。先从玻璃基板开始，将不同的材料一层层堆积在上面。有机层的总厚度只有100~150奈米，还不到头发直径的1%，远较传统的LED薄（它们的厚度至少是微米）。由于组成材料的分子很轻，甚至比小型蛋白质还轻，所以柯达型的OLED被称为「小分子」OLED。
在初步理解之后，邓青云及范斯莱克试着修改设计以增加效率。他们在发光材料三（8–羟基口奎）铝里，加入了少量的萤光染料香豆素。电洞与电子结合后所放出的能量转移至染料，使发光效率大为增加。将薄层氧化铟锡及其他化合物附置在电极旁，可以改变厚层间的交互作用，并改善电洞及电子的注入效率，因而可以进一步增加萤光OLED的整体用电效率。
这种小分子型态的OLED可以做出红绿蓝三色光，其中绿光的发光效率最高。绿光OLED的发光效率每安培达到10~15烛光（和当今市售的LED效率差不多），以及每瓦特7~10流明，这个数值和一般的白炽灯差不多。

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