071有機電致發(fā)光顯示(精)

1、有機電玫 發(fā)光顯示 一、 有機電致發(fā)光顯示發(fā)展歷程 二、 *機/聚合物電致發(fā)光歸件的結(jié)構(gòu) 三、 0LED的工作床理 四、 OLED制作材料 五、 OLED的工作特性 六、 0LED6S制作工藝 七、 OLED的驅(qū)動技術(shù) 新SiOLED顯示技術(shù)3. 19 一.有機電致發(fā)光顯示發(fā)展簡介 有機電致發(fā)光顯示，又稱為有機發(fā)光二極管（Organic Light Emitting Diode, OLED ） o 20世紀初，人們就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了有機電致發(fā)光現(xiàn)象。 1. 1963年New York Univ.的Pope等第一次發(fā)現(xiàn)有機材料單晶蔥的電致發(fā) 光現(xiàn)象。 單晶層厚度20“八 驅(qū)動電壓400V 2. 198

2、2年Vincett的研究小組制備出厚度0.6“加恵的薄膜，并觀測到電致發(fā) 光。 驅(qū)動電壓30V.但是器件的量子效率很低，小于1% Anthrace ne 總體特點（1）單層器件；（2）驅(qū)動電壓高：（3）器件效率低 驅(qū)動電壓小于創(chuàng)新點：（1）多功艇有機層的結(jié)構(gòu)；（2）超薄的有機層厚度 一、有機電致發(fā)光顯示發(fā)展簡介 近十多年里，OLED作為一種新型顯示技術(shù)已經(jīng)取得了長足的 發(fā)展，就器件的發(fā)光亮度、發(fā)光效率和壽命而言，OLED器件已經(jīng) 基本達到了實用的要求。 如發(fā)光效率：101m/W; 穩(wěn)定性：亮度為100cd/m2時，工作壽命大于10000小時； 發(fā)光壽命：綠光器件達8萬小時，黃光器件達3萬小時，

3、 藍光器件達8千小時； 目前最大尺寸：已經(jīng)超過40英寸.4. 英國劍橋大學Cavendish實驗室的Friend RH等人首次采 用共鈍聚合物聚對笨撐乙烯（PPV, polyphenylene vinylene）制作了高分子發(fā)光二極管，簡化了制備工藝， 開辟了發(fā)光器件的又一個新領(lǐng)域聚合物薄膜電致發(fā) 光器件. Nature 347. 539（ 1990） 5. 1997年，Princeton Univ. Forrest S R的小組發(fā)現(xiàn)磷光的有機電致發(fā)光材料, 使得有機電致發(fā)光器件的內(nèi)量子效率可能到達!（）（）%. 有機電致發(fā)光顯示發(fā)展簡介 OLED的特點: (1 )全固態(tài)器件，自(-4or 8

4、(rc )； (3)有機電致發(fā)光材(4)亮度、效率高; (5)直流驅(qū)動電壓低、能耗少，可與集成電路 驅(qū)動相(6)制作工藝簡單、成本低; (7)可實現(xiàn)超薄的大(8)良好的機械加工 三星研制出40英寸OLED： 分辨率:1280 x 800,對比度：5000: 1,亮度：600cd/m2 一、有機電致發(fā)光顯示發(fā)展簡介 一、有機電致發(fā)光顯示發(fā)展簡介 OLED的分類： 基于有機小分子的有機電致發(fā)光器件(OLED) 基于有機聚合物的有機電致發(fā)光器件(PLED)一、有機電致發(fā)光顯示發(fā)展簡介 OLED發(fā)展趨勢： (1 )開發(fā)新型OLED有機材料，以進一步提高器件性能； (2) 改善生產(chǎn)工藝，提高成品率； (

5、3) 研制彩色顯示器及相關(guān)驅(qū)動屯路； (4) 為了實現(xiàn)大而積顯示，研發(fā)低溫多晶硅TFT方式驅(qū)動的OLED顯示器。 未來工作方向： (1) 壽命及穩(wěn)定性:提高發(fā)光效率和器件的壽命，增加其穩(wěn)定性。 (2) 全光譜發(fā)光：雖然發(fā)紅、藍兩色光的材料被不斷報道，但是同比較成熟的 黃綠光材料相比，仍有較大不足，實現(xiàn)三色顯示還需努力。 發(fā)光機理：進一步了解器件的發(fā)光機理，器件的老化現(xiàn)象、發(fā)光同環(huán)境 和溫度的關(guān)系都是研究的焦點。 一、有機電致發(fā)光顯示發(fā)展簡介 OLED應(yīng)用領(lǐng)域 作為平面顯示的光源，用作 液晶顯示器背光源、鐘表背光 源等。 用于交通安全發(fā)光標志、金 融證券顯示、汽車發(fā)光牌號、 建筑發(fā)光裝飾、軍用發(fā)

6、光地圖 及發(fā)光工藝品等。 替代液晶用于制造小屏幕的 顯示器件。 開發(fā)出屏幕較大的顯示器。 Shrtrt*term Middle-term I/nng-4erm Tedinolo* & Performance Pnsdvebpe Small-azc tnonochrooic 一、有機電致發(fā)光顯示發(fā)展簡介 尺寸：14.7英吋 色彩：26萬色 點陣：象索1280X720 亮度：300cd/m2 對比度：500:1 通過白光OLED加濾色 膜的方式實現(xiàn)全彩色 二、有機/聚合物電致發(fā)光器件的結(jié)構(gòu) (1)單層結(jié)構(gòu) 在器件的正極和負極間，制作 有一種或多種物質(zhì)組成的發(fā)光層。 單層器件的發(fā)光層厚度通常

7、在 100nmo 優(yōu)點：制備方法簡單。 缺點：A.復(fù)合發(fā)光區(qū)靠近金屬電極 而靠近金屬電極處缺陷多，非輻射 復(fù)合幾率大，而且該處的高電場容 易產(chǎn)生發(fā)光淬滅； B.由于兩種載流子注入不平 衡，載流子的復(fù)合幾率比較低，因 而影響器件的發(fā)光效率。 二、有機/聚合物電致發(fā)光器件的結(jié)構(gòu) (2)雙層器件結(jié)構(gòu) 柯達公司首先提出了雙層有機膜 結(jié)構(gòu)，有效地解決電子和空穴的復(fù)合 區(qū)遠離電極和平衡載流子注入速率問 題，使有機EL的研究進入了一個新階 段。他們的器件結(jié)構(gòu)也叫DL-A型雙層 結(jié)構(gòu)。 主要特點： 發(fā)光層材料具有電子傳輸性，需 要加入一層空穴傳輸材料去調(diào)節(jié)空 穴和電子注入到發(fā)光層的速率，這 層空穴傳輸材料還起

8、著阻擋電子的 作用，使注入的電子和空穴在發(fā)光 層處發(fā)生復(fù)合. 陰極 發(fā)光林料 ITO 玻璃村底 陰極 電子傳輸性好的發(fā)光層 宅穴傳輸定 ITO 彼璃村底 單層DL-A型戲?qū)覧L器件結(jié)構(gòu)圖 二、有機/聚合物電致發(fā)光器件的結(jié)構(gòu) 如果發(fā)光層材料具有 空穴傳輸性質(zhì)，就需要使 用DL-B型雙層結(jié)構(gòu)，即需 要加入電子傳輸層以諷節(jié) 我流子的注入速率，使注 入的電子和空穴是在發(fā)光 層處復(fù)合。 1 陰極 電子傳輸層 空穴傳輸性好的發(fā)尢屋 ITO 玻隣襯底 DL-B些雙層EL器件結(jié)構(gòu)圖 二、有機/聚合物電致發(fā)光器件的結(jié)構(gòu) （3）三層器件結(jié)構(gòu) 由空穴傳輸層（HTL）、電子 傳輸層（ETL）和將電能轉(zhuǎn)化成光 能的發(fā)光

9、層組成。HTL負責調(diào)節(jié)空 穴的注入速度和注入量，ETL負責 調(diào)節(jié)電子的注入速度和注入量。 優(yōu)點： 使三層功能層各行其職，對于 選擇材料和優(yōu)化器件結(jié)構(gòu)性能十分 方便，是目前有機EL器件中最常采 用的器件結(jié)構(gòu)之一。 陰極 電子件輸層 發(fā)光層 空穴竹愉層 1T0 股躋村底 三層EL器件結(jié)構(gòu)圖 二、有機/聚合物電致發(fā)光器件的結(jié)構(gòu) (4) 多層器件結(jié)構(gòu) 可提高OLED的發(fā)光亮度和發(fā)光效率。 主要形式： A.在兩電極內(nèi)側(cè)加緩沖層，以增加電子和空穴的注入量; B為提高器件的發(fā)光效率，使用了空穴阻擋層HBL。 三、OLED的工作原理 - 陰極 - 陰極緩沖層 陰極 陰極緩沖ETL EI.L EI.L 陰極 E

10、TL HE3L HBL 摟雜瞬光EU, 持雜熒光ELI, 摟雜瞬光ELL - 揺雜熒光ELI, HTL - ITO Glass Glass ITO 1ITL 陽極緩沖広 6 - 1ITL 陽極緩沖： - ITO (I) 三、OLED的工作原理 OLED器件發(fā)光過程 1)載流子注入 2)載流子傳輸 3)激子的形成 4)輻射發(fā)光 三、OLED的工作原理 (1)載流子注入 隧穿注入 器件電流可表示為： 幾V = - -b/E)b/E) E_電場強度；B指前因子； 熱發(fā)射注入 器件電流可表示為：人=AT AT 2 2 exp( - -xx- - pEpEx/2x/2)KT )KT 式中 0 = (J/

11、4晅 (2 )栽流子傳輸 將注入至有機層的載流子運輸至復(fù)合界面處。衡量有機薄膜載 流子傳輸能力的一個主要指標是載流子遷移率。 目前所使用有機小分子空穴傳輸材料的遷移率一般在10cm2/V. s 左右，而電有機層 透朋陽極 村底 光發(fā)射 DC 電源 子傳輸材料的遷移率相對低兩個數(shù)量級。 三、OLED的工作原理 (3)激子復(fù)合和輻射發(fā)光 四、OLED制作材料 有機小分子材料包括： 空穴傳輸材料、電子傳輸材料、發(fā)光材料。 (1 )空穴傳輸材料應(yīng)滿足的要求 具有良好的空穴傳輸特性，即空穴遷移率高； 具有較低的電子親和能，有利于空穴注入； 激發(fā)能量高于發(fā)光層的激發(fā)能量； 不能與發(fā)光層形成激基復(fù)合物； 具

12、有良好的成膜性和較高的玻璃化溫度，熱穩(wěn)定性好，可以用真空蒸發(fā) 法形成致密的薄膜，不易結(jié)晶。； 碳光：熒光和磷光材料 熒光： 單線態(tài)一 “重原子效應(yīng)” 三線態(tài)一單線態(tài) 四、OLED制作材料 (b) (c) 常用的空穴傳輸材料分子結(jié)構(gòu) TPD是最早應(yīng)用的空穴材料之一，但由于其熱穩(wěn)定性較差 (Tg=65 C),導致器件的穩(wěn)定性較差，壽命較短。 為提高熱穩(wěn)定性，將TPD分子中的甲苯基換成蔡基得到了 NPD, NPD的熱穩(wěn)定性有了很大提高(Tg=96。C),空穴遷移率也有所 提高，是目前應(yīng)用最廣的有機小分子空穴傳輸材料。 星型三芳胺空穴傳輸材料具有很高的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，并能 形成高質(zhì)量的無定型膜，是比較

13、理想的空穴傳輸材料。 四、OLED制作材料 (2) 電子傳輸材料應(yīng)滿足的要求 具有良好的電子傳輸特性，即電子遷移率高； 具有較高的電子親和能，易于由F月極注入電子; 相對較高的電離能，有利于阻擋空穴； 不能與發(fā)光層形成激基復(fù)合物； 成膜性和熱穩(wěn)定性良好，不易結(jié)晶。 四、OLED制作材料 (3) 小分子發(fā)光材料應(yīng)滿足的要求 具有高效率的熒光量子效率； 具有良好的化學穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，不與電極和載流子 傳輸材料發(fā)生反應(yīng)； 易形成致密的非晶態(tài)膜，不易結(jié)晶； 具有適當?shù)陌l(fā)光波長； 具有一定的栽流子傳輸能力。 發(fā)光材料按分子結(jié)構(gòu)特性分為有機小分子熒光材料和有機金屬配 合物材料，前者種類最多，典型的小分子

14、熒光有機電致發(fā)光材料如DCM 發(fā)紅光，香豆素C540發(fā)綠光。 四、OLED制作材料 另外，還有摻雜用小分子熒光材料如Rubrene。 有機配合物是最早使用的有機電致發(fā)光材料，具有優(yōu)良的載 流子傳輸特性和成膜性能，典型的有8-務(wù)崽嘍咻鋁(Alq3)及皺 的絡(luò)合物Bebq2。 Rubrent (h) Bebq? 四、OLED制作材料 (4 )聚合物發(fā)光材料 1990年，劍橋大學的J. A. Burroughes等人首次報道了用聚合物薄膜 制備的電致發(fā)光材料研究。 聚合物發(fā)光材料的特性： 當短波光照射時，在390nm 780nm的可見光范圍內(nèi)，聚合物粉末或溶 液具有高效率的熒光； 具有較高的導電率，

15、呈現(xiàn)良好的半導體特性； 具有良好的成膜特性，在兒百甚至幾十納米的薄膜內(nèi)基本無針孔； 穩(wěn)定性強，一般都具有良好的機械加工性能。 四、0LED制作材料 共輒聚合物用于電致發(fā)光的優(yōu)點： 可通過旋涂的方法制成大面積薄膜； 可以通過化學結(jié)構(gòu)的改變或修飾來調(diào)節(jié)共輒聚合物的電子結(jié)構(gòu)、 發(fā)光顏色； 雖然聚合物的導電率很低，但是發(fā)光層的厚度很薄(10nm 100nm),所以在很低的外電壓下，加在聚合物薄膜上的電場強度也 足以產(chǎn)生使器件發(fā)光所要求的電流密度。 缺點：穩(wěn)定性不夠；壽命不長；發(fā)光效率低；成膜技術(shù)不成熟。 四、OLED制作材料 (5)三線態(tài)電致發(fā)光材料 在有機電致發(fā)光器件中，能量轉(zhuǎn)移方式： 單線態(tài) T單

16、線態(tài)； 三線態(tài) T三線態(tài); 單線態(tài) T 三線態(tài)； 三線態(tài) T單線態(tài)。 對于熒光材料，它只能通過單線態(tài)單線態(tài)能量轉(zhuǎn)移的方式來 利用形成的單線態(tài)激子，因此其最高內(nèi)量子效率為20%,最高外量 子效率為5%。 對于磷光材料，它即能通過三線態(tài)三線態(tài)能量轉(zhuǎn)移的方式來 利用形成的三線態(tài)激子，又能通過單線態(tài) T 單線態(tài)能量轉(zhuǎn)移方式， 然后經(jīng)過單線態(tài) T 三線態(tài)的系間竄越來利用形成的三線態(tài)激子，因 it匕其最高內(nèi)量子效率可達100%,最高外量子效率為25%。 四、OLED制作材料 目前三線態(tài)發(fā)光材料的不足之處: (1 )室溫磷光材料較少，材料的選擇范圍不大; (2 )存在三線態(tài) T 三線態(tài)淬滅，及磷光壽命長易使

17、發(fā) 光飽和，導致高電流密度下磷光器件的效率下降； (3) 環(huán)境氧對三線態(tài)有很強的淬滅作用，影響器件的 發(fā)光強度和壽命。五、OLED的工作特性 1、發(fā)光顏色 有機和聚合物發(fā)光顏色的特點： (1 )發(fā)光顏色覆蓋從紫外到紅外整個波段。只要改變發(fā)色團的化 學結(jié)構(gòu)或發(fā)色團上取代基種類和位置，就可實施顏色調(diào)控； (2) 色純差。有機和聚合物的吸收光譜和發(fā)射光譜一般都是寬帶 光譜，譜峰的半高寬度大約在10(F200nm之間，這是有機分子的振 動能級與電子能級互相疊加的結(jié)果。相對于無機發(fā)光材料，色純 度要差的多； (3) 形成基激復(fù)合物和發(fā)生能量轉(zhuǎn)移。 五、OLED的工作特性 新組合三原色從而實現(xiàn)彩色顯示。

18、然后通 White Light OLED Rd Red GREEN BLUE 五、OLED的工作特性 (3) 首先制備發(fā)藍光的器件， 然后通過藍光激發(fā)其它層材料分別得到 紅光和綠光，從而進一步得到彩色顯示。 Blue OLED Red Downcorr心ter Green Downcorventer Blue Downcomenler I II Red GREEN BLUE (4) 看先制備發(fā)白光或近于白光的器件，然后通過微腔共振結(jié)構(gòu)的 調(diào)諧，得到不同波長的單色光，然后再獲得彩色顯示。 Dielectric 五、OLED的工作特性 (5) 采用堆疊結(jié)構(gòu)，將采用透明電極的紅、綠、藍發(fā)光器件縱向

19、堆疊，從而實現(xiàn)彩色顯示。 Stack 1 / RroAd-Rnnd Broad-Band Broad-Band BLUE Red OLED器件的效率： 內(nèi)量子效率：激子復(fù)合產(chǎn)生的光子數(shù)/注入的的電子空穴對數(shù) 外量子效率：射出器件的光子數(shù)/注入的的電子空穴對數(shù) 從OLED的工作過程可以得到其外量子效率可以表示為 y 載流子復(fù)合系數(shù) X 單線態(tài)激子的形成概率 nf單線態(tài)激子的輻射衰減效率 五、OLED的工作特性 影響OLED發(fā)光效率的主要因素： 仃)y取決于電荷的平衡注入，為提高OLED的量子效率，由陽極注入有 機發(fā)光體的五、OLED的工作特性 空穴數(shù)應(yīng)和陰極注入的電子數(shù)相等。 (2) 載流子遷移

20、率。載流子從注入到復(fù)合有一個沿電場方向的遷移擴 散過程，為了提高形成激子的效率丫，正負載流子的遷移率都應(yīng)該較 大，并且兩者相差較小。 (3) 激子輻射衰減效率。有機發(fā)光材料的th可以達到80%一 100%,而 聚合物發(fā)光材料的tph 一般在達到20%左右。五、OLED的工作特性 (4) 單態(tài)激子形成概率。在通常情況下，電子被空穴束縛， 每產(chǎn)生一個單重態(tài)激子同時產(chǎn)生3個三重態(tài)激子，g=25%,因 此即使注入到器件的電子全部被空穴束縛，且全部的單態(tài)激 于均輻射產(chǎn)生光子，25%將是OLED的極限量子效率。由于三重 態(tài)激子的躍遷受量子自旋守恒定律的限制，不能發(fā)光，75%的 激子白白被熱耗掉。 (5)

21、能量轉(zhuǎn)移。當兩種發(fā)色團并存時一種發(fā)色團的激發(fā)態(tài)可 以將能量傳遞給另一種發(fā)色團使之激發(fā)。對于前一種激子， 這是“淬滅”；對于后一種發(fā)色團，這是額外的激發(fā)，因而 使其發(fā)光效率大幅度提高。 五、OLED的工作特性 3、壽命和失效機制 OLEDs失效的表現(xiàn)形式： (1 )恒定電流工作條件下，亮度、效率逐漸下降。 (2 ) OLEDs在一定濕度、 溫度的大氣環(huán)境中存放一 定時間，發(fā)光亮度、效率 衰減直至發(fā)光消失。這一 過程體現(xiàn)出的是OLEDs的存 貯壽命。 (3)不管是存貯，還是工 作，所有失效的OLED都出 現(xiàn)大量的不發(fā)光區(qū)域 黑斑。 五、OLED的工作特性 OLED失效機制： (1) 短路現(xiàn)象。 由

22、于有機薄膜不均勻致密，從而有貫穿有機層的微型導電通道形成。 (2) 黑斑的形成。 熱效應(yīng)有機薄層的熱不穩(wěn)定，性導致丁黑、點的形成； 有機聚合物材料的化學不穩(wěn)定性有機分子易受到氧和水的侵蝕，喪 失發(fā)光能力； 金屬陰極的不穩(wěn)定性 - 屬陰極被氧化； 金屬陰極有機層界面處化學反應(yīng)水、氧和鋁三者所發(fā)生的電化學反 應(yīng)會釋放出微量氣體，造成金屬陰極從有機層剝離開來. (3) 雜質(zhì)的影響 雜質(zhì)是捕獲載流子和激子非輻射衰減(生熱)的中心，又可以引起內(nèi) 部電場的局部畸變，因而是器件老化和蛻變得重要原因。 六、OLED的制作工藝 OLED器件的典型結(jié)構(gòu)及制作I藝流程 Cathode 紫外憂化 六、OLED的制作工

23、藝 一、IT0表面處理工藝 目的：IT0的不均勻性將導致有機層不均勻，從而易形成 局部強電場引起OLED中黑斑的產(chǎn)生。平整的IT0表面場強均勻, 減小短路的危險，提高OLED的穩(wěn)定性。 早在1987年，鄧青云就指出，在沉積有機層之前，IT0表 面必須進行仔細的清洗，否則不能得到穩(wěn)定的OLED器件。 六、OLED的制作工藝 IT0膜表面形態(tài)對OLED器件的性能： 粗糙的IT0膜表面將使光線產(chǎn)生漫反射，減小出射光效率， 降低OLED的外量子效率。 OLED加電壓時，粗糙表面會影響OLED的內(nèi)電場分布。IT0 表面的尖峰將導致局部高電場，高電場將使激子解離成為正 負載流子，致使發(fā)光強度降低；而且高電場將加速有機材料的 惡化，以至降低OLED的穩(wěn)定性。六、OLED的制作工藝 I TO膜是有機物膜進行淀積的基底，ITO膜的表面形態(tài)將 影響有機腹.的成膜的吸附性、內(nèi)應(yīng)力和結(jié)晶度。由于粗糙 的表面將不利于有機分子之間內(nèi)聚形成昌體，因而粗糙的表 面易于形成不定形結(jié)構(gòu)的有機物薄膜。對于不定形結(jié)構(gòu)的 有機物來說，結(jié)晶有機物的出現(xiàn)將增加