電致發(fā)光與場致發(fā)光器件OLED

1、電致發(fā)光與場致發(fā)光器件OLEDv1920年德國學者古登和波爾發(fā)現(xiàn)，某些物質(zhì)加上電壓后會發(fā)光，人們把這種現(xiàn)像稱為電致發(fā)光或場至發(fā)光（EL）。v1936年，德斯垂將ZnS熒光粉浸入蓖麻油中，并加上電場，熒光粉便能發(fā)出明亮的光。v1947年美國學者麥克馬斯發(fā)明了導電玻璃，多人利用這種玻璃做電極制成了平面光源，但由于當時發(fā)光效率很低，還不適合作照明光源，只能勉強作顯示器件。v70年代后，由于薄膜技術帶來的革命，薄膜晶體管（TFT）技術的發(fā)展場致發(fā)光（EL）在壽命、效率、亮度、存儲上的技術有了相當?shù)奶岣?。使得場致發(fā)光（EL）成為三在顯示技術中最有前途的發(fā)展方向之一。 v場致發(fā)光（EL）按激光發(fā)過程的不同

2、分為二大類： （1）注入式電致發(fā)光：直接由裝在晶體上的電極注入電子和空穴，當電子與空穴在晶體內(nèi)再復合時，以光的形式釋放出多余的能量。注入式電致發(fā)光的基本結構是結型二極管（LED）； （2）本征型電致發(fā)光：又分為高場電致發(fā)光與低能電致發(fā)光。其中高場電致發(fā)光是熒光粉中的電子或由電極注入的電子在外加強電場的作用下在晶體內(nèi)部加速，碰接發(fā)光中心并使其激發(fā)或離化，電子在回復到基態(tài)時輻射發(fā)光。v第（二）種器件程類繁多，大致分成： 交流粉末電致發(fā)光（ACEL）; 直流粉末電致發(fā)光（DCEL）; 交流薄膜電致發(fā)光（ACTFEL）; 直流薄膜電致發(fā)光（DCTFEL）。 低能電致發(fā)光是指某些高電導熒光粉在低能電子注

3、入時的激勵發(fā)光現(xiàn)象。圖5.1 ACEL結構圖v交流電致發(fā)光顯示是目前高場電致發(fā)光顯示的主流。ACEL結構如圖所示。v它是將電致發(fā)光粉ZnS:CuCl或（ZnCd）S:CuBr混合在環(huán)氧樹脂和氰乙基醣的混合物的有機介質(zhì)中，兩端夾有電極，其中一個為透明電極。另一個是真空蒸鍍鋁或銀電極，構成一個EL。v實質(zhì)上，ACEL是大量幾微米到幾十微米的發(fā)光粉狀晶體懸浮在絕緣介質(zhì)中的發(fā)光現(xiàn)象，也稱德斯垂效應。ACEL所加的電壓通常為數(shù)百伏。ACEL是晶體內(nèi)的發(fā)光線發(fā)光，不是體發(fā)光。線發(fā)光強度可達3.4105cd/m2，總體發(fā)光亮度約40cd/m2功率轉(zhuǎn)換效率為1/%，壽命約1000小時。 v高場電致發(fā)光的機制存

4、在許多有趣的物理問題，最近仍在不斷的探討，它與EL材料中的電子在高電場下作用下的加速產(chǎn)生熱電子，熱電子碰撞ZnS格使之離化產(chǎn)生電子空穴對，當電子重新被這些離化的施主和受主俘獲時，產(chǎn)生復合發(fā)光，也可以通過熱電子直接碰撞發(fā)光中心發(fā)光（如ZnS基質(zhì)發(fā)光材料中的施主-受主對，或摻雜的Mn2+，或一些三價稀土離子），電子空穴對的復合能量也可以直接傳遞給發(fā)光中心而發(fā)光。 v目前的ACTFEL多采用雙絕緣層ZnS:Mn薄膜結構。器件由三層組成，如圖所示。v器件由三層組成，發(fā)光層夾在兩絕緣層間，起消除漏電流與避免擊穿的作用。v摻不同雜質(zhì)則發(fā)不同的光，其中摻Mn的發(fā)光效率最高，加200V，5000Hz電壓時，亮

5、度高達5000cd/m2。vACTFEL具有記憶效應，通常室內(nèi)光照度下，記憶可維持幾分鐘，在黑暗中可保持十幾個小時。v記憶效應可以解釋為：脈沖電壓產(chǎn)生強電場，使發(fā)光層中電子加速。在這些電子穿過發(fā)光層時，激發(fā)錳發(fā)光中心。已穿過發(fā)光層的電子便在發(fā)光層與絕緣層的界面上積累起來，這些電子在電場移去后仍將留在界面處，于是在發(fā)光層兩邊形成極化電荷。如果下一個脈沖與上一個脈沖同方向，則極化電場將抵消脈沖電壓產(chǎn)生的電場的大部分，所以發(fā)光亮度變小。反過來，如果下一脈沖方向反轉(zhuǎn)，則極化電場與脈沖電壓產(chǎn)生的電場疊加，總電場變大，所以發(fā)光亮度增加。利用記憶效效可以制成具有灰度級的記憶板，作為視頻顯示板用的記憶板能夠具

6、有幀儲存的能力。圖5.2 ACTFEL結構示意圖1金屬電極；2絕緣層；3發(fā)光層；4絕緣層；5透明電極；玻璃襯底vACTFEL優(yōu)點是壽命長（大于2萬小時），亮度高，工作溫度寬（-55+125），缺點是只有摻Mn的發(fā)光效率高，且為橙黃色，對全色顯示要求三基色研制高效的發(fā)光材料是當今研究的課題。EL器件目前已被應用在背光源照明上，在汽車、飛機及其他設備儀器儀表、手機、手表、電子鐘、LCD模塊、筆記本電腦顯示器等方面獲得應用。也作為交通安全標志，公司標志，出口通道等發(fā)光指示牌上的發(fā)光顯示器件。圖5.3 柯達L633數(shù)碼相機顯示屏v有機發(fā)光顯示器（OLED）又稱有機EL，是以有機薄膜作為發(fā)光體的自發(fā)光顯

7、示器件。v它是固體自發(fā)光器件，可適應惡劣工作環(huán)境；它響應時間短、發(fā)光效率高、視角寬、對比度高；它可在5V10V的低電壓下工作，功耗低，工藝簡單；制造成本低、有機發(fā)光材料眾多、覆蓋發(fā)光光譜從紅外到紫外，適合全彩色顯示；價廉、易于大規(guī)模生產(chǎn)；OLED的生產(chǎn)更近似于精細化工產(chǎn)品，可在塑料、樹脂等不同的材質(zhì)上生產(chǎn)，產(chǎn)品的機械性能好，不僅可以制造出筆記本電腦、臺式機適用的顯示器，還有可能創(chuàng)造出墻壁大小的屏幕、可以彎曲折疊的屏幕。人們預言，隨著規(guī)模量產(chǎn)的到來，OLED可以比LCD成本低20%。圖5.4 可以卷起來的顯示器圖5.5 典型雙異質(zhì)結結構v OLED已成為當今超薄、大面積平板顯示器件研究的熱門。v

8、 1963年Pope發(fā)表了世界上第一篇有關OLED的文獻，當時使用數(shù)百伏電壓，加在有機芳香族Anthracene（葸）晶體上時，觀察到發(fā)光現(xiàn)象。但由于電壓過高，發(fā)光效率低，未得到重視。v 直到1987年伊士曼柯達公司的C.W. Tang及Steve Van Slyke等人發(fā)明以真空蒸鍍法制成多層式結構的的OLED器件后，研究開發(fā)才活越起來。同年，英國劍橋大學開文迪施實驗室的Jeremy Burroughes證明高分子有機聚合物也有電致發(fā)光效應。v 1990年英國劍橋大學的Friend等人成功的開發(fā)出以涂布方式將多分子應用在OLED上，即Polymer（多聚物，聚和物） LED，亦稱PLED。不

9、但再次引發(fā)第二次研究熱潮，更確立了OLED在二十一世紀產(chǎn)業(yè)中所占的重要地位。v目前正進入產(chǎn)業(yè)化階段。OLED在材料與技術專利部分主要有兩大陣營，分別為小分子及高分子材料。目前OLED量產(chǎn)的產(chǎn)品有90%以上為被動式單色或多彩小尺寸顯示器，應用市場主要為手機、PDA、手持游戲機和數(shù)字相機等。若從技術及市場發(fā)展趨勢來看，OLED將會往主動式、全彩和大尺寸發(fā)展，進而直接威脅TFT-LCD和PDP等平面顯示器的市場。vOLED的基本原理為：加入一外加偏壓，使電子空穴分別經(jīng)過空穴傳輸層與電子傳輸層后，進入一具有發(fā)光特性的有機物質(zhì)，在其內(nèi)部發(fā)生復合，激勵出一個激子，再將能量釋放出來回到基態(tài)，而這些釋放出來的

10、能量中，通常由于發(fā)光材料的選擇及電子自旋的特性，只有25%（單重態(tài)到基態(tài)）的能量可以用來當作OLED的發(fā)光，其余75%（三重態(tài)到基態(tài)）的能量以磷光或熱的形式回歸到基態(tài)。選擇不同的發(fā)光材料（帶隙不同）可得到不同顏色的發(fā)光。v圖所示的典型多層OLED結構，發(fā)光過程為：載流子注入是通過陰極和陽極注入到電極內(nèi)側(cè)有機功能薄膜層，載流子分別從電子傳輸層和空穴傳輸層向發(fā)光層遷移，電子和空穴在發(fā)光層中相，相互束縛而形成激子（Exciton），激發(fā)態(tài)能量通過輻射躍遷到基態(tài)。 v由于OLED屬有機分子為主的非晶半導體器件，而無機發(fā)光器件（EL）則是以原子為主。vOELD的特性主要來自其分子之作用力而EL是來自其原子之作用力。v有機分子是共價鍵化合物，因其電子被局域化，故通導性不佳。然而有一類有機分子因其具有電子，而在適當組合下，這些電子不會被局域化，而其鍵結是以單、雙鍵方式交互形成，故此類分子稱為共軛分子，而其特性因電子能夠在其共軛軌道上移動，故具有導通性。v利用此類單體分子便能聚合產(chǎn)生“共軛聚合物”。最早的共軛聚合物即為聚乙烯，其具有高導度。有機半導體因其導電程度介于導體與半導體之間，故其應用范圍也非常廣，多用于電磁波遮蔽體、抗靜電涂布等。而應用其摻雜及去摻雜之行為，發(fā)展了充電式電池、智能電變色窗、太陽電池、光存儲、非線性光學器件等。當前最熱門的應用則是OLED。v一般說來，