有機電致發(fā)光器件(OLED) 的結構和發(fā)光機理 畢業(yè)設計

1、摘要OLED 具有全固態(tài)、主動發(fā)光、高 HYPERLINK /779.html o 對比度 t _blank 對比度、超薄、低功耗、無視角限制、響應速度快、低電壓直流驅動、工作溫度范圍寬、易于實現(xiàn)柔性顯示和3D 顯示等諸多優(yōu)點，將成為未來20 年最具“錢景”的新型顯示技術。同時，由于OLED 具有可大面積成膜、功耗低以及其它優(yōu)良特性，因此還是一種理想的平面光源，在未來的節(jié)能環(huán)保型照明領域也具有廣泛的應用前景。本文將系統(tǒng)介紹OLED的發(fā)展背景、發(fā)展史、制備及應用，介紹了有機電致發(fā)光器件(OLED) 的結構和發(fā)光機理。典型的傳統(tǒng)OLED是生長在透明的陽極例如ITO玻璃上的，發(fā)射出來的光是由最底層襯

2、底透出，這使得它與其他電子元件如硅基顯示驅動器的集成變得非常復雜。因此，理想的做法是研發(fā)一種OLED，其光的發(fā)射由器件頂部的透明電極透出。重點介紹一種具有陰極作為底層接觸層，陽極ITO薄膜作為頂部電極的表面發(fā)射型或者說有機“反轉”的LED(OILED)。介紹了該器件的制備工藝，對該OILED的I一V特性及EL譜進行了測試，發(fā)現(xiàn)與傳統(tǒng)的OLED相類似，而工作電壓有所升高，效率一定程度上降低。為了進一步改善器件性能，我們對器件增加了保護層(PL)，研究了PL對OILED器件性能的影響。最后概述了器件的技術進展和應用前景, 并展望了未來OLED 發(fā)展的方向。關鍵詞：有機電致發(fā)光器件，有機反轉電致發(fā)光

3、器件，發(fā)光機理，保護層（PL）,陽極ITO薄膜AbstractOLED has a solid state, self-luminous, high contrast, ultra-thin, low power consumption, viewing angle, fast response, low-voltage DC drive, the operating temperature range, easy to implement many of the advantages of flexible displays and 3D displays will become the f

4、uture20 years of the most money scene of the new display technology. Also, because OLED has a large-area film, low power consumption, and other fine features, so an ideal plane light source, also has broad application prospects in the future of energy saving lighting in the area. In this paper, the

5、systematic introduction of OLED development background, history of the development, preparation and application, the structure of the organic electroluminescent devices (OLED) and the luminescence mechanism.Typical traditional OLED is growth in transparent anode ITO glass, for example, the light is

6、emitted by bottom gives fully substrate, this makes it and other electronic components such as that the integration of the silica based drive become very complex. Therefore, the ideal way is developing a OLED, its light emission from the top of the device gives fully transparent electrodes. Focuses

7、on a cathode as the bottom contact layer, the anode of ITO films as the top electrode surface emission or organic LED of the reverse (OILED). Of the device preparation process, the OILED I-V characteristics and EL spectra of the test, found that similar to the conventional OLED, the working voltage

8、was increased efficiency to a certain extent on the lower. To further improve the device performance of the device to increase the protective layer (PL), PL OILED device performance. Finally an overview of the technical progress and prospects of the device, and looked to the future OLED, the directi

9、on of development.Keywords:Organic Electroluminescent Devices, Organic reverse electroluminescent devices, Luminescence mechanism, Protective layer (PL), the anode of ITO films.目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc327304470 摘要 PAGEREF _Toc327304470 h I HYPERLINK l _Toc327304471 Abstract PAGEREF _Toc32

10、7304471 h II HYPERLINK l _Toc327304472 目錄 PAGEREF _Toc327304472 h III HYPERLINK l _Toc327304473 1.緒論 PAGEREF _Toc327304473 h 1 HYPERLINK l _Toc327304474 1.1課題背景 PAGEREF _Toc327304474 h 1 HYPERLINK l _Toc327304475 1.2 OLED技術的發(fā)展概況 PAGEREF _Toc327304475 h 2 HYPERLINK l _Toc327304476 1.2.1 全球OLED發(fā)展史 PAG

11、EREF _Toc327304476 h 4 HYPERLINK l _Toc327304477 1.2.2 中國OLED發(fā)展狀況 PAGEREF _Toc327304477 h 5 HYPERLINK l _Toc327304478 1.2.3 OLED的應用 PAGEREF _Toc327304478 h 6 HYPERLINK l _Toc327304479 1.2.3 OLED的制備 PAGEREF _Toc327304479 h 6 HYPERLINK l _Toc327304480 2.有機電致發(fā)光器件 PAGEREF _Toc327304480 h 8 HYPERLINK l _

12、Toc327304481 2.1 引言 PAGEREF _Toc327304481 h 8 HYPERLINK l _Toc327304482 2.2 有機電致發(fā)光器件 PAGEREF _Toc327304482 h 8 HYPERLINK l _Toc327304483 2.3 有機電致發(fā)光器件的結構 PAGEREF _Toc327304483 h 9 HYPERLINK l _Toc327304484 2.4 OLED發(fā)光機理 PAGEREF _Toc327304484 h 10 HYPERLINK l _Toc327304485 2.5 我國發(fā)展OLED產業(yè)存在的問題及發(fā)展趨勢 PAGE

13、REF _Toc327304485 h 13 HYPERLINK l _Toc327304486 2.5.1 存在的問題 PAGEREF _Toc327304486 h 13 HYPERLINK l _Toc327304487 2.5.2 發(fā)展趨勢 PAGEREF _Toc327304487 h 14 HYPERLINK l _Toc327304488 2.6 結論及建議 PAGEREF _Toc327304488 h 14 HYPERLINK l _Toc327304489 3.有機反轉電致發(fā)光器件 PAGEREF _Toc327304489 h 16 HYPERLINK l _Toc327

14、304490 3.1 引言 PAGEREF _Toc327304490 h 16 HYPERLINK l _Toc327304491 3.2 器件制備工藝 PAGEREF _Toc327304491 h 17 HYPERLINK l _Toc327304492 3.2.1 基片的清洗及表面處理 PAGEREF _Toc327304492 h 17 HYPERLINK l _Toc327304493 3.2.2 陰極的蒸鍍 PAGEREF _Toc327304493 h 17 HYPERLINK l _Toc327304494 3.2.3 有機層的成膜 PAGEREF _Toc327304494

15、 h 18 HYPERLINK l _Toc327304495 3.2.4 陽極的濺射 PAGEREF _Toc327304495 h 19 HYPERLINK l _Toc327304496 3.3 Si/Al/Alq SKIPIF 1 0 / PVK:TPD/PTCDA/ITO結構的有機反轉電致發(fā)光器件的研究 PAGEREF _Toc327304496 h 19 HYPERLINK l _Toc327304497 3.3.1 OILED的I一V特性及亮度測試 PAGEREF _Toc327304497 h 19 HYPERLINK l _Toc327304498 3.4 保護層(PL)對器

16、件性能的影響 PAGEREF _Toc327304498 h 27 HYPERLINK l _Toc327304499 3.4.1 PL厚度對器件j一V特性的影響 PAGEREF _Toc327304499 h 27 HYPERLINK l _Toc327304500 3.4.2 PL對器件的最大驅動電流I SKIPIF 1 0 的影響 PAGEREF _Toc327304500 h 29 HYPERLINK l _Toc327304501 3.4.3 PL對器件外量子效率 SKIPIF 1 0 的影響 PAGEREF _Toc327304501 h 29 HYPERLINK l _Toc32

17、7304502 3.4.4 PL對EL發(fā)射譜的影響 PAGEREF _Toc327304502 h 30 HYPERLINK l _Toc327304503 3.4.5 頂電極(陽極)面積對載流子注入效率的影響 PAGEREF _Toc327304503 h 31 HYPERLINK l _Toc327304504 3.4.6 PL層對器件最表面狀態(tài)的影響 PAGEREF _Toc327304504 h 32 HYPERLINK l _Toc327304505 4.OLED與OILED的特性及存在的問題 PAGEREF _Toc327304505 h 33 HYPERLINK l _Toc32

18、7304506 4.1 與目前占主流地位的CRT及LCD技術相比，OLED與OILED具有以下更多的優(yōu)點: PAGEREF _Toc327304506 h 33 HYPERLINK l _Toc327304507 4.2 與OLED相比OILED的不同 PAGEREF _Toc327304507 h 35 HYPERLINK l _Toc327304508 4.3 OLED與OILED 急待解決的問題和未來發(fā)展趨勢 PAGEREF _Toc327304508 h 35 HYPERLINK l _Toc327304509 結論 PAGEREF _Toc327304509 h 38 HYPERLI

19、NK l _Toc327304510 5.致 謝 PAGEREF _Toc327304510 h 39 HYPERLINK l _Toc327304511 6.參考文獻： PAGEREF _Toc327304511 h 401.緒論1.1課題背景信息顯示是信息產業(yè)的核心技術之一, 而信息顯示技術及顯示器件多種多樣, 到目前為止，有四種發(fā)光物理機制完全不同的固態(tài)場致發(fā)光形式。它們分別是基于P-N異質結的無機發(fā)光二級管(LED);通過碰撞發(fā)光材料而激發(fā)的無機電致發(fā)光(IEL);由相反電極注入載流子隨后在發(fā)光層復合輻射躍遷的有機電致發(fā)光(OLED);電子在固體中加速的固態(tài)陰極射線發(fā)光(SSCL)。在

20、過去的數(shù)年里，這些場致顯示技術己經取得了長足的進步。但是，LED還不能實現(xiàn)精細化顯示;OLED和IEL的發(fā)光效率和壽命等方面還沒有達到實際應用的要求;固態(tài)陰極射線發(fā)光才剛剛誕生數(shù)十年，各方面的問題還沒有得到徹底的解決。其中, 有機電致發(fā)光顯示器件由于響應速度快, 適合于全彩色的動態(tài)圖象顯示, 同時驅動電壓低, 能與數(shù)字圖象VLSI 技術兼容, 也便于實現(xiàn)動態(tài)圖象的顯示驅動, 并且聚合物材料可以通過低成本的工藝做成柔性的大面積平板顯示, 所以它是實現(xiàn)未來超薄型可卷壁掛式彩色電視的關鍵技術, 現(xiàn)被公認為是繼液晶顯示LCD、等離子顯示PBD 后的新一代圖形圖象顯示器件。 有機電致發(fā)光的研究起步于60

21、 年代, Pope 首次在蒽單晶上實現(xiàn)了電致發(fā)光, 但由于當時需要在大于100V 的驅動電壓下才能觀察到明顯的發(fā)光現(xiàn)象, 且量子效率也很低, 還由于受各種條件的制約, 未能很好地解決成膜質量差和電荷注入效率低等問題,所以有機電發(fā)光的發(fā)展一直處于停滯不前的狀態(tài)。直到1987 年, Tang 和VanSlyke 采用8-羥基喹啉鋁絡合物( SKIPIF 1 1 000cd/ m2 ) , 高效率( 1. 5 lm/ W) 的綠光有機電致發(fā)光薄膜器件, 其驅動電壓降到了10V 以下,從而取得了有機電致薄膜發(fā)光器件研究史上劃時代的進展。 由于他們的工作, 又引起了人們對有機電致發(fā)光研究的再度關注。 1

22、990 年, Bur roug hes 等人用聚對苯乙烯( PPV) 制備的聚合物薄膜電致發(fā)光器件得到了量子效率為0. 05% 的藍綠光輸出, 其驅動電壓小于14V。 由于聚合物材料的制作工藝、穩(wěn)定性以及化學修飾性都比有機小分子更為優(yōu)越, 所以聚合物PPV 以及PPV 衍生物材料的研究進一步地推動了有機電致發(fā)光薄膜的研究, 使之成為新的研究熱點。 其中, Braun 等用PPV 的衍生物制成了量子效率為1%的綠色和橙色光輸出, 其驅動電壓約為3V. 這些工作都極大推進了有機薄膜電致發(fā)光器件的發(fā)展, 從而使得有機電致發(fā)光的研究在世界范圍內廣泛地開展起來。1.2 OLED技術的發(fā)展概況按照所采用有

23、機發(fā)光材料的不同,OL ED 可區(qū)分為兩種不同的技術類型: 一是基于小分子有機發(fā)光材料的SM 2OL ED (small material OL ED) , 另一是基于共軛高分子發(fā)光材料的PL ED (polymer OL ED)。按照驅動方式不同,OL ED 可分為有源驅動OL ED (active2 matrix OLED) 和無源驅動OL ED (passive2 matrix OLED)。小分子OLED 技術發(fā)展得較早(1987 年) , 因而技術也較為成熟。PLED 的發(fā)展始于1990年,由于聚合物薄膜可以采用旋涂、噴墨印刷等方法制備,因此有可能大大地降低器件生產成本,但目前該技術遠

24、未成熟。目前小分子OL ED 器件的發(fā)光效率已經超過15lm/W ,器件壽命(半衰期) 已經超過50000h。而高分子器件的發(fā)光效率則已超過10lm/W ,壽命也已超過10000h。就器件的壽命而言,有機發(fā)光顯示器件已經可以滿足實際應用的要求。目前OLED 的發(fā)展主要表現(xiàn)在以下幾個方面:(1) 發(fā)光材料發(fā)光材料主要有小分子發(fā)光材料和高分子發(fā)光材料,小分子發(fā)光材料可以分為熒光材料、磷光材料。在小分子發(fā)光材料方面,緣色熒光材料發(fā)展最快,其次是紅色磷光材料。最近佳能在S ID2004上宣布,已經成功開發(fā)出驅動電壓為2.7V的綠色熒光材料,初始亮度為100cd/時,壽命可達25000h, 初始亮度10

25、0cd/,發(fā)光效率達26lm/W。Pioneer 的紅色磷光材料,初始亮度在700cd/ 時,壽命預計超過30000h。在高分子發(fā)光材料方面,黃色發(fā)光聚合物, 發(fā)光效率可達到35cd/ ,藍色發(fā)光聚合物,發(fā)光效率可達到20cd/ 。綠色磷光材料的Host 材料, 使發(fā)光效率達到了24cd/ 。OLED 發(fā)光材料未來開發(fā)方向是,高效率化(提高發(fā)光效率)、改善熒光材料、引入磷光材料。磷光材料(三線態(tài)材料)充分利用了激發(fā)三線態(tài)的能量,可以明顯提高器件的外量子效率,是一類比較看好的發(fā)光材料。(2) 彩色化實現(xiàn)彩色技術的突破是OLED 展的關鍵。OLED的彩色化方案主要有“RGB 三色發(fā)光法”、以藍光材

26、為基礎的“色變換法”和以白光發(fā)光層搭配彩色濾光片的“白光法”等。目前主要采用三色發(fā)光法和白光加濾光片法。(3) 柔軟顯示OLED柔軟顯示器(又稱為可卷曲顯示器) 是顯示技術領域的最熱趨勢之一,OLED以其獨有的特性為這個目標的實現(xiàn)帶來了極大希望。要實現(xiàn)柔軟顯示需要解決的主要問題是電極層以及有機層的附著性能、基板的氣密性和封裝技術。近來,OLED柔軟顯示器引起全球的高度關注。隨著OLED 技術的進步,全球許多研發(fā)機構和企業(yè)加大了對OLED柔軟顯示器的研發(fā),但目前世界上只有美國的UDC、日本的東北先鋒等為數(shù)不多的研發(fā)機構或公司推出了柔軟OLED樣品,維信諾公司于2003年11月23日推出國內首款單

27、色點陣柔軟OLED顯示屏。(4) 大尺寸面板制作大尺寸技術被認為是OLED能否用于電視機的關鍵技術。是全球研究開發(fā)的又一熱點。制約其發(fā)展的關鍵技術是驅動IC 和面板制備技術。目前還沒有很適合大尺寸OLED驅動的IC,而且大尺寸面板成品率低, 生產工藝不成熟, 仍處于研發(fā)階段,預計2008 年才能夠達到實用化水平。(5) 驅動IC 開發(fā)集成電路(IC) 是OLED器件的重要組成部分,一般占器件成本的20% 30%。實力比較強的是美國的Clair 公司和中國香港的Solomon公司,中國臺灣和韓國也有很多公司在從事OLED 專用IC 的設計工作。IC 作為OLED 器件的上游原材料, 其發(fā)展是與器

28、件的發(fā)展相一致的。目前情況看,OLED 控制IC與LCD 控制IC比較相似, 不存在技術難度; 單色、多色驅動IC 已經比較成熟, 但款式有限, 一般只有通用的幾款; 彩色驅動IC 難度較大, 仍需要改進。(6) AMOLED 技術AMOLED采用的基板業(yè)界有三個方向, 一個是對傳統(tǒng)的a2SiTFT 進行改進, 二是開發(fā)載流子遷移率高的L TPSTFT 技術, 三是開發(fā)OTFT。通過非晶硅底板驅動的2. 2 英寸有機EL 面板, 176 像素220 像素, 亮度為120cd/, 色表現(xiàn)范圍與N TSC 相比達65% 以上。采用真空蒸鍍低分子材料的方法制成, 采用底部發(fā)光型元件構造。總之,OLE

29、D的技術發(fā)展方向是解決器件的成品率、壽命和彩色化問題。從長遠來看,OLED未來的發(fā)展必將沿著小尺寸中尺寸大尺寸超大尺寸、單色多色彩色、無源有源、硬屏-軟屏的脈絡進行發(fā)展, 最理想的OL ED 顯示器應該是TFTOLED。1.2.1 全球OLED發(fā)展史1947年出生于香港的美籍華裔教授鄧青云在實驗室中發(fā)現(xiàn)了有機發(fā)光二極體，也就是OLED，由此展開了對OLED的研究，1987年，鄧青云教授和Vanslyke 采用了超薄膜技術，用透明導電膜作陽極， SKIPIF 1 15 lm/w)和高穩(wěn)定性(發(fā)光強度為150 cd/m2時，工作壽命10,000小時)的有機EL器件已經研制出來。對高分子有機EL的研

30、究工作比對小分子有機EL的研究，起步要晚得多。直到1990年，才由Burroughes及其合作者研究成功第一個高分子有機EL器件。此后，為了發(fā)展聚合物EL技術，在美國和歐洲進行了大量的研究工作。人們一般都隊為，聚合物材料比有機小分子材料要穩(wěn)定，這也就成了發(fā)展聚合物EL的原動力。 目前，OLED的產品已從試驗室走向了市場。從1997l999年，OLED顯示器的惟一市場是在車載顯示器上，2000年以后，產品的應用范圍逐漸擴大到手機顯示屏。OLED在手機上的應用又極大地推動其技術的進一步發(fā)展和應用范圍的迅速擴大，對現(xiàn)有的LCD、LED和VFD提出強有力的挑戰(zhàn)。 進入21 世紀，人們需要性能更好、更能

31、符合未來生活需求的新一代平板顯示器，以迎接所謂的“4C”，即計算機(computer)、通信(commun HYPERLINK /CAT-2801-ICDesign.html o ic t _blank ication)、消費電子(consumer electronics)、汽車電子(carelectronics)以及“ HYPERLINK /575.html o 3G t _blank 3G”時代。尤其未來的趨勢是要在輕巧的柔性體上輸送大量的信息和影像，而現(xiàn)今的平板顯示器顯然已不符合需求。顯示技術在經歷了CRT、 HYPERLINK /SEARCH/WENZHANG/LCD.HTM o LC

32、D t _blank LCD、PDP 技術之后，正向大面積、超薄、低成本、柔性等方面發(fā)展。OLED因自身多項優(yōu)點，符合未來平板顯示技術的發(fā)展方向。顯示技術發(fā)展歷程如圖1.1 所示。因此，有專家稱二十一世紀最有“錢景”的產業(yè)，就是擁有“夢幻顯示器”之稱的“OLED”。圖1.1 顯示技術發(fā)展歷程1.2.2 中國OLED發(fā)展狀況OLED產業(yè)發(fā)展受到了中國政府的高度關注，在工業(yè)和信息化部支持下，中國內地的OLED研發(fā)取得了突破性進展。2008年10月，由清華大學組建的維信諾公司在昆山成功建成中國內地第一條OLED大規(guī)模生產線，實現(xiàn)了小尺寸OLED顯示屏的量產。目前，中國內地主要有昆山維信諾、汕尾信利、

33、四川虹視、佛山彩虹等企業(yè)從事小尺寸OLED生產。而中國首條AMOLED中試線已經在昆山建成投產并于2010年底打通全部生產工藝，上海天馬和佛山彩虹都在建設4.5代AMOLED生產線預計2011年即可量產，京東方及四川虹視等也在積極進行AMOLED項目研發(fā)工作。中國大陸的AMOLED面板生產線有京東方的4.5代和5.5代線，成都虹視的4.5代線，長三角天馬的2.5代線，維信諾的2.5代線和4.5代線，廈門天馬的5.5代線，珠三角彩虹的2條4.5代線，彩顯的2.5代線，信利的2.5代線等，我國AMOLED產業(yè)即將見到豐收的碩果。1.2.3 OLED的應用OLED對我們來說可能還是一個新的名詞，但實

34、際上我們或許已經在使用它，只是并不知道而已。比如，我們的手機顯示屏可能就是OLED屏。OLED手機顯示屏僅是OLED的一種應用，實際上它的應用范圍非常廣，涉及許多領域：商業(yè)領域：主要應用在POS機和ATM機、復印機、自動售貨機、游戲機、公用電話亭、加油站、打卡機、門禁系統(tǒng)、電子秤等產品和設備的顯示屏。通信領域：主要應用有3G手機、各類可視對講系統(tǒng)(可視電話)、移動網絡終端、ebook(電子圖書)等產品的顯示屏。計算機領域：主要有家用和商用計算機(PC/工作站等)、PDA和筆記本電腦的顯示屏。消費類電子產品：主要應用有裝飾用品(軟屏)與燈具、各類音響設備、計算器、數(shù)碼相機、數(shù)碼攝像機、便攜式DV

35、D、便攜式電視機、電子鐘表、掌上游戲機、各種家用電器(OLED電視)等產品的顯示屏。工業(yè)應用場合：主要應用有各類儀器儀表、手持設備等的顯示屏。交通領域：主要應用有GPS、車載音響、車載電話、飛機儀表和設備等各種指示標志性的顯示屏。如微顯示器，這種技術最早用于戰(zhàn)斗機飛行員，現(xiàn)在的穿戴式電腦也用它。有了它，移動設備就不再受顯示器體積大、耗電多的限制。1.2.3 OLED的制備選用PVCZ 作為空穴傳輸層和發(fā)光層, 采用8-羥基喹啉鋁( tr is ( 8-hy dro xy quinoline) aluminum,Alq) 作為電子傳輸層。摻雜染料為我們首次采用的9, 10-二苯乙炔基蒽( 9,

36、10-bis ( pheny lethny ) anthracene,BPEA ) 。PVCz 和BPEA 的二氯乙烷溶液通過在IT O ( indium-t in-oxide) 玻璃上旋涂成膜。 SKIPIF 1 0 則在6.65 MPa 的真空下蒸鍍在PVCZ 膜上, 在同樣條件下將金屬Al 蒸鍍在 SKIPIF 1 0 膜上。器件的結構如圖1.2 所示。IT O 和Al 分別作為器件的正極和陰極, 在正向電壓( ITO 接正) 驅動下, 可以透過ITO 膜觀察到器件的發(fā)光。ITO 和Al分別作為器件的正極和陰極, 在正向電壓( ITO 接正) 驅動下, 可以透過ITO 膜觀察到器件的發(fā)光

37、。圖1.2有機EL 器件的結構示意圖2.有機電致發(fā)光器件2.1 引言有機電致發(fā)光( OLE )就是指有機材料在電流或電場的激發(fā)作用下發(fā)光的現(xiàn)象。根據(jù)所使用的有機電致發(fā)光材料的不同, 人們有時將利用有機小分子為發(fā)光材料制成的器件稱為有機電致發(fā)光器件, 簡稱OLED; 而將利用高分子作為電致發(fā)光材料制成的器件稱為高分子電致發(fā)光器件, 簡稱PLED。有機電致發(fā)光器件(organic light-em itting devices,OL ED) 以其優(yōu)越的性能脫穎而出, 具有如下優(yōu)點: (1) 結構簡單, 體積小, 重量輕, 成本低, 易進行大規(guī)模、大面積生產, 具有超薄、大面積、便于攜帶、平板顯示等

38、特點。(2) 主動發(fā)光, 視角范圍大, 接近于180; 響應速度快, 圖像穩(wěn)定, 圖像刷新率比液晶顯示器快100 倍1000 倍; 發(fā)光效率高, 亮度大, 可實現(xiàn)全色顯示。(3) 有機材料的機械性能好, 易加工成各種形狀; 可以采用樹脂作為基板, 制備可折疊的柔性顯示器。(4) 驅動電壓低, 能耗低, 能與半導體集成電路的電壓相匹配, 使大屏幕平板顯示的驅動電路容易實現(xiàn)。(5) 全固態(tài)結構, 抗震性能好, 因而可以適應巨大的加速度和劇烈振動等惡劣環(huán)境。OL ED 的應用前景非常誘人, 它完全可以代替陰極射線管(CRT )、液晶顯示器(LCD )、發(fā)光二極管(LED) , 實現(xiàn)顯示器件的輕量化、

39、薄型化、高亮度、快速響應、高清晰度、低電壓化、高效率化和低成本化。另外, 它還可以作為新型光源使用。2.2 有機電致發(fā)光器件有機電致發(fā)光屬于注入式的有機分子激子復合發(fā)光，它能將電能直接轉化為光能。有機電致發(fā)光器件是一種由夾在兩電極間的具有半導體特性的有機薄膜材料構成的夾心式結構。其正極通常用三芳基胺類和多苯環(huán)的芳基胺類衍生物制成的透明的電極，其負極則由金屬薄膜制成。當直流電壓施于這兩極時，從負極注入電子，從正極拉走電子相當于從正極注入空穴。這些電子和空穴載流子在有機薄膜發(fā)光層內遷移、相遇并復合形成激子，激子擴散進行能量傳遞形成發(fā)光材料激發(fā)態(tài)，處于激發(fā)態(tài)的發(fā)光材料輻射躍遷導致發(fā)光。有機電致發(fā)光器

40、件中的發(fā)光層是決定電致發(fā)光性能的最重要的一層。選用不同的有機材料，就能提供各種不同顏色的發(fā)光層。根據(jù)發(fā)光材料的載流子注入和傳輸特性的不同，有機電致發(fā)光器件可以分為單層和多層膜夾心式等不同結構類型。單層結構器件制作相對簡單，主要用來研究發(fā)光材料的基本性能。多層結構器件制作比較復雜。但由于增加了載流子傳輸層，故可以降低驅動電壓，并可提高電子和空穴在發(fā)光層中的復合幾率，從而提高發(fā)光亮度和發(fā)光效率。這是目前常用的有機電致發(fā)光器件的結構類型。目前有機電致發(fā)光器件的制備技術有“小分子”技術和“共軛高聚物”技術。“小分子”技術是將“小分子”薄膜和電極用蒸發(fā)法淀積在玻璃襯底上。其特點是在亮度和使用壽命上有試驗

41、性優(yōu)勢?！肮曹椄呔畚铩奔夹g則可采用淀積光致抗蝕劑層的標準技術制備在襯底上，而且電極可用涂層機印在薄膜上。其特點是造價低，能大面積制備，對溫度不很敏感。日本的先鋒電子公司早在幾年前就推出用“小分子”技術制備汽車收音機顯示器計劃；此外，荷蘭菲利浦公司也在開發(fā)幾種高聚物產品。2.3 有機電致發(fā)光器件的結構OLED 器件的基本結構屬于夾層式結構, 發(fā)光層被兩側電極像三明治一樣夾在中間, 一側為透明電極以便獲得面發(fā)光輸出。陽極一般使用功函數(shù)較高的材料即氧化銦- 氧化錫( ITO )。在ITO 上再用蒸發(fā)蒸鍍法或旋轉涂層法制備單層或多層有機膜, 膜上面是金屬陰極。由于金屬的電子逸出功函數(shù)影響電子的注入效率

42、, 因此要求其功函數(shù)盡可能低。大多數(shù)有機電致發(fā)光材料是單極性的, 同時具有均等的空穴和電子傳輸性質的有機材料很少, 一般只具有良好傳輸空穴的性質或傳輸電子的性質。為了增加空穴和電子的復合幾率, 提高器件的效率和壽命,OLED 的結構從簡單的單層器件發(fā)展到雙層器件、三層器件甚至多層器件, 如圖2.1。圖2.1有機電致發(fā)光器件結構圖EL 2發(fā)光材料; HTL 2空穴傳輸層; ETL 2電子傳輸層; ELL 2空穴傳輸層; H IL 2空穴注入層; E IL 2電子注入層。因為采用單極性的有機物質作為單層器件的發(fā)光材料, 會使電子與空穴的復合自然地靠近某一電極,當復合區(qū)越靠近這一電極, 就越容易被該

43、電極所淬滅, 而這種淬滅有損于有機物的有效發(fā)光, 從而使OLED 發(fā)光效率降低。采用雙層、三層甚至多層結構的OLED, 能充分發(fā)揮各功能層的作用, 調節(jié)空穴和電子注入到發(fā)光層的速率, 使注入的電子和空穴限制在發(fā)光層處發(fā)生復合, 可提高器件的發(fā)光效率。只有使注入的電子和空穴最大限度地在發(fā)光層處復合, 才能提高器件的發(fā)光效率。由于大多數(shù)有機材料導電性能較差, 只有在很高的電場強度下才能使載流子從一個分子流向另一個分子, 因此有機膜的總厚度不宜超過幾百納米, 否則器件的驅動電壓太高, 失去了OLED 的實際應用價值。2.4 OLED發(fā)光機理OLED 的發(fā)光機理一般認為是在外界電壓的驅動下, 由電極注

44、入的電子和空穴在有機物中相遇, 并將能量傳遞給有機發(fā)光分子, 將電能轉換為分子內能, 使其受到激發(fā), 從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài), 當受激發(fā)分子從激發(fā)態(tài)回到基態(tài)時輻射躍遷而產生發(fā)光現(xiàn)象。OL ED 的發(fā)光過程可以看作是分以下四個過程完成的, 如圖6: 有機發(fā)光器件的發(fā)光過程由以下幾個階段完成:l)載流子的注入:在外加電場的條件下，兩種載流子-電子和空穴分別由陰極和陽極向夾在電極間的有機功能薄膜層注入;2)載流子的遷移:注入的載流子分別從電子傳輸層和空穴傳輸層向發(fā)光層遷移;3)激子的形成和遷移:電子和空穴在發(fā)光層中相遇結合，形成激子，激子在電場作用下遷移，將能量傳遞給發(fā)光材料的發(fā)光分子，并激發(fā)電子從基態(tài)

45、能級躍遷到激發(fā)態(tài);4)電致發(fā)光:激發(fā)態(tài)能量通過輻射弛豫過程產生光子，釋放出光能。為了提高器件的效率和壽命, 研究工作者們不僅進行了如圖2.2中宏觀的器件結構改進, 制作出從單層到多層的OL ED, 而且近年來將研究熱點集中在從微觀上對構成OL ED 的層與層內表面的相互作用進行研究, 提高有機材料功能層與無機ITO 玻璃表面、陰極表面及各有機功能層間的附著性, 使得來自陽極和陰極的載流子更容易注入到有機功能薄膜中。圖2.2OL ED 的發(fā)光過程當電極上加有電壓時，發(fā)光層就產生光輻射。和無機薄膜電致發(fā)光器（TFEL）不同，有機材料的電致發(fā)光屬于注入式的復合發(fā)光，其發(fā)光機理是由正極和負極產生的空穴

46、和電子在發(fā)光材料中復合成激子， 激子的能量轉移到發(fā)光分子， 使發(fā)光分子中的電子被激發(fā)到激發(fā)態(tài)， 而激發(fā)態(tài)是一個不穩(wěn)定的狀態(tài)，去激過程產生可見光。為增強電子和空穴的注入和傳輸能力，通常又在LMH 和發(fā)光層間增加一層有機空穴傳輸材料或在發(fā)光層與金屬電極之間增加一層電子傳輸層，以提高發(fā)光效率。 發(fā)光過程的Jbaloneyski能級圖如圖2.3所示。圖2.3 發(fā)光過程的Jbaloneyski能級圖其能量可以通過以下的幾種方式釋放：1）通過振動馳豫，熱效應等耗散途徑使體系能量衰減；2）通過非輻射的躍遷，耗散能量，比如內部轉換，系間竄躍等形式， 如S SKIPIF 1 0 T SKIPIF 1 0 ；3）

47、通過輻射躍遷的熒光發(fā)光（S SKIPIF 1 0 S SKIPIF 1 0 ，S SKIPIF 1 0 S SKIPIF 1 0 ）和磷光發(fā)光(T SKIPIF 1 0 S SKIPIF 1 0 )。在能量釋放時，這些不同形式的能量耗散過程是一個相互競爭的過程。 由于在常溫下!有機分子的磷光非常弱!所以只有其中空穴和電子復合成單重態(tài)激子的部分才能通過輻射躍遷發(fā)射熒光!從而成為有效的有機電致發(fā)光。其中本身能發(fā)生輻射躍遷發(fā)光的那部分只是所吸收的總體能量中很小的一部分，即總體吸收的能量中能夠轉化為電致發(fā)光部分的能量很少。 而且，在器件的制備過程中，材料的缺陷#電極的純度以及不同材料界面對發(fā)光強度和整

48、體性能都有很大的影響。有機小分子電致發(fā)光的原理是：從陰極注入電子，從陽極注入空穴，被注入的電子和空穴在有機層內傳輸。第一層的作用是傳輸空穴和阻擋電子，使得沒有與空穴復合的電子不能進入正電極，第二層是電致發(fā)光層，被注入的電子和空穴在有機層內傳輸，并在發(fā)光層內復合，從而激發(fā)發(fā)光層分子產生單重態(tài)激子，單重態(tài)激子輻射躍遷而光。對于聚合物電致發(fā)光過程則解釋為1在電場的作用下，將空穴和電子分別注入到共軛高分子的最高占有軌道（HOMO）和最低空軌道（LUMO），于是就會產生正、負極子，極子在聚合物鏈段上轉移，最后復合形成單重態(tài)激子，單重態(tài)激子輻射躍遷而發(fā)光。也有人認為，電致發(fā)光機理屬于注入式發(fā)光，在正向偏壓

49、的作用下，ITO 電極向電荷傳輸層注入空穴，在電場的作用下向傳輸層界面移動，而由鋁電極注入的電子也由電子傳輸層向界面移動,由于勢壘的作用,電子不易進入電荷傳輸層，而在界面附近的發(fā)光層（ SKIPIF 1 0 ）一側積累。 由于激子產生的幾率與電子和空穴濃度的乘積成正比，在空穴進入 SKIPIF 1 0 層后與電子界面處結合而產生激子的幾率很大，因而幾乎所有的激子都是在界面處與 SKIPIF 1 0 層一側很狹窄的區(qū)域(約36nm)內產生。因而發(fā)光不僅僅是在電子/空穴層，而且主要在電子B空穴傳輸層的界面。小型單色有機電致發(fā)光器件基本上都是三層結構。 全色有機EL 顯示器為多層結構，一般超過三層。

50、2.5 我國發(fā)展OLED產業(yè)存在的問題及發(fā)展趨勢2.5.1 存在的問題面對日新月異的科學技術變革、面對日益強化的資源環(huán)境約束、面對以創(chuàng)新和技術升級為主要特征的激烈國際競爭，我們看到，我國大陸整體自主創(chuàng)新能力水平還不高，與創(chuàng)新型企業(yè)相比，大陸企業(yè)的自主創(chuàng)新能力雖然近年來得到了明顯加強，但總體水平還很薄弱，依然面臨著許多因素的困擾：一是資金缺乏，研發(fā)投入不足；二是激勵制約機制不完善、高素質技術人才缺乏、技術市場不健全；三是缺乏創(chuàng)新的社會氛圍和意識；四是企業(yè)科技自主創(chuàng)新相關的政策環(huán)境不完善；五是近半數(shù)企業(yè)遭遇知識產權糾紛；六是產學研缺乏溝通；七是自主創(chuàng)新服務體系不健全、服務能力有限等等。如何提高企業(yè)

51、創(chuàng)新能力，已成為一項重要而緊迫的任務。這些也是影響中國大陸OLED產業(yè)能否一鳴驚人、持續(xù)發(fā)展的基礎環(huán)境因素。 同國際前沿有機發(fā)光顯示技術比較，我國大陸在AM-OLED研發(fā)上還遠遠落后于日本、韓國及我國臺灣地區(qū)，AM-OLED是今后OLED發(fā)展的方向，如果我們不能加快發(fā)展，就會重蹈TFT重復引進的覆轍。其次，我們的產業(yè)化步伐還不夠快，與國外比較，至少晚了3年5年。在中國大陸OLED處于產業(yè)化的導入期和技術的成長期，如何進一步加快OLED的發(fā)展，首先，要加快產業(yè)化建設，并做好原材料開發(fā)等產業(yè)鏈配套工作。中國大陸工業(yè)基礎薄弱，產業(yè)鏈發(fā)展不完善，關鍵的材料、設備、零組件等都需要從國外進口，這導致產品成

52、本優(yōu)勢降低。OLED產業(yè)的發(fā)展實際上依靠整個產業(yè)鏈從原材料、設備、零組件等相關行業(yè)的發(fā)展進行帶動，產業(yè)化與相關配套工作同步發(fā)展，建立完善的OLED產業(yè)體系，促成低成本競爭優(yōu)勢產業(yè)，并逐步掌握相關行業(yè)的核心技術。在關鍵技術領域，政府要制定引導性計劃，主導產業(yè)鏈的建設，加快產業(yè)配套的建設速度，加強產業(yè)競爭力。其次，政府要加大對OLED集中支持的力度，促進自主創(chuàng)新的平板顯示技術的發(fā)展。目前國外具有TFT研發(fā)和生產能力的企業(yè)均投入大量的人力物力進行AM-OLED的研發(fā)工作，并先后制定了AM-OLED戰(zhàn)略和技術規(guī)劃，整體工作在穩(wěn)步推進。我國大陸大多數(shù)企業(yè)的研發(fā)能力有限，很難進行需要若干年的大量資金投入的

53、項目，AM-OLED產業(yè)的開發(fā)需要由具有在OLED和TFT方面擁有技術優(yōu)勢的企業(yè)結成聯(lián)盟，這方面首先需要政府的引導與支持，而且支持要集中火力以獲取重點突破。另外，要加強OLED基礎研發(fā)環(huán)境建設，打造與OLED技術相關的共性技術的公共研發(fā)平臺。最后要在知識產權方面加強OLED領域的布局，形成自己完整的知識產權體系，增強競爭力。 國家各級政府對包括OLED在內的新型平板顯示器等一批重大高技術產業(yè)化的研究的越來越重視，支持力度越來越集中，而且采取了加大政府采購對自主創(chuàng)新產品的支持等鼓勵企業(yè)研發(fā)的有力措施。 光電顯示產業(yè)及其相關產業(yè)是國民經濟的支柱產業(yè)之一?；谧灾骷夹g的中國大陸OLED產業(yè)的興起對提

54、升我國顯示產業(yè)的國際競爭力具有重要意義。新興的OLED技術為中國大陸顯示器行業(yè)實現(xiàn)跨越式發(fā)展提供了一個難得的歷史機遇。我國大陸很多地方和企業(yè)加大對OLED產業(yè)的投入，加快了OLED技術的發(fā)展和產業(yè)規(guī)模的擴大，將會快速培養(yǎng)起一批能夠盡早參與國際競爭的企業(yè)，形成突破點和帶動效應，大大縮短“中國創(chuàng)造”屹立于世界先進行列的進程，使中國成為國際光電顯示產業(yè)強國。 2.5.2 發(fā)展趨勢未來OLED 產品和技術將向著小尺寸中尺寸大尺寸超大尺寸、單色多色全彩色、無源驅動有源驅動、硬屏軟屏（柔性顯示）、高分辨率、透明顯示及低成本制作的方向發(fā)展，在應用上從顯示領域逐步向背光和照明領域拓展。2.6 結論及建議國際上

55、OLED 的開發(fā)相當熱門，當前OLED 的研究重點主要集中在大尺寸、柔性及透明技術方面。隨著OLED 技術的不斷成熟，OLED 將在顯示和照明兩大領域逐步成為TFT- LCD 和 HYPERLINK / LED 的有力競爭對手。綜觀全球OLED 產業(yè)發(fā)展態(tài)勢，當前我國政府還應該加大OLED 產業(yè)的支持力度，重點加強有機發(fā)光材料、裝備及面板制備工藝等環(huán)節(jié)核心技術研發(fā)和自主創(chuàng)新，積極參與全球OLED 標準的制定，從而為我國在OLED 這一新型技術領域搶占一席之地。3.有機反轉電致發(fā)光器件3.1 引言隨著光通信、光學硬盤、光學傳感器等高技術的發(fā)展，一項嶄新的技術，光電集成技術，應運而生了。這種集成器

56、件與分立元件系統(tǒng)相比，在增加和改善器件功能，降低成本和提高可靠性方面有著無比的優(yōu)越性.光電集成器件中既包括光學器件，如激光器、光探測器、發(fā)光二極管等，又包括電子元件，如晶體管、晶閘管等.這種把光學元件和所需電子元件、電子線路集成在一起的做法，將集集成電路和集成光路優(yōu)點之大成，把電子技術和光子技術更好地融合在一起。眾所周知，集成電路同用分立元件構成的電子線路相比，具有明顯的優(yōu)點:體積小、重量輕、可靠、機械和熱性能更好，可批量生產，價格便宜等。集成光路同用分立光學元件構成的光學系統(tǒng)相比，同樣具有上述優(yōu)點.集成光學和集成電路相比，也具有明顯的優(yōu)點。但是在光電集成器件中，不能完全保證光學器件和電學器件

57、都是最佳設計，因此在設計時統(tǒng)籌兼顧是非常必要的。盡管仍然面對著許多的困難，光電集成器件由于它的潛在生命力還是在蓬蓬勃勃地發(fā)展著，預計不久就會進入實用階段。對于有機發(fā)光器件，由于近幾年來己經證實了真空沉積的有機小分子發(fā)光器件(OLED)具有較高效率的電致發(fā)光，使人們對它在平板顯示中的應用潛力產生極大的興趣，這己經論述過。由于典型的OLEDs是制造在玻璃襯底上的，它與硅器件的集成變得極為困難，為了使OLED更好的應用在低成本的主動式矩陣顯示中，人們對那些能與像素電子集成的器件的結構的研究也日益重視，并且隨著OLED的進一步發(fā)展和應用，尋找一種能使OLED與其配套的半導體元器件集成的方法變得十分重要

58、?；谖㈦娮蛹夹g迅猛發(fā)展，半導體硅器件己較為成熟，且成本較低，因而研究如何在硅襯底上直接制造出OLED，即實現(xiàn)硅器件同OLED的集成具有更重要的實際意義，硅器件與有機發(fā)光器件的集成將日益成為研究的重要方向之一。典型的傳統(tǒng)OLED是生長在透明的陽極例如ITO玻璃上的，發(fā)射出來的光是由最底層襯底透出，這使得它與其他電子元件如硅基顯示驅動器的集成變得非常復雜。因此，理想的做法是研發(fā)一種OLED，其光的發(fā)射由器件頂部的透明電極透出。以前，曾有人論證過生長在硅基上具有透明ITO頂電極和半透明的Au和Al頂電極的表面發(fā)射聚合物基的OLED。也有人用隧道SiO SKIPIF 1 0 氏界面獲得了類似的與硅集

59、成的小分子OLEDs。然而，SiO SKIPIF 1 0 壓隧道界面較大地增加了器件的工作電壓。從近期報道的一些透明有機電致發(fā)光器件(TOLED)看出，這種界面應當可以避免的，從原則上它能夠生長在硅襯底上。然而，這種TOLED形成了陽極的底部接觸層，而通常對顯示驅動器是用的n溝場效應晶體管，因此，理想的做法是OLED的底接觸層是陰極。下面將介紹我們實驗室自己研制的一種符合上述要求的、具有陰極底電極和陽極頂電極的新型的硅基表面發(fā)射有機反轉電致發(fā)光器件(OILED)。它的試制成功為OLED同半導體Si器件的成功集成提供了嶄新的前景，填補了國內在這一方面的空白。3.2 器件制備工藝3.2.1 基片的

60、清洗及表面處理在真空沉積有機物之前，晶向為(l00)的拋光硅片作為襯底先用甲苯輕輕擦拭后分別在丙酮和乙醇中超聲清洗，并用大量的去離子水沖洗，然后在l號洗液(H SKIPIF 1 0 0:H SKIPIF 1 0 O SKIPIF 1 0 :Na0H=7:2:l)中煮沸，用熱去離子水沖洗，接著在2號洗液(H SKIPIF 1 0 0:H SKIPIF 1 0 O SKIPIF 1 0 :HCL=5:2:l)中煮沸，用冷熱去離子水交替沖洗，最后硅片在高純的氮氣氣氛中烘干待用。3.2.2 陰極的蒸鍍器件的結構如圖3.1所示所示，在真空度為10 SKIPIF 1 0 torr的條件下，蒸發(fā)1000厚的