有機(jī)電致發(fā)光器件研究獲獎(jiǎng)科研報(bào)告

有機(jī)電致發(fā)光器件研究獲獎(jiǎng)科研報(bào)告摘

要：有機(jī)發(fā)光顯示器是一種高亮度、寬視角、全固化的主動(dòng)發(fā)光型平板顯示器件。隨著科技的發(fā)展，將是未來(lái)信息時(shí)代真正理想的顯示器。本文簡(jiǎn)述了有機(jī)電致發(fā)光器件（OLED）的結(jié)構(gòu)、發(fā)光原理及研究進(jìn)展。

關(guān)鍵詞：有機(jī)電致發(fā)光器件;平板顯示器

在21世紀(jì)的今天，隨著信息時(shí)代的來(lái)臨，各種電子產(chǎn)品層出不窮，作為人機(jī)界面的新型顯示器件的研制，越來(lái)越引起人們的重視，特別是各類平板顯示器以其體積小、重量輕、能耗低等特點(diǎn)，引發(fā)了一股強(qiáng)勁的研制熱潮。有機(jī)電致發(fā)光器件（OLED）又稱有機(jī)發(fā)光二極管，是近年來(lái)發(fā)展非常迅速的一種新型平板顯示技術(shù)。

1有機(jī)電致發(fā)光器件結(jié)構(gòu)

大部分的OLED的組成結(jié)構(gòu)是金屬陰極、有機(jī)發(fā)光層、銦錫氧化物ITO和玻璃襯底，ITO做陽(yáng)極。在加入其它功能薄膜材料后，又可分為單、雙、三和多層結(jié)構(gòu)，而單、雙層結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，單層結(jié)構(gòu)與雙層結(jié)構(gòu)二者的區(qū)別之處在于正負(fù)極之間夾雜的有機(jī)發(fā)光材料并且還相當(dāng)于電子傳輸層或空穴傳輸層。圖1.1為單層結(jié)構(gòu)圖，圖1.2為雙層結(jié)構(gòu)圖。

圖1.3和圖1.4分別為三層結(jié)構(gòu)和多層結(jié)構(gòu)的示意圖，由于加入了電子和空穴傳輸?shù)墓δ軐?，所以器件的發(fā)光效率獲得了顯著增強(qiáng)，也使得大部分OLED顯示屏都會(huì)選擇使用三層結(jié)構(gòu)。多層結(jié)構(gòu)盡管會(huì)使得性能更加優(yōu)良，但也會(huì)使其內(nèi)部結(jié)構(gòu)變得愈加復(fù)雜，所以三層結(jié)構(gòu)的應(yīng)用比多層結(jié)構(gòu)的應(yīng)用市場(chǎng)更大。

OLED除了按照結(jié)構(gòu)的方法分類外還可以根據(jù)有機(jī)發(fā)光材料的不同分類，可以分為小分子OLED和高分子PLED，除此之外還可以根據(jù)驅(qū)動(dòng)電壓不同分類，分為無(wú)源矩陣和有源矩陣。

2有機(jī)電致發(fā)光器件工作原理

有機(jī)電致發(fā)光器件是基于有機(jī)材料的一種將電能直接轉(zhuǎn)化為光能的電注入型半導(dǎo)體。大多是用一層幾十納米厚的有機(jī)發(fā)光材料在ITO玻璃上制作發(fā)光層，金屬電極在發(fā)光層上方。當(dāng)陰極和陽(yáng)極上加有電壓時(shí)，發(fā)光層就產(chǎn)生了光輻射。為了增強(qiáng)空穴和電子的傳輸和注入能力，人們通常又在發(fā)光層與金屬電極之間增加一層電子傳輸層，在發(fā)光層和ITO間增加一層有機(jī)空穴傳輸材料，提高了發(fā)光效率。

發(fā)光過(guò)程通常按照先后順序，由下面幾個(gè)階段完成。（1）空穴和電子的注入：在陽(yáng)極和陰極加有電壓時(shí)，載流子從兩級(jí)注入到陰極和陽(yáng)極之間的有機(jī)功能薄膜層。（2）空穴和電子的遷移：注入的空穴和電子分別從空穴傳輸層和電子傳輸層向發(fā)光層遷移。（3）空穴和電子復(fù)合：空穴和電子結(jié)合產(chǎn)生激子。（4）激子的遷移：在電場(chǎng)作用下，激子發(fā)生遷移，遷移激子將能量傳給發(fā)光分子。（5）激子復(fù)合發(fā)光：由于激發(fā)態(tài)能量輻射失活，產(chǎn)生了光子，光子再釋放出能量。

實(shí)際上，釋放激發(fā)態(tài)能量可以通過(guò)以下的幾種方式：（1）輻射躍遷的單重態(tài)熒光發(fā)光和三重態(tài)的磷光發(fā)光方式。（2）熱效應(yīng)、振動(dòng)馳豫等，導(dǎo)致體系能量衰減;（3）非輻射的躍遷導(dǎo)致了能量衰減，就像系間，內(nèi)部的轉(zhuǎn)換等形式。此為小分子材料發(fā)光過(guò)程。

還有就是聚合物發(fā)光過(guò)程，可以認(rèn)為是在電場(chǎng)的作用下，空穴和電子分別從陰極和陽(yáng)極注入到共軛高分子的最高占有軌道和最低空軌道，于是就產(chǎn)生了正、負(fù)極化子，聚合物鏈段上極化子轉(zhuǎn)移，單重態(tài)激子產(chǎn)生，產(chǎn)生的單重態(tài)激子通過(guò)輻射、躍遷，就發(fā)出了光。

3有機(jī)電致發(fā)光器件研究進(jìn)展

經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，有機(jī)電致發(fā)光器件性能及理論研究都取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。各種單色光發(fā)光器件技術(shù)日趨成熟，器件性能不斷得到提高。文獻(xiàn)報(bào)道三線態(tài)綠光發(fā)光器件效率已超過(guò)60Im/W，有機(jī)綠色磷光二極管的發(fā)光效率已達(dá)到110Im/W。紅光和藍(lán)光器件超過(guò)10%的外量子效率。與此同時(shí)，對(duì)有機(jī)電致發(fā)光全色顯示的要求與日俱增。已提出多種全色顯示的實(shí)現(xiàn)方案，其中用OLED白光器件作背光源加上彩色濾光片技術(shù)實(shí)現(xiàn)全色顯示的方案已有數(shù)家公司推出了超過(guò)l0英寸的樣屏。OLED也可以構(gòu)建在柔性襯底上，實(shí)現(xiàn)軟屏顯示。此外，在固體照明領(lǐng)域的應(yīng)用也是待開(kāi)發(fā)的領(lǐng)域。因此，高效白光器件的研究也已成為有機(jī)光領(lǐng)域的熱點(diǎn)方向之一。在2009年，白光電致發(fā)光器件的功率效率得到了突破，達(dá)到了124lm/W，KarlLeo課題組的工作使有機(jī)電致發(fā)光器件在白光照明的應(yīng)用更加有吸引力。2012年，OLED的發(fā)光機(jī)理再次得到了拓展，日本九州大學(xué)Adachi教授利用某些材料單線態(tài)-三線態(tài)能級(jí)差較小的特點(diǎn)，使得三線態(tài)激子實(shí)現(xiàn)反系間穿越轉(zhuǎn)變成單線態(tài)激子發(fā)光，這樣就彌補(bǔ)了之前熒光材料無(wú)法利用的75%的三線態(tài)激子，內(nèi)量子效率同樣可以達(dá)到100%，該類材料稱為熱激活延遲熒光材料。

2015年，OLED大型研發(fā)廠家三星推出了首款OLED彎曲屏手機(jī)，自此宣告了OLED創(chuàng)新時(shí)代的來(lái)臨。同樣，次年新產(chǎn)品三星Note7智能手機(jī)無(wú)論在設(shè)計(jì)上，功能上都別出心裁，讓人耳目一新，同時(shí)從消費(fèi)數(shù)據(jù)來(lái)看，手機(jī)的創(chuàng)新帶來(lái)的則是大眾的喜愛(ài)。三星Note7可謂是當(dāng)年爆款。

通過(guò)新發(fā)光材料以及新技術(shù)的研究和使用，器