平面分布式固态光源——OLED灯

1、平面分布式固态光源OLED 灯 中心议题：中心议题： OLEDOLED 灯的结构组成灯的结构组成 OLEDOLED 的的 OLEDOLED 灯的特点及与现有光源的比较灯的特点及与现有光源的比较 解决方案：解决方案： 发射光的荧光层，尽量使用有效的磷光掺杂层发射光的荧光层，尽量使用有效的磷光掺杂层 塑料衬底必须满足能抗塑料衬底必须满足能抗 200200的温度而无膨胀和收缩的温度而无膨胀和收缩 目前实用的固态光源，除白光目前实用的固态光源，除白光 LEDLED 灯外，又新发展起来一种高效节能的平面分灯外，又新发展起来一种高效节能的平面分布式布式 OLEDOLED 有机发光二极管灯。它们不同于玻璃泡

2、壳内抽真空或充气的白炽灯有机发光二极管灯。它们不同于玻璃泡壳内抽真空或充气的白炽灯或荧光灯，因为它们发光时不发热。这种固态光源的优点是：效率高、能耗或荧光灯，因为它们发光时不发热。这种固态光源的优点是：效率高、能耗低、工作电压低而低、工作电压低而比较安全、没有灯丝断裂因而耐用寿命长、维护价格低、有比较安全、没有灯丝断裂因而耐用寿命长、维护价格低、有高质量的光输出仅有少量的紫外光和红外光辐射等。预计到高质量的光输出仅有少量的紫外光和红外光辐射等。预计到 20202020 年，固态光年，固态光源比现有照明技术产生的同样光输出，可节省源比现有照明技术产生的同样光输出，可节省 OLEDOLED 作为显

3、示器的应用研究已有多年，近来已开始它在照明灯方面的应用研作为显示器的应用研究已有多年，近来已开始它在照明灯方面的应用研究。无机的究。无机的 LEDLED 灯能提供很高的能效和特别长的寿命，但制造成本太高，从而灯能提供很高的能效和特别长的寿命，但制造成本太高，从而被限制在特殊的应用。被限制在特殊的应用。OLEDOLED 灯与灯与 LEDLED 点光源不同，它是很薄的平面分布式光点光源不同，它是很薄的平面分布式光源，且能大规模、大面积、低成本制造，因而可开发新的应用领域。源，且能大规模、大面积、低成本制造，因而可开发新的应用领域。 OLEDOLED 灯的结构组成灯的结构组成 OLEDOLED 灯的

4、结构是由多层薄膜器件组成，即由箔、灯的结构是由多层薄膜器件组成，即由箔、膜、刚性或柔性的板作基底，膜、刚性或柔性的板作基底，由电极层、活性材料层、以及保护阻挡层等组成，要求其中至少一个电极对光由电极层、活性材料层、以及保护阻挡层等组成，要求其中至少一个电极对光透明。透明。 多层结构多层结构 OLEDOLED 的典型结构材料是：阳极是镀覆透明的典型结构材料是：阳极是镀覆透明 ITOITO 膜的基板和近来开发膜的基板和近来开发的透明导电聚合物，如聚苯胺、聚吡咯和的透明导电聚合物，如聚苯胺、聚吡咯和 PEDOTPEDOT；阴极是低逸出功的；阴极是低逸出功的 MgMg、LiLi 和和包含包含 AgAg

5、 和和 A1A1 的合金，以及的合金，以及 LiF/AILiF/AI 有机材料功能层是若干传递注入电荷有机材料功能层是若干传递注入电荷( ( 发射光的荧光层，尽量使用有效的磷光掺杂层，以及注入电荷的改进型化合发射光的荧光层，尽量使用有效的磷光掺杂层，以及注入电荷的改进型化合物，如靠近阳极的导电聚合物和接近阴极的物，如靠近阳极的导电聚合物和接近阴极的 LiFLiF 或或 CsFCsF 盐等。电荷传递聚合物盐等。电荷传递聚合物典型的是聚乙烯共轭物，如聚苯撑维尼纶的衍生物。典型的是聚乙烯共轭物，如聚苯撑维尼纶的衍生物。传输空穴的小分子有机物传输空穴的小分子有机物是芳香胺，传输电子的小分子是各种高电子

6、亲和力的多环芳香络合物。是芳香胺，传输电子的小分子是各种高电子亲和力的多环芳香络合物。 聚合物聚合物 OLEDOLED 的优点是，可以由溶液沉积生成活性层，而小分子的优点是，可以由溶液沉积生成活性层，而小分子 OLEDOLED 的活性层的活性层典型是由气相沉积形成。一般典型是由气相沉积形成。一般 OLEDOLED 的塑料衬底用的塑料衬底用 PETPET 材料，但它沉积时加热材料，但它沉积时加热温度不能超过温度不能超过 130130，以及抗氧和水的渗透能力差。，以及抗氧和水的渗透能力差。 为此，开发新的塑料衬底，如为此，开发新的塑料衬底，如 PolyethersulphonePolyethers

7、ulphone 和和 PolynorbornenePolynorbornene。要求新。要求新的塑料衬底必须满足：至少能抗的塑料衬底必须满足：至少能抗 200200的温度而无膨胀和收缩；从的温度而无膨胀和收缩；从 400nm400nm 到到700nm700nm 光透过率为光透过率为 9090和带有和带有 ITOITO 镀层的为镀层的为 8585；表；表面粗糙度小于面粗糙度小于 10nm10nm；每；每天氧的渗透率小于天氧的渗透率小于 1010- -5cc/m25cc/m2；每天水的渗透率小于；每天水的渗透率小于 1mg/m21mg/m2，以及不存在结，以及不存在结晶、气泡、丝状缺陷等。晶、气泡

8、、丝状缺陷等。 OLEDOLED 的照明原理的照明原理 OLEDOLED 适合用作白光光源，因为荧光或磷光发光的添加物结构能定制发射任一所适合用作白光光源，因为荧光或磷光发光的添加物结构能定制发射任一所需颜色。对于白光发光器件可以有三个独立发光层，每一个发射不同的颜色，需颜色。对于白光发光器件可以有三个独立发光层，每一个发射不同的颜色，所以整个器件总共有所以整个器件总共有 7979 层，包括不同工艺（溅射、气相沉积、溶剂涂敷等）层，包括不同工艺（溅射、气相沉积、溶剂涂敷等）沉积的电极。沉积的电极。 OLEDOLED 灯是属于一维紧密型器件，整个厚度典型小于灯是属于一维紧密型器件，整个厚度典型小

9、于 100200100200，所有层的沉，所有层的沉积需要在无水无氧的积需要在无水无氧的 1010 级超净间内进行。级超净间内进行。OLEDOLED 灯的实验室样灯的实验室样品一般用真空热品一般用真空热蒸发和旋转喷镀工艺，但不能大规模低价格制造大面积灯。蒸发和旋转喷镀工艺，但不能大规模低价格制造大面积灯。 聚合物聚合物 OLEDOLED 用卷绕用卷绕 RollRoll- -ToTo- -RollRoll（工作速度（工作速度 2020 英尺英尺/ /秒）镀膜或秒）镀膜或 WebCoatingWebCoating是一个廉价制造工艺，但要精是一个廉价制造工艺，但要精密密 工作时工作时 520V520

10、V 的电压加到电极，因活性层很薄（的电压加到电极，因活性层很薄（1nm100nm1nm100nm），其场强高达），其场强高达 10101010V/cmV/cm。该场强几乎接近击穿场强，它促使电荷通过电极和活行层的界。该场强几乎接近击穿场强，它促使电荷通过电极和活行层的界面注入。空穴从透明的阳极注入，电子从阴极注入。面注入。空穴从透明的阳极注入，电子从阴极注入。 注入电荷以彼此相反的方向迁移，最终注入电荷以彼此相反的方向迁移，最终相遇而结合。在结合时，释放能量并使相遇而结合。在结合时，释放能量并使再结合的分子或聚合物分段达到激发态。受激电子可以从一个分子迁移到另一再结合的分子或聚合物分段达到激发

11、态。受激电子可以从一个分子迁移到另一分子，最后某些分子或聚合物分段以光子或热的形式释放，显然希望所有超额分子，最后某些分子或聚合物分段以光子或热的形式释放，显然希望所有超额的激发能作为光的方式释放。的激发能作为光的方式释放。 在在 OLEDOLED 有机分子中，大约有机分子中，大约 2525的受激电子是处在单重态，而的受激电子是处在单重态，而 7575处在三重处在三重态。从单重态发射的电子（荧光发射）大多数情况是由荧光掺杂促进的，它的态。从单重态发射的电子（荧光发射）大多数情况是由荧光掺杂促进的，它的内量子效率内量子效率 IQEIQE 最大限制为最大限制为 2525，而有机材料的三重态能量作为非辐射的热耗，而有机材料的三重态能量作为非辐射的热耗散对光发射无用。散对光发射无用。 研究结果表明，采用磷光掺杂物的所有三重态的能量可以作为磷光加以利用，研究结果表明，采用磷光掺杂物的所有三重态的能量可以作为磷光加以利用，于是允许直到于是允许直到 100100的的 IQEIQE。近来，发射红光和绿光的磷光型。近来，发射红光和绿光的磷光型 OLEDOLED（PHOLEDPHOLED）的内量子效率几乎达到的内量子效率几乎达到 100100，外量子效率，外量子效率 EQEEQE 达到达到 19