有机电致发光器件(OLED)

1、有机电致发光器件(OLED)学学生生：何鑫何鑫时时间间：2016.10.14OLED(OrganicLightEmittingDevice），有机电致发光器件，是指有机半导体材料和发光材料在电场驱动下，通过载流子注入和复合导致发光的现象。其原理是用ITO透明电极和金属电极分别作为器件的阳极和阴极，在一定电压驱动下，电子和空穴分别从阴极和阳极注入到电子和空穴传输层，电子和空穴分别经过电子和空穴传输层迁移到发光层，并在发光层中相遇，形成激子并使发光分子激发，后者经过辐射弛豫而发出可见光。辐射光可从ITO一侧观察到，金属电极膜同时也起了反射层的作用。根据这种发光原理而制成显示器被称为有机发光显示器，

2、也叫OLED显示器。何为有机电致发光器件？有机电致发光器件有有机电致发光显机电致发光显示示器件器件的的发发展简展简史史有有机电致发光显机电致发光显示示器件器件的构的构造原理造原理有有机电致发光显机电致发光显示示器件器件的的发光机理发光机理有有机电致发光显机电致发光显示示器件器件的制作的制作材料材料有有机电致发光显机电致发光显示示器件器件的的驱动驱动方式方式有有机电致发光显机电致发光显示示器件器件的的彩彩色色显显示示有有机电致发光显机电致发光显示示器件器件的的前沿前沿技技术术1、2、3、4、5、7、6、 1963年年 New York Univ.的的Pope等等第第一一次次发发现有现有机材料单晶

3、蒽机材料单晶蒽的的电致发光电致发光现现象象。 1982年年 Vincett的的研究小组研究小组制制备出厚备出厚度度0.6 蒽蒽的的薄膜薄膜，并，并观测观测到到电致发光电致发光。 1987年年Kodak 公司公司的的邓青云邓青云等等采采用用了夹了夹层式的多层层式的多层器件器件结构，开结构，开创了创了有有机电致发光机电致发光的新的时的新的时代代。 1990年年，英国剑桥英国剑桥大学大学Cavendish实验室实验室的的Burroghes等等人首次采人首次采用用共轭聚合物共轭聚合物聚聚对对苯撑乙烯（苯撑乙烯（PPV，polyphenylene vinylene)制作制作了高了高分子分子发光二极管发光

4、二极管，简，简化化了了制制备备工工艺艺，开，开辟了发光器件辟了发光器件的的又又一个新一个新领域领域聚合物薄膜电致发光器件聚合物薄膜电致发光器件。 1997年年，Princeton Univ. Forrest S R的的小组发小组发现现磷光磷光的有的有机电致发光材料机电致发光材料，使，使得得有有机电致发光器件机电致发光器件的内量子效的内量子效率率可能到可能到达达100。 2004年月年月5月月，Seiko Epson 发发表表40 in有有机电致发光显机电致发光显示示器器，并在，并在2004年下半年年下半年的上展的上展出出。这是有。这是有机机EL显显示示器首次达器首次达到这到这样样大的大的尺寸尺

5、寸。 有机电致发光显示器件的发展1 2006 年年，整整体体矩阵寻址矩阵寻址(TotalMatrix Addressing，TMA)OLED 技技术由剑桥显术由剑桥显示示器科器科技技推出推出，据称据称结结合了合了TMA解决解决方方案案的的小小型型被动被动式数式数组显组显示示器器，可，可降低至少降低至少50% 的的功率消耗功率消耗，或者在，或者在相同相同的的功率消耗下功率消耗下，得得到到二倍二倍的的显显示示亮亮度。度。 2007 年年全全球球OLED 产值接近产值接近8 亿美元亿美元，相较相较于于2006 年年成成长率超长率超过过50%，是，是所所有有平板显平板显示示设备设备中成中成长最快长最快

6、的的领域领域。 2008年年，精精工工爱普生公司发布了其研究爱普生公司发布了其研究成成果果“终极终极之之黑黑”OLED显显示系统，示系统，解决解决了长期困扰了长期困扰OLED的使用的使用寿命难题寿命难题，成，成功功将将产品产品使用使用寿命延长至寿命延长至5万万多个多个小小时，时，突破突破业界业界23万小万小时的技时的技术瓶颈术瓶颈，极极大大拓拓展展了了OLED显显示系统的应用示系统的应用前景前景。 2011 年年OLED 尺寸尺寸将将扩扩大到大到30 英寸产品英寸产品以上，以上，主流产品仍主流产品仍是以是以11英寸英寸，预估其销预估其销量可量可望达望达到到100万台万台以上以上、20英寸销售英

7、寸销售量量为为89万台、万台、32英寸英寸TV则则是是5万台左右万台左右。 到到2015年年，OLED显显示示屏屏的的营收营收将将从从2008年年的的5.91亿美元增长亿美元增长到到60亿美元亿美元。发光材料的选择范围广，尤其是蓝光材料，容易得到全色显示；亮度大、效率高；直流驱动电压低、能耗少，可以和集成驱动电路相匹配；制作工艺简单并且成本低；可实现超薄的大面积平板显示，响应速度快，视角大，全固化，抗震性能好，工作温度范围广；良好的机械加工性能，容易做成不同形状。OLEDs的的优点优点有有机电致发光显机电致发光显示示器件器件的构的构造原理造原理注入层注入层输输运运层层发光发光层层OLEDOLE

8、D的的基基本本结构：结构：铟铟锡锡氧化物与氧化物与正正电极（阳极）电极（阳极）相连、负极相连、负极则与另则与另一个一个金属阴极相金属阴极相连连，中，中间间是是发光材料发光材料，形形成一种类成一种类似似三三明治明治的的结构。结构。理想阴极是以低功函数金属作为注入层，以具有较高功函数的稳定金属Mg/Ag,Li/Al）作为钝化层。电电子输子输运材料（运材料（ETMETM）：荧光染料化合物荧光染料化合物。必须必须热稳定和热稳定和表表面稳定面稳定，有，有机金属络合物机金属络合物具有具有足够足够的的热稳定性热稳定性。 由由在在荧光基质材料荧光基质材料中中掺掺杂杂百百分之分之几几的的荧光掺荧光掺杂杂剂剂来制

9、来制备备。基质材料通常与基质材料通常与ETMETM或或HTMHTM采采用的用的材料材料相同相同，荧光掺荧光掺杂杂剂剂是是热和光化热和光化学学稳定稳定的的激光染料激光染料。2单单层层EL器件器件结构图结构图DL-A型型双双层层EL器件器件结构图结构图三层三层EL器件器件结构图结构图多层器件结构多层器件结构3有有机电致发光显机电致发光显示示器件器件的的发光机理发光机理小分子OLED聚合物OLED（也称为PLED）镧系有机金属OLED（也叫稀土OLED）衬衬底底透明透明阳极阳极金金属阴极属阴极有机有机层层e eh he eh h复复合合光光发发射射DC DC 电电源源e eh he ee ee ee

10、 eh hh hh hh hh q = qV- bi bi C A阳极阳极有机有机层层阴极阴极有机电致发光过程通常由以下几个阶段完成：1) 载流子的注入。在外加电场的条件下，电子和空穴分别从阴极和阳极向夹在电极之间的有机功能薄膜层注入；2) 载流子的迁移。注入的电子和空穴分别从电子传输层和空穴传输层向发光层迁移；3) 载流子复合。电子和空穴结合产生激子；4) 激子的迁移。激子在电场作用下迁移，将能量传递给发光分子，并激发电子从基态跃迁到激发态；5) 电致发光。激发态能量通过辐射跃迁失活，产生光子释放光能。4有有机电致发光显机电致发光显示示器件器件的制作的制作材料特性材料特性空穴空穴传传输材料：

11、输材料： 具有良好的空穴传输特性，即空穴迁移率高；具有良好的空穴传输特性，即空穴迁移率高； 具有具有较低的电子亲和能，有利于空穴注入；较低的电子亲和能，有利于空穴注入； 激发激发能量高于发光层的激发能量；能量高于发光层的激发能量； 不能不能与发光层形成激基复合物；与发光层形成激基复合物； 具有具有良好的成膜性和较高的玻璃化温度良好的成膜性和较高的玻璃化温度，热稳定性热稳定性好好，不易，不易结晶。结晶。 电子电子传传输材料：输材料： 具有良好的电子传输特性，即电子迁移率高；具有良好的电子传输特性，即电子迁移率高； 具有具有较高的电子亲和能，易于由阴极注入电子；较高的电子亲和能，易于由阴极注入电子

12、； 相对相对较高的电离能，有利于阻挡空穴；较高的电离能，有利于阻挡空穴； 不能不能与发光层形成激基复合物；与发光层形成激基复合物； 成成膜性和热稳定性良好，不易结晶。膜性和热稳定性良好，不易结晶。发光发光材料：材料： 具有高效率的荧光量子效率；具有高效率的荧光量子效率； 具有具有良好的化学稳定性和热稳定性良好的化学稳定性和热稳定性，不不与电极和载流子传输材料发生反应；与电极和载流子传输材料发生反应； 易易形成致密的非晶态膜，不易结晶；形成致密的非晶态膜，不易结晶； 具有具有适当的发光波长；适当的发光波长； 具有具有一定的载流子传输能力。一定的载流子传输能力。5有有机电致发光显机电致发光显示示器

13、件器件的的驱动驱动方式方式直流直流驱动驱动：直流驱动时（ITO接正极）空穴和电子的传输方向是固定不变的,其中未参与复合的多余空穴(或电子),或者积累在HTL/EML(EML/ETL)界面,或者越过势垒流入电极。 交流驱动交流驱动时时, ,正正半周半周的的发光机发光机制制与与正正向直流驱动向直流驱动完全一完全一样样, ,但但是是交流交流驱动驱动的的负半周却起着十负半周却起着十分重要的作用分重要的作用。交流驱动交流驱动：6有有机电致发光显机电致发光显示示器件器件的的彩彩色色显显示示1 1、分别、分别制备红、绿、制备红、绿、蓝三原色的发光中蓝三原色的发光中心，然后调节三种心，然后调节三种颜色不同程度

14、的组颜色不同程度的组合，产生彩色。合，产生彩色。2 2、首先、首先制备发白制备发白光的器件，然后通光的器件，然后通过彩色滤光膜得到过彩色滤光膜得到三原色，重新组合三原色，重新组合三原色从而实现彩三原色从而实现彩色显示。色显示。3 3、首先、首先制备发蓝光制备发蓝光的器件，然后通过的器件，然后通过蓝光激发其它层材蓝光激发其它层材料分别得到红光和料分别得到红光和绿光，从而进一步绿光，从而进一步得到彩色显示。得到彩色显示。4 4、首先、首先制备发白制备发白光或近于白光的光或近于白光的器件，然后通过器件，然后通过微腔共振结构的微腔共振结构的调谐，得到不同调谐，得到不同波长的单色光，波长的单色光，然后再

15、获得彩色然后再获得彩色显示。显示。5、采采用用堆叠堆叠结结构，将构，将采采用用透透明电极明电极的的红、红、绿、蓝发光器绿、蓝发光器件纵向堆叠件纵向堆叠，从而实从而实现现彩彩色色显显示。示。OLED的技术瓶颈和突破面对主流市场的LCD显示技术，OLED要跻身成为主流显示技术，仍面临诸多瓶颈。目前有三大挑战正左右OLED产业的发展。 第一，OLED产品价格昂贵，原因在于经济规模校，似的材料成本和制程成本无法降低； 第二，在技术层面上，OLED寿命仍还有待提高，目前OLED产品寿命只有两万小时，要达到商业化的要求，至少需要5万小时； 第三，OLED目前仍主要应用在小尺寸行动装置面板领域，在大尺寸显示市场仍还有待突破。OLED本身具备诸多优点，应用前景极广，其技术瓶颈也将会在电化学等科学技术的不断进步下被解决，可以想见未来的显示市场，OLED必将是绝对