OLED简介ppt课件

1、第六章有机发光二极管显示（OLED）,1,一、有机发光二极管显示简介,有机发光显示器（OLED），是以有机薄膜作为发光体的自发光显示器件。原理是：通过正负载流子注入有机半导体薄膜后复合产生发光OLED已成为当今超薄、大面积平板显示器件研究的热门,2,1963年Pope发表了世界上第一篇有关OLED的文献，当时使用数百伏电压，加在有机芳香族Anthracene（葸）晶体上时，观察到发光现象。但由于电压过高，发光效率低，未得到重视。直到1987年伊士曼柯达公司的C.W.Tang及SteveVanSlyke等人发明以真空蒸镀法制成多层式结构的的OLED器件后，研究开发才活越起来。同年，英国剑桥大学卡

2、文迪许实验室的JeremyBurroughes证明高分子有机聚合物也有电致发光效应。,1.有机二极管发光显示发展过程,3,1990年英国剑桥大学的Friend等人成功的开发出以涂布方式将多分子应用在OLED上，即Polymer（多聚物，聚和物）LED，亦称PLED。不但再次引发第二次研究热潮，更确立了OLED在二十一世纪产业中所占的重要地位,4,技术具有下列优越的使用特性,自发光器件，高亮度，高发光效率全固态组件，抗震性好，能适应恶劣环境可以做得很薄厚度为目前液晶的1/3高对比度微秒级反应时间超广視角低功率消耗可使用溫度范围大可曲挠面板,5,应用,6,可以卷起来的显示器,7,（1）1997-2

3、001年，OLED的试验阶段在这个阶段，OLED开始走出实验室，主要应用在汽车音响面板，PDA手机上但产量非常有限，产品规格也很少，均为无源驱动，单色或区域彩色，很大程度上带有试验和试销性质。2001年全球销售额仅1.5亿美元,OLED的应用大概可以分为三个阶段：,8,（2）20022005年：成长阶段这个阶段人们将能广泛接触到带有OLED的产品，包括车载显示器，PDA、手机、DVD、数码相机、头盔用微显示器和家电产品。产品正式走入市场，主要是进入传统LCD、VFD等显示领域仍以无源驱动、单色或多色显示、10英寸以下面办为主，但有源驱动的、全彩色和10英寸以上面板也开始投入使用。,9,（3）2

4、005年以后：OLED的成熟阶段随着OLED产业化技术的日渐成熟，OLED将全面出击显示器市场并拓展属于自己的应用领域。其各项技术优势将得到充分发掘和发挥。初步估计，除了传统领域外，OLED的各项技术将在以下4个领域得到巨大发展：1.3G通信终端2.壁挂电视和桌面电脑显示器3.军事和特殊应用4.柔软显示器,10,目前国际上OLED技术发展有以下几个重要趋势：（1)开发新型高效稳定得OLED有机材料，进一步提高器件性能（2)改善生产工艺，提高器件稳定性和成品率，以保证产品推向市场后的竞争力（3)研制彩色显示屏及相关驱动电路（4)为了实现大面积显示，研发有源驱动的OLED显示器,11,显示原理,1

5、2,属于载流子双注入型发光器件发光机理：在外界电压驱动下，由电极注入的电子和空穴在有机材料中复合放出能量，并将能量传递给有机发光物质的分子，后者受到激发，从基态跃迁到激发态，当受激分子从激发态回到基态时辐射跃迁产生了发光现象。,13,发光过程通常由个阶段完成,（）在外加电场作用下载流子的注入：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注入（）载流子迁移：注入的电子和空穴分别从电子输送层和空穴输送层向发光层迁移（）载流子复合：电子和空穴复合产生激子（）激子迁移：激子在电场作用下迁移，能量传递给发光分子，并激发电子从基态跃迁到激发态（）电致发光：激发态能量通过辐射跃迁产生光子,14,3

6、.OLED分类,根据材料不同OLED可以分为两大类：聚合物器件（PLED）和小分子器件按照驱动方式不同也可分为两种：有源驱动（）方式和无源驱动方式（）随着技术的发展，产生了很多新的分类方法或新型器件：柔韧性（），顶部发射（），磷光（）、微显示、白光、层叠结构等,15,二显示材料,用于电致发光的有机材料应具备以下特性：（）在可见光区域内具有较高的荧光量子效率或良好的半导体特性，能有效地传导电子或空穴（）高质量成膜特性（）良好的稳定性和机械加工性能总体来说小分子材料器件的工艺较为成熟，有望近期进入产业化生产阶段，但小分子材料的开发仍然在继续，随着材料和工艺两方面的进步，小分子材料的器件性能会进一步

7、提高。聚合物作为很有前途的研究方向，不久以后也会进入产业化阶段，给产业带来强有力的推进,16,OLED用材料主要有电极材料，载流子输送材料和发光材料。,1电极材料1)阴极材料为提高电子的注入效率，要求选用功函数尽可能低的材料做阴极，功函数越低，发光亮度越高，使用寿命越长。A单层金属阴极如Ag、Al、Li、Mg、Ca、In等。B合金阴极将性质活泼的低功函数金属和化学性能较稳定的高功函数金属一起蒸发形成金属阴极、如Mg:Ag（10:1），Li:Al(0.6%Li)合金电极，功函数分别为3.7eV和3.2eV。优点：提高器件量子效率和稳定性；能在有机膜上形成稳定坚固的金属薄膜。,17,C层状阴极由一

8、层极薄的绝缘材料如LiF,Li2O，MgO，Al2O3等和外面一层较厚的Al组成，其电子注入性能较纯Al电极高，可得到更高的发光效率和更好的I-V特性曲线。D掺杂复合型电极将掺杂有低功函数金属的有机层夹在阴极和有机发光层之间，可大大改善器件性能,18,2)阳极材料为提高空穴的注入效率，要求阳极的功函数尽可能高。作为显示器件还要求阳极透明，一般采用的有Au、透明导电聚合物（如聚苯胺）和ITO导电玻璃，常用ITO玻璃。,19,要求HTM有高的热稳定性，与阳极形成小的势垒，能真空蒸镀形成无针孔薄膜。最常用的HTM均为芳香多胺类化合物，主要是三苯胺衍生物。TPD：N，N-双（3-甲基苯基）-N，N-二

9、苯基-1，1-二苯基-4，4-二胺TPD的玻璃化温度只有60度左右，稳定性不好NPD:N，N-双（1-奈基）-N，N-二苯基-1，1-二苯基-4，4-二胺NPB是目前商用的空穴传输材料,2载流子输送材料1）空穴输送材料（HTM）,20,2）电子输运材料(ETM)现在采用的器件结构中电子传输层与发光层大多是合并的，因此专门用于电子传输的有机材料不多。这类材料在分子结构上表现为缺电子体系，具有较强的电子接受能力，可以形成稳定的负离子。优秀的电子传输材料应具备如下特性：（1）较高的电子迁移率（2）相对较高的电子亲和能力，有利于电子注入（3）相对较大的电离能，有利于阻挡空穴（4）激发能量高于发光层的激

10、发能量（5）不能与发光层形成复合物（6）良好的成膜特性和稳定性,21,ETM一般采用具有大的共扼平面的芳香族化合物如8-羟基喹啉铝（AlQ），1，2，4一三唑衍生物（1，2，4-Triazoles，TAZ）,PBD，Beq2，DPVBi等，它们同时又是好的发光材料。,22,3发光材料选择发光材料应满足下列条件：A高量子效率的荧光特性，荧光光谱主要分布400-700nm可见光区域。B良好的半导体特性，即具有高的导电率，能传导电子或空穴或两者兼有。C好的成膜性，在几十纳米的薄层中不产生针孔。D良好的热稳定性。,23,按化合物的分子结构，有机发光材料一般分为两大类：(1)高分子聚合物，分子量1000

11、0-100000，通常是导电共轭聚合物或半导体共轭聚合物，可用旋涂方法成膜，制作简单，成本低，但其纯度不易提高，在耐久性，亮度和颜色方面比小分子有机化合物差。(2)小分子有机化合物，分子量为500-2000，能用真空蒸镀方法成膜，按分子结构又分为两类:有机小分子化合物和配合物。,24,1)有机小分子发光材料主要为有机染料，具有化学修饰性强，选择范围广，易于提纯，量子效率高，可产生红、绿、蓝、黄等各种颜色发射峰等优点，但大多数有机染料在固态时存在浓度淬灭等问题，导致发射峰变宽或红移，所以一般将它们以低浓度方式掺杂在具有某种载流子性质的主体中，主体材料通常与ETM和HTM层采用相同的材料。掺杂的有

12、机染料，应满足以下条件：a.具有高的荧光量子效率b.染料的吸收光谱与主体的发射光谱有好的重叠，即主体与染料能量适配，从主体到染料能有效地能量传递；c.红绿兰色的发射峰尽可能窄，以获得好的色纯；d.稳定性好，能蒸发。,25,（1）红光材料主要有：罗丹明类染料，DCM，DCT，DCJT，DCJTB，DCJTI和TPBD等（2）绿光材料主要有：香豆素染料Coumarin6(Kodak公司第一个采用)，奎丫啶酮（quinacridone,QA）（先锋公司专利），六苯并苯(Coronene)，苯胺类(naphthalimide).（3）蓝光材料主要有：N-芳香基苯并咪唑类；1，2，4-三唑衍生物（TAZ

13、）（也是ETM材料）；1，3-4-噁二唑的衍生物OXD-（P-NMe2）（高亮度；1000cd/m2）;双芪类(Distyrylarylene);BPVBi(亮度可达6000Cd/m2)。,26,2)配合物发光材料金属配合物介于有机与无机物之间，既有有机物的高荧光量子效率，又有无机物的高稳定性，被视为最有应用前景的一类发光材料。常用金属离子有；Be2+Zn2+Al3+Ca3+In3+Tb3+Eu3+Gd3+等主要配合物发光材料有：8-羟基喹啉类，10-羟基苯并喹啉类，Schiff碱类，-羟基苯并噻唑（噁唑）类和羟基黄酮类等,27,有机发光二极管制备工艺,器件的发光效率和稳定性、器件的成品率乃至

14、器件的成本等都要受到工艺技术的控制，有机发光二极管工艺技术的发展对产业化进程尤为重要制备工艺可分为小分子有机发光二极管OLED工艺技术，和聚合物发光二极管PLED工艺技术两大类小分子通常用蒸镀方法或干法制备，一般用溶液方法或湿法制备,28,三、小分子的工艺,制备过程中的关键工艺技术，其中包括基片的清洗和预处理、阴极隔离柱制备、有机功能薄膜和金属电极的制备、彩色化技术、封装技术以及与工艺技术密切相关的器件稳定性和寿命的问题,29,、玻璃基片清洗与表面预处理,有基层与之间界面对发光性能的影响非常重要，玻璃使用前必须仔细清洗，以彻底去除基片表面的污染物污染物通常分为类：有形颗粒，如尘埃有机物质，如油

15、脂和涂料等无机物质，如碱、盐和锈斑等微生物机体清除基片表面污染物的方法：化学清洗法、超声波清洗法、紫外光清洗法，真空烘烤法及离子轰击法,30,、阴极隔离柱技术,为了实现无源矩阵的高分辨率和彩色化，更好地解决阴极模板分辨率低和器件成品率低等问题，人们在研究中引入了阴极隔离柱结构。即在器件制备中不使用金属模板，而是在蒸镀有机薄膜和金属阴极之前，在基板上制作绝缘的间壁，最终实现将器件的不同像素隔开，实现像素阵列,31,在隔离柱制备中，绝缘的无机材料、有机聚合物材料和光刻胶等材料都被广泛采用，目前采用有机绝缘材料和光刻胶的隔离柱制备工艺比较成熟。隔离柱的形状是隔离效果关键。,倒梯形隔离柱结构,32,倒

16、梯形隔离柱结构中，使用了绝缘缓冲层来解决同一像素间的短路问题，同时使用倒立梯形的隔离柱来解决相邻像素间的短路问题。由于倒立结构的存在，可以比较好地发挥绝缘柱的遮蔽效果，从而有利于实现批量生产隔离柱的作法：（）在透明基片上旋涂第一层光敏有机绝缘材料，厚度为，一般为光敏型、前烘后曝光，曝光图形为网状结构或条状结构，线条的宽度由显示分辨率即像素之间间隔决定，显影后线宽为，然后进行后烘。（）在有机绝缘材料上旋涂第二层光敏型有机绝缘材料，膜厚为，一般为光刻后线条横截面能形成上大下小倒梯形形状的光刻胶中的一种，一般为负型光刻胶，前烘后对第二层有机绝缘体材料进行曝光，曝光图形为直线条，显影后的线宽为,33,

17、有机薄膜或金属电极的制备,小分子器件通常采用真空蒸镀法制备有机薄膜和金属电极，其具体操作过程是在真空中加热蒸发容器中待形成薄膜的原材料，使其原子或分子从表面气化逸出，形成蒸汽流，入射到固体衬底或基片的表面形成固态薄膜该过程中真空度对薄膜质量有很大影响。如果真空度太低，有机分子将与大量空气分子碰撞，使膜层受到严重污染，甚至被氧化烧毁；此条件下沉积的金属往往没有光泽，表面粗糙，得不到均匀连续的薄膜,34,彩色化技术,小分子全彩色显示技术方面，实现彩色化的方法有光色转换法、彩色滤光薄膜法、独立发光材料法等三种,35,分别蒸镀工艺方式是通过以红绿蓝三色为独立发光材料进行发光，是目前彩色化常用的工艺方法

18、，其关键技术是蒸镀有机功能薄膜所用的精密模板。常用的制备模板方法有电镀法和刻蚀法。其中电镀法形成的模板精度很高但容易损坏，不容易清洗。刻蚀法的精度由于工艺难以提高,36,彩色滤光薄膜法是以白色为背光源材料，透过类似彩色滤光片来达到全彩色效果，这种方法可以使用彩色滤光片技术，其关键在于白色光远和彩色滤光薄膜的成本光色转换法主要利用蓝光为发光光源，经光色转换薄膜将蓝光分别转换成红光或蓝绿光而实现红绿蓝三色光，蓝光发光材料随不需要制造对应像素的图形，但光色转换薄膜需要制作对应像素的图形。此种方法转换率是关键，发光效率优于彩色滤光薄膜法，但不如三色独立发光材料法,37,的封装技术,对水氧极为敏感，因此

19、封装技术直接影响器件的稳定性和寿命、封装技术主要有种技术：金属盖封装、玻璃基片封装，薄膜封装。目前常用的封装技术是玻璃基片封装。用带有凹槽的玻璃基片与基片压合在一起玻璃封装片的加工有两种方法，一种是喷砂，另一种采取腐蚀方式。,38,39,、吸水材料：器件要求氧气的透过率为以下，水气透过率为以下水气来源有经由外在环境渗透进入器件内，或是在工艺中被每一层物质吸收的水汽。为了减少水汽进入组件或排除由工艺中吸附的水汽，一般最常用的物质为吸水材料，可以利用化学吸附或物理吸附的方式捕捉自由移动的水分子，以达到去除组件内水汽的目的干燥剂和干燥片通过贴附在封装玻璃基片的内侧以吸附器件内部的水分,40,、封装工

20、艺流程,、水氧浓度控制和封装压合水氧浓度控制是通过循环精制设备完成的在压合过程中，要控制固化胶的高度和宽度，使封装腔室内的压力合适，以避免封装后器件产生气泡的现象。,41,有机发光二极管的显示驱动技术,发光强度和注入电流成正比，注入到显示器件中的每个显示像素的电流可以单独控制，不同的显示像素在驱动信号作用下，在显示器上合成出各种字符、数字、图形以及图像。有机电致发光显示驱动的功能就是提供这种电流信号,42,依驱动方式分为被动式（passivematrix，即PM-OLED）与主动式（activematrix，即AM-OLED）两类有源驱动突出的特点是恒流驱动电路集成在显示屏上，而且每一个发光像

21、素对应其矩阵寻址用薄膜晶体管，驱动发光用薄膜晶体管、电和存储电容等,43,有机电致发光显示器件具有二极管特性，因此原则上为单向直流驱动但是由于有机发光薄膜的厚度在纳米量级，发光面积尺寸一般大于微米，器件具有很明显的电容特性，为了提高显示器件的刷新频率，对不发光的像素对应的电容进行快速放电目前很多驱动电路采用正向恒流反向恒压的驱动模式,44,静态驱动器原理,静态驱动方式一般各有机电致发光像素的阴极是连在一起的，各像素的阳极是分立引出的,45,器件的阴极连在一起引出接到某一电压源，比如，阳极通过一个可控中间接线端可与另一电源电压，比如。或者与可调幅值的恒流源相接控制所要显示的像素阳极（比如）对应的

22、中间连接端，比如与对应的可调幅值恒流源相连，在恒流源电压与阴极电压之差大于像素发光阈值的前提下，像素将在恒流源的驱动下发光处于显示状态,46,对于不发光的像素，控制所要显示的像素阳极对应的中间连接线端，与电源相连，由于像素的阳极阴极之间的电压差为，发光二极管反向截止，像素不发光，处于不显示状态总体上看，每一个像素上将轮换加载正电压和负电压，是一种交流电压效果。这种驱动方式的特点是在一幅完整的图像显示过程中，每一个像素上加的电压值（对不发光像素）或电流值（对发光像素）是不变化的，因此称为静态驱动,47,静态驱动电路实例,48,静态驱动电路一般用在段式显示屏的驱动中图中每个段码有一个公共电极，用于

23、区别时、分的冒号两点有一个公共电极，5个公共电极都是发光像素的阴极，同时接地2051单片机从串行口控制输出时钟数据，经过4个八位移位锁存器4094机联，在同步信号下并行输入32位电压数据信号，经压控恒流源阵列的转换，32路恒流信号输入4个7段码电极和冒号电极,49,动态驱动器原理,采用静态驱动时，若像素点众多将产生众多引脚以及庞大的硬件驱动电路。所以可采取与液晶类似的矩阵电极驱动，每个有机电致发光显示像素都由其所在的行与列的位置唯一确定为了点亮整屏像素，将采取逐行点亮或逐列点亮，点亮整屏像素时间小于20ms。这样的方法叫作动态驱动,50,1动态驱动方法简述假设行为阴极在实际电路驱动的过程中，要

24、逐行点亮或逐列点亮像素对逐行点亮的方式行电极被称为扫描电极，列电极被称为数据电极有机电致发光显示的动态驱动法是循环，地给每行电极施加选择脉冲，同时所有列电极给出该行像素的驱动电流脉冲，实现该行所有显示像素的驱动。这种行扫描是逐行顺序进行的，循环扫描所有的行一遍所用的时间为帧周期,51,同等电流下扫描行数的增加将使占空比下降，引起像素上电流注入在一帧中的有效值下降，降低了显示质量。因此随着显示像素的增多为了保证显示质量需要适度地提高驱动电流或采用双屏电极结构以提高占空比矩阵驱动方式对于半选像素会产生交叉效应有机电致发光动态驱动方法中解决交叉效应的方法是反向截止法，即把U2的电压值小于电源U1的电

25、压值，使所有未选中的像素上施加反向电压反向截止使可能形成发光的弱场漂移电流和扩散电流都不可能在像素中通过，有效消除交叉效应,52,2动态驱动实现,53,控制电路产生总控制信号，行控制电路和列驱动电路在总控制信号下，结合各自内部功能，产生基本行信号和基本列信号，行驱动电路和列驱动电路在总控制信号、基本行信号和基本列信号下，结合各自内部功能，产生行扫描信号和列数据信号,54,动态驱动显示器的行扫描和列数据波形信号示意图,55,其中行列控制电路分别产生的信号、优选为幅值是的脉冲信号，而对应的行驱动电路输出的扫描信号幅值从到，对应的列驱动电路输出数据信号幅值从到，为参考值。是实数，表示电压值，在电路中其值可调。脉冲宽度、是可按照行列数的大小，显示灰度等调节的，调整、的值可以调整被选中像素的发光强度,56,选，并设为电压信号若行扫描信号使某行被选中，则行驱动电路输出信号的值为。如果此刻某列有数据信号，列驱动电路输出信号的值为，则对应于该行该列的像素点被选中，当该像素上所加电压大于阈值电压时，该像素发光此时所有未选点像素列接，行接，这时发光二极管上电压反偏，残存在像素上的电荷被放掉，像素处于深度截止状态，抑制了像素中感生电流的产生半选点：其上所加的电压分别为或，其值均为负值，使处于半选点的像素处于截止状态,57,带灰度控制的显示,幅值控