OLED簡介PPT課件

1、天津工業(yè)大學(xué)OLEDOLED的發(fā)展歷史的發(fā)展歷史1OLEDOLED的特點(diǎn)及優(yōu)勢的特點(diǎn)及優(yōu)勢23OLEDOLED的工藝及發(fā)展趨勢的工藝及發(fā)展趨勢45OLEDOLED的基本結(jié)構(gòu)及材料的基本結(jié)構(gòu)及材料OLEDOLED的發(fā)光原理的發(fā)光原理第1頁/共31頁天津工業(yè)大學(xué)一、OLED簡介 OLED：Organic Light Emitting Diode，有機(jī)LED 無機(jī)LED與有機(jī)LED:無機(jī)無機(jī)LED有機(jī)有機(jī)LED第2頁/共31頁天津工業(yè)大學(xué)有機(jī)半導(dǎo)體器件的優(yōu)勢 有機(jī)半導(dǎo)體材料目前主要應(yīng)用于有機(jī)平板顯示(OLED)、有機(jī)太陽能電池以及有機(jī)電子線路等方面，其材料選擇范圍相當(dāng)寬。 OLED顯示屏統(tǒng)的LCD和

2、CRT相比還有啟動(dòng)電壓低、響應(yīng)快、主動(dòng)發(fā)光、可折疊、重量輕等多方面優(yōu)點(diǎn)； 有機(jī)半導(dǎo)體功能器件的最大優(yōu)點(diǎn)莫過于有機(jī)分子合成的可控性與多樣性，人們可以通過必要的化學(xué)手段來剪裁、修飾有機(jī)分子，達(dá)到有機(jī)分子的改性，實(shí)現(xiàn)更加新穎和多樣化的材料特性。 此外，OLED的工藝相對于LED來說更簡單，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)的規(guī)?；a(chǎn)，甚至可以采用“roll to roll”印刷技術(shù)。第3頁/共31頁天津工業(yè)大學(xué)OLED的應(yīng)用領(lǐng)域第4頁/共31頁天津工業(yè)大學(xué)信息社會與顯示技術(shù) 據(jù)統(tǒng)計(jì)，視覺信息占所獲得信息總量的70%左右，因此顯示技術(shù)是現(xiàn)代社會人與信息間聯(lián)接的主要橋梁，伴隨著信息技術(shù)的高速發(fā)展，人們迫切需要更輕、更薄的高性

3、能平板顯示器件。作為平板顯示的一員，有機(jī)電致發(fā)光器件（OLED），尤其白色有機(jī)電致發(fā)光器件，由于在全色顯示、液晶的背光源和固態(tài)照明等方面存在巨大的潛在優(yōu)勢，近年來在全球范圍內(nèi)掀起了一股研究熱潮。第5頁/共31頁天津工業(yè)大學(xué)目前平板顯示器的主要技術(shù) 液晶顯示器（LCD, liquid crystal display） 等離子體顯示器（PDP, plasma display panel） 有機(jī)電致發(fā)光顯示器（OLED, organic light-emitting diode） 無機(jī)電致發(fā)光顯示器（EL, electro-luminescence） 真空熒光顯示器（VFD, vacuum fluo

4、rescent display） 電子紙張（e-paper, E-Ink）等。第6頁/共31頁天津工業(yè)大學(xué)LCD與OLED顯示屏的比較第7頁/共31頁天津工業(yè)大學(xué)二. OLED的發(fā)展歷史 1936年Destriau將有機(jī)熒光化合物分散在聚合物中制成薄膜，得到了最早的電致發(fā)光器件（400V）; 1982年等人采用真空沉積的方法制備了0.6m厚的蒽薄膜，將器件的驅(qū)動(dòng)電壓降到了30 V以下; 1987年，對有機(jī)電致發(fā)光器件來說是具有里程碑意義的一年，（鄧青云）等采用超薄膜技術(shù)，以一種二胺衍生物N,N-diphenyl-N,N-bis(3-methylphenyl)1-1biphenyl-4,4dia

5、mine(TPD)作為空穴傳輸層，以tris(8-hydroxyquinoline)aluminum(Alq3)作為發(fā)光層，制作了雙層結(jié)構(gòu)的有機(jī)電致發(fā)光器件，該器件在10 V下亮度可達(dá)1 000cd/m2，發(fā)光效率為1.51 lm/W，壽命大于100小時(shí)。第8頁/共31頁天津工業(yè)大學(xué) 1988年C.Adachi等人首次提出了將空穴傳輸層、電子傳輸層和發(fā)光層分開的三層結(jié)構(gòu)，獲得了高亮度和長壽命的藍(lán)光器件； 1998年，美國普林斯頓大學(xué)的Forrest小組首次提出將磷光染料應(yīng)用于有機(jī)電致發(fā)光器件，這樣就突破了器件內(nèi)量子效率低于25%的限制，理論上使內(nèi)量子效率達(dá)到了100%，從而開創(chuàng)了有機(jī)磷光電致發(fā)

6、光的新領(lǐng)域。 2004年，等人制作的疊層(tandem)有機(jī)電致發(fā)光器件，電流效率高達(dá)136 cd/A。第9頁/共31頁天津工業(yè)大學(xué)2007年索尼在年索尼在SID展上推出的展上推出的2.5英寸柔性顯示器英寸柔性顯示器第10頁/共31頁天津工業(yè)大學(xué)2001年索尼年索尼11英寸英寸OLED超薄電視超薄電視2008年三星年三星31英寸英寸OLED超薄電視超薄電視 第11頁/共31頁天津工業(yè)大學(xué) 2008年年GE采用印刷采用印刷“roll-to-roll”技術(shù)制作的技術(shù)制作的OLED顯示屏顯示屏第12頁/共31頁天津工業(yè)大學(xué)2010三星采用三星采用OLED透明顯示屏的筆記本電腦透明顯示屏的筆記本電腦

7、第13頁/共31頁天津工業(yè)大學(xué)三. OLED的發(fā)光原理 有機(jī)電致發(fā)光具體由以下四個(gè)步驟完成： 1載流子的注入 2載流子的遷移 3激子的形成和遷移 4輻射復(fù)合發(fā)光HOMO：Highest Occupied Molecular Orbital LUMO： Lowest Unoccupied Molecular Orbital 第14頁/共31頁天津工業(yè)大學(xué)v 載流子注入：載流子注入：第15頁/共31頁天津工業(yè)大學(xué) 載流子的遷移和激子的形成： 當(dāng)載流子一旦從兩極注入到有機(jī)分子中，有機(jī)分子就處在離子基(A、A)狀態(tài)，并與相鄰的分子通過傳遞的方式向?qū)γ骐姌O運(yùn)動(dòng)。此種跳躍運(yùn)動(dòng)是靠電子云的重疊來實(shí)現(xiàn)的，從化

8、學(xué)的角度來說，就是相鄰的分子通過氧化-還原方式使載流子運(yùn)動(dòng)。通過載流子遷移，電子和空穴在靜電的作用下束縛在一起而形成激子(exciton)。第16頁/共31頁天津工業(yè)大學(xué)苯分子的結(jié)構(gòu)示意圖及離域大苯分子的結(jié)構(gòu)示意圖及離域大鍵鍵第17頁/共31頁天津工業(yè)大學(xué) 激子的遷移及躍遷： 非輻射復(fù)合（躍遷）與輻射復(fù)合（躍遷） 熒光發(fā)光（Fluorescence） 磷光發(fā)光（Phosphorescence）第18頁/共31頁天津工業(yè)大學(xué)分子內(nèi)光物理過程的雅布隆斯基示意圖分子內(nèi)光物理過程的雅布隆斯基示意圖abs:吸收光過程，吸收光過程，fl:熒光過程熒光過程，ic:內(nèi)部轉(zhuǎn)換，內(nèi)部轉(zhuǎn)換，vr:振動(dòng)弛豫，振動(dòng)弛豫

9、，isc:系間竄躍，系間竄躍，phos:磷光過程磷光過程第19頁/共31頁 單線態(tài)和三線態(tài)：大多數(shù)分子含有偶數(shù)電子，在基態(tài)時(shí)，這些電子成對地存在于各個(gè)原子或分子軌道中，成對自旋，方向相反，電子凈自旋等于零：S=+(-)=0，其多重性 M=2S+1=1 (M 為磁量子數(shù))，因此，分子是抗（反）磁性的，其能級不受外界磁場影響而分裂，稱“單線態(tài)”；當(dāng)基態(tài)分子的一個(gè)成對電子吸收光輻射后，被激發(fā)躍遷到能量較高的軌道上，通常它的自旋方向不改變，即S=0，則激發(fā)態(tài)仍是單線態(tài)，即“單線(重)激發(fā)態(tài)”；如果電子在躍遷過程中，還伴隨著自旋方向的改變，這時(shí)便具有兩個(gè)自旋不配對的電子，電子凈自旋不等于零，而等于1：

10、S=1/2+1/2=1 其多重性：M=2S+1=3，即分子在磁場中受到影響而產(chǎn)生能級分裂，這種受激態(tài)稱為“三線(重)激發(fā)態(tài)”。 “三線激發(fā)態(tài)” 比 “單線激發(fā)態(tài)” 能量稍低。當(dāng)激發(fā)態(tài)的分子通過振動(dòng)馳豫內(nèi)轉(zhuǎn)換振動(dòng)馳豫到達(dá)第一單線激發(fā)態(tài)的最低振動(dòng)能級時(shí)，第一單線激發(fā)態(tài)最低振動(dòng)能級的電子可通過發(fā)射輻射（光子）躍回到基態(tài)的不同振動(dòng)能級，此過程稱為 “熒光發(fā)射”。如果熒光幾率較高，則發(fā)射過程較快，需10-8秒。第一電子三線激發(fā)態(tài)最低振動(dòng)能級的分子以發(fā)射輻射（光子）的形式回到基態(tài)的不同振動(dòng)能級，此過程稱為 “磷光發(fā)射”。發(fā)生過程較慢 約 10-410秒。天津工業(yè)大學(xué)第20頁/共31頁天津工業(yè)大學(xué) 在光激發(fā)

11、的情況下，由于電子的躍遷受自旋選擇規(guī)則的限制，為了保持自旋狀態(tài)不變，從單線態(tài)的基態(tài)向三線態(tài)的躍遷是被禁阻的，因此形成的磷光要比熒光弱的多，一般情況下很難觀察到磷光發(fā)射。 在電激發(fā)的過程中，由于注入載流子的自旋狀態(tài)是隨機(jī)的，既可以形成激發(fā)單線態(tài)，也可以形成激發(fā)三線態(tài)，形成這兩種激發(fā)態(tài)的比例服從統(tǒng)計(jì)規(guī)律，大致是1：3。因此從理論上講，僅利用單線態(tài)激子的熒光材料制作的有機(jī)電致發(fā)光器件的內(nèi)量子效率最高只能達(dá)到25%，而使用磷光材料制作的有機(jī)電致發(fā)光器件的內(nèi)量子效率最高可達(dá)100%。 第21頁/共31頁天津工業(yè)大學(xué) 四. OLED的基本結(jié)構(gòu)第22頁/共31頁天津工業(yè)大學(xué)常用的OLED材料 陽極材料：IT

12、O（氧化銦錫）玻璃； 空穴注入層（HIL）：HOMO能級與ITO最匹配，CuPc, TNADA(芳香胺化合物）等； 空穴傳輸層（HTL）：合適的能級結(jié)構(gòu)，高的空穴遷移率，能形成穩(wěn)定致密的薄膜，NPB等； 電子注入層（EIL）：與陰極和ETL能級匹配，LiF等； 電子傳輸層（ETL）：合適的能級結(jié)構(gòu)，高的電子遷移率，穩(wěn)定致密的薄膜，Alq3，BCP等； 發(fā)光層：藍(lán)光、紅光、黃光發(fā)光材料； 陰極材料：常見金屬（Al和Ag）。第23頁/共31頁天津工業(yè)大學(xué) 有機(jī)小分子化合物化學(xué)結(jié)構(gòu)易于調(diào)整，可以通過引入雙鍵、苯環(huán)等不飽和基團(tuán)以及各種生色團(tuán)來改變共軛程度，其共軛程度越高發(fā)光越紅移，反之則藍(lán)移。因此有機(jī)

13、小分子化合物發(fā)光波長可以覆蓋整個(gè)可見光范圍。 有機(jī)發(fā)光層材料主要是由有機(jī)金屬配合物構(gòu)成，包括1,2,3價(jià)金屬離子，及稀土金屬離子的配合物，多為含氧、氮的有機(jī)化合物或者二羰基化合物與金屬離子形成的配合物。金屬離子種類不同，則發(fā)光顏色不同。由于金屬配合物介于有機(jī)物和無機(jī)物之間，既具有有機(jī)物的高熒光量子效率的特點(diǎn)，又有無機(jī)物的穩(wěn)定性好的特點(diǎn)，因此被認(rèn)為是最有應(yīng)用前景的一類發(fā)光材料。第24頁/共31頁天津工業(yè)大學(xué)常用的有機(jī)材料的分子式第25頁/共31頁天津工業(yè)大學(xué)光色可變OLED結(jié)構(gòu)示意圖器件能級結(jié)構(gòu)器件能級結(jié)構(gòu) 器件結(jié)構(gòu)器件結(jié)構(gòu) 第26頁/共31頁天津工業(yè)大學(xué)（a）低壓時(shí)紅光的發(fā)光照片）低壓時(shí)紅光的

14、發(fā)光照片 （b）高壓時(shí)藍(lán)光的發(fā)光照片）高壓時(shí)藍(lán)光的發(fā)光照片 第27頁/共31頁天津工業(yè)大學(xué) 五. OLED的工藝流程第28頁/共31頁天津工業(yè)大學(xué)OLED產(chǎn)業(yè)存在的問題及發(fā)展前景 盡管有機(jī)電致發(fā)光顯示器件產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程取得了較大的進(jìn)展，但是因?yàn)樵贠LED的發(fā)光材料、彩色化技術(shù)、制膜技術(shù)、有源驅(qū)動(dòng)技術(shù)、封裝技術(shù)等方面仍存在著許多重大基礎(chǔ)問題，這就使得器件壽命較短、效率偏低等，并且由于工藝方面仍不成熟，致使成本較高。 要解決這一系列重大問題，我們更需要從材料性能、器件結(jié)構(gòu)、器件制備過程、器件工作原理、器件界面特性、器件老化的物理機(jī)制、器件封裝、驅(qū)動(dòng)和控制技術(shù)等方面來進(jìn)行重點(diǎn)研究。第29頁/共31頁天津工業(yè)大學(xué) 高性能彩色化OLED：現(xiàn)代社