有機(jī)電致發(fā)光器件(OLED)

有機(jī)電致發(fā)光器件(OLED)學(xué)生：何鑫時(shí)間：2016.10.14OLED

(Organic

Light

Emitting

Device），有機(jī)電致發(fā)光器件，是指有機(jī)半導(dǎo)體材料和發(fā)光材料在電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)下，通過載流子注入和復(fù)合導(dǎo)致發(fā)光的現(xiàn)象。其原理是用ITO透明電極和金屬電極分別作為器件的陽(yáng)極和陰極，在一定電壓驅(qū)動(dòng)下，電子和空穴分別從陰極和陽(yáng)極注入到電子和空穴傳輸層，電子和空穴分別經(jīng)過電子和空穴傳輸層遷移到發(fā)光層，并在發(fā)光層中相遇，形成激子并使發(fā)光分子激發(fā)，后者經(jīng)過輻射弛豫而發(fā)出可見光。輻射光可從ITO一側(cè)觀察到，金屬電極膜同時(shí)也起了反射層的作用。根據(jù)這種發(fā)光原理而制成顯示器被稱為有機(jī)發(fā)光顯示器，也叫OLED顯示器。

何為有機(jī)電致發(fā)光器件？有機(jī)電致發(fā)光器件有機(jī)電致發(fā)光顯示器件的發(fā)展簡(jiǎn)史有機(jī)電致發(fā)光顯示器件的構(gòu)造原理有機(jī)電致發(fā)光顯示器件的發(fā)光機(jī)理有機(jī)電致發(fā)光顯示器件的制作材料有機(jī)電致發(fā)光顯示器件的驅(qū)動(dòng)方式有機(jī)電致發(fā)光顯示器件的彩色顯示有機(jī)電致發(fā)光顯示器件的前沿技術(shù)1、2、3、4、5、7、6、1963年NewYorkUniv.的Pope等第一次發(fā)現(xiàn)有機(jī)材料單晶蒽的電致發(fā)光現(xiàn)象。1982年Vincett的研究小組制備出厚度0.6蒽的薄膜，并觀測(cè)到電致發(fā)光。1987年Kodak公司的鄧青云等采用了夾層式的多層器件結(jié)構(gòu)，開創(chuàng)了有機(jī)電致發(fā)光的新的時(shí)代。

1990年，英國(guó)劍橋大學(xué)Cavendish實(shí)驗(yàn)室的Burroghes等人首次采用共軛聚合物聚對(duì)苯撐乙烯（PPV，polyphenylenevinylene)制作了高分子發(fā)光二極管，簡(jiǎn)化了制備工藝，開辟了發(fā)光器件的又一個(gè)新領(lǐng)域聚合物薄膜電致發(fā)光器件。1997年，PrincetonUniv.ForrestSR的小組發(fā)現(xiàn)磷光的有機(jī)電致發(fā)光材料，使得有機(jī)電致發(fā)光器件的內(nèi)量子效率可能到達(dá)100％。2004年月5月，SeikoEpson發(fā)表40in有機(jī)電致發(fā)光顯示器，并在2004年下半年的上展出。這是有機(jī)EL顯示器首次達(dá)到這樣大的尺寸。有機(jī)電致發(fā)光顯示器件的發(fā)展12006年，整體矩陣尋址(TotalMatrixAddressing，TMA)OLED技術(shù)由劍橋顯示器科技推出，據(jù)稱結(jié)合了TMA解決方案的小型被動(dòng)式數(shù)組顯示器，可降低至少50%的功率消耗，或者在相同的功率消耗下，得到二倍的顯示亮度。2007年全球OLED產(chǎn)值接近8億美元，相較于2006年成長(zhǎng)率超過50%，是所有平板顯示設(shè)備中成長(zhǎng)最快的領(lǐng)域。2008年，精工愛普生公司發(fā)布了其研究成果——“終極之黑”O(jiān)LED顯示系統(tǒng)，解決了長(zhǎng)期困擾OLED的使用壽命難題，成功將產(chǎn)品使用壽命延長(zhǎng)至5萬(wàn)多個(gè)小時(shí)，突破業(yè)界2~3萬(wàn)小時(shí)的技術(shù)瓶頸，極大拓展了OLED顯示系統(tǒng)的應(yīng)用前景。2011年OLED尺寸將擴(kuò)大到30英寸產(chǎn)品以上，主流產(chǎn)品仍是以11英寸，預(yù)估其銷量可望達(dá)到100萬(wàn)臺(tái)以上、20英寸銷售量為89萬(wàn)臺(tái)、32英寸TV則是5萬(wàn)臺(tái)左右。到2015年，OLED顯示屏的營(yíng)收將從2008年的5.91億美元增長(zhǎng)到60億美元。發(fā)光材料的選擇范圍廣，尤其是藍(lán)光材料，容易得到全色顯示；亮度大、效率高；直流驅(qū)動(dòng)電壓低、能耗少，可以和集成驅(qū)動(dòng)電路相匹配；制作工藝簡(jiǎn)單并且成本低；可實(shí)現(xiàn)超薄的大面積平板顯示，響應(yīng)速度快，視角大，全固化，抗震性能好，工作溫度范圍廣；良好的機(jī)械加工性能，容易做成不同形狀。OLEDs的優(yōu)點(diǎn)有機(jī)電致發(fā)光顯示器件的構(gòu)造原理注入層輸運(yùn)層發(fā)光層OLED的基本結(jié)構(gòu)：銦錫氧化物與正電極（陽(yáng)極）相連、負(fù)極則與另一個(gè)金屬陰極相連，中間是發(fā)光材料，形成一種類似三明治的結(jié)構(gòu)。理想陰極是以低功函數(shù)金屬作為注入層，以具有較高功函數(shù)的穩(wěn)定金屬M(fèi)g/Ag,Li/Al）作為鈍化層。電子輸運(yùn)材料（ETM）：熒光染料化合物。必須熱穩(wěn)定和表面穩(wěn)定，有機(jī)金屬絡(luò)合物具有足夠的熱穩(wěn)定性。由在熒光基質(zhì)材料中摻雜百分之幾的熒光摻雜劑來制備?；|(zhì)材料通常與ETM或HTM采用的材料相同，熒光摻雜劑是熱和光化學(xué)穩(wěn)定的激光染料。2單層EL器件結(jié)構(gòu)圖DL-A型雙層EL器件結(jié)構(gòu)圖三層EL器件結(jié)構(gòu)圖多層器件結(jié)構(gòu)3有機(jī)電致發(fā)光顯示器件的發(fā)光機(jī)理小分子OLED聚合物OLED（也稱為PLED）鑭系有機(jī)金屬OLED（也叫稀土OLED）襯底透明陽(yáng)極金屬陰極有機(jī)層eheh復(fù)合光發(fā)射DC電源eheeeehhhhhq=qV-bibiCA陽(yáng)極有機(jī)層陰極有機(jī)電致發(fā)光過程通常由以下幾個(gè)階段完成：載流子的注入。在外加電場(chǎng)的條件下，電子和空穴分別從陰極和陽(yáng)極向夾在電極之間的有機(jī)功能薄膜層注入；載流子的遷移。注入的電子和空穴分別從電子傳輸層和空穴傳輸層向發(fā)光層遷移；載流子復(fù)合。電子和空穴結(jié)合產(chǎn)生激子；激子的遷移。激子在電場(chǎng)作用下遷移，將能量傳遞給發(fā)光分子，并激發(fā)電子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)；電致發(fā)光。激發(fā)態(tài)能量通過輻射躍遷失活，產(chǎn)生光子釋放光能。4有機(jī)電致發(fā)光顯示器件的制作材料特性空穴傳輸材料：具有良好的空穴傳輸特性，即空穴遷移率高；具有較低的電子親和能，有利于空穴注入；激發(fā)能量高于發(fā)光層的激發(fā)能量；不能與發(fā)光層形成激基復(fù)合物；具有良好的成膜性和較高的玻璃化溫度，熱穩(wěn)定性好，不易結(jié)晶。

電子傳輸材料：具有良好的電子傳輸特性，即電子遷移率高；具有較高的電子親和能，易于由陰極注入電子；相對(duì)較高的電離能，有利于阻擋空穴；不能與發(fā)光層形成激基復(fù)合物；成膜性和熱穩(wěn)定性良好，不易結(jié)晶。發(fā)光材料：具有高效率的熒光量子效率；具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，不與電極和載流子傳輸材料發(fā)生反應(yīng)；易形成致密的非晶態(tài)膜，不易結(jié)晶；具有適當(dāng)?shù)陌l(fā)光波長(zhǎng)；具有一定的載流子傳輸能力。5有機(jī)電致發(fā)光顯示器件的驅(qū)動(dòng)方式直流驅(qū)動(dòng)：直流驅(qū)動(dòng)時(shí)（ITO接正極）空穴和電子的傳輸方向是固定不變的,其中未參與復(fù)合的多余空穴(或電子),或者積累在HTL/EML(EML/ETL)界面,或者越過勢(shì)壘流入電極。

交流驅(qū)動(dòng)時(shí),正半周的發(fā)光機(jī)制與正向直流驅(qū)動(dòng)完全一樣,但是交流驅(qū)動(dòng)的負(fù)半周卻起著十分重要的作用。交流驅(qū)動(dòng)：6有機(jī)電致發(fā)光顯示器件的彩色顯示1、分別制備紅、綠、藍(lán)三原色的發(fā)光中心，然后調(diào)節(jié)三種顏色不同程度的組合，產(chǎn)生彩色。2、首先制備發(fā)白光的器件，然后通過彩色濾光膜得到三原色，重新組合三原色從而實(shí)現(xiàn)彩色顯示。3、首先制備發(fā)藍(lán)光的器件，然后通過藍(lán)光激發(fā)其它層材料分別得到紅光和綠光，從而進(jìn)一步得到彩色顯示。4、首先制備發(fā)白光或近于白光的器件，然后通過微腔共振結(jié)構(gòu)的調(diào)諧，得到不同波長(zhǎng)的單色光，然后再獲得彩色顯示。5、采用堆疊結(jié)構(gòu)，將采用透明電極的紅、綠、藍(lán)發(fā)光器件縱向堆疊，從而實(shí)現(xiàn)彩色顯示。OLED的技術(shù)瓶頸和突破面對(duì)主流市場(chǎng)的LCD顯示技術(shù)，OLED要躋身成為主流顯示技術(shù)，仍面臨諸多瓶頸。目前有三大挑戰(zhàn)正左右OLED產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

第一，OLED產(chǎn)品價(jià)格昂貴，原因在于經(jīng)濟(jì)規(guī)模校，似的材料成本和制程成本無(wú)法降低；

第二，在技術(shù)層面上，OLED壽命仍還有待提高，目前OLED產(chǎn)品壽命只有兩萬(wàn)小時(shí)，要達(dá)到商業(yè)化的要求，至少需要5萬(wàn)小時(shí)；

第三，OLED目前仍主要應(yīng)用在小尺寸行動(dòng)裝置面板領(lǐng)域，在大尺寸顯示市場(chǎng)仍還有待突破。OLED本身具備諸多優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用前景極廣，其技術(shù)瓶頸也將會(huì)在電化學(xué)等科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步下被解決，可以想見未來的顯示市場(chǎng)，OLED必