第六章(OLED)

信息显示技术第六章有机电致发光显示SONYOLEDHDTVSONY2008年展出了一台仅有3mm厚的OLEDHDTV。尺寸为11英寸索尼公司发布了新的21英寸OLED电视原型（XEL-2），分辨率达到1366x760，对比度高达1000000:1，整个电视机厚度只有1.4毫米。OLED台湾奇晶光电于2008年开发出了一款厚度为0.9mm的25英寸的OLED液晶面板，并且在“FPDInternational2008”上展出。OLED索尼开发出了驱动元件采用氧化物半导体TFT（TOS(IGZO)TFT）的11.7英寸OLED面板，确保了OLED电视要求的10年以上的寿命像素为960×540。全白亮度为200cd/m2，峰值亮度为600cd/m2以上。对比度为100万比1以上，色彩表现范围按NTSC规格比为100％以上OLED台湾友达14寸1920×1080的全高清分辨率索尼在CES2010上展示了新的3DAMOLED电视原型。该电视显示器为24.5英寸OLED三星40寸分辨率：1366xRGBx768外形尺寸：（15inch）347.938x210.293x1.70色彩数：1670万亮度（Peak/cd/m²）：200/440对比度：大于100,000:1色彩表现范围为NTSC%:大于87可视角度：全方位视角响应时间：小于0.01ms接口：LVDSLGOLED该款OLED电视原型厚度仅为0.9毫米，是当前最薄的OLED电视厚度的1/3，是最薄的液晶电视的1/10。由于采用有机发光材料，该款电视机无需背后照明，因此显示屏厚度仅为0.3毫米。OLED三星展示0.05mm超薄OLED显示屏（2008年）分辨率为480×272，对比度为100,000:1，亮度为200cd/m2。OLED柔性OTFTOLED显示屏参数·大小：4.1寸·分辨率：432X240像素·精细度：121PPI·显示颜色：1677万色·最高亮度：大于100流明·对比度：大于1000：1·厚度：80μm·依附卷绕圆柱体半径：4mmSonyOLED6英寸的AMOLED电子纸技术，在弯曲下仍能播放内容，该产品可重覆弯曲2500次之多。OLED台湾工研院索尼OLED腕戴式投影电脑新概念产品欧司朗光电半导体公司表示已经开发一个透明白光OLED。在1,000cd/m2亮度发光效率超过20流明每瓦OLED飞利浦公布两块OLED光源，尺寸为43.7x47.4mm和39.4x73.1mm，由一个外置驱动器驱动，驱动器上提供了开关和调光旋钮。OLED照明最大的特点就是薄，两块样品灯的厚度都只有1.8mm。提供1000cd/m2亮度，20lm/w能效，寿命为10000小时。OLEDPanasonic于2009年推出OLED照明面板OLEDLumiotec于2月15日开始在其网站上受理OLED照明面板样品供货事宜。该公司称其2010年7月将以年4万片的规模开始生产，2013年将开始商业规模的量产供货。样品供货的是一片尺寸145mm×145mm的OLED照明面板和由控制器和AC适配器组成的“设计样品套件”。价格为8万日元（不含税）。OLED英国SumationTOPLESS展示白光OLED台灯。台灯由五个OLED小组组成，每个厚度仅为0.7毫米OLED飞利浦推出透明显示器OLED(一）发展历史选择有机材料的原因•无机发光二极管不同发光层材料必须配合不同的外延技术，而有机分子加工性好，并可在任何基板上成膜；•很多有机的色料都具有很高效率的发光性质；•分子结构具有多样性和可塑性，通过设计其化学结构，可以改变有机材料的光电性质、热特性、机械性质等；缺点：绝缘性（1）1997-2001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：（2）2002－2005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。（3）2005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.柔性显示器1.有机材料导电机理吸收和发射有机材料的吸收和发射特性是由分子的轨道决定的，根据Pauli理论，每一个分子轨道最多只可填满2个电子，而从最低能级开始填完后可以得到一最低能量的电子组态，当电子只填满最高占有轨域(HOMO)时，此分子处于基态。激发态则是指电子激发到反键轨道的状态。分子一般处于基态，当激发光的震动频率与分子某一个能级差一直时，可使电子激发至较高能级。（二）有机电致发光的基本理论处于高激发态的分子，可以把能量传给低能态的分子，此过程称为能量转移。此机制在多成分掺杂系统是常常发生，含有较高能态的主发光体可以将能量转移到客发光体。根据此原理，通过调节掺杂客体的亮，可以很方便的调节发光的颜色。电荷在有机分子间的传递有机半导体中并没有延续的能带，有机半导体的结构都会有定域化的π电子，这些电子比较自由，但也只被局限在分子内，因此跳跃式理论常用来说明电荷在有机分子间的传递，即在一电场的驱动下，电子在被激发或被注入的LUMO能级后，经跳跃至另一个分子的LUMO能级。2.有机电致发光器件的基本结构OLED器件结构与其性能对应.OLED器件的结构设计应考虑：载流子的传输层和发光层之间的能带匹配、厚度匹配、载流子注入平衡、折射率匹配等因素。一般采用夹层式结构。阳极采用高功函数材料，阴极采用低功函数材料。（1）单层器件（2）双层器件（3）三层和多层器件（4）掺杂层器件（5）超薄层器件3.有机电致发光器件的物理机制发光过程通常由５个阶段完成（１）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（２）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（３）载流子复合：电子和空穴复合产生激子（４）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（５）电致发光：激发态能量通过辐射跃迁产生光子（二）ＯＬＥＤ器件结构及原理ＯＬＥＤ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。器件结构发展（1）加正向电压，电子和空穴注入；（2）电荷运动至空穴输运层和电子输运层界面，使得界面产生电荷积累；（3）电子、空穴发生复合发光发光过程通常由５个阶段完成（１）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（２）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（３）载流子复合：电子和空穴复合产生激子（４）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（５）电致发光：激发态能量通过辐射跃迁产生光子根据材料不同OLED可以分为两大类：(1)高分子聚合物，分子量10000---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。(三)ＯＬＥＤ材料OLED的分类ＯＬＥＤ按照驱动方式不同也可分为两种：有源驱动（ＡＭ－ＯＬＥＤ）方式和无源驱动方式（ＰＭ－ＯＬＥＤ）随着ＯＬＥＤ技术的发展，产生了很多新的分类方法或新型器件：柔韧性ＯＬＥＤ（ＦｌｅｘｉｂｌｅＯＬＥＤ），顶部发射ＯＬＥＤ（ＴＯＰｅｍｉｔｔｉｎｇＯＬＥＤ），磷光ＯＬＥＤ（ＰＨＯＬＥＤ）、微显示ＯＬＥＤ、白光ＯＬＥＤ、层叠结构ＯＬＥＤ等用于电致发光的有机材料应具备以下特性：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。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ＯＬＥＤ产业带来强有力的推进1.有机发光材料•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。•（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）（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)。•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2.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。3.阳极材料要求:良好的导电性;良好的化学及形态稳定性;功函数需与空穴注入材料(HOMO)能级相匹配;当用作下发光或透明器件的阳极时,在可见光区透明度高;导电氧化物(ITO,ZnO,AZO等)金属种类:4.空穴注入材料ITO表面经过处理后功函数可升高至5.0eV,但仍低于大部分空穴输运材料(HIM)的HOMO能级约0.4eV.介于ITO/HTL能级之间加入一层空穴注入材料,有利于增加界面间的电荷注入,还能改进器件的效率和寿命.具有高的空穴迁移率能形成无针孔缺陷的薄膜具有高的热稳定性5.空穴输运材料6.电子注入材料电子注入材料是帮助电子从阴极注入有机层的材料.通过采用电子注入材料,以便能使用抗腐蚀的