OLED原理及应用

OLED&TFTOLED&TFT--OLEDOLED“新型显示技术及其应用集成”教育部重点实验室“上海大学广电电子平板显示联合工程技术中心”张志林有机薄膜电致发光(OLED)与有源有机薄膜电致发光屏（TFT-OLED）有机薄膜电致发光有机薄膜电致发光(OLED)(OLED)与与有源有机薄膜电致发光屏有源有机薄膜电致发光屏（（TFTTFT--OLEDOLED））张志林主要内容主要内容‹‹引言引言‹有机薄膜电致发光（OLED）的原理‹OLED的基本结构‹OLED的若干技术问题‹有源OLED的基本问题‹‹我们的发展方向我们的发展方向‹‹结束语结束语平板显示器的现在和将来平板显示器的现在和将来平板显示器的现在和将来9平板显示产业已经是与半导体IC行业相平行的大产业。9我国平板显示大发展的形势已经初步形成。9这既是机遇又是挑战。可能有大的发展又有巨大的风险。9我们的责任是什么？引言二引言引言二二¾CRT的切肤之痛曾几何时我国的CRT是如此的红火，是我国电子行业的盈利大户在国际上占了绝对优势但一下成了亏损大户。原来的优质资产变成了一大堆鸡肋。成千上万的工人技术人员进入了待业的行列。造成了惊心动魄的恶梦。¾沉痛的教训，产业的更新换代是不可抗拒的，如果不未雨绸缪必酿成大祸，因此我们应该生产一代，研发下一代，跟踪再下一代。有意识的进行更新换代才不至于被动。¾此次上广电集团的重组再一次的给我们敲起了警钟！市场啊！风险啊！日不进则退！人无远虑必有近忧！¾因此我们必须在建设现代的平板显示的同时研发下一代和跟踪再下一代的显示产品。培养我们的技术骨干和研发团队，成为引领未来的先锋。引言引言三三¾目前TFT-LCD是平板显示中的主流，PDP在大面积方面还可与LCD一争¾下一代的平板显示有可能就是OLED，更可能是TFT-OLED¾我这里所说的是可能并不是一定，是因为TFT-LCD还是十分强大的，OLED还存在有一些缺陷。只有我们解决了目前OLED和TFT-OLED存在的一些缺陷才有可能成为现实。¾因此我们要清醒的认识到并不是我们能研制出一块7”的TFT-OLED屏就万事大吉了。我们还需要研制出能与TFT-LCD相抗衡的屏才是我们的真正的目标。这目标既艰巨又光荣。¾在座的各位是未来的希望，担当建设我们国家的重任，而显示技术也将是我们与国际竞争的重要方向之一，希望你们成为这一领域的开拓者和新产业的建设者¾我们国家虽然好像比较富裕，但这是靠大量的劳动积累的，科技的含量还是很低的，我们需要居安思危，在高科技上做出真正才成绩来！几种发光的平板显示的比较几种发光的平板显示的比较几种发光的平板显示的比较z等离子体显示PlasmaDisplayPanel(PDP)z场发射FieldEmittingDisplay(FED)z无机薄膜电致发光ThinFilmElectroluminescence(TFEL)z发光二极管LightEmittingDiode(LED)z有机薄膜电致发光OrganicThinFilmElectroluminescence(OTFEL)OrganicLightEmittingDiodes(OLED)等离子体显示等离子体显示(PDP)(PDP)等离子体显示(PDP)等离子体显示等离子体显示(PDP)(PDP)‹64年Illinois大学首先研制出带有存储的交流PDP。‹83年PhotonicsTechnology研制出1米的显示器。‹90年代初NEC制成了33英寸的彩色直流PDP，大面积的PDP显示目前已占有相当的优势。‹西安交大99年研制出21”PDP显示屏。‹上海广电集团和日本松下合资生产42”PDP显示器等离子体显示(PDP)等离子体显示等离子体显示(PDP)(PDP)PDP结构PDPPDP结结构构等离子显示(PDP)等离子显示等离子显示((PDP)PDP)场发射场发射(FED)(FED)场发射(FED)场发射场发射(FED)(FED)场发射起源于尖端放电，随着集成电路工艺发展得到了很快发展。在上世纪末在美国很热，但由于稳定性问题未能解决，因此未能实现产业化。近年来，纳米碳管作为发射近年来，纳米碳管作为发射层的场发射器件正在兴起，层的场发射器件正在兴起，由于它可以用丝绢印刷的办由于它可以用丝绢印刷的办法来制作场发射层并有较好法来制作场发射层并有较好的发射效率，因此使场发射的发射效率，因此使场发射器件再度变热器件再度变热无机薄膜电致发光无机薄膜电致发光（（TFELTFEL））无机薄膜电致发光结构无机薄膜电致发光结构‹Insulatinglayer:Y2O3,Ta2O5,Si3N4…‹Luminescentlayer:‡Orange:ZnS:Mn‡Green:ZnS:Tb,CaS:Ce,ZnS:Er‡Red:ZnS:Sm,CaS:Eu‡Blue:SrS:Ce,ZnS:Tm,SrGa2S4:Ce,CaGa2S4:Ce薄膜电致发光能带结构薄膜电致发光能带结构薄膜电致发光矩阵显示屏结构薄膜电致发光矩阵显示屏结构ZnS:MnZnS:Mn薄膜电致发光矩阵屏薄膜电致发光矩阵屏薄膜电致发光矩阵显示驱动电路薄膜电致发光矩阵显示驱动电路SrS:CeSrS:Ce兰色薄膜电致发光矩阵显示屏兰色薄膜电致发光矩阵显示屏此类显示屏的缺点是驱动电压高，工艺复杂发光二极管（LED）发光二极管具体结构发光二极管具体结构发光二极管（发光二极管（LEDLED）原理）原理发光二极管的发光二极管的能带结构能带结构发光二极管的特点发光二极管的特点‹无机的化合物半导体‹直接带跃迁材料‹完整的晶格结构‹有自由载流子‹能形成P-N结‹有同质结和异质结有机薄膜电致发光有机薄膜电致发光（（OLEDOLED））有机薄膜电致发光的原理有机薄膜电致发光的原理有机薄膜电致发光的原理‹‹有机薄膜电致发光显示有机薄膜电致发光显示是是8787年美国柯达公司年美国柯达公司C.W.TangC.W.Tang小组发明的新小组发明的新一代平板显示器件一代平板显示器件。。‹‹器件结构如图：在导电器件结构如图：在导电玻璃上真空蒸发有机的玻璃上真空蒸发有机的空穴传输层、发光层、空穴传输层、发光层、电子传输层（各数十纳电子传输层（各数十纳米），再蒸发金属背电米），再蒸发金属背电极（极（200200纳米）。加上纳米）。加上22--10V10V直流电压即可发光。直流电压即可发光。常用的几种有机发光和传输材料常用的几种有机发光和传输材料DopedType00.51300400500600700800Wavelength(nm)Rubrene00.51300400500600700800Wavelength(nm)0.0%0.8%7.7%69.1%ONCH3CH3CNCH3NCDCM00.51300400500600700800Wavelength(nm)NNNHNHTPP00.51300400500600700800Wavelength(nm)NONOZnZn(BQOEH)00.51300400500600700800Wavelength(nm)NNNAlOOOAlq300.51300400500600700800Wavelength(nm)NNα-NPDNon-dopedType主要的有机荧光掺杂材料主要的有机荧光掺杂材料OR1CH3CNNCDCMPeryleneREDGREENBLUEH3COnMEH-PPVNNNAlOOOAlq3NNH3CCH3TPDNNa-NPDRubreneNNNHNHTPPNONOZnZn(BQOEH)DPVBiCoumarin6ONSEL2NONNDSBAlqMEH-PPVLEDLED与与OLEDOLED的比较的比较LEDOLED材料无机化合物如III-V，II-VI有机芳香族碳氢化合物及其衍生物结合力共价键和离子键分子共价键π-π*键，分子间是范德瓦尔力能带结构有能带结构只有HOMO和LOMO能级与功函数决定结面有耗尽层有能级差载流子状态有自由载流子基本无自由载流子载流子迁移率0.几-10000cm2/vs由有效质量10-3到10-5次方Hopping跳跃载流子类型电子和空穴类电子和类空穴发光跃迁电子与空穴的直接复合，复合效率高激发态到基态的复合跃迁，激子发光，有单线态和三线态或荧光和磷光之分，有搀杂发光电极接触欧姆接触热激载流子或隧穿载流子结结构同质结和异质结单层结构和多层结构有源驱动有源驱动OLEDOLED的底发射和顶发射结构的底发射和顶发射结构主要工作及结论4。微腔顶发射OLED器件的研究：利用C60作为Capping层，并利用Transfermatrixtheary得到最佳厚度提高效率1.6倍。利用NPB为微腔腔长调节，得到光波的调节。这使得用MASK制造微腔集成有了可能。微腔顶发射OLED器件4005006007008000.00.20.40.60.81.00.00.20.40.60.80.00.20.40.60.8YXNormalizedintensity(a.u.)Wavelength(nm)NPB31nmNPB34nmNPB36nmNPB43nmNPB52nm01002003004005006000.00.51.01.52.02.53.0Yield(cd/A)Currentdensity(mA/cm2)C600nmC6025nmC6030nmC6035nmC6040nmC6045nm串接串接OLEDOLED器件器件OLEDOLED的基本参数的基本参数发光效率公式发光效率公式外部量子效率的计算外部量子效率的计算由于全反射造成的光损失的估算由于全反射造成的光损失的估算如何计算如何计算外量子效率外量子效率LUMO/HOMO能级的估算OLEDOLED阳极和阴极阳极和阴极OLEDOLED的的II--VV，，VV--BB，，II--BB特性特性单线态和三线态的比较磷光OLED器件结构磷光磷光OLEDOLED器件器件结构结构OLED器件的工艺过程OLED彩色方案OLEDOLED彩色方案彩色方案OLED器件的封装OLEDOLED器件的封装器件的封装•操作温度100度•水气穿透率10-6g/m2/day•氧穿透率10-5cc/bar/m2/da相对LCD则都为10-2BluematrixpanelBluematrixpanelBluematrixpanel薄膜封装薄膜封装‹一般封装需要3mm的边宽而薄膜封装只需要1mm的边宽‹封装厚度仅5微米‹一般封装的成本包括玻璃盖、干燥剂、封口胶等其成本占40%‹对顶发射的封装具有特殊意义‹提供OLED面板设计的灵活性单层膜封装的数据单层膜封装的数据基板封装材料膜厚nm水气穿透率g/m2dayGlassSiO2100033.97GlassMgF210029.93GlassAl2O31036.77GlassSiNX200GlassTiO2535.47GlassMgO11003.3多层膜封装多层膜封装基板封装材料膜厚nm水气穿透率g/m2dayPESSiNX/AlOX200/200.058GlassSiNX/SiOX/SiNX/SiOX/SiNX10-6GlassSiNX/SiOX/polyacrylate30-100/0.25mm10-7PESParylene/AlOX3um/200.199有源有源OLEDOLED的基本问题的基本问题TFTTFT--OLEDUnitOLEDUnitTheStructureofcolorTFTTheStructureofcolorTFT--OLEDOLEDGBRLTOMgAg/AgWhiteOLEDDriveTFTGlass1222212221CFSiONITOTFTTFT--WhiteOLEDpenalWhiteOLEDpenalPictureofTFTunitenlargedPictureofTFTunitenlarged640times640timesLuminanceUnitenlarged160LuminanceUnitenlarged160timestimes非晶硅非晶硅（（aa--SiSi））TFTTFT