（微电子学与固体电子学专业论文）有机层厚度对有机电致发光器件（oled）性能的影响.pdf

山东丈学硕士学位论文 摘要 有机电致发光器件( o l e d ) 作为一种新型电致发光器件，具有传统显示器 件无法比拟的优点。有机电致发光器件体积小，重量轻，亮度高，成本低，视角 宽，甚至可以弯曲折叠。正因为这些独特的优点，o l e d 一经出现就吸引了诸多 科学家的关注。有机发光器件和现有的显示器相比具有明显的优势，被业内人士 认为是继液晶显示器( l c d ) 之后的第四代显示器。 i t o 电导率高，可见光范围内透过率高，并且功函数高；a l q 发光效率高， 能发出人眼比较敏感的黄绿色光；t p d 是理想的空穴传输层，具有较高的空穴 迁移率；a i 在空气中性质较为稳定：加之这几种材料能带匹配较好，所以采用 这几种材料组配有机发光器件。 我们采用真空蒸发方法摸索了o l e d 的各层薄膜的最佳制备条件，研究了 各层薄膜的性质。对制备高质量的薄膜，组装出高性能低损耗稳定性好的有机发 光器件具有重要售勺指导意义。 正极掺锡氧化铟( i t o ) 薄膜由反应蒸发方法制各：在1 x 1 0 d p a 本底真空 度下，通入分压为2 1 0 。p a 的氧气，蒸发质量比为9 ：1 的铟锡合金。制备出的 i t o 薄膜具有高的透过率( 在可见光范围平均透过率大于9 0 ) ，低的方块电阻 ( 5 0 q 口) 。并且根据盐酸腐蚀的难易程度判断出具有较好的附着性。柔性衬底 i t o 是我们从公司购买获得，光电性能比玻璃衬底i t o 稍微差一些，可见光范围 内平均透过率为8 0 ，方块电阻为4 0 0 q 口。 我们在3 x1 0 4 p a 下依次蒸发制备发光层t p d 和a l q 薄膜。a l q 薄膜的x 射 线衍射谱中没有尖峰，表明了a l q 薄膜属于无定型结构。我们还摸索了不同蒸发 速率下制备的a l q 和t p d 薄膜表面形貌的变化。实验发现，随着蒸发速率的增 大，薄膜的表面粗糙度变大，所以我们制各器件时，蒸发速率一般控制在3 l s 以内。 依据摸索出来的薄膜的制各条件，组装了玻璃衬底o l e d 。除i t o 薄膜是事 先批量制备的以外，其他三层都是在不暴露空气的情况下依次蒸发完成的。为了 减少器件失效诱因，i t o 边缘粘接引线的地方在蒸发有机薄膜之前已经用盐酸腐 山东大学硕士学位论文 蚀掉了。组装出的器件具有3 0 0 0 c d m 2 以上的亮度，低于1 0 v 的起亮电压。并且 器件的 矿、b v 曲线具有明显的半导体器件的性质，在较低电压下，、b 随电压 增大比较缓慢，达到一闽值电压后开始急剧上升。o l e d 器件的 b 曲线具有良 好的线性关系，在实验中我们用i b 即 曰曲线的斜率来表征同类型器件的效率。 我们在相同的蒸发速率、相同的气压下组装出了一系列不同厚度组合的o l e d 。 分析了厚度变化对o l e d 的i - v ，b v 特性的影响，发现无论是a l q 还是t p d 厚 度的增大都会同时引起器件启亮电压的增大。我们用隧穿理论和直带模型对此进 行了解释。为了降低功耗，降低器件工作电压，就需要把器件做的足够薄，然而 我们发现薄的器件难以做成功，往往很容易失效，甚至根本就不发光。我们分析 这是由于薄膜不可忽略的表面起伏造成的。我们还研究了有机层厚度的变化对器 件发光效率的影响。研究表明，发光层a l q 厚度的增大，增大了空穴电子对复合 的几率，发光效率因此增大；空穴传输层t p d 的厚度对器件发光效率的影响没 有直观的规律。 柔性衬底o l e d 更能体现o l e d 可弯曲、质量轻、便于携带的特性。同玻 璃衬底o l e d 工艺相同，我们制各出了聚合物村底o l e d ( f o l e d ) 。由于聚合 物基片容易出现划痕，并且容易受一些清洗剂腐蚀，柔性衬底i t o 薄膜的附着 力也差于玻璃衬底薄膜，所以我们清洗柔性衬底i t o 表面的时候略去了超声清 洗和丙酮溶液擦拭两道工序。发光层的厚度对f o l e d 光电性能的影响同玻璃衬 底o l e d 完全一致。然而，随着外加偏压的增大，亮度和电流密度的增大比较 平缓，并且最大亮度最大电流密度都远远低于同结构的玻璃衬底器件。意外的是， f o l e d 的b ，曲线的线性关系却大大优于玻璃衬底o l e d ，说明了f o l e d 的 缺陷比较少，经过对比发现了我们实验中采用的柔性衬底i t o 薄膜表面比玻璃 衬底i t o 表面平整均匀的多。 关键词：有机电致发光器件：真空蒸发；工作电压；发光效率 l l 山东大学硕士学位论文 a b s t r a c t a san o v e le l e c t r o l u m i n e s c e n c ed e v i c e ，o r g a n i cl i g h t e m i t t i n gd e v i c e ( o l e d ) i s o fm a n ya d v a n t a g e so v e rc o n v e n t i o n a l i n o r g a n i cs e m i c o n d u c t o r , s u c h a ss m a l l v o l u m e ，s i m p l ep r o c e d u r e ，l i g h tw e i g h t ，h i g hl u m i n a n c e ，l o wc o s t ，w i d ev i e wa n g l e ， a n de v e nc a r lb ec u r v e dw i t h o u tb e i n gd e s 仃o y e d j u s tf o ra l lt h e s ea d v a n t a g e s ，t h e o l e d sh a v ea t t r a c t e dn u m e r o u ss c i e n t i s t s a t t e n t i o ns i n c et h e i ra p p e a r a n c ei n1 9 8 7 t h eo l e dh a ss om a n ya d v a n t a g e sc o m p a r e dw i t hc o n v e n t i o n a ld i s p l a yt h a ti t i s r e g a r d e d 嬲t h e f o u r t hg e n e r a t i o nd i s p l a yf o l l o w i n gt h el i q u i dc r y s t a ld i s p l a y ( l e d ) i t o ( i n - s n 一0 ) i so fh i g hc o n d u c t i v i t y , h i g hw o r k f u n c t i o na n d h i g ht r a n s p a r e n c y o v e rv i s i b l er a n g e ；a l q ( 8 - h y d r o x y q u i n o l i n ea l u m i n u m ) i so fh i g he l e c t r o l u m i n e s c e n t e f f i c i e n c y , a n d i tc a ne m i ty e l l o w - g r e e nl i g h tw h i c hi ss e n s i t i v et oh u m a n se y e s ；t p d i sa ni d e a lh o l et r a n s p o r tl a y e rw i t i lh i g hh o l em o b i l i t y a ii ss t a b l ei na i r m o r e o v e r , t h ee n e r g yb a n d so ft h em a t e r i a l sm a t c hw e l l t h e r e f o r e ，t h e yw e r eu s e dt of a b r i c a t e o r g a n i cl i g h t - e m i t t i n g d e v i c e si no u r e x p e r i m e n t e a c h l a y e r o fo l e dw a sp r e p a r e db yt h ev a c u u me v a p o r a t i o nd e p o s i t i o n t e c h n i q u e ，a n dt h ep r o p e r t i e so f t h ef i l mw e r ei n v e s t i g a t e d t h eo p t i m u m e x p e r i m e n t c o n d i t i o n sw e r ee x p l o r e d ，w h i c hw e r ev e r ys i g n i f i c a n tt op r e p a r eh i g h q u a l i t yf i l m s a n df a b r i c a t eo l e d sw i t hh i g hp e r f o r m a n c ea n dl o w p o w e r c o s t t h ea n o d ei t ow a sp r e p a r e db yr e a c t i o ne v a p o r a d o no fi n - s na l l o y ( 9 ：1 ) a t 1x1 0 - 3 p ab a s ep r e s s u r ea n d2 x1 0 2 p ap a r t i a lo x y g e np r e s s u r e t h ee v a p o r a t e di t o f i l mh a sh i g ht r a n s p a r e n c y ( 9 0 o v e rt h ev i s i b l es p e c t r u ma v e r a g e l y ) a n dl o w s h e e t r e s i s t a n c ef 5 0 q 1 3 ) i t of i l m s o nf l e x i b l es u b s t r a t e sw e r ep u r c h a s e df r o ms h e n z h e n b e i q i n g f i l m st e c h n o l o g yc o ，l t d t h ea v e r a g et r a n s p a r e n c yt h r o u g h o u tt h ev i s i b l e r e g i o n i sa b o u t8 0 a n dt h es h e e tr e s i s t a n c ei s4 0 0q 口 t h ee l e c t r o l u m i n e s c e n tl a y e r l l ) a l qa n dt h eh o l et r a n s p o r tl a y e r ( h t l ) t p d w e r ee v a p o r a t e di nt u r na tp r e s s u r ea b o u t3 1 0 4 p a n os h a r pp e a ka p p e a r e di nt h e x r d s p e c t r u mo fa l q ，w h i c h i n d i c a t e dt h ea m o r p h o u ss t r u c t u r e t h ei n f l u e n c eo f t h e d e p o s i t i o n r a t eo f t h e o r g a n i cf i l m s o nt h es u r f a c em i e m s t r u c t u r ew a sa l s os t u d i e d w e 1 i i 山东大学硕士学位论文 f o u n dt h es u r f a c er o u g h n e s sb e c a m eb i g g e rw i t ht h ei n c r e a s eo ft h ef i l md e p o s i t i o n r a t e ，s ot h a tt h ed e p o s i t i o n r a t ew a s u s u a l l yc o n f i n e dw i t h i no 3 n m si nt h ef a b r i c a t i o n b a s e do nt h ef i l mp r e p a r a t i o nc o n d i t i o n sp r o b e d o l e d sw i t lg l a s ss u b s t r a t e s w e r e f a b r i c a t e d e x c e p t t h a tt h ei t of i l m sw e r e p r e p a r e d i nm a s s p r o d u c t i o n b e f o r e h a n d ，t h eo t h e r t h r e e l a y e r s w e r ee v a p o r a t e di nt u r nw i t h o u te x p o s u r et o a t m o s p h e r e i no r d e rt or e d u c et h ed e g r a d a t i o ni n d u c e m e n t ，t h ee d g e so fi t ow e r e e r o d e db yh c ls o l u t i o nb e f o r et h ed e p o s i t i o no f o r g a n i cl a y e r s t h ed e v i c e sa c h i e v e d h a d h i g hl u m i n a n c eo f 3 0 0 0 c d m 2a n dl o w o p e r a t i o nv o l t a g eo f l e s st h a n l o v w h a ti s m o r e ，t h e i - v a n db vc u r v e sw e r em u c h s i m i l a rt ot h a to fc o n v e n t i o n a l s e m i c o n d u c t o rd e v i c e s w h e nt h ea p p l i e dv o l t a g ew a sl o w , t h ec l j h t e n ji n c r e a s e d g e n t l yw i t ht h ei n c r e a s eo ft h ev o l t a g e ，w h i l et h ec u r r e n ti n c r e a s e dr a p i d l yw h e n ，t h e v o l t a g eg o ta c r o s sat h r e s h o l d t h e r ew a s a g o o dl i n e a rr e l a t i o nb e t w e e nt h ec u r r e n t t h r o u g ht h ed e v i c ea n dt h el u m i n a n c e ，w h e r et h es l o p eo ft h eb - ic u r v e ( o rb | n w a s u s e dt oi n d i c a t et h ee l e f f i c i e n c y as e r i e so fo l e d s 、 r i t l ld i f f e r e n to r g a n i cl a y e rt h i c k n e s sh a v eb e e nf a b r i c a t e d u n d e rt h es a m ec o n d i t i o n s ，a n dt h ei n f l u e n c eo ft h et h i c k n e s so nt h ec h a r a c t e r i s t i c s h a sb e e ns t u d i e d i ti so b s e r v e dt h a te i t h e ra l qo rt p db e c o m et h i c k e rt h eo p e r a t i o n v o l t a g e b e c o m e h i g h e rs i m u l t a n e o u s l y t h ep h e n o m e n o n c a nb e e x p l a i n e db y t u n n e l i n gt h e o r ya n dg i db a n dm o d e l i no r d e rt o r e d u c et h ep o w e rc o s ta n dt h e o p e r a t i o nv o l t a g e ，i ti sn e c e s s a r yt om a k e t h ef i l mt h i ne n o u g h b u tt h ef i l mi st h i n n e r , t h ec e l l d e g r a d ee a s i e r , e v e nc a l l t e m i tl i g h ta ta l l ，w h i c hm a yb ec a u s e db yt h e s u r 矗a c er o u g h n e s sf l u c t u a t i o n t h ei n f l u e n c eo fo r g a n i cl a y e r st h i c k n e s so nt h ee l e f f i c i e n c yw a sa l s os t u d i e di nt h ew o r k b yi n c r e a s i n gt h et h i c k n e s so fe l la l q ，t h e p m b a b i l i t yo f r e c o m b i n a t i o n o f h o l e sa n de l e c t r o n si n c r e a s e d ，s od i dt h ee l e f f i c i e n c y w h i l ef o rt p d ，t h e r ew a sn oo b v i o u sq u a l i t a t i v er e l a t i o nb e t w e e nt h et h i c k n e s sa n d t h ee l e f f i c i e n c y f l e x i b l es u b s t r a t eo l e d sc a l lw e l le x h i b i tt h e u n i q u ep e r f o r m a n c es u c h a s f l e x i o n ，l i g h t w e i g h t ，a n d 。p o r t a b i l i t y t h eo l e d s b a s e do nl a o l y m e rw e r ef a b r i c a t e d b y t h es a m e p r o c e d u r e a sg l a s s b a s e dd e v i c e s t h ep o l y m e rs u b s t r a t ec a r lb es c r a t c h e d r e a d i l ya n de r o d e db ys o m ed e t e r g e n t h e n c e t h eu l t r a s o n i c r i n s i n ga n da c e t o n e i v 山东大学硕士学位论文 r u b b m gp r o c e d u r ew e r ep r o h i b i t e di nt h ec l e a n i n go f t h ef l e x i b l es u b s t r a t ei t o t h e i n f l u e n c eo ft h et h i c k n e s so fo r g a n i cl a y e ro nt h ei - vc h a r a c t e r i s t i c sa n dt h ee l e f f i c i e n c yw a si d e n t i c a lw i t hg l a s ss u b s t r a t ed e v i c e s b u tc o m p a r e d 、i t l lt h eg l a s s s u b s t r a t eo l e d ，t h el u m i n a n c ea n dt h ec u r r e n td e n s i t yi n c r e a s e dm u c hm o r es l o w l y , a n dt h em a x i m u m b r i g h t n e s sa n d c u r r e n td e n s i t yw e r em u c hl o w e r s u r p r i s i n g l y , t h e l i n e a rr e l a t i o nb e t w e e nba n d ，o ff - o l e dw a sb e t t e rt h a nt h a to ft h eg l a s ss u b s t r a t e o l e d ，w h i c hi m p l i e dl e s sd e f e c ti nt h ef l e x i b l ei t o i tw a sf o u n dt h a tt h es u r f a c eo f t h ef l e x i b l ei t ou s e di no u re x p e r i m e n tw a sm u c hm o r ee v e na n ds m o o t h e rt h a nt h e g l a s si t o k e y w o r d s ：o r g a n i cl i g h t - e m i t t i n gd e v i c e s ；v a c u u me v a p o r a t i o n ；o p e r a t i n gv o l t a g e ； l u m i n e s c e n c ee f f i c i e n c y v 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进 行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何 其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人 承担。 论文作者签名：飞i ! 日期： 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅 和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关 数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本 学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：。莓主! 堑导师签名： 日期：鲨坚j 山东人学硕士学位论文 第一章前言 第一节o l e d 出现的背景 显示技术是一种将反映外界客观事物的信息( 光学的、电学的、声学的、化 学的等) ，经过变换处理，以适当的形式( 主要有图像、图形、数码、字符) 加 以显示，供人观看、分析、利用的一种技术。它是建立在光学、化学、电子学、 机械学、声学等科学技术基础上的具有某种程度综合性的技术。电子显示技术的 应用与研究涉及的范围很广，包括各种发光材料的发光机理的研究、实验；各种 显示方式的基本原理及其结构形式，显示用的材料与器件的选择和制作工艺；显 示信息的输入、变换、处理和控制等等。随着科学技术的发展，随着经济、军 事、社会与人们生活的发展，信息的种类和数量不断增加。人们生活在信息社会 中，每时每刻都在获得某种信息。研究表明，人获得的信息中有近2 3 是通过眼 睛得到的。雨显示技术，正是为人们提供各种各样重要信息的一个窗口；并且， 可以想象，显示技术还有极其广阔的发展天地。显示技术的应用已经十分广泛， 在体育场馆，大屏幕显示系统可以显示比赛实况以及比赛成绩、时间等：在交通 运输行业，可以显示运行情况：在金融行业，可以实时显示会融信息，如股票、 汇率等：在商业邮电系统，可以向广大顾客显示通知、消息、广告等等。显示技 术还可以广泛应用于工农业生产、军事、医疗单位、公安系统乃至宇航事业等国 民经济，社会生活和军事领域中，并起着重要作用。 在目前的各类显示器中，阴极射线管( c r t c a t h o d er a yt u b e ) 占据了主角的 位置，其市场占有额达到6 0 。但是c r t 面l 临着难以克服的缺点：体积大、笨 重、功耗大、难于携带。平板化已成为显示器发展的一个重要趋势，人们预计： 平板显示器将逐步取代c r t 并成为2 l 世纪信息社会的支柱产业之一。 阴极射线管( c r t ) 技术的主要原理是利用电子管产生的电子经过偏转线圈的 作用打在涂有荧光粉的玻璃屏上来显示不同的色彩和图像，它是一种成熟的技 术。这种类型的显示器工作电压很高、分辨率相对低、有辐射、体积大，随着电 子设备向小型化低功耗方向的发展，将逐渐被淘汰。显像管作为重现图像的电光 山东大学硕士学位论文 转换器件其品质的高低决定整机质量的优劣，显像管经历过从球面管一直角平面 管一超平面管一纯平面管的发展历程，四种不同表面的显像管代表了各个不同时 期彩管的制造工艺和技术水准。 随着技术的发展和人们要求的不断提高，传统阴极射线管( c r t ) 显示器的 体积大、重量大和功耗大的缺点越来越让人难以接受。特别是在便携式、小型化 和低功耗的应用中，人们期望着体积小、重量轻和功耗小的平板显示器的出现。 在这种需求的推动下，液晶平板显示器( l c d l i q u i dc r y s t a ld i s p l a y ) 首先应运 而生。由于液晶显示器( l c d ) 具有轻薄短小、低耗电量、无辐射、平面直角显 示以及影像稳定不闪烁等多方面的优势，再加之近年来价格有了很大的下调， l c d 占领了相当大的显示市场，有逐渐取代c r t 主流地位的趋势。 液晶显示器( l c d ) 的显像原理是将液晶置于两片导电玻璃之间，靠两个电 极间电场的驱动引起液晶分子扭曲向列的电场效应，以控制光源透射或遮蔽功 能，在电源关开之间产生明暗而将影像显示出来，若加上彩色滤光片，则可显示 彩色影像。根据驱动方式分类。可将目前l c d 产品分为扭曲向列( t n t w i s t e d n e m a t i c ) 型、超扭曲向列( s t n s u p e r t w i s t e d n e m a t i c ) 型及薄膜晶体管( t f t 仃l l i n f i l mt r a n s i s t o r ) 三大类。 液晶的缺点是本身不发光，需要背景光源，造成液晶显示亮度低，价格昂贵。 另外，显示视角小，响应时间长一直是液晶显示难以克服的缺点。 等离子体显示器( p d p p l a s m ad i s p l a yp a n e l ) 又称电浆显示器，是继c r t ( 阴极射线管) 、l c d ( 液晶显示器) 后的最新一代显示器，其特点是厚度极薄， 分辨率佳。可以当家中的壁挂电视使用，占用极少的空间，代表了未来显示器的 发展趋势。不过等离子体显示器价格极其昂贵，对于现在中国大多数的家庭来说。 还是一种奢侈品。等离子体显示技术有两大长处：可以制造出超大尺寸的平面显 示器( 5 0 英寸甚至更大) ；与阴极射线管显示器不同，它没有弯曲的视觉表面， 从而使视角扩大到了1 6 0 度以上。另外，等离子体显示器的分辨率等于甚至超过 传统的c r t 显示器，所显示图像的色彩也更亮丽，更鲜艳。 等离子体显示技术( p d p ) 的基本原理是这样的：显示屏上排列有上千个密 2 山东大学硕士学位论文 封的小低压气体室( 一般都是氙气和氖气的混合物) ，电流激发气体，使其发出 肉眼看不见的紫外光。这种紫外光碰击后面玻璃上的红、绿、蓝三色荧光体，它 们再发出我们在显示器上所看到的可见光。 等离子体显示设备最突出的特点是可做到超薄，可轻易做到4 0 英寸以上的 完全平面大屏幕，而厚度不到1 0 0 毫米。但等离子体显示的缺点也在这里，即不 能做得较小，目前成品最小只有4 2 英寸，只能面向大屏幕需求的用户和家庭影 院等方面。 当然，由于等离子体显示器的结构特殊也带来一些弱点。比如由于等离子体 显示是平面设计，其显示屏上的玻璃极薄，所以它的表面不能承受意外的重压。 等离子体显示器的每一个像素都是独立地自行发光，相比阴极射线管( c r t ) 显 示器使用的电子枪而言，耗电量大增。一般等离子体显示器的耗电量高于3 0 0 瓦，是不折不扣的耗电大户。由于发热量大，所以等离子体显示器背板上装有多 组风扇用于散热。 发光二极管( l e d l i g h te m i t t i n gd i o d e ) 是利用半导体的p n 结电致发光原 理制成的一种半导体发光器件。 在功能上l e d 显示屏可显示各类中外文字体、动画、图片、影视节目等内 容，并且有多种内容显示方式( 如文字上移、下移、左移、右移、滚动、展开、 闭合等等) 。显示文字的大小可在屏控电脑上随意调节。操作上配备界面友好的 控制软件，用户利用电脑可随时在l e d 显示屏上发布各类通知或其他文字信息。 厂商亦可根据客户的需求给l e d 显示屏加装网络控制功能，实现在网络上一台 或多台电脑控制l e d 显示屏。 由于l e d 显示屏具有高亮度、可拼接使用、方便灵活、高效、低耗等优点， 使得它在大面积显示，特别在体育、广告、金融、展览、交通等领域的应用相当 广泛。 t 9 8 7 年，美国柯达公司t a n g 1 1 首次报道了高效、高亮度的有机小分子8 羟 基喹啉铝( a l q ) 薄膜双层机构有机电致发光器件( o l e d o r g a n i cl i g h te m i t t i n g d e v i c e ) ，掀起了有机薄膜电致发光器件研究的热潮。但小分子薄膜稳定性差， 山东大学硕士学位论文 器件工作时产生的热量容易使小分子重结晶而使器件的性能下降，因而没有引起 足够的重视。1 9 9 0 年，剑桥大学c a v e n d i s h 实验室的b u r r o u g h e s 等人【2 j 以有机聚 合物p p v 为发光材料，研制出了聚合物l e d ，开辟了有机电致发光的一个新领 域。 有机电致发光器件( o l e d ) 作为一种新型电致发光器件，具有传统半导体 l e d 无法比拟的优点。器件的有机层通过蒸发或者旋涂成膜，因而易于合成、 造价低、易于大面积生产；发光波长可以在合成过程中进行化学调节1 3 】；而且启 动电压低，做成的显示器甚至可以弯盐折叠。在平板显示方面极具应用潜力，吸 引了科技界和商业界的浓厚兴趣。 有机发光器件( 0 l e d ) 与其它显示技术相比具有以下独特优点：体积小， 重量轻，易携带，有机发光显示屏不需要背光源就能够显示生动逼真的照片和清 晰流畅的视频，屏幕只有1 5 毫米厚厚度相当于液晶显示屏的四分之一多一 点。与传统的c r t 显示屏相比优势更加明显；视角大，o l e d 显示屏的观看 角度可以达到1 6 5 。以上，近乎全视角显示，比液晶显示屏大得多；工作电压 很低，一般在2 至l o 伏之间：耗电很低，由于o l e d 显示屏的像素只有在打 开的时候才消耗电能，o l e d 显示屏比液晶显示屏效率更高，因为液晶显示屏的 背光源需要一直处于完全开启状态；有源阵列o l e d 显示屏的刷新率比液晶 显示屏快1 0 0 0 倍甚至更多，更加胜任流畅、清晰的视频显示；o l e d 的亮度 范围远远超过人眼的观察范围，因此显示屏的亮度可以在保持影像对比度、阴影 和高光不变的情况下进行调整；o l e d 能够在不同材质的基板上制造，可以做 在柔性聚合物基板上，做成能弯曲能折叠的柔软显示器；制各工艺简单，成本 低。近乎全方位的优点使得o l e d 成为科学界研究的热点，它的出现也必将掀 起显示技术的一场革命。 山东大学硕士学位论文 第二节o l e d 的发展历程 一o l e d 最早的起源可以追溯至1 9 6 3 年p o p e 等人对a n t h r a c e n c e 单晶组件 外加电压导致发光的研究。因为操作电压太高，所以没有受到大家的重视。 1 9 8 7 年，柯达公司首次宣布小分子o l e d 器件的双层结构，确立了小分 子o l e d 现在的雏形，d l e d 技术的前景才一下子明朗起来。 1 9 9 0 年，剑桥大学开发出基于高分子有机发光材料的o l e d 新技术， 开辟了0 l e d 研究的新领域。 1 9 9 6 年，清华大学在国内率先开展o l e d 的研究，其项目组在该领域 的若干方面取得了重大进展。 一2 0 0 2 年，英国的剑桥显示科技公司联合位于牛津地区的放射性物质研究 机构o p s y s 公司，开发基于合成树脂发光工艺o l e d 技术，以期达到在该领域 继续保持领先的位鬣。 2 0 0 2 年，柯达对于进入显示器行业兴趣甚浓，与三洋共同出资3 亿美元 成立了一家合资公司，专门负责o l e d 技术的应用。 山东大学硕士学位论文 第三节o l e d 的研究现状 o l e d 的研究分为两大技术体系：小分子的o l e d 和高分子的p l e d 。相对 p l e d ，小分子o l e d 较易彩色化，工艺稳定，但生产设备较p l e d 昂贵，其驱 动电压也较高，产品耗电也就相应较高。而p l e d 必须逾越蓝色发光效率只有 2 ，0 0 0 小时寿命的技术瓶颈。 目前，业界普遍认为小分子将朝高附加值产品方向发展，p l e d 将在低附加 值的产品上应用。全球在o l e d 的研究上，也呈现不同的发展方向。柯达公司 在小分子o l e d 领域独领风骚，拥有有源矩阵和无源矩阵的o l e d 专利。而英 国剑桥显示技术( c d t ) 却在p l e d 专利技术上独步江湖f 该公司将其称之为 l e p ) 。整个o l e d 市场也就由此被分为两大阵营。 小分子0 l e d 方面，柯达掌握了小分子o l e d 材料的主动，该公司拥有多 项专利奠定了其在这一领域的地位。其它公司也相继开展材料的研究，如杜邦、 l g 化学等。在产品开发方面多为日本及台湾厂商，由于日本在低温多孔硅方面 走在世界前列，而这一技术又与o l e d 联系密切。先锋、索尼、三洋、t d k 等 也都具备了极强的o l e d 的科研开发能力。其中，三洋已经取得了柯达公司的 有源矩阵的专利授权，正处于积极研发中。而t d k 也由于其大面积和简单的镀 膜方法，占据了一定的市场地位。 韩国公司亦是o l e d 领域的大户，三星和d m s 正联合开发o l e d ，l g 早 在9 6 年就开始在o l e d 材料领域的研究。台湾，已经有以铼宝为首的十多家厂 商竖起了o l e d 的大旗。铼宝还是全球唯一在小分子o l e d 和p l e d 方面有产 品面世的厂商。 另外，欧美的o l e d 研究也启动较早，e m a g i n 在2 0 0 2 年就推出了全球首款 全彩有源式o l e d 显示器，在有源矩阵o l e d 显示器领域抢得一步先机。 高分子p l e d 方面，剑桥显示技术公司( c d t ) 是p l e d 材料研究领域的王 者。其它公司也不甘心处于被动局面，纷纷开始p l e d 的材料研究，杜邦和台湾 的铼德就是业界的典型代表。在产品开发领域，主要是欧美厂家，日本和台湾厂 家数量则不多。飞利浦是最早从c d t 处取得专利授权的厂家之一。u n i a x 、杜邦、 惠普、m i c r o e m i s s i v e 和o s r a m 也相继与c d t 合作或取得授权，意图在p l e d 6 山东大学硕士学位论文 领域有番作为。在日本，精工爱普生与c d t 结成牢固的同盟，已经合作开发出 了像素间距高达1 0 0 p p i 的2 8 英寸有源式面板。台湾的翰立光电则是另一家最早 从c d t 处获得专利授权的公司。 大陆只有清华大学起步较早。目前，清华有机e l 项目组已经在材料合成、 工艺、驱动电路的设计等领域有了突破性进展。并且清华已经在上海建立了实 验性生产线，迈出了大陆o l e d 产业化的第一步。吉林大学也在8 6 3 计划的支 持下积极开展o l e d 的研究。然而，技术需要产业界的支持。大陆的产业界应 该与这些高校进行优势互补，以较小的投入迅速实现o l e d 产业化。清华在材 料领域的突破，可以解决产业界对欧美材料供应的依赖；同时，制造商如在制造 技术、经验方面能结合高校在工艺上的研究成果，则可解决昂贵的o l e d 生产 设备只能依赖进口的局面。 我们也欣喜的看到，大陆已经有产业界进入到o l e d 领域。上海广电的 o l e d 项目已经通过了专家论证：而前身是吉林电子集团的金港电子，也与吉林 大学、中科院长春应用化学所、韩国汉城大学和p t p l u s 公司等签署合作协议， 利用吉林大学的科研成果共同开发o l e d 。相信不久的将来也会有大陆自主研发 生产的o l e d 产品面市。 山东大学硕士学位论文 第四节o l e d 一中国不容错过的发展机会 信息时代，显示器件作为人机交互必不可少的界面扮演着至关重要的角色。 显示市场是所有国家都想咬上一口的巨大蛋糕。中国现在虽然是c r t 的生产大 国，也即将成为l c d 市场举足轻重的力量。但是由于我们在c r t 和l c d 的发 展早期没有能够及时跟进，导致缺乏核心技术和竞争能力，可以说我们在c r t 的发展上是被动的，在l c d 上的发展是落后的。世界显示市场成长所带来的高 额利润基本由国外的显示巨人瓜分，中国只能依靠强大的代工等方式参与产业链 上利润很低的市场部分的竞争。而o l e d 的出现，为中国显示产业提供了一个 难得的发展机遇。 ( 1 ) 世界o l e d 产业还处于萌芽时期 目前涉足o l e d 的企业基本还处于产品研发阶段，实现量产的只有两三家 公司。而且产品基本为小尺寸无源o l e d 显示器件，真正对现有l c d 构成威胁 的全彩有源o l e d 产品的大规模显产至少要到2 0 0 5 年底以后。 ( 2 ) 与世界处于同一起跑线( 技术方面) o l e d 技术目前还不是很成熟，各个企业在消化柯达公司和剑桥c d t 公司 的专利技术授权方面的速度大致相同。谁能够在发光材料的研制和器件的制造工 艺方面率先取得突破，谁就有可能在行业取得一定的主导地位。 ( 3 ) 投资相对较低 由于制造过程相对简化，o l e d 的投资规模大约是数千万美元的量级，仅为 t f t - - l c d ( 目前的主流液晶技术) 生产线的1 0 左右，极大地降低了进入的台 阶和投资风险。而且柯达公司o l e d 的核心专利将于2 0 0 5 年到期，将进一步降 低投资的代价。 ( 4 ) 在发光有机材料的合成方面具有一定的优势 o l e d 材料的价格极其昂贵，而中国在有机发光材料的合成方面已经掌握了 很多关键技术，可以自己提供有机半导体材料，这对中国的企业进入o l e d 产 业是一个巨大的优势。 ( 5 ) 产业化基础良好 山东大学硕士学位论文 上海广电电子和中国航天集团等多家公司相继介入o l e d 产业，依托清华 大学技术的维信诺公司已经建成一条o l e d 中试生产线，可以实现小批量o l e d 器件的实验生产。此外，我国台湾凭借在i t 制造方面的优势，以铼宝公司为代 表的一批企业已经走在世界o l e d 产业化的前列。中国加入w t o 后，具有自主 知识产权的o l e d 产品和制造成本相对较低的优势将使中国的o l e d 企业更具 竞争力。未来5 1 0 年，中国完全有可能发展成为世界最大的o l e d 产业化基 地。 ( 6 ) 市场潜力巨大 作为一种全新的平面显示技术，o l e d 具有广阔的市场前景。除了凭借自己 更加出众的显示性能，在移动电话、电脑、电视以及各种交通工具的显示设备等 领域向l c d 和传统的c r t 发起挑战外，