有机电致光二极管.

1、 一、引言 显示技术发展 显示技术主要包括阴极射线管（）、液晶显示器 （ ）、等离子显示器（）、有机发光二极管（ ）、场致发射显示器（ ）、发光二极管（）等。 目前显示器已从 （阴极射线管）发展到了今天以 （平板显示器）为主流，应用不断扩大，电视机、监视器、 笔记本电脑、移动电话等等，据估计今后还将可能向两个方面 发展：一是屏幕将越来越大，不但会有整个墙面式的显示，还 会追求理想的半圆形全视角显示器。另一方面是向柔性显示器、 可卷电子纸发展，尽管这方面现在尚处于起步阶段，但各大公 司都在积极努力，加紧开发。显示器在电子技术领域已是不可 或缺的重要支柱技术，发展迅速，竞争激烈。“CRT 逐渐淡出

2、 已是不争的事实，而FPD 显示种类甚多，正各显其能，相互角 逐，而OLED以其独有的特点越来越来被大家看好！ OLED 概况 有机电致发光显示，是20世纪中期发展起 来的一种新型显示技术，其原理是通过正 负载流子注入有机半导体薄膜后复合产生 发光。二十世纪六十年代，在有机物蒽的 单晶上首次发现有机物的电致发光现象。 但直到1987年柯达公司的C.W.Tang等人首 次推出了OLED双层器件，OLED才作为一种 可商业化和性能优异的平板显示技术引起 人们的重视。 二、现今显示技术 CRT CRT显示技术经过一百多年的发展，现在已经 十分成熟，要想有大的技术突破十分困难。近 年来，CRT的生存与

3、发展受到平板显示器（FPD） 的严峻挑战。目前CRT唯一的价格优势也正在 逐渐变的不明显。随着全球一些公司纷纷退出 CRT领域，CRT技术的发展受到了严重的制约， 尽管剩余的CRT生产企业正在竭尽全力研发新 的超薄型CRT，但也难以摆脱持续衰落的困境。 CRT的缺点： 1.体积大 2.辐射大 3.可视面 积小 4.耗电大，散热大 LCD 20 世纪90 年代是LCD 功能扩大、竞争加剧 的时代，产品应用也日趋普及，面板尺寸不断 加大等，21世纪则将转入性能竞争的时代。虽 然LCD 的市场已经占到FPD 市场份额的80% 以 上，其产品范围覆盖整个应用领域，成为平板 显示领域的主流产品，但其缺点

4、也已经越来越 显著。 1.可视角度小 早期的液晶显示器可视偏转 角度只有90度，只能从正面观看，从侧面看就 会出现较大的亮度和色彩失真。现在市面上的 液晶显示器可视偏转角度一般在140度左右， 对于个人使用来说是够了，但如果几个人同时 观看，失真的问题就显现出来了。 2.相应时间过慢 响应时间是液晶显示器的一个特殊 指标。液晶显示器的响应时间指的是显示器各像素点对 输入信号反应的速度，响应时间短，则显示运动画面时 就不会产生影像拖尾的现象。这一点在玩游戏、看快速 动作的影像时十分重要。足够快的响应时间才能保证画 面的连贯。目前，市面上一般的液晶显示器，响应时间 与以前相比已经有了很大的突破，一

5、般为40ms左右。但 是仍旧无法满足对3D游戏和高质量DVD电影播放的要求。 3.亮度和对比度低 要打电筒吗？这句笑话说的是液 晶显示器的亮度和对比度。由于液晶分子不能自己发光， 所以，液晶显示器需要靠外界光源辅助发光。一般来讲 140流明每平方米才够。有些厂商的参数标准和实际标 准还存在差距。这里要说明一下，就是一些小尺寸的液 晶显示器以往主要应用于笔记本电脑当中，采用两灯调 节，因此它们的亮度和对比度都不是很好。 LCD还有一些缺点这就不一一列出。 三、OLED OLED，即有机发光二极管（Organic Light- Emitting Diode），又称为有机电激光显示 （Organic

6、 Electroluminesence Display, OELD）。 因为具备轻薄、省电等特性，因此从2003年开始， 这种显示设备在Mp3播放器上得到了广泛应用，但 还未大规模的走入实际应用的阶段。 OLED显示技术与传统的LCD显示方式不同，无需背 光灯，采用非常薄的有机材料涂层和玻璃基板，当 有电流通过时，这些有机材料就会发光。而且OLED 显示屏可以做得更轻更薄，可视角度更大，并且能 够显著节省电能。 OLED屏幕具备了许多LCD不可比拟的优势。 OLED的基本结构是由一薄而透明具半导体特 性之铟锡氧化物(ITO)，与电力之正极相连， 再加上另一个金属阴极，包成如三明治的结构。 整个

7、结构层中包括了：空穴传输层(HTL)、发 光层(EL)与电子传输层(ETL)。当电力供应至 适当电压时，正极空穴与阴极电荷就会在发光 层中结合，产生光亮，依其配方不同产生红、 绿和蓝RGB三原色，构成基本色彩。OLED的特 性是自己发光，不像TFT LCD需要背光，因此 可视度和亮度均高，其次是电压需求低且省电 效率高，加上反应快、重量轻、厚度薄，构造 简单，成本低等，被视为 21世纪最具前途的 产品之一。 3.1 有机电致发光使用的材料 目前有机电致发光器件所用的材料按化合物的分子结 构主要分成两大类:小分子有机化合物和高分子聚合物。 根据其在电致发光器件中的作用可以分为（1）空穴注 入材料

8、(2)空穴传输材料(3)电子传输材料(4)主体发光 材料(5)客体掺杂材料。每一类型的材料都种类繁多， 选择余地大，同时材料的性能可通过分子设计进行优化。 从目前的研究成果来看，可用于电致发光的有机材料 应具备以下基本要素：高量子效率的荧光特性，发光光 谱位于400-700nm的可见光区域;良好的半导体特性，即 具有高的导电率，或能传导电子，或能传导空穴，或两 者兼有;高质量的成膜特性;具有良好的化学稳定性和热 稳定性，不与电极和载流子传输材料发生反应;具有良 好的加工性能。 3.1.1 主体发光材料 主体发光材料本身具有发光特性，可兼备 电子或空穴传输功能，也有一些具有双极 化性质的有机化合

9、物，即可传输电子也可 传输空穴。主体发光材料通常要满足:固体 状态下应具有高的荧光量子效率;具有一定 的载流子传输性能;良好的成模特性;良好 的热稳定性;与载流子传输层分子之间不存 在基态及激发态的相互作用。 3.1.2 客体发光材料(guest emitter) OLED显示技术进步的关键之一就是主客掺杂 (host guest doped emitter)体系的开发。这 是由于具有优秀电荷传输及发光性能的主体发 光材料，可以和各种具有高度荧光的客体发光 材料(guest dopants)以共蒸镀(co- evaporation)或分散(disperse)的方式，利用 能量传递或载流子捕获(

10、carrier capture)而 得到高效发光器件。客体发光材料需满足:具 有高的荧光效率;客体发光材料的吸收光谱与 主体发光材料的发射光谱要有重叠(overlap); 发射光谱带要窄以保持色纯度。 3.2 OLED的工作原理 有机电致发光属载流子双注入型发光器件，所以又 称为有机发光二极管。我们以图来描述典型有机发光器 件的基本工作过程。当器件外加正向偏压时，电子和空 穴分别从阴极和阳极注入到有机材料中，在外场作用下 迁移至发光层。在发光层内，电子和空穴相遇时由于库 仑相互作用而形成瞬态激子(Frenkel激子，受激发的电 子一空穴对)。由于激子具有较高的能量且处于不稳定 态，一小部分激子

11、可以通过晶格振动，将一部分能量传 递给声子消耗掉，另外的激子则发生复合，最终电子落 入空穴，同时释放能量，而发光材料原子的最外层电子 吸收这些能量后将处于激发态，当激发态的电子跃迁回 基态时，辐射出光子，产生电致发光。故有机发光器件 所发射的波长取决于复合区所处的位置和发光材料本身 的特性。 有机发光器件的发光过程由以下几个阶段完成:1) 载流子的注入:在外加电场的条件下，两种载流子 一电子和空穴分别由阴极和阳极向夹在电极间的有 机功能薄膜层注入;2)载流子的迁移:注入的载流子 分别从电子传输层和空穴传输层向发光层迁移;3) 激子的形成和迁移:电子和空穴在发光层中相遇结 合，形成激子，激子在电

12、场作用下迁移，将能量传 递给发光材料的发光分子，并激发电子从基态能级 跃迁到激发态;4)电致发光:激发态能量通过辐射弛 豫过程产生光子，释放出光能。 有机发光器件工作 原理示意图 HTL、EML和ETL分 别表示空穴传输 层、发光层和电 子传输层 具体地讲，在外界电压的驱动下，电子从阴 极注入到有机物中即认为是电子向有机物的最 低未占据分子轨道(LUMO)注入的过程;而空穴 从阳极注入到有机物即认为是空穴由阳极向有 机物的最高占据分子轨道(HOMO)迁移的过程。 载流子在有机分子薄膜中的迁移被认为是跳跃 运动和隧穿运动，并认为这两种运动是在能带 中进行的。当载流子一旦从两极注入到有机分 子中，

13、有机分子就处在离子基(A+, A-)状态 (图下)。 产生激子A*的示意 图 并与相邻的分子通过传递的方式向对此种跳 跃运动是靠电子云的重叠来实现的，从化学的 角度说，相邻的分子通过氧化一还原方式使载 流子运动。而对于多层有机结构来讲，就是在 层与层之间的注入过程被认为是隧穿效应使载 流子跨越一定的势垒而进入复合区。当电子和 空穴在某一复合区复合后，形成分子激子(A*)， 激子在有机固体薄膜中不断地做自由扩散运动， 并以辐射或无辐射发射失活。当激子由激发态 以辐射跃迁的方式回到基态，我们就可以观察 到电致发光现象。 3.3 OLED的器件结构 3.3.1 单层器件结构 在器件的阳极和阴极之间，

14、制备由一种或数 种物质组成的发光层，这种结构在聚合物电致 发光器件中较为常见(下图)。单层器件要求发 光材料具有一定的电子传输性和空穴传输性以 及较好的成膜性。 3.3.2 双层器件结构 由于大多数有机电致发光材料是单极性的， 如果用这种单极性的有机物作为单层器件的发 光材料，会使电子和空穴的复合区自然的靠近 某一电极，当复合区域靠近这一电极时，激子 发光就容易被电极碎灭，从而降低电致发光器 件的效率。双层有机膜结构有效地解决了电子 和空穴的复合区域远离电极和平衡载流子注入 速率问题，提高了有机电致发光器件的效率。 3.3.3 多层器件结构 为了优化电致发光器件中的各项性能，充分 发挥各个功能

15、层的作用，通常采用多层器件结 构。这种器件结构不但保证了有机电致发光功 能层与玻璃之间的良好附着性，而且还使得来 自阳极和金属阴极的载流子更容易注入到有机 功能薄膜中。 3.4 有机电致发光的性能参数 一般来讲，有机电致发光发光材料和器件 性能的优劣可以从发光性能和电学性能两 个方面来评价。发光性能主要包括:发射光 谱、发光亮度、发光效率、发光色度和寿 命;电学性能包括:发光阀值电压、功耗、 电流与电压的关系、发光亮度与电压的关 系等。其中最重要的光电性能是发射光谱、 亮度、效率、寿命以及发光阈值电压。 3.4.1 发光光谱 在有机电致发光中，发射光谱通常有两种， 即光致发光光谱(PL)和电致

16、发光光谱(EL). 光致发光光谱是由光能激发的，而电致发 光光谱则需要电能的激发。通过比较器件 的电致发光光谱和不同载流子传输材料和 发光材料的光致发光光谱，可以得出复合 区的位置以及实际发光物质等信息。一般 说来，光谱分散范围愈窄，其单色性愈好。 3.4.2 发光效率 发光效率是衡量器件性能的一个重要指标，常用 能量效率和量子效率和流明效率来描述。 量子效率是指输出的光子数与注入的电子空穴对 数之比。量子效率又分为内量子效率和外量子效率。 内量子效率的定义是:在器件内部由复合产生辐射 的光子数与注入的电子空穴对数之比。外量子效率 可以用积分球光度计来测量单位时间内发光器件的 总光通，通过计算来得出器件的外量子效率。 能量效率又称功率效率，是指输出的光功率与输 入的电功率之比。 流明效率，也叫光度效率，是发射的光通量(以 流明为单位)与输入的电功率之比 3.4.3 寿命 发光器件的寿命定义为，在一定电流条件 下，亮度降低到初始亮度的50%所需的时间。 对于