第9章 有机电致发光显示

1、第第9 9章电子纸和有机电致发光显示章电子纸和有机电致发光显示OLED OLED 1提 纲一、电子纸和有机电致发光显示发展历程一、电子纸和有机电致发光显示发展历程二、有机二、有机/ /聚合物电致发光器件的结构聚合物电致发光器件的结构三、三、OLEDOLED的工作原理的工作原理四、四、OLEDOLED制作材料制作材料五、五、OLEDOLED的工作特性的工作特性六、六、OLEDOLED的制作工艺的制作工艺七、七、OLEDOLED的驱动技术的驱动技术八、新型八、新型OLEDOLED显示技术显示技术2电子纸电子纸两千多年前我们的祖先发明了造纸术，此后纸张就一两千多年前我们的祖先发明了造纸术，此后纸张就

2、一直是人们用于记录、传播和交流信息最重要的一种媒直是人们用于记录、传播和交流信息最重要的一种媒介；但纸张上印刷的内容一旦成型便不能更改，而现介；但纸张上印刷的内容一旦成型便不能更改，而现代电子代电子 显示技术的发展让大家看到了电子显示介质在显示技术的发展让大家看到了电子显示介质在“信息可刷新特性信息可刷新特性”方面明显优于传统纸张的事实。方面明显优于传统纸张的事实。 其实早在其实早在30多年前就有科学家提出了多年前就有科学家提出了“电子纸电子纸”的的概念，时至今概念，时至今 日，电子纸技术已有了长足的发展，并日，电子纸技术已有了长足的发展，并在很多领域开始得到应用。从目前的趋势来看，也许在很多

3、领域开始得到应用。从目前的趋势来看，也许在不久的将来电子纸就会融入大家的工作、学习和生在不久的将来电子纸就会融入大家的工作、学习和生活当中活当中3何为电子纸？何为电子纸？电子纸的学名叫做电子纸的学名叫做Electronic Paper(简称简称E-Paper)，也称数字纸也称数字纸(Digital Paper)、类纸显示器、类纸显示器(Paper-Like Display)，是一种视觉效果与纸张相似的电子显示，是一种视觉效果与纸张相似的电子显示装置，具有易于阅读、便于携带和低功耗等特性。装置，具有易于阅读、便于携带和低功耗等特性。采用柔性基板材料制造出来的柔性电子纸，能够像纸采用柔性基板材料制

4、造出来的柔性电子纸，能够像纸张一样轻薄、可卷绕或折叠以便于携带。目前柔性电张一样轻薄、可卷绕或折叠以便于携带。目前柔性电子纸可采用塑料、薄型金属和超薄玻璃基板等。柔性子纸可采用塑料、薄型金属和超薄玻璃基板等。柔性电子纸电子纸 在整体结构上一般可分为在整体结构上一般可分为“前板前板”(Front Plane)和和“后板后板”(Back Plane)两部分，前板主要指两部分，前板主要指电子纸外层的显示介质部分，后板则主要是指电子纸电子纸外层的显示介质部分，后板则主要是指电子纸的驱动电路部分。的驱动电路部分。4亚马逊Kindle电子书56n Amazon Kindle（亚马逊（亚马逊）不）不仅打开电

5、子书阅读器市场，也仅打开电子书阅读器市场，也奠定电子纸在电子书应用上的奠定电子纸在电子书应用上的主流显示技术地位。主流显示技术地位。n 由于无需背光模块构造，因此由于无需背光模块构造，因此Kindle1次充电可使用次充电可使用90小时，小时，或翻页或翻页10,000次。次。n 即使即使1天阅读时间超过天阅读时间超过12小时，小时，Kindle亦可连续使用超过亦可连续使用超过1星期星期而不需充电。而不需充电。电子纸目前最主要的一种应用是电子书阅读器电子纸目前最主要的一种应用是电子书阅读器(E-Book Reader)，这是一种以电子纸为核心部件的便携式电子设备，用于阅读电，这是一种以电子纸为核心

6、部件的便携式电子设备，用于阅读电子图书报刊。电子纸还可广泛用于广告牌、信用卡、会员卡、钟子图书报刊。电子纸还可广泛用于广告牌、信用卡、会员卡、钟表、电子标签、各种表、电子标签、各种 指示器、医疗器械以及数码相框、手机等指示器、医疗器械以及数码相框、手机等便携式消费产品；此外，电子纸目前的市场定位虽不是要取代液便携式消费产品；此外，电子纸目前的市场定位虽不是要取代液晶显示器，但随着高亮度、高分辨率和高响应速度全彩色电晶显示器，但随着高亮度、高分辨率和高响应速度全彩色电 子子纸技术的发展，其应用将很有可能会扩展到电脑显示器、电视机纸技术的发展，其应用将很有可能会扩展到电脑显示器、电视机等更庞大的应

7、用领域。显然，巨大的商机正在推动着电子纸技术等更庞大的应用领域。显然，巨大的商机正在推动着电子纸技术更快速的发展，电子纸技术的发展更快速的发展，电子纸技术的发展 速度和应用范围也许比人们速度和应用范围也许比人们原来预想的要快得多和宽得多。原来预想的要快得多和宽得多。7电子纸的特性电子纸的特性反射型显示材料与更高的易读性反射型显示材料与更高的易读性 我们能够看到纸上的内容是因为它将环境光反射到我们的我们能够看到纸上的内容是因为它将环境光反射到我们的 眼睛里：白眼睛里：白色部分反射了大量的环境光；而黑色文字色部分反射了大量的环境光；而黑色文字(油墨油墨)则吸收了大量光线，使得则吸收了大量光线，使得

8、文字部分反射光相对非文字部分大量减少，因此在我们眼睛里就形成了文字部分反射光相对非文字部分大量减少，因此在我们眼睛里就形成了“白底黑字白底黑字”的感觉。纸张的特点是通过反射环境光来显示内容且光反射高的感觉。纸张的特点是通过反射环境光来显示内容且光反射高达达65%，可获得较高的亮度、对比度和可视视角，可获得较高的亮度、对比度和可视视角(接近接近180)。 深究下去就会发现，按照光产生的方式，电子显示介质可以分为两种深究下去就会发现，按照光产生的方式，电子显示介质可以分为两种类型，一种是依靠自身光源显像的类型，一种是依靠自身光源显像的“发散型发散型”(例如例如LCD显示器显示器)，另一种是，另一种

9、是利用环境光显像利用环境光显像 的的“反射型反射型”(电子纸电子纸)。而前面纸张的例子告诉我们，反。而前面纸张的例子告诉我们，反射型电子显示材料要具有更高的阅读舒适性，而电子纸就是这样一种靠反射型电子显示材料要具有更高的阅读舒适性，而电子纸就是这样一种靠反射光来工作的显示材料。射光来工作的显示材料。8便携设备对功耗要求异常敏感便携设备对功耗要求异常敏感现在人们越来越看重便携设备，但是由电池供电的各现在人们越来越看重便携设备，但是由电池供电的各种便携设备都面临着续航能力的问题，所以要想在这种便携设备都面临着续航能力的问题，所以要想在这个领域有所作为必然要满足两个条件：低电压与低功个领域有所作为必

10、然要满足两个条件：低电压与低功耗。也正因如此，电子纸一般都采用功耗非常低的耗。也正因如此，电子纸一般都采用功耗非常低的“双稳态显示技术双稳态显示技术”。所谓的所谓的“双稳态显示器件双稳态显示器件(Bistable Display)”，就是，就是像素都具有像素都具有“亮亮”与与“暗暗”两种稳定显示状态，两种稳定显示状态，且在且在没有外加电压时能保持其显示内容不变没有外加电压时能保持其显示内容不变。通俗来讲，。通俗来讲，就是双稳态显示可以在低耗电或就是双稳态显示可以在低耗电或 “零功耗零功耗”的情况下的情况下保持或保持或“记忆记忆”显示内容，只在更新显示内容时加载显示内容，只在更新显示内容时加载瞬

11、间的驱动电压。瞬间的驱动电压。9高亮度、彩色和动态显示高亮度、彩色和动态显示亮度和对比度是决定电子纸易读性的关键因素，所亮度和对比度是决定电子纸易读性的关键因素，所以高亮度和高对比度毫无疑问将是电子纸技术发展以高亮度和高对比度毫无疑问将是电子纸技术发展的一个重点。彩色显示具有更丰富、更逼真的视觉的一个重点。彩色显示具有更丰富、更逼真的视觉效果，高品质效果，高品质 的彩色电子纸无疑具有更强的竞争的彩色电子纸无疑具有更强的竞争力和更大的市场需求，众多的厂商和研究机构目前力和更大的市场需求，众多的厂商和研究机构目前都在争先恐后地努力跨越电子纸彩色化显示的技术都在争先恐后地努力跨越电子纸彩色化显示的技

12、术难关。动态显示是电子纸获得难关。动态显示是电子纸获得 更广泛应用的前提更广泛应用的前提，所以各种新型电子纸技术都在尽力突破响应速度，所以各种新型电子纸技术都在尽力突破响应速度的瓶颈，以实现动态影像的显示。的瓶颈，以实现动态影像的显示。 10电子纸的前世今生最早的电子纸被称为最早的电子纸被称为“Gyricon”，诞生于，诞生于1970年声名显赫的施乐年声名显赫的施乐palo alto研究中心研究中心(简称简称PARC)这里可是激光打印机、面这里可是激光打印机、面向对象编程技术、计算机图形界面等众多向对象编程技术、计算机图形界面等众多影响影响20世纪历史发展进程的重大技术的诞世纪历史发展进程的重

13、大技术的诞生地。在生地。在2000年新世纪到来的时候，年新世纪到来的时候，PARC发布了发布了Gyricon的样品，宣告这项新的样品，宣告这项新显示技术全面进入市场。显示技术全面进入市场。1112Gyricon的核心部分是一片看上去与普通纸张类似的透明胶的核心部分是一片看上去与普通纸张类似的透明胶片，但是在片，但是在胶片里面分布了高达百万计的直径在胶片里面分布了高达百万计的直径在100微米左微米左右大小的带电小球。每个小球的一面右大小的带电小球。每个小球的一面 涂上了带负电黑色涂涂上了带负电黑色涂料，另一面涂上带正电的白色涂料料，另一面涂上带正电的白色涂料。这些小球被密封在透。这些小球被密封在

14、透明的充满润滑油的硅胶片中。在硅胶片的表面构造了类似明的充满润滑油的硅胶片中。在硅胶片的表面构造了类似液晶液晶TFT一样的电路，能够一样的电路，能够 按照需要在不同的位置施加正按照需要在不同的位置施加正电压或者负电压。这样内部泡在润滑油中的带电小球就会电压或者负电压。这样内部泡在润滑油中的带电小球就会在电场的作用下发生旋转，选择性的将黑色或者白色部分在电场的作用下发生旋转，选择性的将黑色或者白色部分翻转出来，在宏观上翻转出来，在宏观上 形成需要显示的文字或者图案。形成需要显示的文字或者图案。Gyricon中小球在电场变化时发生旋转13而当Gyricon断开电源，已经旋转到位的小球便保持之前的旋

15、转排列方式，宏观上就将显示内容保存下来，像杂志一样长时间稳定显示。下图中就是 Gyricon技术最早的验证模型：在一小片夹有带电双色小球的硅胶片下方安置一片透明的X形状的电极。当电极通电后，我们就看到了X的图案。Gyricon颠覆了电子显示领域几十年来的固有特点颠覆了电子显示领域几十年来的固有特点自发光自发光，在环境光线不足的条件下，在环境光线不足的条件下，Gyricon和一般报纸杂志一样不和一般报纸杂志一样不易观看；但是在明亮的环境中，易观看；但是在明亮的环境中，Gyricon带来了报纸般的清晰带来了报纸般的清晰、广视角的阅读体验，讨好阅读者的眼睛。由于仅在需要改变、广视角的阅读体验，讨好阅

16、读者的眼睛。由于仅在需要改变显示内容的时候才需要加电，显示内容的时候才需要加电，Gyricon能够最大限度的做到省能够最大限度的做到省电。电。 遗憾的是，施乐公司和遗憾的是，施乐公司和PARC研究中心因为一段时间高层研究中心因为一段时间高层管理者的短视，始终将全部精力放在复印机的研发和推广上，管理者的短视，始终将全部精力放在复印机的研发和推广上，其它在现在看来如日中天的技术渐渐被束之高阁。其它在现在看来如日中天的技术渐渐被束之高阁。Gyricon也也因为得不到有力的支持被长期放在公司的实验室里，直到上世因为得不到有力的支持被长期放在公司的实验室里，直到上世纪末才重启开发进程，严重影响了纪末才重

17、启开发进程，严重影响了Gyricon技术的发展，很多技术的发展，很多问题直到问题直到 现在仍没有很好解决。现在仍没有很好解决。14显示画面不够细腻。显示画面不够细腻。Gyricon显示会受带电小球旋转的约束显示会受带电小球旋转的约束如果胶片中小球排列太疏，那么最终画面连续性和对比如果胶片中小球排列太疏，那么最终画面连续性和对比度将会下降；而小球又不能排列太紧密，以免影响正常旋转度将会下降；而小球又不能排列太紧密，以免影响正常旋转。与此同时，如果小球尺寸太大，显示画面难免有颗粒感；。与此同时，如果小球尺寸太大，显示画面难免有颗粒感；而缩小小球尺寸又受到微细加工水平的限制，无法快速取得而缩小小球尺

18、寸又受到微细加工水平的限制，无法快速取得突破。突破。响应时间太长。响应时间太长。Gyricon变化颜色依靠加电使带电双色小球变化颜色依靠加电使带电双色小球旋转，对比液晶材料使微小的液晶分子旋转需要几毫秒，而旋转，对比液晶材料使微小的液晶分子旋转需要几毫秒，而要靠电压转动要靠电压转动100微米固态小球耗费时间更长微米固态小球耗费时间更长超过超过100毫秒，也就是说你看到毫秒，也就是说你看到Gyricon在切换时的渐变特征并不是在切换时的渐变特征并不是什么什么“特效特效”，而是实实在在的，而是实实在在的“慢慢”。 由于以上种种，由于以上种种，Gyricon的市场推广并不成功。反倒是在的市场推广并不

19、成功。反倒是在Gyricon技术原理的启发下，又诞生了很多同类技术，在快技术原理的启发下，又诞生了很多同类技术，在快速改进性能和降低成本后已经进入大众市场，这其中最有名速改进性能和降低成本后已经进入大众市场，这其中最有名的当属的当属E-Ink公司的公司的E-Ink(电子墨水电子墨水)技术。技术。 1516E-Ink电子墨水E-Ink技术和Gyricon最大的区别就是放弃了可旋转小球的设计理念，转而在硅胶片中内置了上百万的微型胶囊。每个微型胶囊中充满透明润滑液体，并包含了无数纳米级的黑白小颗粒；黑色的颗粒带负电，白色的颗粒带正电。当施加电场的时候，黑色的颗粒聚集到胶囊表面，而白色颗粒聚集到胶囊底

20、部。这样整个 胶片看上去也能呈现出文字或者图案来。由于胶囊不需考虑旋转和保证两个半球均匀上色的问题，E-Ink可以将微胶囊做得很紧密，并在胶囊内加入颜色性质稳定的双色球，以实现比Gyricon更强的反射亮度、更高的对比度。不光如此，E-Ink还能实现单个胶囊的多级灰度显示。如下图所示，每个胶囊使用两套不同的电极控制电路：左边胶囊的双电极极性相同，就能实现全白或者全黑；右边的胶囊双电极极性相反，巧妙的实现了灰色显示。这样单个胶囊就能实现全黑、全白、黑到白、白到黑四种显示灰度效果， 使得图像更细腻平滑。E-Ink电子纸基本原理17元太元太E Ink彩色电子纸预计彩色电子纸预计4Q10量產量產184

21、,0964,096色色SiPix电子纸基本原理19Cup width (w) or length (l):40-200 m2nd electrode or release liner1st electrode filmCup Wall Width (ww): 5-30 mSealing/Adhesive LayerCharged ParticlesDielectric SolventCup height (h):10-40 mCross-section view of Microcup EPD 206吋、SVGA9吋、XGA21将会在户外大面积显示领域无限风光的Gyricon电子纸22 Gyr

22、icon和和E-Ink目前几乎统治了电子纸张的实际应用市场。目前几乎统治了电子纸张的实际应用市场。Gyricon虽然在精细化显示方面存在明显不足，但是相对简单虽然在精细化显示方面存在明显不足，但是相对简单的结构使其在大面积显示和内容简单无需频繁变化的场合颇有的结构使其在大面积显示和内容简单无需频繁变化的场合颇有作为，如体育场的比分牌和广告牌、超级市场的价格标签等。作为，如体育场的比分牌和广告牌、超级市场的价格标签等。不过目前的不过目前的E-Ink电子纸技术还在两大缺陷，即响应时间过慢电子纸技术还在两大缺陷，即响应时间过慢和色彩单一：和色彩单一：虽然虽然E-Ink电泳的显示方式大幅提高了响应速度

23、，最先进的电泳的显示方式大幅提高了响应速度，最先进的Vizplex技术已经将响应时间降低到技术已经将响应时间降低到20ms等级。不过熟悉液晶等级。不过熟悉液晶显示响应速度的读者肯定明白这还远远不够。使用者仍然会明显示响应速度的读者肯定明白这还远远不够。使用者仍然会明显感觉到内容切换时的迟滞。显感觉到内容切换时的迟滞。无论是无论是Gyricon还是还是E-Ink，其基础显示原理只支持双色显示。，其基础显示原理只支持双色显示。对于彩色显示完全力不从心。对于彩色显示完全力不从心。23实现电子纸彩色显示的有益尝试实现电子纸彩色显示的有益尝试 为了解决传统为了解决传统E-Ink电子纸只能显示黑白两种颜色

24、的尴尬，电子纸只能显示黑白两种颜色的尴尬，E-Ink公司与专业的滤色片厂商公司与专业的滤色片厂商Toppan公司合作开发了滤色片公司合作开发了滤色片彩色彩色E- In k电子纸并展示过其试验样机。这种方案一经问世便电子纸并展示过其试验样机。这种方案一经问世便受到一些后板厂商的青睐，例如受到一些后板厂商的青睐，例如HP采用可有效降低生产成本采用可有效降低生产成本的的“自对准压印光刻自对准压印光刻”(SAIL)工艺、三星采工艺、三星采 用新型用新型“碳纳米碳纳米管管”(CNTs)电路后板、电路后板、LGPhilips采用薄膜电路后板开发的滤采用薄膜电路后板开发的滤色片彩色色片彩色E-Ink电子纸，

25、都已展示过样机。另电子纸，都已展示过样机。另 外，外，Bridgestone也展示过滤色片型也展示过滤色片型QR-LPD彩色电子纸。彩色电子纸。24 HP、LG-Philips展示的滤色片型彩色电子纸展示的滤色片型彩色电子纸电子纸与电子纸与TFT LCD基本差异比较基本差异比较电子纸电子纸TFT LCD动作画面性能低动作画面性能低动画性能高动画性能高/ /高色饱和度高色饱和度反射型反射型/ /不需背光不需背光发光型发光型/ /需背光需背光可挠性可挠性/ /轻薄化轻薄化弯曲不易弯曲不易无充电状态画面可保持无充电状态画面可保持无充电状态画面无法保持无充电状态画面无法保持2526电子纸电子纸TFT

26、LCD( (以下指大尺寸主要应用以下指大尺寸主要应用) )Smart Card电子卷标电子卷标外接式储外接式储存装置存装置27SD利用电子SD e-BOOK试作品。7高精细低温TFT液晶搭载、Bluetooth対応WatchWatch编集部k-taiimpress.co.jpCopyright (c) 2003 Impress Corporation All rights reserved.电子纸电子纸TFT LCDn 漫画漫画n 杂志杂志n 手机电视手机电视n FullHD全彩动画全彩动画n 小说小说n 黑白图片为主黑白图片为主n 显示号码显示号码主屏幕主屏幕n 按键按键n 外壳装饰外壳装饰

27、n 区彩区彩n 静态画面静态画面电子书电子书手机手机广告牌广告牌高阶手机陆续采用高阶手机陆续采用AMOLED(主动发光二极管）主动发光二极管）面板面板是否会扩张到电子书阅读器应用？是否会扩张到电子书阅读器应用？目前目前AMOLED面板在小尺寸面板在小尺寸(5吋以下吋以下)应用价格是应用价格是TFT LCD近近2倍，倍，6吋以上吋以上电子书大小的电子书大小的AMOLED将更贵及更难生产，故短期内无介入电子书市场空间将更贵及更难生产，故短期内无介入电子书市场空间。28Softbank 941SC3.3吋、吋、WVGA(800 x480)NTT Docomo T-01B4.1吋、吋、WVGA(800

28、 x480)KDDI IS024.1吋、吋、WVGA(800 x480)SamsungS8500 Wave3.3吋吋、WVGA(800 480)HTC Desire3.7吋吋、WVGA(800 x480)一、有机电致发光显示发展简介一、有机电致发光显示发展简介 有机电致发光显示有机电致发光显示，又称为有机发光二极管有机发光二极管（Organic Light Emitting Diode， OLEDOLED）。 2020世纪初，人们就已经发现了有机电致发光现象。世纪初，人们就已经发现了有机电致发光现象。 1.1963年年 New York Univ.的的Pope等第一次发现有机材料单晶蒽的电致发

29、等第一次发现有机材料单晶蒽的电致发光现象。光现象。Anthracene单晶层厚度单晶层厚度20 ， 驱动电压驱动电压400Vm2. 1982年年 Vincett的研究小组制备出厚度的研究小组制备出厚度0.6 蒽的薄膜，并观测到电致发蒽的薄膜，并观测到电致发光。光。m驱动电压驱动电压30V， 但是器件的量子效率很低，小于但是器件的量子效率很低，小于1总体特点总体特点 （1）单层器件）单层器件; （2）驱动电压高；）驱动电压高； （3）器件效率低）器件效率低 293.1987年年Kodak 公司的邓青云等采用了夹层式的多层器公司的邓青云等采用了夹层式的多层器件结构，开创了有机电致发光的新的时代。件

30、结构，开创了有机电致发光的新的时代。 Appl. Phys. Lett. 51 (12), 21 September 1987驱动电压小于驱动电压小于10V最大外量子效率最大外量子效率1最大亮度大于最大亮度大于1000cd/m2创新点：创新点： （1）多功能有机层的结构；（）多功能有机层的结构；（2）超薄的有机层厚度）超薄的有机层厚度75nm60nm邓青云博士邓青云博士304.4. 英国剑桥大学英国剑桥大学CavendishCavendish实验室的实验室的Friend RHFriend RH等人首次采等人首次采用共轭聚合物聚对苯撑乙烯（用共轭聚合物聚对苯撑乙烯（PPVPPV，polyphen

31、ylenepolyphenylene vinylenevinylene) )制作了高分子发光二极管，简化了制备工艺，制作了高分子发光二极管，简化了制备工艺，开辟了发光器件的又一个新领域开辟了发光器件的又一个新领域聚合物薄膜电致发聚合物薄膜电致发光器件光器件。Nature，347，539（1990）5. 1997年，年，Princeton Univ. Forrest S R的小组发现磷光的有机电致发光材料，的小组发现磷光的有机电致发光材料，使得有机电致发光器件的内量子效率可能到达使得有机电致发光器件的内量子效率可能到达100。31 近十多年里近十多年里, ,OLEDOLED作为一种新型显示技术已

32、经取得了长足的作为一种新型显示技术已经取得了长足的发展，就器件的发光亮度、发光效率和寿命而言，发展，就器件的发光亮度、发光效率和寿命而言，OLEDOLED器件已经器件已经基本达到了实用的要求。基本达到了实用的要求。 如如发光效率：发光效率：1010lm/Wlm/W； 稳定性：亮度为稳定性：亮度为100100cd/mcd/m2 2时，工作寿命大于时，工作寿命大于1000010000小时；小时； 发光寿命：绿光器件达发光寿命：绿光器件达8 8万小时，黄光器件达万小时，黄光器件达3 3万小时，蓝万小时，蓝光器件达光器件达8 8千小时；千小时； 目前最大尺寸：已经超过目前最大尺寸：已经超过4040英寸

33、。英寸。一、有机电致发光显示发展简介一、有机电致发光显示发展简介32三星研制出三星研制出4040英寸英寸OLEDOLED： 分辨率分辨率:1280:1280800800，对比度：，对比度：5000:15000:1，亮度：，亮度：600cd/m600cd/m2 233OLEDOLED的特点的特点: : （1 1）全固态器件）全固态器件, ,自发光型自发光型, ,无真空腔无真空腔, ,无液态成分无液态成分, ,不怕震动不怕震动, ,使用方便；使用方便；（2 2）响应速度快（微秒量级），视角宽（大于）响应速度快（微秒量级），视角宽（大于160160度），工作温度范围宽度），工作温度范围宽 （ -40

34、 -4080 80 ）；）；（3 3）有机电致发光材料可选范围广）有机电致发光材料可选范围广, ,容易得到全色显示容易得到全色显示; ;（4 4）亮度、效率高）亮度、效率高; ;（5 5）直流驱动电压低、能耗少）直流驱动电压低、能耗少, ,可与集成电路可与集成电路 驱动相匹配驱动相匹配; ;（6 6）制作工艺简单、成本低）制作工艺简单、成本低; ;（7 7）可实现超薄的大面积平板显示）可实现超薄的大面积平板显示; ;（8 8）良好的机械加工性能）良好的机械加工性能, ,可做成柔性显示器。可做成柔性显示器。一、有机电致发光显示发展简介一、有机电致发光显示发展简介34一、有机电致发光显示发展简介一

35、、有机电致发光显示发展简介35一、有机电致发光显示发展简介一、有机电致发光显示发展简介OLEDOLED的分类：的分类：基于有机小分子的有机电致发光器件基于有机小分子的有机电致发光器件(OLED)基于有机聚合物的有机电致发光器件基于有机聚合物的有机电致发光器件(PLED)36 OLEDOLED发展趋势：发展趋势：（1 1）开发新型）开发新型OLEDOLED有机材料，以进一步提高器件性能；有机材料，以进一步提高器件性能；（2 2）改善生产工艺，提高成品率；）改善生产工艺，提高成品率；（3 3）研制彩色显示器及相关驱动电路；）研制彩色显示器及相关驱动电路；（4 4）为了实现大面积显示，研发低温多晶硅

36、）为了实现大面积显示，研发低温多晶硅TFTTFT方式驱动的方式驱动的OLEDOLED显示器。显示器。未来工作方向未来工作方向: :(1)(1)寿命及稳定性寿命及稳定性: :提高发光效率和器件的寿命提高发光效率和器件的寿命, ,增加其稳定性。增加其稳定性。(2)(2)全光谱发光全光谱发光: :虽然发红、蓝两色光的材料被不断报道虽然发红、蓝两色光的材料被不断报道, ,但是同比较成熟但是同比较成熟的黄绿光材料相比的黄绿光材料相比, ,仍有较大不足仍有较大不足, ,实现三色显示还需努力。实现三色显示还需努力。(3)(3)发光机理发光机理: :进一步了解器件的发光机理进一步了解器件的发光机理, , 器件

37、的老化现象、发光同环境器件的老化现象、发光同环境和温度的关系都是研究的焦点。和温度的关系都是研究的焦点。一、有机电致发光显示发展简介一、有机电致发光显示发展简介37OLEDOLED应用领域应用领域 作为平面显示的光源，用作作为平面显示的光源，用作液晶显示器背光源、钟表背光液晶显示器背光源、钟表背光源等。源等。 用于交通安全发光标志、金用于交通安全发光标志、金融证券显示、汽车发光牌号、融证券显示、汽车发光牌号、建筑发光装饰、军用发光地图建筑发光装饰、军用发光地图及发光工艺品等。及发光工艺品等。 替代液晶用于制造小屏幕的替代液晶用于制造小屏幕的显示器件。显示器件。 开发出屏幕较大的显示器开发出屏幕

38、较大的显示器。一、有机电致发光显示发展简介一、有机电致发光显示发展简介38一、有机电致发光显示发展简介一、有机电致发光显示发展简介39尺寸：尺寸：14.7英吋英吋色彩：色彩：26万色万色点阵：象素点阵：象素1280720亮度：亮度：300cd/m2对比度：对比度：500:1 通过白光通过白光OLED加滤色加滤色膜的方式实现全彩色膜的方式实现全彩色一、有机电致发光显示发展简介一、有机电致发光显示发展简介40二、有机二、有机/聚合物电致发光器件的结构聚合物电致发光器件的结构（1）单层结构 在器件的正极和负极间，制作在器件的正极和负极间，制作有一种或多种物质组成的发光层。有一种或多种物质组成的发光层

39、。单层器件的发光层厚度通常在单层器件的发光层厚度通常在100100nmnm。优点：制备方法简单。优点：制备方法简单。缺点：缺点：A.A.复合发光区靠近金属电极复合发光区靠近金属电极而靠近金属电极处缺陷多，非辐射而靠近金属电极处缺陷多，非辐射复合几率大，而且该处的高电场容复合几率大，而且该处的高电场容易产生发光淬灭；易产生发光淬灭； B.B.由于两种载流子注入不平由于两种载流子注入不平衡，载流子的复合几率比较低，因衡，载流子的复合几率比较低，因而影响器件的发光效率。而影响器件的发光效率。单层EL器件结构图41（2 2）双层器件结构）双层器件结构 柯达公司首先提出了双层有机柯达公司首先提出了双层有

40、机膜结构，有效地解决电子和空穴的复膜结构，有效地解决电子和空穴的复合区远离电极和平衡载流子注入速率合区远离电极和平衡载流子注入速率问题，使有机问题，使有机ELEL的研究进入了一个的研究进入了一个新阶段。他们的器件结构也叫新阶段。他们的器件结构也叫DL-ADL-A型双层结构。型双层结构。 主要特点主要特点: : 发光层材料具有电子传输性，需发光层材料具有电子传输性，需要加入一层空穴传输材料去调节空穴要加入一层空穴传输材料去调节空穴和电子注入到发光层的速率，这层空和电子注入到发光层的速率，这层空穴传输材料还起着阻挡电子的作用，穴传输材料还起着阻挡电子的作用，使注入的电子和空穴在发光层处发生使注入的

41、电子和空穴在发光层处发生复合。复合。DL-A型双层EL器件结构图二、有机二、有机/聚合物电致发光器件的结构聚合物电致发光器件的结构42DL-B型双层EL器件结构图 如果发光层材料具有如果发光层材料具有空穴传输性质，就需要使空穴传输性质，就需要使用用DL-BDL-B型双层结构，即需型双层结构，即需要加入电子传输层以调节要加入电子传输层以调节载流子的注入速率，使注载流子的注入速率，使注入的电子和空穴是在发光入的电子和空穴是在发光层处复合。层处复合。二、有机二、有机/聚合物电致发光器件的结构聚合物电致发光器件的结构43三层EL器件结构图（3 3）三层器件结构）三层器件结构 由空穴传输层（由空穴传输层

42、（HTLHTL）、）、电子电子传输层（传输层（ETLETL）和将电能转化成光和将电能转化成光能的发光层组成。能的发光层组成。HTLHTL负责调节空负责调节空穴的注入速度和注入量穴的注入速度和注入量, , ETLETL负责负责调节电子的注入速度和注入量。调节电子的注入速度和注入量。 优点优点: : 使三层功能层各行其职，对于使三层功能层各行其职，对于选择材料和优化器件结构性能十分选择材料和优化器件结构性能十分方便，是目前有机方便，是目前有机ELEL器件中最常采器件中最常采用的器件结构之一。用的器件结构之一。二、有机二、有机/聚合物电致发光器件的结构聚合物电致发光器件的结构44多层EL器件结构图（

43、4 4）多层器件结构）多层器件结构 可提高可提高OLEDOLED的发光亮度和发光效率。的发光亮度和发光效率。主要形式：主要形式： A. A.在两电极内侧加缓冲层，以增加电子和空穴的注入量；在两电极内侧加缓冲层，以增加电子和空穴的注入量； B. B.为提高器件的发光效率，使用了空穴阻挡层为提高器件的发光效率，使用了空穴阻挡层HBLHBL。二、有机二、有机/聚合物电致发光器件的结构聚合物电致发光器件的结构45三、三、 OLED的工作原理的工作原理46 三、三、 OLED的工作原理的工作原理eheeeehhhhh q = qV- bi bi C A阳极阳极有机有机层层阴极阴极 OLED器件器件发光过

44、程发光过程 1) 载流子注入载流子注入2) 载流子传输载流子传输3) 激子的形成激子的形成4) 辐射发光辐射发光衬衬底底透明透明阳极阳极金金属阴极属阴极有机有机层层eheh复复合合光光发发射射DC 电电源源47 热发射注入 器件电流可表示为：)(exp212KTExATjRS式中2103)4/(e（2）载流子传输 将注入至有机层的载流子运输至复合界面处。衡量有机薄膜载流子传输能力的一个主要指标是载流子迁移率载流子迁移率。 目前所使用有机小分子空穴传输材料的迁移率一般在10cm2/V.s左右，而电子传输材料的迁移率相对低两个数量级。E电场强度；B指前因子；23*324xhemb 隧穿注入 器件电

45、流可表示为：)/exp(2EbBEjFN三、三、 OLED的工作原理的工作原理（1）载流子注入 48三、三、 OLED的工作原理的工作原理荧荧光和磷光光和磷光材料材料荧荧光：光：单线态单线态 ；磷光：三；磷光：三线态线态单线态单线态单线态单线态“重原子效应重原子效应”三线态单线态三线态单线态（3）激子复合和辐射发光49四、 OLED制作材料有机小分子材料包括：有机小分子材料包括： 空穴传输材料、电子传输材料、发光材料。空穴传输材料、电子传输材料、发光材料。（1 1）空穴传输材料应满足的要求）空穴传输材料应满足的要求 具有良好的空穴传输特性，即空穴迁移率高；具有良好的空穴传输特性，即空穴迁移率高

46、； 具有较低的电子亲和能，有利于空穴注入；具有较低的电子亲和能，有利于空穴注入； 激发能量高于发光层的激发能量；激发能量高于发光层的激发能量； 不能与发光层形成激基复合物；不能与发光层形成激基复合物； 具有良好的成膜性和较高的玻璃化温度，热稳定性好，可以用真空蒸具有良好的成膜性和较高的玻璃化温度，热稳定性好，可以用真空蒸发法形成致密的薄膜，不易结晶。发法形成致密的薄膜，不易结晶。 50常用的空穴传输材料分子结构常用的空穴传输材料分子结构 TPDTPD是最早应用的空穴材料之一，但由于其热稳定性较差是最早应用的空穴材料之一，但由于其热稳定性较差（Tg=65Tg=65C C），），导致器件的稳定性较

47、差，寿命较短。导致器件的稳定性较差，寿命较短。 为提高热稳定性，将为提高热稳定性，将TPDTPD分子中的甲苯基换成萘基得到了分子中的甲苯基换成萘基得到了NPDNPD，NPDNPD的热稳定性有了很大提高（的热稳定性有了很大提高（Tg=96Tg=96C C），），空穴迁移率也有所空穴迁移率也有所提高，是目前应用最广的有机小分子空穴传输材料。提高，是目前应用最广的有机小分子空穴传输材料。 星型三芳胺空穴传输材料具有很高的玻璃化转变温度，并能星型三芳胺空穴传输材料具有很高的玻璃化转变温度，并能形成高质量的无定型膜，是比较理想的空穴传输材料形成高质量的无定型膜，是比较理想的空穴传输材料。四、 OLED制

48、作材料51（2 2）电子传输材料应满足的要求）电子传输材料应满足的要求 具有良好的电子传输特性，即电子迁移率高；具有良好的电子传输特性，即电子迁移率高； 具有较高的电子亲和能，易于由阴极注入电子；具有较高的电子亲和能，易于由阴极注入电子； 相对较高的电离能，有利于阻挡空穴；相对较高的电离能，有利于阻挡空穴； 不能与发光层形成激基复合物；不能与发光层形成激基复合物； 成膜性和热稳定性良好，不易结晶。成膜性和热稳定性良好，不易结晶。四、 OLED制作材料52（3 3）小分子发光材料应满足的要求）小分子发光材料应满足的要求 具有高效率的荧光量子效率；具有高效率的荧光量子效率； 具有良好的化学稳定性和

49、热稳定性，不与电极和载流子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；传输材料发生反应； 易形成致密的非晶态膜，不易结晶；易形成致密的非晶态膜，不易结晶； 具有适当的发光波长；具有适当的发光波长； 具有一定的载流子传输能力具有一定的载流子传输能力。 发光材料按分子结构特性分为有机小分子荧光材料和有机金属配发光材料按分子结构特性分为有机小分子荧光材料和有机金属配合物材料，前者种类最多，典型的小分子荧光有机电致发光材料如合物材料，前者种类最多，典型的小分子荧光有机电致发光材料如DCMDCM发红光，香豆素发红光，香豆素C540C540发绿光。发绿光。四、 OLED制作材料53

50、另外，还有掺杂用小分子荧光材料如另外，还有掺杂用小分子荧光材料如RubreneRubrene。 有机配合物是最早使用的有机电致发光材料，具有优良的载有机配合物是最早使用的有机电致发光材料，具有优良的载流子传输特性和成膜性能，典型的有流子传输特性和成膜性能，典型的有8-8-羟基喹啉铝（羟基喹啉铝（AlqAlq3 3）及铍及铍的络合物的络合物Bebq2Bebq2。四、 OLED制作材料54（4 4）聚合物发光材料）聚合物发光材料 1990 1990年，剑桥大学的年，剑桥大学的J. A. BurroughesJ. A. Burroughes等人首次报道了用聚合物薄膜等人首次报道了用聚合物薄膜制备的电

51、致发光材料研究。制备的电致发光材料研究。 聚合物发光材料的特性聚合物发光材料的特性: : 当短波光照射时，在当短波光照射时，在390390nmnm780nm780nm的可见光范围内，聚合物粉末或溶的可见光范围内，聚合物粉末或溶液具有高效率的荧光；液具有高效率的荧光； 具有较高的导电率，呈现良好的半导体特性；具有较高的导电率，呈现良好的半导体特性； 具有良好的成膜特性，在几百甚至几十纳米的薄膜内基本无针孔；具有良好的成膜特性，在几百甚至几十纳米的薄膜内基本无针孔； 稳定性强，一般都具有良好的机械加工性能。稳定性强，一般都具有良好的机械加工性能。 四、 OLED制作材料55共轭聚合物用于电致发光的

52、优点共轭聚合物用于电致发光的优点: : 可通过旋涂的方法制成大面积薄膜可通过旋涂的方法制成大面积薄膜; ; 可以通过化学结构的改变或修饰来调节共轭聚合物的电子结可以通过化学结构的改变或修饰来调节共轭聚合物的电子结构、发光颜色构、发光颜色; ; 虽然聚合物的导电率很低虽然聚合物的导电率很低, ,但是发光层的厚度很薄但是发光层的厚度很薄(10(10nmnm100nm),100nm),所以在很低的外电压下所以在很低的外电压下, ,加在聚合物薄膜上的电场强度也加在聚合物薄膜上的电场强度也足以产生使器件发光所要求的电流密度。足以产生使器件发光所要求的电流密度。缺点：稳定性不够；寿命不长；发光效率低；成膜

53、技术不成熟。缺点：稳定性不够；寿命不长；发光效率低；成膜技术不成熟。四、 OLED制作材料56（5 5）三线态电致发光材料）三线态电致发光材料 在有机电致发光器件中，能量转移方式：在有机电致发光器件中，能量转移方式： 单线态单线态单线态单线态 ； 三线态三线态三线态；三线态； 单线态单线态三线态；三线态； 三线态三线态单线态。单线态。 对于荧光材料，它只能通过对于荧光材料，它只能通过单线态单线态单线态单线态能量转移的方式来能量转移的方式来利用形成的单线态激子，因此其最高内量子效率为利用形成的单线态激子，因此其最高内量子效率为2 20%0%，最高外量，最高外量子效率为子效率为5%5%。 对于磷光

54、材料，它即能通过对于磷光材料，它即能通过三线态三线态三线态三线态能量转移的方式来能量转移的方式来利用形成的三线态激子，又能通过利用形成的三线态激子，又能通过单线态单线态单线态单线态能量转移方式，能量转移方式，然后经过然后经过单线态单线态三线态三线态的系间窜越来利用形成的三线态激子，因的系间窜越来利用形成的三线态激子，因此其最高内量子效率可达此其最高内量子效率可达100%100%，最高外量子效率为，最高外量子效率为25%25%。四、 OLED制作材料57目前三线态发光材料的不足之处：目前三线态发光材料的不足之处： （1 1）室温磷光材料较少，材料的选择范围不大；）室温磷光材料较少，材料的选择范围

55、不大； （2 2）存在三线态）存在三线态三线态淬灭，及磷光寿命长易使发三线态淬灭，及磷光寿命长易使发光饱和，导致高电流密度下磷光器件的效率下降；光饱和，导致高电流密度下磷光器件的效率下降； （3 3）环境氧对三线态有很强的淬灭作用，影响器件的）环境氧对三线态有很强的淬灭作用，影响器件的发光强度和寿命。发光强度和寿命。四、 OLED制作材料58五、OLEDOLED的工作特性的工作特性1 1、发光颜色、发光颜色有机和聚合物发光颜色的特点：有机和聚合物发光颜色的特点：（1 1）发光颜色覆盖从紫外到红外整个波段。只要改变发色团的化）发光颜色覆盖从紫外到红外整个波段。只要改变发色团的化学结构或发色团上取

56、代基种类和位置，就可实施颜色调控；学结构或发色团上取代基种类和位置，就可实施颜色调控；（2 2）色纯差。有机和聚合物的吸收光谱和发射光谱一般都是宽带）色纯差。有机和聚合物的吸收光谱和发射光谱一般都是宽带光谱，谱峰的半高宽度大约在光谱，谱峰的半高宽度大约在100200100200nmnm之间，这是有机分子的振之间，这是有机分子的振动能级与电子能级互相叠加的结果。相对于无机发光材料，色纯动能级与电子能级互相叠加的结果。相对于无机发光材料，色纯度要差的多；度要差的多；（3 3）形成基激复合物和发生能量转移。）形成基激复合物和发生能量转移。59五、OLEDOLED的工作特性的工作特性（1）分别制备红、

57、绿、蓝三原色的发光中心，然后调节三种颜色不同程度的组合，产生彩色。（2）首先制备发白光的器件，然后通过彩色滤光膜得到三原色，重新组合三原色从而实现彩色显示。OLED实现彩色显示的方法：60（3） 首先制备发蓝光的器件，然后通过蓝光激发其它层材料分别得到红光和绿光，从而进一步得到彩色显示。（4） 首先制备发白光或近于白光的器件，然后通过微腔共振结构的调谐，得到不同波长的单色光，然后再获得彩色显示。61(655nm) (470nm) （5）采用堆叠结构，将采用透明电极的红、绿、蓝发光器件纵向堆叠，从而实现彩色显示。五、OLEDOLED的工作特性的工作特性62五、OLEDOLED的工作特性的工作特性

58、OLED器件的效率：器件的效率：fsq内量子效率：激子复合产生的光子数内量子效率：激子复合产生的光子数 / 注入的的电子空穴对数注入的的电子空穴对数外量子效率：射出器件的光子数外量子效率：射出器件的光子数 / 注入的的电子空穴对数注入的的电子空穴对数载流子复合系数载流子复合系数s单线态激子的形成概率单线态激子的形成概率f单线态激子的辐射衰减效率单线态激子的辐射衰减效率从从OLED的工作过程可以得到其外量子效率可以表示为的工作过程可以得到其外量子效率可以表示为63影响影响OLEDOLED发光效率的主要因素发光效率的主要因素: :(1) (1) 取决于电荷的平衡注入，为提高取决于电荷的平衡注入，为

59、提高OLEDOLED的量子效率，由阳极注入的量子效率，由阳极注入有机发光体的空穴数应和阴极注入的电子数相等。有机发光体的空穴数应和阴极注入的电子数相等。(2)(2)载流子迁移率。载流子从注入到复合有一个沿电场方向的迁移扩载流子迁移率。载流子从注入到复合有一个沿电场方向的迁移扩散过程，为了提高形成激子的效率散过程，为了提高形成激子的效率 ，正负正负载流子的迁移率都应该较载流子的迁移率都应该较大，并且两者相差较小。大，并且两者相差较小。（3 3）激子辐射衰减效率。有机发光材料的）激子辐射衰减效率。有机发光材料的 phph可以达到可以达到80%100%80%100%，而，而聚合物发光材料的聚合物发光

60、材料的 phph一般在达到一般在达到20%20%左右。左右。五、OLEDOLED的工作特性的工作特性64（4 4）单态激子形成概率。在通常情况下，电子被空穴束缚，）单态激子形成概率。在通常情况下，电子被空穴束缚，每产生一个单重态激子同时产生每产生一个单重态激子同时产生3 3个三重态激子，个三重态激子， s s=25%=25%，因，因此即使注入到器件的电子全部被空穴束缚，且全部的单态激此即使注入到器件的电子全部被空穴束缚，且全部的单态激子均辐射产生光子，子均辐射产生光子，25%25%将是将是OLEDOLED的极限量子效率。由于三重的极限量子效率。由于三重态激子的跃迁受量子自旋守恒定律的限制态激子