有机电致发光器件(OLED) 的结构和发光机理 毕业设计

1、摘要OLED 具有全固态、主动发光、高 HYPERLINK /779.html o 对比度 t _blank 对比度、超薄、低功耗、无视角限制、响应速度快、低电压直流驱动、工作温度范围宽、易于实现柔性显示和3D 显示等诸多优点，将成为未来20 年最具“钱景”的新型显示技术。同时，由于OLED 具有可大面积成膜、功耗低以及其它优良特性，因此还是一种理想的平面光源，在未来的节能环保型照明领域也具有广泛的应用前景。本文将系统介绍OLED的发展背景、发展史、制备及应用，介绍了有机电致发光器件(OLED) 的结构和发光机理。典型的传统OLED是生长在透明的阳极例如ITO玻璃上的，发射出来的光是由最底层衬

2、底透出，这使得它与其他电子元件如硅基显示驱动器的集成变得非常复杂。因此，理想的做法是研发一种OLED，其光的发射由器件顶部的透明电极透出。重点介绍一种具有阴极作为底层接触层，阳极ITO薄膜作为顶部电极的表面发射型或者说有机“反转”的LED(OILED)。介绍了该器件的制备工艺，对该OILED的I一V特性及EL谱进行了测试，发现与传统的OLED相类似，而工作电压有所升高，效率一定程度上降低。为了进一步改善器件性能，我们对器件增加了保护层(PL)，研究了PL对OILED器件性能的影响。最后概述了器件的技术进展和应用前景, 并展望了未来OLED 发展的方向。关键词：有机电致发光器件，有机反转电致发光

3、器件，发光机理，保护层（PL）,阳极ITO薄膜AbstractOLED has a solid state, self-luminous, high contrast, ultra-thin, low power consumption, viewing angle, fast response, low-voltage DC drive, the operating temperature range, easy to implement many of the advantages of flexible displays and 3D displays will become the f

4、uture20 years of the most money scene of the new display technology. Also, because OLED has a large-area film, low power consumption, and other fine features, so an ideal plane light source, also has broad application prospects in the future of energy saving lighting in the area. In this paper, the

5、systematic introduction of OLED development background, history of the development, preparation and application, the structure of the organic electroluminescent devices (OLED) and the luminescence mechanism.Typical traditional OLED is growth in transparent anode ITO glass, for example, the light is

6、emitted by bottom gives fully substrate, this makes it and other electronic components such as that the integration of the silica based drive become very complex. Therefore, the ideal way is developing a OLED, its light emission from the top of the device gives fully transparent electrodes. Focuses

7、on a cathode as the bottom contact layer, the anode of ITO films as the top electrode surface emission or organic LED of the reverse (OILED). Of the device preparation process, the OILED I-V characteristics and EL spectra of the test, found that similar to the conventional OLED, the working voltage

8、was increased efficiency to a certain extent on the lower. To further improve the device performance of the device to increase the protective layer (PL), PL OILED device performance. Finally an overview of the technical progress and prospects of the device, and looked to the future OLED, the directi

9、on of development.Keywords:Organic Electroluminescent Devices, Organic reverse electroluminescent devices, Luminescence mechanism, Protective layer (PL), the anode of ITO films.目录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc327304470 摘要 PAGEREF _Toc327304470 h I HYPERLINK l _Toc327304471 Abstract PAGEREF _Toc32

10、7304471 h II HYPERLINK l _Toc327304472 目录 PAGEREF _Toc327304472 h III HYPERLINK l _Toc327304473 1.绪论 PAGEREF _Toc327304473 h 1 HYPERLINK l _Toc327304474 1.1课题背景 PAGEREF _Toc327304474 h 1 HYPERLINK l _Toc327304475 1.2 OLED技术的发展概况 PAGEREF _Toc327304475 h 2 HYPERLINK l _Toc327304476 1.2.1 全球OLED发展史 PAG

11、EREF _Toc327304476 h 4 HYPERLINK l _Toc327304477 1.2.2 中国OLED发展状况 PAGEREF _Toc327304477 h 5 HYPERLINK l _Toc327304478 1.2.3 OLED的应用 PAGEREF _Toc327304478 h 6 HYPERLINK l _Toc327304479 1.2.3 OLED的制备 PAGEREF _Toc327304479 h 6 HYPERLINK l _Toc327304480 2.有机电致发光器件 PAGEREF _Toc327304480 h 8 HYPERLINK l _

12、Toc327304481 2.1 引言 PAGEREF _Toc327304481 h 8 HYPERLINK l _Toc327304482 2.2 有机电致发光器件 PAGEREF _Toc327304482 h 8 HYPERLINK l _Toc327304483 2.3 有机电致发光器件的结构 PAGEREF _Toc327304483 h 9 HYPERLINK l _Toc327304484 2.4 OLED发光机理 PAGEREF _Toc327304484 h 10 HYPERLINK l _Toc327304485 2.5 我国发展OLED产业存在的问题及发展趋势 PAGE

13、REF _Toc327304485 h 13 HYPERLINK l _Toc327304486 2.5.1 存在的问题 PAGEREF _Toc327304486 h 13 HYPERLINK l _Toc327304487 2.5.2 发展趋势 PAGEREF _Toc327304487 h 14 HYPERLINK l _Toc327304488 2.6 结论及建议 PAGEREF _Toc327304488 h 14 HYPERLINK l _Toc327304489 3.有机反转电致发光器件 PAGEREF _Toc327304489 h 16 HYPERLINK l _Toc327

14、304490 3.1 引言 PAGEREF _Toc327304490 h 16 HYPERLINK l _Toc327304491 3.2 器件制备工艺 PAGEREF _Toc327304491 h 17 HYPERLINK l _Toc327304492 3.2.1 基片的清洗及表面处理 PAGEREF _Toc327304492 h 17 HYPERLINK l _Toc327304493 3.2.2 阴极的蒸镀 PAGEREF _Toc327304493 h 17 HYPERLINK l _Toc327304494 3.2.3 有机层的成膜 PAGEREF _Toc327304494

15、 h 18 HYPERLINK l _Toc327304495 3.2.4 阳极的溅射 PAGEREF _Toc327304495 h 19 HYPERLINK l _Toc327304496 3.3 Si/Al/Alq SKIPIF 1 0 / PVK:TPD/PTCDA/ITO结构的有机反转电致发光器件的研究 PAGEREF _Toc327304496 h 19 HYPERLINK l _Toc327304497 3.3.1 OILED的I一V特性及亮度测试 PAGEREF _Toc327304497 h 19 HYPERLINK l _Toc327304498 3.4 保护层(PL)对器

16、件性能的影响 PAGEREF _Toc327304498 h 27 HYPERLINK l _Toc327304499 3.4.1 PL厚度对器件j一V特性的影响 PAGEREF _Toc327304499 h 27 HYPERLINK l _Toc327304500 3.4.2 PL对器件的最大驱动电流I SKIPIF 1 0 的影响 PAGEREF _Toc327304500 h 29 HYPERLINK l _Toc327304501 3.4.3 PL对器件外量子效率 SKIPIF 1 0 的影响 PAGEREF _Toc327304501 h 29 HYPERLINK l _Toc32

17、7304502 3.4.4 PL对EL发射谱的影响 PAGEREF _Toc327304502 h 30 HYPERLINK l _Toc327304503 3.4.5 顶电极(阳极)面积对载流子注入效率的影响 PAGEREF _Toc327304503 h 31 HYPERLINK l _Toc327304504 3.4.6 PL层对器件最表面状态的影响 PAGEREF _Toc327304504 h 32 HYPERLINK l _Toc327304505 4.OLED与OILED的特性及存在的问题 PAGEREF _Toc327304505 h 33 HYPERLINK l _Toc32

18、7304506 4.1 与目前占主流地位的CRT及LCD技术相比，OLED与OILED具有以下更多的优点: PAGEREF _Toc327304506 h 33 HYPERLINK l _Toc327304507 4.2 与OLED相比OILED的不同 PAGEREF _Toc327304507 h 35 HYPERLINK l _Toc327304508 4.3 OLED与OILED 急待解决的问题和未来发展趋势 PAGEREF _Toc327304508 h 35 HYPERLINK l _Toc327304509 结论 PAGEREF _Toc327304509 h 38 HYPERLI

19、NK l _Toc327304510 5.致 谢 PAGEREF _Toc327304510 h 39 HYPERLINK l _Toc327304511 6.参考文献： PAGEREF _Toc327304511 h 401.绪论1.1课题背景信息显示是信息产业的核心技术之一, 而信息显示技术及显示器件多种多样, 到目前为止，有四种发光物理机制完全不同的固态场致发光形式。它们分别是基于P-N异质结的无机发光二级管(LED);通过碰撞发光材料而激发的无机电致发光(IEL);由相反电极注入载流子随后在发光层复合辐射跃迁的有机电致发光(OLED);电子在固体中加速的固态阴极射线发光(SSCL)。在

20、过去的数年里，这些场致显示技术己经取得了长足的进步。但是，LED还不能实现精细化显示;OLED和IEL的发光效率和寿命等方面还没有达到实际应用的要求;固态阴极射线发光才刚刚诞生数十年，各方面的问题还没有得到彻底的解决。其中, 有机电致发光显示器件由于响应速度快, 适合于全彩色的动态图象显示, 同时驱动电压低, 能与数字图象VLSI 技术兼容, 也便于实现动态图象的显示驱动, 并且聚合物材料可以通过低成本的工艺做成柔性的大面积平板显示, 所以它是实现未来超薄型可卷壁挂式彩色电视的关键技术, 现被公认为是继液晶显示LCD、等离子显示PBD 后的新一代图形图象显示器件。 有机电致发光的研究起步于60

21、 年代, Pope 首次在蒽单晶上实现了电致发光, 但由于当时需要在大于100V 的驱动电压下才能观察到明显的发光现象, 且量子效率也很低, 还由于受各种条件的制约, 未能很好地解决成膜质量差和电荷注入效率低等问题,所以有机电发光的发展一直处于停滞不前的状态。直到1987 年, Tang 和VanSlyke 采用8-羟基喹啉铝络合物( SKIPIF 1 1 000cd/ m2 ) , 高效率( 1. 5 lm/ W) 的绿光有机电致发光薄膜器件, 其驱动电压降到了10V 以下,从而取得了有机电致薄膜发光器件研究史上划时代的进展。 由于他们的工作, 又引起了人们对有机电致发光研究的再度关注。 1

22、990 年, Bur roug hes 等人用聚对苯乙烯( PPV) 制备的聚合物薄膜电致发光器件得到了量子效率为0. 05% 的蓝绿光输出, 其驱动电压小于14V。 由于聚合物材料的制作工艺、稳定性以及化学修饰性都比有机小分子更为优越, 所以聚合物PPV 以及PPV 衍生物材料的研究进一步地推动了有机电致发光薄膜的研究, 使之成为新的研究热点。 其中, Braun 等用PPV 的衍生物制成了量子效率为1%的绿色和橙色光输出, 其驱动电压约为3V. 这些工作都极大推进了有机薄膜电致发光器件的发展, 从而使得有机电致发光的研究在世界范围内广泛地开展起来。1.2 OLED技术的发展概况按照所采用有

23、机发光材料的不同,OL ED 可区分为两种不同的技术类型: 一是基于小分子有机发光材料的SM 2OL ED (small material OL ED) , 另一是基于共轭高分子发光材料的PL ED (polymer OL ED)。按照驱动方式不同,OL ED 可分为有源驱动OL ED (active2 matrix OLED) 和无源驱动OL ED (passive2 matrix OLED)。小分子OLED 技术发展得较早(1987 年) , 因而技术也较为成熟。PLED 的发展始于1990年,由于聚合物薄膜可以采用旋涂、喷墨印刷等方法制备,因此有可能大大地降低器件生产成本,但目前该技术远

24、未成熟。目前小分子OL ED 器件的发光效率已经超过15lm/W ,器件寿命(半衰期) 已经超过50000h。而高分子器件的发光效率则已超过10lm/W ,寿命也已超过10000h。就器件的寿命而言,有机发光显示器件已经可以满足实际应用的要求。目前OLED 的发展主要表现在以下几个方面:(1) 发光材料发光材料主要有小分子发光材料和高分子发光材料,小分子发光材料可以分为荧光材料、磷光材料。在小分子发光材料方面,缘色荧光材料发展最快,其次是红色磷光材料。最近佳能在S ID2004上宣布,已经成功开发出驱动电压为2.7V的绿色荧光材料,初始亮度为100cd/时,寿命可达25000h, 初始亮度10

25、0cd/,发光效率达26lm/W。Pioneer 的红色磷光材料,初始亮度在700cd/ 时,寿命预计超过30000h。在高分子发光材料方面,黄色发光聚合物, 发光效率可达到35cd/ ,蓝色发光聚合物,发光效率可达到20cd/ 。绿色磷光材料的Host 材料, 使发光效率达到了24cd/ 。OLED 发光材料未来开发方向是,高效率化(提高发光效率)、改善荧光材料、引入磷光材料。磷光材料(三线态材料)充分利用了激发三线态的能量,可以明显提高器件的外量子效率,是一类比较看好的发光材料。(2) 彩色化实现彩色技术的突破是OLED 展的关键。OLED的彩色化方案主要有“RGB 三色发光法”、以蓝光材

26、为基础的“色变换法”和以白光发光层搭配彩色滤光片的“白光法”等。目前主要采用三色发光法和白光加滤光片法。(3) 柔软显示OLED柔软显示器(又称为可卷曲显示器) 是显示技术领域的最热趋势之一,OLED以其独有的特性为这个目标的实现带来了极大希望。要实现柔软显示需要解决的主要问题是电极层以及有机层的附着性能、基板的气密性和封装技术。近来,OLED柔软显示器引起全球的高度关注。随着OLED 技术的进步,全球许多研发机构和企业加大了对OLED柔软显示器的研发,但目前世界上只有美国的UDC、日本的东北先锋等为数不多的研发机构或公司推出了柔软OLED样品,维信诺公司于2003年11月23日推出国内首款单

27、色点阵柔软OLED显示屏。(4) 大尺寸面板制作大尺寸技术被认为是OLED能否用于电视机的关键技术。是全球研究开发的又一热点。制约其发展的关键技术是驱动IC 和面板制备技术。目前还没有很适合大尺寸OLED驱动的IC,而且大尺寸面板成品率低, 生产工艺不成熟, 仍处于研发阶段,预计2008 年才能够达到实用化水平。(5) 驱动IC 开发集成电路(IC) 是OLED器件的重要组成部分,一般占器件成本的20% 30%。实力比较强的是美国的Clair 公司和中国香港的Solomon公司,中国台湾和韩国也有很多公司在从事OLED 专用IC 的设计工作。IC 作为OLED 器件的上游原材料, 其发展是与器

28、件的发展相一致的。目前情况看,OLED 控制IC与LCD 控制IC比较相似, 不存在技术难度; 单色、多色驱动IC 已经比较成熟, 但款式有限, 一般只有通用的几款; 彩色驱动IC 难度较大, 仍需要改进。(6) AMOLED 技术AMOLED采用的基板业界有三个方向, 一个是对传统的a2SiTFT 进行改进, 二是开发载流子迁移率高的L TPSTFT 技术, 三是开发OTFT。通过非晶硅底板驱动的2. 2 英寸有机EL 面板, 176 像素220 像素, 亮度为120cd/, 色表现范围与N TSC 相比达65% 以上。采用真空蒸镀低分子材料的方法制成, 采用底部发光型元件构造。总之,OLE

29、D的技术发展方向是解决器件的成品率、寿命和彩色化问题。从长远来看,OLED未来的发展必将沿着小尺寸中尺寸大尺寸超大尺寸、单色多色彩色、无源有源、硬屏-软屏的脉络进行发展, 最理想的OL ED 显示器应该是TFTOLED。1.2.1 全球OLED发展史1947年出生于香港的美籍华裔教授邓青云在实验室中发现了有机发光二极体，也就是OLED，由此展开了对OLED的研究，1987年，邓青云教授和Vanslyke 采用了超薄膜技术，用透明导电膜作阳极， SKIPIF 1 15 lm/w)和高稳定性(发光强度为150 cd/m2时，工作寿命10,000小时)的有机EL器件已经研制出来。对高分子有机EL的研

30、究工作比对小分子有机EL的研究，起步要晚得多。直到1990年，才由Burroughes及其合作者研究成功第一个高分子有机EL器件。此后，为了发展聚合物EL技术，在美国和欧洲进行了大量的研究工作。人们一般都队为，聚合物材料比有机小分子材料要稳定，这也就成了发展聚合物EL的原动力。 目前，OLED的产品已从试验室走向了市场。从1997l999年，OLED显示器的惟一市场是在车载显示器上，2000年以后，产品的应用范围逐渐扩大到手机显示屏。OLED在手机上的应用又极大地推动其技术的进一步发展和应用范围的迅速扩大，对现有的LCD、LED和VFD提出强有力的挑战。 进入21 世纪，人们需要性能更好、更能

31、符合未来生活需求的新一代平板显示器，以迎接所谓的“4C”，即计算机(computer)、通信(commun HYPERLINK /CAT-2801-ICDesign.html o ic t _blank ication)、消费电子(consumer electronics)、汽车电子(carelectronics)以及“ HYPERLINK /575.html o 3G t _blank 3G”时代。尤其未来的趋势是要在轻巧的柔性体上输送大量的信息和影像，而现今的平板显示器显然已不符合需求。显示技术在经历了CRT、 HYPERLINK /SEARCH/WENZHANG/LCD.HTM o LC

32、D t _blank LCD、PDP 技术之后，正向大面积、超薄、低成本、柔性等方面发展。OLED因自身多项优点，符合未来平板显示技术的发展方向。显示技术发展历程如图1.1 所示。因此，有专家称二十一世纪最有“钱景”的产业，就是拥有“梦幻显示器”之称的“OLED”。图1.1 显示技术发展历程1.2.2 中国OLED发展状况OLED产业发展受到了中国政府的高度关注，在工业和信息化部支持下，中国内地的OLED研发取得了突破性进展。2008年10月，由清华大学组建的维信诺公司在昆山成功建成中国内地第一条OLED大规模生产线，实现了小尺寸OLED显示屏的量产。目前，中国内地主要有昆山维信诺、汕尾信利、

33、四川虹视、佛山彩虹等企业从事小尺寸OLED生产。而中国首条AMOLED中试线已经在昆山建成投产并于2010年底打通全部生产工艺，上海天马和佛山彩虹都在建设4.5代AMOLED生产线预计2011年即可量产，京东方及四川虹视等也在积极进行AMOLED项目研发工作。中国大陆的AMOLED面板生产线有京东方的4.5代和5.5代线，成都虹视的4.5代线，长三角天马的2.5代线，维信诺的2.5代线和4.5代线，厦门天马的5.5代线，珠三角彩虹的2条4.5代线，彩显的2.5代线，信利的2.5代线等，我国AMOLED产业即将见到丰收的硕果。1.2.3 OLED的应用OLED对我们来说可能还是一个新的名词，但实

34、际上我们或许已经在使用它，只是并不知道而已。比如，我们的手机显示屏可能就是OLED屏。OLED手机显示屏仅是OLED的一种应用，实际上它的应用范围非常广，涉及许多领域：商业领域：主要应用在POS机和ATM机、复印机、自动售货机、游戏机、公用电话亭、加油站、打卡机、门禁系统、电子秤等产品和设备的显示屏。通信领域：主要应用有3G手机、各类可视对讲系统(可视电话)、移动网络终端、ebook(电子图书)等产品的显示屏。计算机领域：主要有家用和商用计算机(PC/工作站等)、PDA和笔记本电脑的显示屏。消费类电子产品：主要应用有装饰用品(软屏)与灯具、各类音响设备、计算器、数码相机、数码摄像机、便携式DV

35、D、便携式电视机、电子钟表、掌上游戏机、各种家用电器(OLED电视)等产品的显示屏。工业应用场合：主要应用有各类仪器仪表、手持设备等的显示屏。交通领域：主要应用有GPS、车载音响、车载电话、飞机仪表和设备等各种指示标志性的显示屏。如微显示器，这种技术最早用于战斗机飞行员，现在的穿戴式电脑也用它。有了它，移动设备就不再受显示器体积大、耗电多的限制。1.2.3 OLED的制备选用PVCZ 作为空穴传输层和发光层, 采用8-羟基喹啉铝( tr is ( 8-hy dro xy quinoline) aluminum,Alq) 作为电子传输层。掺杂染料为我们首次采用的9, 10-二苯乙炔基蒽( 9,

36、10-bis ( pheny lethny ) anthracene,BPEA ) 。PVCz 和BPEA 的二氯乙烷溶液通过在IT O ( indium-t in-oxide) 玻璃上旋涂成膜。 SKIPIF 1 0 则在6.65 MPa 的真空下蒸镀在PVCZ 膜上, 在同样条件下将金属Al 蒸镀在 SKIPIF 1 0 膜上。器件的结构如图1.2 所示。IT O 和Al 分别作为器件的正极和阴极, 在正向电压( ITO 接正) 驱动下, 可以透过ITO 膜观察到器件的发光。ITO 和Al分别作为器件的正极和阴极, 在正向电压( ITO 接正) 驱动下, 可以透过ITO 膜观察到器件的发光

37、。图1.2有机EL 器件的结构示意图2.有机电致发光器件2.1 引言有机电致发光( OLE )就是指有机材料在电流或电场的激发作用下发光的现象。根据所使用的有机电致发光材料的不同, 人们有时将利用有机小分子为发光材料制成的器件称为有机电致发光器件, 简称OLED; 而将利用高分子作为电致发光材料制成的器件称为高分子电致发光器件, 简称PLED。有机电致发光器件(organic light-em itting devices,OL ED) 以其优越的性能脱颖而出, 具有如下优点: (1) 结构简单, 体积小, 重量轻, 成本低, 易进行大规模、大面积生产, 具有超薄、大面积、便于携带、平板显示等

38、特点。(2) 主动发光, 视角范围大, 接近于180; 响应速度快, 图像稳定, 图像刷新率比液晶显示器快100 倍1000 倍; 发光效率高, 亮度大, 可实现全色显示。(3) 有机材料的机械性能好, 易加工成各种形状; 可以采用树脂作为基板, 制备可折叠的柔性显示器。(4) 驱动电压低, 能耗低, 能与半导体集成电路的电压相匹配, 使大屏幕平板显示的驱动电路容易实现。(5) 全固态结构, 抗震性能好, 因而可以适应巨大的加速度和剧烈振动等恶劣环境。OL ED 的应用前景非常诱人, 它完全可以代替阴极射线管(CRT )、液晶显示器(LCD )、发光二极管(LED) , 实现显示器件的轻量化、

39、薄型化、高亮度、快速响应、高清晰度、低电压化、高效率化和低成本化。另外, 它还可以作为新型光源使用。2.2 有机电致发光器件有机电致发光属于注入式的有机分子激子复合发光，它能将电能直接转化为光能。有机电致发光器件是一种由夹在两电极间的具有半导体特性的有机薄膜材料构成的夹心式结构。其正极通常用三芳基胺类和多苯环的芳基胺类衍生物制成的透明的电极，其负极则由金属薄膜制成。当直流电压施于这两极时，从负极注入电子，从正极拉走电子相当于从正极注入空穴。这些电子和空穴载流子在有机薄膜发光层内迁移、相遇并复合形成激子，激子扩散进行能量传递形成发光材料激发态，处于激发态的发光材料辐射跃迁导致发光。有机电致发光器

40、件中的发光层是决定电致发光性能的最重要的一层。选用不同的有机材料，就能提供各种不同颜色的发光层。根据发光材料的载流子注入和传输特性的不同，有机电致发光器件可以分为单层和多层膜夹心式等不同结构类型。单层结构器件制作相对简单，主要用来研究发光材料的基本性能。多层结构器件制作比较复杂。但由于增加了载流子传输层，故可以降低驱动电压，并可提高电子和空穴在发光层中的复合几率，从而提高发光亮度和发光效率。这是目前常用的有机电致发光器件的结构类型。目前有机电致发光器件的制备技术有“小分子”技术和“共轭高聚物”技术。“小分子”技术是将“小分子”薄膜和电极用蒸发法淀积在玻璃衬底上。其特点是在亮度和使用寿命上有试验

41、性优势。“共轭高聚物”技术则可采用淀积光致抗蚀剂层的标准技术制备在衬底上，而且电极可用涂层机印在薄膜上。其特点是造价低，能大面积制备，对温度不很敏感。日本的先锋电子公司早在几年前就推出用“小分子”技术制备汽车收音机显示器计划；此外，荷兰菲利浦公司也在开发几种高聚物产品。2.3 有机电致发光器件的结构OLED 器件的基本结构属于夹层式结构, 发光层被两侧电极像三明治一样夹在中间, 一侧为透明电极以便获得面发光输出。阳极一般使用功函数较高的材料即氧化铟- 氧化锡( ITO )。在ITO 上再用蒸发蒸镀法或旋转涂层法制备单层或多层有机膜, 膜上面是金属阴极。由于金属的电子逸出功函数影响电子的注入效率

42、, 因此要求其功函数尽可能低。大多数有机电致发光材料是单极性的, 同时具有均等的空穴和电子传输性质的有机材料很少, 一般只具有良好传输空穴的性质或传输电子的性质。为了增加空穴和电子的复合几率, 提高器件的效率和寿命,OLED 的结构从简单的单层器件发展到双层器件、三层器件甚至多层器件, 如图2.1。图2.1有机电致发光器件结构图EL 2发光材料; HTL 2空穴传输层; ETL 2电子传输层; ELL 2空穴传输层; H IL 2空穴注入层; E IL 2电子注入层。因为采用单极性的有机物质作为单层器件的发光材料, 会使电子与空穴的复合自然地靠近某一电极,当复合区越靠近这一电极, 就越容易被该

43、电极所淬灭, 而这种淬灭有损于有机物的有效发光, 从而使OLED 发光效率降低。采用双层、三层甚至多层结构的OLED, 能充分发挥各功能层的作用, 调节空穴和电子注入到发光层的速率, 使注入的电子和空穴限制在发光层处发生复合, 可提高器件的发光效率。只有使注入的电子和空穴最大限度地在发光层处复合, 才能提高器件的发光效率。由于大多数有机材料导电性能较差, 只有在很高的电场强度下才能使载流子从一个分子流向另一个分子, 因此有机膜的总厚度不宜超过几百纳米, 否则器件的驱动电压太高, 失去了OLED 的实际应用价值。2.4 OLED发光机理OLED 的发光机理一般认为是在外界电压的驱动下, 由电极注

44、入的电子和空穴在有机物中相遇, 并将能量传递给有机发光分子, 将电能转换为分子内能, 使其受到激发, 从基态跃迁到激发态, 当受激发分子从激发态回到基态时辐射跃迁而产生发光现象。OL ED 的发光过程可以看作是分以下四个过程完成的, 如图6: 有机发光器件的发光过程由以下几个阶段完成:l)载流子的注入:在外加电场的条件下，两种载流子-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

45、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。为了提高器件的效率和寿命, 研究工作者们不仅进行了如图2.2中宏观的器件结构改进, 制作出从单层到多层的OL ED, 而且近年来将研究热点集中在从微观上对构成OL ED 的层与层内表面的相互作用进行研究, 提高有机材料功能层与无机ITO 玻璃表面、阴极表面及各有机功能层间的附着性, 使得来自阳极和阴极的载流子更容易注入到有机功能薄膜中。图2.2OL ED 的发光过程当电极上加有电压时，发光层就产生光辐射。和无机薄膜电致发光器（TFEL）不同，有机材料的电致发光属于注入式的复合发光，其发光机理是由正极和负极产生的空穴

46、和电子在发光材料中复合成激子， 激子的能量转移到发光分子， 使发光分子中的电子被激发到激发态， 而激发态是一个不稳定的状态，去激过程产生可见光。为增强电子和空穴的注入和传输能力，通常又在LMH 和发光层间增加一层有机空穴传输材料或在发光层与金属电极之间增加一层电子传输层，以提高发光效率。 发光过程的Jbaloneyski能级图如图2.3所示。图2.3 发光过程的Jbaloneyski能级图其能量可以通过以下的几种方式释放：1）通过振动驰豫，热效应等耗散途径使体系能量衰减；2）通过非辐射的跃迁，耗散能量，比如内部转换，系间窜跃等形式， 如S SKIPIF 1 0 T SKIPIF 1 0 ；3）

47、通过辐射跃迁的荧光发光（S SKIPIF 1 0 S SKIPIF 1 0 ，S SKIPIF 1 0 S SKIPIF 1 0 ）和磷光发光(T SKIPIF 1 0 S SKIPIF 1 0 )。在能量释放时，这些不同形式的能量耗散过程是一个相互竞争的过程。 由于在常温下!有机分子的磷光非常弱!所以只有其中空穴和电子复合成单重态激子的部分才能通过辐射跃迁发射荧光!从而成为有效的有机电致发光。其中本身能发生辐射跃迁发光的那部分只是所吸收的总体能量中很小的一部分，即总体吸收的能量中能够转化为电致发光部分的能量很少。 而且，在器件的制备过程中，材料的缺陷#电极的纯度以及不同材料界面对发光强度和整

48、体性能都有很大的影响。有机小分子电致发光的原理是：从阴极注入电子，从阳极注入空穴，被注入的电子和空穴在有机层内传输。第一层的作用是传输空穴和阻挡电子，使得没有与空穴复合的电子不能进入正电极，第二层是电致发光层，被注入的电子和空穴在有机层内传输，并在发光层内复合，从而激发发光层分子产生单重态激子，单重态激子辐射跃迁而光。对于聚合物电致发光过程则解释为1在电场的作用下，将空穴和电子分别注入到共轭高分子的最高占有轨道（HOMO）和最低空轨道（LUMO），于是就会产生正、负极子，极子在聚合物链段上转移，最后复合形成单重态激子，单重态激子辐射跃迁而发光。也有人认为，电致发光机理属于注入式发光，在正向偏压

49、的作用下，ITO 电极向电荷传输层注入空穴，在电场的作用下向传输层界面移动，而由铝电极注入的电子也由电子传输层向界面移动,由于势垒的作用,电子不易进入电荷传输层，而在界面附近的发光层（ SKIPIF 1 0 ）一侧积累。 由于激子产生的几率与电子和空穴浓度的乘积成正比，在空穴进入 SKIPIF 1 0 层后与电子界面处结合而产生激子的几率很大，因而几乎所有的激子都是在界面处与 SKIPIF 1 0 层一侧很狭窄的区域(约36nm)内产生。因而发光不仅仅是在电子/空穴层，而且主要在电子B空穴传输层的界面。小型单色有机电致发光器件基本上都是三层结构。 全色有机EL 显示器为多层结构，一般超过三层。

50、2.5 我国发展OLED产业存在的问题及发展趋势2.5.1 存在的问题面对日新月异的科学技术变革、面对日益强化的资源环境约束、面对以创新和技术升级为主要特征的激烈国际竞争，我们看到，我国大陆整体自主创新能力水平还不高，与创新型企业相比，大陆企业的自主创新能力虽然近年来得到了明显加强，但总体水平还很薄弱，依然面临着许多因素的困扰：一是资金缺乏，研发投入不足；二是激励制约机制不完善、高素质技术人才缺乏、技术市场不健全；三是缺乏创新的社会氛围和意识；四是企业科技自主创新相关的政策环境不完善；五是近半数企业遭遇知识产权纠纷；六是产学研缺乏沟通；七是自主创新服务体系不健全、服务能力有限等等。如何提高企业

51、创新能力，已成为一项重要而紧迫的任务。这些也是影响中国大陆OLED产业能否一鸣惊人、持续发展的基础环境因素。 同国际前沿有机发光显示技术比较，我国大陆在AM-OLED研发上还远远落后于日本、韩国及我国台湾地区，AM-OLED是今后OLED发展的方向，如果我们不能加快发展，就会重蹈TFT重复引进的覆辙。其次，我们的产业化步伐还不够快，与国外比较，至少晚了3年5年。在中国大陆OLED处于产业化的导入期和技术的成长期，如何进一步加快OLED的发展，首先，要加快产业化建设，并做好原材料开发等产业链配套工作。中国大陆工业基础薄弱，产业链发展不完善，关键的材料、设备、零组件等都需要从国外进口，这导致产品成

52、本优势降低。OLED产业的发展实际上依靠整个产业链从原材料、设备、零组件等相关行业的发展进行带动，产业化与相关配套工作同步发展，建立完善的OLED产业体系，促成低成本竞争优势产业，并逐步掌握相关行业的核心技术。在关键技术领域，政府要制定引导性计划，主导产业链的建设，加快产业配套的建设速度，加强产业竞争力。其次，政府要加大对OLED集中支持的力度，促进自主创新的平板显示技术的发展。目前国外具有TFT研发和生产能力的企业均投入大量的人力物力进行AM-OLED的研发工作，并先后制定了AM-OLED战略和技术规划，整体工作在稳步推进。我国大陆大多数企业的研发能力有限，很难进行需要若干年的大量资金投入的

53、项目，AM-OLED产业的开发需要由具有在OLED和TFT方面拥有技术优势的企业结成联盟，这方面首先需要政府的引导与支持，而且支持要集中火力以获取重点突破。另外，要加强OLED基础研发环境建设，打造与OLED技术相关的共性技术的公共研发平台。最后要在知识产权方面加强OLED领域的布局，形成自己完整的知识产权体系，增强竞争力。 国家各级政府对包括OLED在内的新型平板显示器等一批重大高技术产业化的研究的越来越重视，支持力度越来越集中，而且采取了加大政府采购对自主创新产品的支持等鼓励企业研发的有力措施。 光电显示产业及其相关产业是国民经济的支柱产业之一。基于自主技术的中国大陆OLED产业的兴起对提

54、升我国显示产业的国际竞争力具有重要意义。新兴的OLED技术为中国大陆显示器行业实现跨越式发展提供了一个难得的历史机遇。我国大陆很多地方和企业加大对OLED产业的投入，加快了OLED技术的发展和产业规模的扩大，将会快速培养起一批能够尽早参与国际竞争的企业，形成突破点和带动效应，大大缩短“中国创造”屹立于世界先进行列的进程，使中国成为国际光电显示产业强国。 2.5.2 发展趋势未来OLED 产品和技术将向着小尺寸中尺寸大尺寸超大尺寸、单色多色全彩色、无源驱动有源驱动、硬屏软屏（柔性显示）、高分辨率、透明显示及低成本制作的方向发展，在应用上从显示领域逐步向背光和照明领域拓展。2.6 结论及建议国际上

55、OLED 的开发相当热门，当前OLED 的研究重点主要集中在大尺寸、柔性及透明技术方面。随着OLED 技术的不断成熟，OLED 将在显示和照明两大领域逐步成为TFT- LCD 和 HYPERLINK / LED 的有力竞争对手。综观全球OLED 产业发展态势，当前我国政府还应该加大OLED 产业的支持力度，重点加强有机发光材料、装备及面板制备工艺等环节核心技术研发和自主创新，积极参与全球OLED 标准的制定，从而为我国在OLED 这一新型技术领域抢占一席之地。3.有机反转电致发光器件3.1 引言随着光通信、光学硬盘、光学传感器等高技术的发展，一项崭新的技术，光电集成技术，应运而生了。这种集成器

56、件与分立元件系统相比，在增加和改善器件功能，降低成本和提高可靠性方面有着无比的优越性.光电集成器件中既包括光学器件，如激光器、光探测器、发光二极管等，又包括电子元件，如晶体管、晶闸管等.这种把光学元件和所需电子元件、电子线路集成在一起的做法，将集集成电路和集成光路优点之大成，把电子技术和光子技术更好地融合在一起。众所周知，集成电路同用分立元件构成的电子线路相比，具有明显的优点:体积小、重量轻、可靠、机械和热性能更好，可批量生产，价格便宜等。集成光路同用分立光学元件构成的光学系统相比，同样具有上述优点.集成光学和集成电路相比，也具有明显的优点。但是在光电集成器件中，不能完全保证光学器件和电学器件

57、都是最佳设计，因此在设计时统筹兼顾是非常必要的。尽管仍然面对着许多的困难，光电集成器件由于它的潜在生命力还是在蓬蓬勃勃地发展着，预计不久就会进入实用阶段。对于有机发光器件，由于近几年来己经证实了真空沉积的有机小分子发光器件(OLED)具有较高效率的电致发光，使人们对它在平板显示中的应用潜力产生极大的兴趣，这己经论述过。由于典型的OLEDs是制造在玻璃衬底上的，它与硅器件的集成变得极为困难，为了使OLED更好的应用在低成本的主动式矩阵显示中，人们对那些能与像素电子集成的器件的结构的研究也日益重视，并且随着OLED的进一步发展和应用，寻找一种能使OLED与其配套的半导体元器件集成的方法变得十分重要

58、。基于微电子技术迅猛发展，半导体硅器件己较为成熟，且成本较低，因而研究如何在硅衬底上直接制造出OLED，即实现硅器件同OLED的集成具有更重要的实际意义，硅器件与有机发光器件的集成将日益成为研究的重要方向之一。典型的传统OLED是生长在透明的阳极例如ITO玻璃上的，发射出来的光是由最底层衬底透出，这使得它与其他电子元件如硅基显示驱动器的集成变得非常复杂。因此，理想的做法是研发一种OLED，其光的发射由器件顶部的透明电极透出。以前，曾有人论证过生长在硅基上具有透明ITO顶电极和半透明的Au和Al顶电极的表面发射聚合物基的OLED。也有人用隧道SiO SKIPIF 1 0 氏界面获得了类似的与硅集

59、成的小分子OLEDs。然而，SiO SKIPIF 1 0 压隧道界面较大地增加了器件的工作电压。从近期报道的一些透明有机电致发光器件(TOLED)看出，这种界面应当可以避免的，从原则上它能够生长在硅衬底上。然而，这种TOLED形成了阳极的底部接触层，而通常对显示驱动器是用的n沟场效应晶体管，因此，理想的做法是OLED的底接触层是阴极。下面将介绍我们实验室自己研制的一种符合上述要求的、具有阴极底电极和阳极顶电极的新型的硅基表面发射有机反转电致发光器件(OILED)。它的试制成功为OLED同半导体Si器件的成功集成提供了崭新的前景，填补了国内在这一方面的空白。3.2 器件制备工艺3.2.1 基片的

60、清洗及表面处理在真空沉积有机物之前，晶向为(l00)的抛光硅片作为衬底先用甲苯轻轻擦拭后分别在丙酮和乙醇中超声清洗，并用大量的去离子水冲洗，然后在l号洗液(H SKIPIF 1 0 0:H SKIPIF 1 0 O SKIPIF 1 0 :Na0H=7:2:l)中煮沸，用热去离子水冲洗，接着在2号洗液(H SKIPIF 1 0 0:H SKIPIF 1 0 O SKIPIF 1 0 :HCL=5:2:l)中煮沸，用冷热去离子水交替冲洗，最后硅片在高纯的氮气气氛中烘干待用。3.2.2 阴极的蒸镀器件的结构如图3.1所示所示，在真空度为10 SKIPIF 1 0 torr的条件下，蒸发1000厚的