电致发光及场致发光器件(OLED)课件

小组组员：Y003091047李朋Y003091046王博琳Y003091045刘忠儒Y003091044白秋飞电致发光及场致发光器件

——OLED电致发光及场致发光器件（OLED）的发展1920年德国学者古登和波尔发现，某些物质加上电压后会发光，人们把这种现像称为电致发光或场至发光（EL）。1936年，德斯垂将ZnS荧光粉浸入蓖麻油中，并加上电场，荧光粉便能发出明亮的光。1947年美国学者麦克马斯发明了导电玻璃，多人利用这种玻璃做电极制成了平面光源，但由于当时发光效率很低，还不适合作照明光源，只能勉强作显示器件。70年代后，由于薄膜技术带来的革命，薄膜晶体管（TFT）技术的发展场致发光（EL）在寿命、效率、亮度、存储上的技术有了相当的提高。使得场致发光（EL）成为三在显示技术中最有前途的发展方向之一。场致发光（EL）按激光发过程的不同分为二大类：

（1）注入式电致发光：直接由装在晶体上的电极注入电子和空穴，当电子与空穴在晶体内再复合时，以光的形式释放出多余的能量。注入式电致发光的基本结构是结型二极管（LED）；（2）本征型电致发光：又分为高场电致发光与低能电致发光。其中高场电致发光是荧光粉中的电子或由电极注入的电子在外加强电场的作用下在晶体内部加速，碰接发光中心并使其激发或离化，电子在回复到基态时辐射发光。1、高场交流电致发光显示图1ACEL结构图交流电致发光显示是目前高场电致发光显示的主流。ACEL结构如图1所示。它是将电致发光粉ZnS:CuCl或（ZnCd）S:CuBr混合在环氧树脂和氰乙基醣的混合物的有机介质中，两端夹有电极，其中一个为透明电极。另一个是真空蒸镀铝或银电极，构成一个EL。实质上，ACEL是大量几微米到几十微米的发光粉状晶体悬浮在绝缘介质中的发光现象，也称德斯垂效应。ACEL所加的电压通常为数百伏。ACEL是晶体内的发光线发光，不是体发光。线发光强度可达3.4×105cd/m2，总体发光亮度约40cd/m2功率转换效率为1/%，寿命约1000小时。高场电致发光的机制存在许多有趣的物理问题，最近仍在不断的探讨，它与EL材料中的电子在高电场下作用下的加速产生热电子，热电子碰撞ZnS格使之离化产生电子空穴对，当电子重新被这些离化的施主和受主俘获时，产生复合发光，也可以通过热电子直接碰撞发光中心发光（如ZnS基质发光材料中的施主-受主对，或掺杂的Mn2+，或一些三价稀土离子），电子空穴对的复合能量也可以直接传递给发光中心而发光。图2ACTFEL结构示意图1金属电极；2绝缘层；3发光层；4绝缘层；5透明电极；玻璃衬底记忆效应可以解释为：脉冲电压产生强电场，使发光层中电子加速。在这些电子穿过发光层时，激发锰发光中心。已穿过发光层的电子便在发光层与绝缘层的界面上积累起来，这些电子在电场移去后仍将留在界面处，于是在发光层两边形成极化电荷。如果下一个脉冲与上一个脉冲同方向，则极化电场将抵消脉冲电压产生的电场的大部分，所以发光亮度变小。反过来，如果下一脉冲方向反转，则极化电场与脉冲电压产生的电场叠加，总电场变大，所以发光亮度增加。利用记忆效效可以制成具有灰度级的记忆板，作为视频显示板用的记忆板能够具有帧储存的能力。ACTFEL优点是寿命长（大于2万小时），亮度高，工作温度宽（-55℃~+125℃），缺点是只有掺Mn的发光效率高，且为橙黄色，对全色显示要求三基色研制高效的发光材料是当今研究的课题。EL器件目前已被应用在背光源照明上，在汽车、飞机及其他设备仪器仪表、手机、手表、电子钟、LCD模块、笔记本电脑显示器等方面获得应用。也作为交通安全标志，公司标志，出口通道等发光指示牌上的发光显示器件。有机发光显示器（OLED）又称有机EL，是以有机薄膜作为发光体的自发光显示器件。它是固体自发光器件，可适应恶劣工作环境；它响应时间短、发光效率高、视角宽、对比度高；它可在5V~10V的低电压下工作，功耗低，工艺简单；制造成本低、有机发光材料众多、覆盖发光光谱从红外到紫外，适合全彩色显示；价廉、易于大规模生产；OLED的生产更近似于精细化工产品，可在塑料、树脂等不同的材质上生产，产品的机械性能好，不仅可以制造出笔记本电脑、台式机适用的显示器，还有可能创造出墙壁大小的屏幕、可以弯曲折叠的屏幕（图4）。人们预言，随着规模量产的到来，OLED可以比LCD成本低20%。图4可以卷起来的显示器图5典型双异质结结构目前正进入产业化阶段。OLED在材料与技术专利部分主要有两大阵营，分别为小分子及高分子材料。目前OLED量产的产品有90%以上为被动式单色或多彩小尺寸显示器，应用市场主要为手机、PDA、手持游戏机和数字相机等。若从技术及市场发展趋势来看，OLED将会往主动式、全彩和大尺寸发展，进而直接威胁TFT-LCD和PDP等平面显示器的市场。一、OLED器件的发光机制OLED的基本原理为：加入一外加偏压，使电子空穴分别经过空穴传输层与电子传输层后，进入一具有发光特性的有机物质，在其内部发生复合，激励出一个激子，再将能量释放出来回到基态，而这些释放出来的能量中，通常由于发光材料的选择及电子自旋的特性，只有25%（单重态到基态）的能量可以用来当作OLED的发光，其余75%（三重态到基态）的能量以磷光或热的形式回归到基态。选择不同的发光材料（带隙不同）可得到不同颜色的发光。图5所示的典型多层OLED结构，发光过程为：载流子注入是通过阴极和阳极注入到电极内侧有机功能薄膜层，载流子分别从电子传输层和空穴传输层向发光层迁移，电子和空穴在发光层中相，相互束缚而形成激子（Exciton），激发态能量通过辐射跃迁到基态。由于OLED属有机分子为主的非晶半导体器件，而无机发光器件（EL）则是以原子为主。OELD的特性主要来自其分子之作用力而EL是来自其原子之作用力。有机分子是共价键化合物，因其电子被局域化，故通导性不佳。然而有一类有机分子因其具有π—电子，而在适当组合下，这些π—电子不会被局域化，而其键结是以单、双键方式交互形成，故此类分子称为共轭分子，而其特性因π—电子能够在其共轭π—轨道上移动，故具有导通性。利用此类单体分子便能聚合产生“共轭聚合物”。最早的共轭聚合物即为聚乙烯，其具有高导度。有机半导体因其导电程度介于导体与半导体之间，故其应用范围也非常广，多用于电磁波遮蔽体、抗静电涂布等。而应用其掺杂及去掺杂之行为，发展了充电式电池、智能电变色窗、太阳电池、光存储、非线性光学器件等。当前最热门的应用则是OLED。二、OLED器件的分类一般说来，OLED显示器依驱动方式分为被动式和主动式两类。其电路原理如图5.6所示。

被动式无源矩阵主动式有源矩阵图5.6主、被动式OLED电原理图主动式与