第9章有机电致发光显示

第9章电子纸和有机电致发光显示OLED1提纲一、电子纸和有机电致发光显示发展历程二、有机/聚合物电致发光器件的结构三、OLED的工作原理四、OLED制作材料五、OLED的工作特性六、OLED的制作工艺七、OLED的驱动技术八、新型OLED显示技术2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，而现代电子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”方面明显优于传统纸张的事实。

其实早在30多年前就有科学家提出了“电子纸”的概念，时至今日，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，也许在不久的将来电子纸就会融入大家的工作、学习和生活当中……3

何为电子纸？

电子纸的学名叫做ElectronicPaper(简称E-Paper)，也称数字纸(DigitalPaper)、类纸显示器(Paper-LikeDisplay)，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。采用柔性基板材料制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。目前柔性电子纸可采用塑料、薄型金属和超薄玻璃基板等。柔性电子纸在整体结构上一般可分为“前板”(FrontPlane)和“后板”(BackPlane)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的驱动电路部分。4亚马逊Kindle电子书56AmazonKindle（亚马逊）不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主流显示技术地位。由于无需背光模块构造，因此Kindle1次充电可使用90小时，或翻页10,000次。即使1天阅读时间超过12小时，Kindle亦可连续使用超过1星期而不需充电。电子纸目前最主要的一种应用是电子书阅读器(E-BookReader)，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。7电子纸的特性

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眼睛里：白色部分反射了大量的环境光；而黑色文字(油墨)则吸收了大量光线，使得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”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65%，可获得较高的亮度、对比度和可视视角(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类型，一种是依靠自身光源显像的“发散型”(例如LCD显示器)，另一种是利用环境光显像的“反射型”(电子纸)。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光来工作的显示材料。8

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”。所谓的“双稳态显示器件(BistableDisplay)”，就是像素都具有“亮”与“暗”两种稳定显示状态，且在没有外加电压时能保持其显示内容不变。通俗来讲，就是双稳态显示可以在低耗电或“零功耗”的情况下保持或“记忆”显示内容，只在更新显示内容时加载瞬间的驱动电压。9

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、更逼真的视觉效果，高品质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都在争先恐后地努力跨越电子纸彩色化显示的技术难关。动态显示是电子纸获得更广泛应用的前提，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“Gyricon”，诞生于1970年声名显赫的施乐paloalto研究中心(简称PARC)——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影响20世纪历史发展进程的重大技术的诞生地。在2000年新世纪到来的时候，PARC发布了Gyricon的样品，宣告这项新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片，但是在胶片里面分布了高达百万计的直径在100微米左右大小的带电小球。每个小球的一面涂上了带负电黑色涂料，另一面涂上带正电的白色涂料。这些小球被密封在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液晶TFT一样的电路，能够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——自发光，在环境光线不足的条件下，Gyricon和一般报纸杂志一样不易观看；但是在明亮的环境中，Gyricon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。由于仅在需要改变显示内容的时候才需要加电，Gyricon能够最大限度的做到省电。遗憾的是，施乐公司和PARC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，其它在现在看来如日中天的技术渐渐被束之高阁。Gyricon也因为得不到有力的支持被长期放在公司的实验室里，直到上世纪末才重启开发进程，严重影响了Gyricon技术的发展，很多问题直到现在仍没有很好解决。14

显示画面不够细腻。Gyricon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；而缩小小球尺寸又受到微细加工水平的限制，无法快速取得突破。

响应时间太长。Gyricon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，而要靠电压转动100微米固态小球耗费时间更长——超过100毫秒，也就是说你看到Gyricon在切换时的渐变特征并不是什么“特效”，而是实实在在的“慢”。

由于以上种种，Gyricon的市场推广并不成功。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E-Ink公司的E-Ink(电子墨水)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EInk彩色电子纸预计4Q’10量產184,096色SiPix电子纸基本原理19Cupwidth(w)orlength(l):40-200µm2ndelectrodeorreleaseliner1stelectrodefilmCupWallWidth(ww):5-30µmSealing/AdhesiveLayerChargedParticlesDielectricSolventCupheight(h):10-40µmCross-sectionviewofMicrocup®EPD20达意展出配备投射式电容

触控面板的电子纸显示器6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22Gyricon和E-Ink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。不过目前的E-Ink电子纸技术还在两大缺陷，即响应时间过慢和色彩单一：

虽然E-Ink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20ms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。使用者仍然会明显感觉到内容切换时的迟滞。

无论是Gyricon还是E-Ink，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。23实现电子纸彩色显示的有益尝试为了解决传统E-Ink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Toppan公司合作开发了滤色片彩色E-Ink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HP采用可有效降低生产成本的“自对准压印光刻”(SAIL)工艺、三星采用新型“碳纳米管”(CNTs)电路后板、LGPhilips采用薄膜电路后板开发的滤色片彩色E-Ink电子纸，都已展示过样机。另外，Bridgestone也展示过滤色片型QR-LPD彩色电子纸。24HP、LG-Philips展示的滤色片型彩色电子纸电子纸与TFTLCD基本差异比较电子纸TFTLCD动作画面性能低动画性能高/高色饱和度反射型/不需背光发光型/需背光可挠性/轻薄化弯曲不易无充电状态画面可保持无充电状态画面无法保持2526电子纸TFTLCD(以下指大尺寸主要应用)SmartCard电子卷标外接式储存装置27SDメモリーカードを利用する电子ブックリーダー「SDe-BOOK」の试作品。7インチの高精细低温ポリシリコンTFT液晶を搭载し、Bluetoothにも対応ケータイWatchホームページケータイWatch编集部k-tai@impress.co.jp

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是否会扩张到电子书阅读器应用？目前AMOLED面板在小尺寸(5吋以下)应用价格是TFTLCD近2倍，6吋以上电子书大小的AMOLED将更贵及更难生产，故短期内无介入电子书市场空间。28Softbank941SC

3.3吋、WVGA(800x480)NTTDocomoT-01B

4.1吋、WVGA(800x480)KDDIIS02

4.1吋、WVGA(800x480)SamsungS8500Wave3.3吋、WVGA(800×480)HTCDesire3.7吋、WVGA(800x480)一、有机电致发光显示发展简介

有机电致发光显示，又称为有机发光二极管（OrganicLightEmittingDiode，OLED）。

20世纪初，人们就已经发现了有机电致发光现象。

1963年NewYorkUniv.的Pope等第一次发现有机材料单晶蒽的电致发光现象。Anthracene单晶层厚度20，驱动电压400V2.1982年Vincett的研究小组制备出厚度0.6蒽的薄膜，并观测到电致发光。驱动电压30V，但是器件的量子效率很低，小于1％总体特点（1）单层器件;（2）驱动电压高；（3）器件效率低291987年Kodak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。Appl.Phys.Lett.51(12),21September1987驱动电压小于10V最大外量子效率1％最大亮度大于1000cd/m2创新点：（1）多功能有机层的结构；（2）超薄的有机层厚度75nm60nm邓青云博士304.

英国剑桥大学Cavendish实验室的FriendRH等人首次采用共轭聚合物聚对苯撑乙烯（PPV，polyphenylenevinylene)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聚合物薄膜电致发光器件。Nature，347，539（1990）5.

1997年，PrincetonUniv.ForrestSR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100％。31

近十多年里,OLED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，OLED器件已经基本达到了实用的要求。

如发光效率：>10lm/W；稳定性：亮度为100cd/m2时，工作寿命大于10000小时；

发光寿命：绿光器件达8万小时，黄光器件达3万小时，蓝光器件达8千小时；

目前最大尺寸：已经超过40英寸。一、有机电致发光显示发展简介32三星研制出40英寸OLED：分辨率:1280×800，对比度：5000:1，亮度：600cd/m233OLED的特点:

（1）全固态器件,自发光型,无真空腔,无液态成分,不怕震动,使用方便；（2）响应速度快（微秒量级），视角宽（大于160度），工作温度范围宽（-40℃～80℃）；（3）有机电致发光材料可选范围广,容易得到全色显示;（4）亮度、效率高;（5）直流驱动电压低、能耗少,可与集成电路驱动相匹配;（6）制作工艺简单、成本低;（7）可实现超薄的大面积平板显示;（8）良好的机械加工性能,可做成柔性显示器。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35一、有机电致发光显示发展简介OLED的分类：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(PLED)36

OLED发展趋势：（1）开发新型OLED有机材料，以进一步提高器件性能；（2）改善生产工艺，提高成品率；（3）研制彩色显示器及相关驱动电路；（4）为了实现大面积显示，研发低温多晶硅TFT方式驱动的OLED显示器。未来工作方向:(1)寿命及稳定性:提高发光效率和器件的寿命,增加其稳定性。(2)全光谱发光:虽然发红、蓝两色光的材料被不断报道,但是同比较成熟的黄绿光材料相比,仍有较大不足,实现三色显示还需努力。(3)发光机理:进一步了解器件的发光机理,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。一、有机电致发光显示发展简介37OLED应用领域

作为平面显示的光源，用作液晶显示器背光源、钟表背光源等。用于交通安全发光标志、金融证券显示、汽车发光牌号、建筑发光装饰、军用发光地图及发光工艺品等。替代液晶用于制造小屏幕的显示器件。开发出屏幕较大的显示器。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39尺寸：14.7英吋色彩：26万色点阵：象素1280×720亮度：300cd/m2对比度：500:1通过白光OLED加滤色膜的方式实现全彩色一、有机电致发光显示发展简介40二、有机/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，制作有一种或多种物质组成的发光层。单层器件的发光层厚度通常在100nm。优点：制备方法简单。缺点：A.复合发光区靠近金属电极而靠近金属电极处缺陷多，非辐射复合几率大，而且该处的高电场容易产生发光淬灭；

B.由于两种载流子注入不平衡，载流子的复合几率比较低，因而影响器件的发光效率。单层EL器件结构图41（2）双层器件结构柯达公司首先提出了双层有机膜结构，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问题，使有机EL的研究进入了一个新阶段。他们的器件结构也叫DL-A型双层结构。主要特点:

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，使注入的电子和空穴在发光层处发生复合。DL-A型双层EL器件结构图二、有机/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空穴传输性质，就需要使用DL-B型双层结构，即需要加入电子传输层以调节载流子的注入速率，使注入的电子和空穴是在发光层处复合。二、有机/聚合物电致发光器件的结构43三层EL器件结构图（3）三层器件结构由空穴传输层（HTL）、电子传输层（ETL）和将电能转化成光能的发光层组成。HTL负责调节空穴的注入速度和注入量,ETL负责调节电子的注入速度和注入量。优点: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方便，是目前有机EL器件中最常采用的器件结构之一。

二、有机/聚合物电致发光器件的结构44多层EL器件结构图（4）多层器件结构可提高OLED的发光亮度和发光效率。主要形式：A.在两电极内侧加缓冲层，以增加电子和空穴的注入量；B.为提高器件的发光效率，使用了空穴阻挡层HBL。二、有机/聚合物电致发光器件的结构45三、OLED的工作原理46

三、OLED的工作原理eheeeehhhhhq=qV-bibiCA阳极有机层阴极

OLED器件发光过程

1)载流子注入

2)载流子传输

3)激子的形成

4)辐射发光衬底透明阳极金属阴极有机层eheh复合光发射DC电源47•

热发射注入器件电流可表示为：式中（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。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；•

隧穿注入器件电流可表示为：三、OLED的工作原理（1）载流子注入

48三、OLED的工作原理荧光和磷光材料

荧光：单线态；磷光：三线态

单线态－单线态“重原子效应”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：

空穴传输材料、电子传输材料、发光材料。（1）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；

•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

TPD是最早应用的空穴材料之一，但由于其热稳定性较差（Tg=65°C），导致器件的稳定性较差，寿命较短。为提高热稳定性，将TPD分子中的甲苯基换成萘基得到了NPD，NPD的热稳定性有了很大提高（Tg=96°C），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。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。四、OLED制作材料51（2）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；

•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。四、OLED制作材料52（3）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；

•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DCM发红光，香豆素C540发绿光。四、OLED制作材料53

另外，还有掺杂用小分子荧光材料如Rubrene。

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8-羟基喹啉铝（Alq3）及铍的络合物Bebq2。四、OLED制作材料54（4）聚合物发光材料1990年，剑桥大学的J.A.Burroughes等人首次报道了用聚合物薄膜制备的电致发光材料研究。聚合物发光材料的特性:

•当短波光照射时，在390nm～780nm的可见光范围内，聚合物粉末或溶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。

四、OLED制作材料55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;

•虽然聚合物的导电率很低,但是发光层的厚度很薄(10nm～100nm),所以在很低的外电压下,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。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）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：单线态单线态；三线态三线态；单线态三线态；三线态单线态。对于荧光材料，它只能通过单线态单线态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20%，最高外量子效率为5%。对于磷光材料，它即能通过三线态三线态能量转移的方式来利用形成的三线态激子，又能通过单线态单线态能量转移方式，然后经过单线态三线态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100%，最高外量子效率为25%。四、OLED制作材料57目前三线态发光材料的不足之处：（1）室温磷光材料较少，材料的选择范围不大；（2）存在三线态三线态淬灭，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；（3）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。四、OLED制作材料58五、OLED的工作特性1、发光颜色有机和聚合物发光颜色的特点：（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）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100~200nm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，色纯度要差的多；（3）形成基激复合物和发生能量转移。59五、OLED的工作特性（1）分别制备红、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、OLED的工作特性62五、OLED的工作特性OLED器件的效率：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外量子效率：射出器件的光子数/注入的的电子空穴对数载流子复合系数单线态激子的形成概率单线态激子的辐射衰减效率从OLED的工作过程可以得到其外量子效率可以表示为63影响OLED发光效率的主要因素:(1)取决于电荷的平衡注入，为提高OLED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。(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散过程，为了提高形成激子的效率

，正负载流子的迁移率都应该较大，并且两者相差较小。（3）激子辐射衰减效率。有机发光材料的ph可以达到80%~100%，而聚合物发光材料的ph一般在达到20%左右。五、OLED的工作特性64（4）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3个三重态激子，s=25%，因此即使注入到器件的电子全部被空穴束缚，且全部的单态激子均辐射产生光子，25%将是OLED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,不能发光，75%的激子白白被热耗掉。（5）能量转移。当两种发色团并存时一种发色团的激发态可以将能量传递给另一种发色团使之激发。对于前一种激子，这是“淬灭”；对于后一种发色团，这是额外的激发，因而使其发光效率大幅度提高。五、OLED的工作特性653、寿命和失效机制OLEDs失效的表现形式：（1）恒定电流工作条件下，亮度、效率逐渐下降。五、OLED的工作特性（2）OLEDs在一定湿度、温度的大气环境中存放一定时间，发光亮度、效率衰减直至发光消失。这一过程体现出的是OLEDs的存贮寿命。（3）不管是存贮，还是工作，所有失效的OLED都出现大量的不发光区域——黑斑。66（1）短路现象。由于有机薄膜不均匀致密，从而有贯穿有机层的微型导电通道形成。（2）黑斑的形成。热效应——有机薄层的热不稳定性导致了黑点的形成；有机聚合物材料的化学不稳定性——有机分子易受到氧和水的侵蚀，丧失发光能力；金属阴极的不稳定性——金属阴极被氧化；金属阴极有机层界面处化学反应——水、氧和铝三者所发生的电化学反应会释放出微量气体，造成金属阴极从有机层剥离开来。（3）杂质的影响

杂质是捕获载流子和激子非辐射衰减（生热）的中心，又可以引起内部电场的局部畸变，因而是器件老化和蜕变得重要原因。OLED失效机制:五、OLED的工作特性67六、OLED的制作工艺OLED器件的典型结构及制作工艺流程68一、ITO表面处理工艺目的：ITO的不均匀性将导致有机层不均匀，从而易形成局部强电场引起OLED中黑斑的产生。平整的ITO表面场强均匀，减小短路的危险，提高OLED的稳定性。早在1987年，邓青云就指出，在沉积有机层之前，ITO表面必须进行仔细的清洗，否则不能得到稳定的OLED器件。六、OLED的制作工艺69ITO膜表面形态对OLED器件的性能:粗糙的ITO膜表面将使光线产生漫反射,减小出射光效率,降低OLED的外量子效率。OLED加电压时,粗糙表面会影响OLED的内电场分布。ITO表面的尖峰将导致局部高电场,高电场将使激子解离成为正负载流子,致使发光强度降低;而且高电场将加速有机材料的恶化,以至降低OLED的稳定性。六、OLED的制作工艺70ITO膜是有机物膜进行淀积的基底,ITO膜的表面形态将影响有机膜的成膜的吸附性、内应力和结晶度。由于粗糙的表面将不利于有机分子之间内聚形成晶体,因而粗糙的表面易于形成不定形结构的有机物薄膜。对于不定形结构的有机物来说,结晶有机物的出现将增加电子与晶格碰撞的可能性,这将降低OLED器件的发光效率和能量效率。六、OLED的制作工艺711、ITO清洗目的：除去表面上物理附着的污物和化学附着的有机物等。方法：化学清洗法、超声波清洗法、真空烘烤法化学清洗法清洗剂：乙醇、丙酮、氯仿、四氯化碳等。作用：去除油、润滑脂、脂肪及其它有机污染物。超声波清洗作用：去除不溶性污物。六、OLED的制作工艺72真空烘烤法方法：在真空室（真空度为10-4Pa）中，将基片加热至200C。作用：去除基片表面吸附的气体和杂质。2、预处理目的：提高ITO的功函数，改善ITO表面平整度。方法：酸碱处理、紫外线—臭氧处理、含O2等离子体处理。其中，以O2等离子体处理效果最好。六、OLED的制作工艺73二、有机膜的制备

蒸镀工艺的三个基本过程：（1）加热蒸发过程，即由凝聚相转变为气相（固相或液相气相）的相变过程。（2）气化原子或分子在蒸发源与基片之间的输送，即这些粒子在环境气氛中的飞行过程。（3）蒸发原子或分子在基片表面上的沉积过程。包括蒸气凝聚、成核、核生长、形成连续薄膜的阶段。

真空室内残余气体对有机膜成膜质量的影响：（1）水汽可与新生态金属膜发生反应，生成氧化物而释放氢气。（2）真空度高，可降低金属阴极的功函数。真空蒸发沉积设备六、OLED的制作工艺74三、金属电极的制备一般采用真空加热蒸发法制备。四、保护膜的制备和封装保护膜的选择：与金属电极的附着性良好；抗H2O、O2侵蚀；强度好；易形成均匀、平整的薄膜。

多层膜封装的OLED截面图六、OLED的制作工艺75封装干燥剂：（1）在封装玻璃上蒸镀CaO和BaO干燥剂膜；（2）在封装玻璃上粘贴CaO和BaO干燥剂。封装：涂光固化环氧树脂胶。六、OLED的制作工艺76七、OLED的驱动技术OLED驱动特点：在大于某一阈值的外加电场作用下，空穴和电子以电流的形式分别从阳极和阴极注入到夹在阳极和阴极间的有机薄膜发光层，两者结合并生成激子，发生辐射复合而导致发光。发光强度与注入的电流成正比，注入到显示器中的每个显示像素的电流可以单独控制。有机电致发光显示驱动器的功能就是提供这种电流信号。

77OLED具有二极管特性，因此原则上其为单向直流驱动，但是，由于有机发光薄膜具有很明显的电容特性，为了提高显示器件的刷新频率，对不发光的像素对应的电容进行快速放电，目前很多驱动电路采用正向恒流反向恒压的驱动模式。OLED像素上所加的正向电压大于发光的阈值电压时，像素将发光显示；当正向电压小于阈值电压时，像素不产生电光效应而不显示；当正向电压在阈值电压附近时，会有微弱的光发出。七、OLED的驱动技术78七、OLED的驱动技术静态驱动S2(-5V)M1M2M3A1A2A3S112379点阵显示屏动态驱动的电路控制图动态驱动行扫描和列数据波形信号示意图动态驱动行控制电路信号列控制电路信号行扫描信号（阴极）列数据信号（阳极）V1V20V3V4选中单元电压：V2-V3Vt；非选单元电压：V4-V10；半选单元电压：V4-V30；V2-V10反向恒压的目的：抑制交叉效应，减小相邻单元间的串扰。80灰度的实现方法：（1）幅值控制法在输出数据的列驱动器中加入输出的电信号幅值的控制。使有机电致发光显示产生灰度的变化。（2）空间灰度调制（3）时间灰度调制

帧灰度调制脉宽灰度调制七、OLED的驱动技术脉冲1脉冲2脉冲3脉冲4像素选中脉冲最高级灰度数据宽度（4级灰度）2级灰度1级灰度81有源驱动OLED1、有源驱动与无源驱动的比较（1）结构不同无源驱动矩阵的像素由阴极和阳极单纯基板构成，阳极和阴极的交叉部分可以发光。有源驱动的每个像素配备具有开关功能的低温多晶硅薄膜晶体管，而且每个像素配备一个电荷存储电容，外围驱动电路和显示阵列整个系统集成在同一玻璃基板上。七、OLED的驱动技术82（2）驱动方式不同无源矩阵的驱动方式为多路动态驱动，这种驱动方式受扫描电极数的限制，占空比系数是无源驱动的重要参数。有源矩阵OLED具有存储效应，可进行100%负载驱动，这种驱动不受扫描电极数的限制，可以对各像素独立进行选择性调节。（3）有源矩阵可以实现高亮度和高分辨率无源矩阵由于有占空比的限制的问题，非选择时显示很快消失，为了使显示屏达到一定的亮度，扫描时每列的亮度应为屏的平均亮度乘以列数。七、OLED的驱动技术83（4）有源矩阵可以实现高效率和低功耗（5）有源矩阵易于实现彩色化无源矩阵的驱动方式为多路驱动，难以对低亮度的红色和蓝色象素独立进行调控，而有源驱动可以对不同象素独立进行灰度调节驱动，因此OLED更有利于彩色化的实现。（6）有源矩阵易于提高器件的集成度和小型化（7）有源矩阵易于实现大面积显示七、OLED的驱动技术84低温多晶硅TFT技术硅基TFT非晶硅TFT多晶硅TFT单晶硅TFT高温多晶硅TFT低温多晶硅TFT七、OLED的驱动技术非晶硅TFT载流子迁移率较低，一般不适合于OLED。单晶硅TFT虽然载流子迁移率高，但制备大面积单晶硅TFT很困难。因此，它一般用于硅基微显示OLED上。多晶硅TFT低温多晶硅TFT具有较高的迁移率，且在较低温度下制备，因此易于把外围驱动电路和显示阵列整个系统集成在同一玻璃基板上。85低温多晶硅薄膜制备方法：（1）金属诱导侧向晶化（MILC）利用Ni等金属薄膜侧向诱导非晶硅薄膜晶化的方法。优点：晶化温度小于500°C，属于低温晶化；易于实现大面积晶化的均匀