有机电致发光器件(OLED)

有机电致发光器件(OLED)学生：胡勇时间：2014.01.04学号：1141109027OLED (Organic Light Emitting Device），有机电致发光器件，是指有机半导体和发光材料在电场驱动下，通过载流子注入和复合导致发光的现象。其原理是用ITO透明电极和金属电极分别作为器件的阳极和阴极，在一定电压驱动下，电子和空穴分别从阴极和阳极注入到电子和空穴传输层，电子和空穴分别经过电子和空穴传输层迁移到发光层，并在发光层中相遇，形成激子并使发光分子激发，后者经过辐射弛豫而发出可见光。辐射光可从ITO一侧观察到，金属电极膜同时也起了反射层的作用。根据这种发光原理而制成显示器被称为有机发光显示器，也叫OLED显示器。何为有机电致发光器件？有机电致发光器件有机电致发光显示器件的发展简史有机电致发光显示器件的构造原理有机电致发光显示器件的发光机理有机电致发光显示器件的制作材料有机电致发光显示器件的驱动方式有机电致发光显示器件的彩色显示有机电致发光显示器件的前沿技术1、2、3、4、5、7、6、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。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。1987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。1990年，英国剑桥大学Cavendish实验室的Burroghes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。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％。2004年月5月，SeikoEpson发40in有机电致发光显示器，并在2004年下半年的上展出。这是有机EL显示器首次达到这样大的尺寸。有机电致发光显示器件的发展12006年，整体矩阵寻址(TotalMatrixAddressing，TMA)OLED技术由剑桥显示器科技推出，据称结合了TMA解决的小型被动式数组显示器，可降低至少50%的功率消耗，或者在相同的功率消耗下，得到二倍的显示亮度。2007年全球OLED产值接近8亿美元，相较于2006年成长率超过50%，是所有平板显示设备中成长最快的领域。2008年，精工爱普生公司发布了其研究成果——“终极之黑”OLED显示系统，解决了长期困扰OLED的使用寿命难题，成功将产品使用寿命延长至5万多个小时，突破业界2~3万小时的技术瓶颈，极大拓展了OLED显示系统的应用前景。2011年OLED尺寸将扩大到30英寸产品以上，主流产品仍是以11英寸，预估其销量可望达到100万台以上、20英寸销售量为89万台、32英寸TV则是5万台左右。到2015年，OLED显示屏的营收将从2008年的5.91亿美元增长到60亿美元。电致发光的发展历程图发光材料的选择范围广，尤其是蓝光材料，容易得到全色显示；亮度大、效率高；直流驱动电压低、能耗少，可以和集成驱动相匹配；制作工艺简单并且成本低；可实现超薄的大面积平板显示，响应速度快，视角大，全固化，抗震性能好，工作温度范围广；良好的机械加工性能，容易做成不同形状。OLEDs的优点有机电致发光显示器件的构造原理注入层输运层发光层OLED的基本结构：铟锡氧化物与正电极（阳极）相连、负极则与另一个金属阴极相连，中间是发光材料，形成一种类似三明治的结构。理想阴极是以低功函数金属作为注入层，以具有较高功函数的稳定金属Mg/Ag,Li/Al）作为钝化层。电子输运材料（ETM）：荧光染料化合物。必须热稳定和表面稳定，有机金属络合物具有足够的热稳定性。由在荧光基质材料中掺杂百分之几的荧光掺杂剂来制备。基质材料通常与ETM或HTM采用的材料相同，荧光掺杂剂是热和光化学稳定的激光染料。2单层EL器件结构图DL-A型双层EL器件结构图三层EL器件结构图多层器件结构3有机电致发光显示器件的发光机理小分子OLED聚合物OLED（也称为PLED）镧系有机金属OLED（也叫稀土OLED）有机电致发光过程通常由以下几个阶段完成：载流子的注入。在外加电场的条件下，电子和空穴分别从阴极和阳极向夹在电极之间的有机功能薄膜层注入；载流子的迁移。注入的电子和空穴分别从电子传输层和空穴传输层向发光层迁移；载流子复合。电子和空穴结合产生激子；激子的迁移。激子在电场作用下迁移，将能量传递给发光分子，并激发电子从基态跃迁到激发态；电致发光。激发态能量通过辐射跃迁失活，产生光子释放光能。4有机电致发光显示器件的制作材料特性空穴传输材料：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，不易结晶。电子传输材料：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。发光材料：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。高分子电致发光材料都是含有共轭结构的高聚物材料。最常见的是主链π共轭结构。离域π电子为聚合物具备导电性提供了前提。如：聚苯撑乙烯类［poly(p-phenylenevinylene)，PPVs］聚乙炔类［poly(acetylene)，PAs］聚对苯类［poly-(p-phenylene)，PPPs］聚噻吩类［polythiophenes,PTs］聚芴类［polyfluorene,PFs］其他高分子电致发光材料常用的高分子电致发光材料聚芴类PFs聚苯撑乙烯类聚对苯类PPPs聚噻吩类PTs5有机电致发光显示器件的驱动方式直流驱动：直流驱动时（ITO接正极）空穴和电子的传输方向是固定不变的,其中未参与复合的多余空穴(或电子),或者积累在HTL/EML(EML/ETL)界面,或者越过势垒流入电极。交流驱动时,正半周的发光机制与正向直流驱动完全一样,但是交流驱动的负半周却起着十分重要的作用。交流驱动：6有机电致发光显示器件的彩色显示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。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。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。OLED的技术瓶颈和突破面对主流市场的LCD显示技术，OLED要跻身成为主流显示技术，仍面临诸多瓶颈。目前有三大挑战正左右OLED产业的发展。第一，OLED产品价格昂贵，原因在于经济规模校，似的材料成本和制程成本无法降低；第二，在技术层面上，OLED寿命仍还有待提高，目前OLED产品寿命只有两万小时，要达到商业化的要求，至少需要5万小时；第三，OLED目前仍主要应用在小尺寸行动装置面板领域，在大尺寸显示市场仍还有待突破。OLED本身具备诸多优点，应用前景极广，其技术瓶颈也将会在电化学等科学技术的不断进步下被解决，可以想见未来的显示市场，OLED必将是绝对主流产品。有机电致发光显示器件的瓶颈7有机电致发光显示器件的前沿技术1.白光OLED技术2.透明OLED技术3.叠层OLED器件和多光子发射OLED4.表面发射OLED技术5.喷墨打印制备OLED技术6.微显示OLED技术[1]赵娟，于军胜，李璐，等.(t-bt)2Ir(acac)超薄层厚度对有机电致发光器件性能的影响[J].光电子激光，2011，22(2)：170-174.[2]陈金鑫，陈锦地，吴忠帜.白光OLED照明[M].上海：上海交通大学出版社，2011：88-89.[3]TangCW，VanSlykeSA．Organicelectroluminescentdiodes[J]．ApplPhysLett，1987，51：913.[4]BaldoMA，eta1．Highlyefficientphosphorescentemissionfromorganicelectroluminescentdevices[J]．Nature，1998，395：151.[5]汪晨．LED显微镜均匀照明系统的设计[D]．杭州:中国计量学院现代科技学院,2010.[6]杨光．照明灯具中白光LED阵列的排列及配光[J]．灯与照明,2008,32(1):1-4．[7]闫峰,孙文军,王淑英．LED照明光场照度均匀性的研究[J]．光学技术,2007,33(增刊):327-328.[8]李壮辉,朱清慧,任拥伟．液晶显示应用控制系统设计与实现[J]．液晶与显示,2013,28(6):889-894．[9]李晓寒,何华平．驱动白光LED技术综述[J]．中国照明电器,2010(9):9-11．[10]白林,黄力,宋冬梅,等．太阳能LED路灯智能控制系统电力控制与负载驱动[J]．发光学报,2009,30(6):892-897．[11]WangB，AnsIynEv．Chemosensors：Principles，strategies，andapplications[M]．singapore：wiley，2011.参考文献鸣谢感谢组员：贾庆朝，王春蕊，曹玉芹，高转，刘芳超，李凯旋，李文博，刘洋，梅花，吴佳玮，王冉的协助。感谢张帆老师课堂上的传道授业解惑。ThanksForYourAttention