有机发光二极管原理及应用

有机发光二极管原理及应用

梁亮5030209282

有机发光二极管诞生于1979年，由柯达公司罗切斯特实验室的邓青云博士及同事范斯莱克所发明。

⑴有机发光二极管(OLED)的原理

有机发光二极管(OLED)同普通发光二极管（LED）发光的原理相同，即利用半导体经过渗透杂质处理后形成PN结，电子由P型材料引入，当电子与半导体内的空穴相遇时，有可能掉到较低的能带上，从而放出能量与能隙相同的光子，从而形成发光二极管。发光二极管的光线波长取决于发光材料的能隙大小。若要使二极管产生可见光，就要使材料的低能带与高能导带之间的能隙大小必须落在狭窄的范围内，大约2至3电子伏特。能量为一电子伏特的光子波长为1240纳米，处于红外区，当能量达到3电子伏特时，发出光子的波长约为400纳米左右，呈紫色。

有机发光二极管与传统发光二极管的区别在于，有机发光二极管所采用的半导体材料为有机分子材料。按照分子大小区分，可分为两大类：小分子的称之为低分子OLED,大分子的称为高分子OLEDP型有机分子。当P型有机分子和N型有机分子接触时，在两者的接触面就会产生类似发光二极管一样的发光现象。此外，采用氧化铟锡作为P型接触材料。由于氧化铟锡为透明导电材料，易于载流子注入，而且具有光线传播还需要有透明性能，非常适合做P型接触材料。

OLED的典型结构非常简单：玻璃基板（或塑料基衬）上首先有一层透明的氧化铟锡阳极，上面覆盖着增加稳定性的钝化层，再向上就是P型和N型有机半导体材料，最顶层是镁银合金阴极。这些涂层都是热蒸镀到玻璃基板上的，厚度非常薄，只有100到150纳米，小于一根头发丝的1%，而传统LED的厚度至少需要数微米。在电极两端加上2V到10V的电压，PN结就可以发出相当明亮的光。这种基本结构多年来一直没有太大的变化，人们称之为柯达型。由于组成材料的分子量很小，甚至小于最小的蛋白质分子，所以柯达型的OLED 又被称为低分子OLED。

第二种有机发光材料为高分子聚合物，也称为高分子发光二极管(PLED)，由英国剑桥大学的杰里米伯勒德及其同事首先发现。聚合物大多由小的有机分子以链状方式结合在一起，以旋涂法形成高分子有机发光二极管。

旋转涂布工艺采用的原理是：在旋转的圆盘上（通常为每分钟1200转至1500转）滴上数滴液体，液体会因为旋转形成的离心力而呈薄膜状分布。在这种状态下，液体凝固后便可在膜体上形成晶体管等组件。膜体的厚度可通过调节液体粘度及旋转时间来调整。旋涂之后，要采取烘干的步骤来除去溶剂。

最初PLED是由一种称之为次苯基二价乙烯基（PPV）单层活性聚合物，夹于氧化铟锡和钙之间形成。铟锡氧化物为载流子注入层，而钙为电子传递层。现在的PLED又增添了一层聚合物载流子注入层。PPV聚合物产生黄光，具有效率高寿命长的特点，这是由于在低压工作环境下，聚合物层具有良好的导电性能。这种PLED应用于计算机显示器，其寿命可长达

10000小时，相当于正常使用10年。其他的聚合物及复合聚合物也在开发之中，如陶氏化学公司研究开发了一种聚氟高分子。全彩色PLED也在开发中，主要是通过改变复合聚合物片段的长度来实现显示功能，令人遗憾的是，与PPV相比，各种全彩色有机聚合物的寿命不长，而蓝光聚合物始终不尽人意。

但是低分子OLED与高分子OLED相比，在制作工艺上有不小的劣势。小分子或寡聚物必须由热蒸镀的方式制造元件，生产时必须使用高精度的真空系统，从而增加了制造成本。同时，在大面积化生产时将遇到严重的问题。而高分子有机半导体材料则可以利用溶液制程贻旋转喷饰或搭配喷墨技术等方式制作元件，具有成本低且可以大面积生产的优势。

此外，研究高分子P型高分子及N型高分子材料还可以应用于CMOS元件，其应用前景相当广泛。所以，目前国际上对于高分子半导体的研究仍有很大的热情。

㈡有机发光二极管(OLED)的应用

由于有机发光二极管(OLED)材料上的优势，应用于显示器时，无疑将会产生深远的影响。与现有的各种显示器：CRT(阴极射线管显示屏)、PDP(等离子显示屏)、LCD(液晶显示屏)相比，OLED显示器具有以下明显的优势：

1、技术优势——无辐射，超轻薄(可达1毫米以下)，柔软显示，屏幕可卷曲；

2、成本优势——OLED制造工艺比较简单，批量生产时的成本要比LCD至少节省20% ；

3、适应性强——能在-45℃～80℃正常显示；

4、节能性强——由于有机材料自己发光，驱动电压低，无需后背光源，因而更加节省能源；

5、可视角大——接近180度；

6、反应速度快——OLED显示屏中的单个元素反应速度是LCD液晶屏的1000倍，可以实现精彩的视频重放，色彩炫丽，绝不会出现液晶屏上的拖曳现象；

7、外形优势——OLED的重量比LCD轻得多，而且可以做到更加轻薄。

虽然一直以来，人们认为OLED最主要的缺点是寿命比LCD短，目前只能达到5000小时，而LCD可达10000小时，但最新的技术显示，通过将磷光材料与制作TFT背板的非晶硅集成，OLED产品可能延长3倍寿命。

正因为OLED具有如此多的优点，所以具有广泛的市场应用前景。主要领域包括：商业领域如POS机和ATM机、复印机、游戏机等；通讯领域如手机、移动网络终端等；计算机领域如PDA、商用和家用计算机等；消费类电子产品如音响设备、数码相机、便携式DVD；工业应用领域如仪器仪表等；交通领域如GPS、飞机仪表等。

由于一开始OLED显示屏主要应用在小屏幕领域，所以早有人预言其将在数码领域里取得初步的成功。果不其然，自从柯达在2003年3月举办的第79届国际摄影营销协会年会及行业展览会(PMA)上，成功推出新款数码相机Easy Share LS633之后，使得OLED的小屏应用一发不可收拾。

除了数码相机之外，手机成了OLED第二个要攻克的桥头堡，由于OLED不需要背光板，它可以做到很薄，所以令手机非常“瘦身”，专家称今后几年内，手机可能变得薄如纸片。再加上OLED显示屏很省电，因此，今后手机的待机时间也许可以达到30天。随着3G的脚