071有机电致发光显示
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单晶层厚度20 驱动电压400V 单晶层厚度 µm ， 驱动电压
2. 1982年 Vincett的研究小组制备出厚度 年 的研究小组制备出厚度0.6 µm蒽的薄膜，并观测到电致发 蒽的薄膜， 的研究小组制备出厚度 光。
驱动电压30V， 但是器件的量子效率很低，小于 ％ ， 但是器件的量子效率很低，小于1％ 驱动电压 总体特点 （1）单层器件 （2）驱动电压高； （3）器件效率低 ）单层器件; ）驱动电压高； ）
创新点： ；（2） 创新点： （1）多功能有机层的结构；（ ）超薄的有机层厚度 ）多功能有机层的结构；（
4. 英国剑桥大学Cavendish实验室的Friend RH等人首次采 英国剑桥大学Cavendish实验室的Friend RH等人首次采 Cavendish实验室的
用共轭聚合物聚对苯撑乙烯（PPV， 用共轭聚合物聚对苯撑乙烯（PPV，polyphenylene vinylene)制作了高分子发光二极管，简化了制备工艺， vinylene)制作了高分子发光二极管，简化了制备工艺， 制作了高分子发光二极管 开辟了发光器件的又一个新领域聚合物薄膜电致发 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，Princeton Univ. Forrest S R的小组发现磷光的有机电致发光材料， 的小组发现磷光的有机电致发光材料， 年 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％。 ％ 使得有机电致发光器件的内量子效率可能到达
（3）激子复合和辐射发光 荧光
荧光：单线态
光材料 光材料
光： ； 光： 线态
单线态－ 单线态－单线态 “重原子效应” 重原子效应” 三线态－单线态 三线态－
四、 OLED制作材料
有机小分子材料包括： 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。
（3）三层器件结构
由空穴传输层（HTL）、电子 传输层（ETL）来自百度文库将电能转化成光 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。
四、 OLED制作材料
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
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。
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 有机发光二极管（Organic 有机电致发光显示 有机发光二极管 Light Emitting Diode，OLED）。 20世纪初，人们就已经发现了有机电致发光现象。 20世纪初，人们就已经发现了有机电致发光现象。 世纪初 1. 1963年 New York Univ.的Pope等第一次发现有机材料单晶蒽的电致发 年 的 等第一次发现有机材料单晶蒽的电致发 光现象。 光现象。 Anthracene
一、有机电致发光显示发展简介
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； 发光效率： 10lm/W； 发光效率 lm/W 稳定性：亮度为100cd/m2时，工作寿命大于10000小时； 工作寿命大于10000小时； 10000小时 稳定性：亮度为100cd/m 100 发光寿命：绿光器件达8万小时，黄光器件达3万小时， 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； 蓝光器件达8千小时； 目前最大尺寸：已经超过40英寸。 目前最大尺寸：已经超过40英寸。 40英寸
（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: 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
一、有机电致发光显示发展简介
OLED的分类： OLED的分类： 的分类
基于有机小分子的有机电致发光器件(OLED) 基于有机小分子的有机电致发光器件 基于有机聚合物的有机电致发光器件(PLED) 基于有机聚合物的有机电致发光器件
一、有机电致发光显示发展简介
OLED发展趋势： OLED发展趋势： 发展趋势
三层EL器件结构图
二、有机/聚合物电致发光器件的结构 有机 聚合物电致发光器件的结构
（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。
多层EL器件结构图
三、 OLED的工作原理 的工作原理
一、有机电致发光显示发展简介
OLED应用领域 OLED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
一、有机电致发光显示发展简介
尺寸： 尺寸：14.7英吋 英吋 色彩： 万色 色彩：26万色 点阵：象素 点阵：象素1280×720 × 亮度： 亮度：300cd/m2 对比度：500:1 对比度： 通 过 白 光 OLED 加 滤 色 膜的方式实现全彩色
二、有机/聚合物电致发光器件的结构 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。
3
h
h
阳极
机层 机层
阴极
三、 OLED的工作原理 的工作原理
（1）载流子注入
•
隧穿注入
jFN = BE 2 exp(−b / E ) 器件电流可表示为：
4 2m* 3 b= x2 3he E—电场强度；B—指前因子；
•
热发射注入 器件电流可表示为： j RS
= AT 2 exp[−( x − β E 1 2 ) KT ]
3. 1987年Kodak 公司的邓青云等采用了夹层式的多层器 年 件结构，开创了有机电致发光的新的时代。 件结构，开创了有机电致发光的新的时代。
Appl. Phys. Lett. 51 (12), 21 September 1987
邓青云博士
75nm 60nm
驱动电压小于10V 驱动电压小于 最大外量子效率1％ 最大外量子效率 ％ 最大亮度大于1000cd/m2 最大亮度大于
三、 OLED的工作原理 的工作原理
OLED器件发光过程 器件发光过程 器件 1) 载流子注入 3) 激子的形成 2) 载流子传输 4) 辐射发光
e
复
属阴极 DC 电
2 e ΦA e 4 hν ν e 3
e
ΦC 1 e Φbi qν = qV-Φbi ν Φ
e
h
光发
机层 机层
h
阳极 衬
h 1
h
h 2
有机电致 发光显示
提
纲
一、有机电致发光显示发展历程 有机/ 二、有机/聚合物电致发光器件的结构 三、OLED的工作原理 OLED的工作原理 OLED制作材料 四、OLED制作材料 OLED的工作特性 五、OLED的工作特性 OLED的制作工艺 六、OLED的制作工艺 OLED的驱动技术 七、OLED的驱动技术 新型OLED OLED显示技术 八、新型OLED显示技术
四、 OLED制作材料
（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
（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。
三星研制出40英寸OLED： 三星研制出40英寸OLED： 40英寸OLED 分辨率:1280×800，对比度：5000:1，亮度：600cd/m2
一、有机电致发光显示发展简介
OLED的特点: OLED的特点: 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。
式中
β = (e3 / 4πεε 0 )1 2
（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。
三、 OLED的工作原理 的工作原理
单层EL器件结构图
二、有机/聚合物电致发光器件的结构 有机 聚合物电致发光器件的结构
（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， 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， 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， 作用，使注入的电子和空穴在发光 层处发生复合。 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 有机 聚合物电致发光器件的结构
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。
DL-B型双层EL器件结构图
二、有机/聚合物电致发光器件的结构 有机 聚合物电致发光器件的结构
2. 1982年 Vincett的研究小组制备出厚度 年 的研究小组制备出厚度0.6 µm蒽的薄膜，并观测到电致发 蒽的薄膜， 的研究小组制备出厚度 光。
驱动电压30V， 但是器件的量子效率很低，小于 ％ ， 但是器件的量子效率很低，小于1％ 驱动电压 总体特点 （1）单层器件 （2）驱动电压高； （3）器件效率低 ）单层器件; ）驱动电压高； ）
创新点： ；（2） 创新点： （1）多功能有机层的结构；（ ）超薄的有机层厚度 ）多功能有机层的结构；（
4. 英国剑桥大学Cavendish实验室的Friend RH等人首次采 英国剑桥大学Cavendish实验室的Friend RH等人首次采 Cavendish实验室的
用共轭聚合物聚对苯撑乙烯（PPV， 用共轭聚合物聚对苯撑乙烯（PPV，polyphenylene vinylene)制作了高分子发光二极管，简化了制备工艺， vinylene)制作了高分子发光二极管，简化了制备工艺， 制作了高分子发光二极管 开辟了发光器件的又一个新领域聚合物薄膜电致发 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，Princeton Univ. Forrest S R的小组发现磷光的有机电致发光材料， 的小组发现磷光的有机电致发光材料， 年 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％。 ％ 使得有机电致发光器件的内量子效率可能到达
（3）激子复合和辐射发光 荧光
荧光：单线态
光材料 光材料
光： ； 光： 线态
单线态－ 单线态－单线态 “重原子效应” 重原子效应” 三线态－单线态 三线态－
四、 OLED制作材料
有机小分子材料包括： 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。
（3）三层器件结构
由空穴传输层（HTL）、电子 传输层（ETL）来自百度文库将电能转化成光 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。
四、 OLED制作材料
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
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。
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 有机发光二极管（Organic 有机电致发光显示 有机发光二极管 Light Emitting Diode，OLED）。 20世纪初，人们就已经发现了有机电致发光现象。 20世纪初，人们就已经发现了有机电致发光现象。 世纪初 1. 1963年 New York Univ.的Pope等第一次发现有机材料单晶蒽的电致发 年 的 等第一次发现有机材料单晶蒽的电致发 光现象。 光现象。 Anthracene
一、有机电致发光显示发展简介
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； 发光效率： 10lm/W； 发光效率 lm/W 稳定性：亮度为100cd/m2时，工作寿命大于10000小时； 工作寿命大于10000小时； 10000小时 稳定性：亮度为100cd/m 100 发光寿命：绿光器件达8万小时，黄光器件达3万小时， 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； 蓝光器件达8千小时； 目前最大尺寸：已经超过40英寸。 目前最大尺寸：已经超过40英寸。 40英寸
（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: 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
一、有机电致发光显示发展简介
OLED的分类： OLED的分类： 的分类
基于有机小分子的有机电致发光器件(OLED) 基于有机小分子的有机电致发光器件 基于有机聚合物的有机电致发光器件(PLED) 基于有机聚合物的有机电致发光器件
一、有机电致发光显示发展简介
OLED发展趋势： OLED发展趋势： 发展趋势
三层EL器件结构图
二、有机/聚合物电致发光器件的结构 有机 聚合物电致发光器件的结构
（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。
多层EL器件结构图
三、 OLED的工作原理 的工作原理
一、有机电致发光显示发展简介
OLED应用领域 OLED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
一、有机电致发光显示发展简介
尺寸： 尺寸：14.7英吋 英吋 色彩： 万色 色彩：26万色 点阵：象素 点阵：象素1280×720 × 亮度： 亮度：300cd/m2 对比度：500:1 对比度： 通 过 白 光 OLED 加 滤 色 膜的方式实现全彩色
二、有机/聚合物电致发光器件的结构 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。
3
h
h
阳极
机层 机层
阴极
三、 OLED的工作原理 的工作原理
（1）载流子注入
•
隧穿注入
jFN = BE 2 exp(−b / E ) 器件电流可表示为：
4 2m* 3 b= x2 3he E—电场强度；B—指前因子；
•
热发射注入 器件电流可表示为： j RS
= AT 2 exp[−( x − β E 1 2 ) KT ]
3. 1987年Kodak 公司的邓青云等采用了夹层式的多层器 年 件结构，开创了有机电致发光的新的时代。 件结构，开创了有机电致发光的新的时代。
Appl. Phys. Lett. 51 (12), 21 September 1987
邓青云博士
75nm 60nm
驱动电压小于10V 驱动电压小于 最大外量子效率1％ 最大外量子效率 ％ 最大亮度大于1000cd/m2 最大亮度大于
三、 OLED的工作原理 的工作原理
OLED器件发光过程 器件发光过程 器件 1) 载流子注入 3) 激子的形成 2) 载流子传输 4) 辐射发光
e
复
属阴极 DC 电
2 e ΦA e 4 hν ν e 3
e
ΦC 1 e Φbi qν = qV-Φbi ν Φ
e
h
光发
机层 机层
h
阳极 衬
h 1
h
h 2
有机电致 发光显示
提
纲
一、有机电致发光显示发展历程 有机/ 二、有机/聚合物电致发光器件的结构 三、OLED的工作原理 OLED的工作原理 OLED制作材料 四、OLED制作材料 OLED的工作特性 五、OLED的工作特性 OLED的制作工艺 六、OLED的制作工艺 OLED的驱动技术 七、OLED的驱动技术 新型OLED OLED显示技术 八、新型OLED显示技术
四、 OLED制作材料
（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
（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。
三星研制出40英寸OLED： 三星研制出40英寸OLED： 40英寸OLED 分辨率:1280×800，对比度：5000:1，亮度：600cd/m2
一、有机电致发光显示发展简介
OLED的特点: OLED的特点: 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。
式中
β = (e3 / 4πεε 0 )1 2
（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。
三、 OLED的工作原理 的工作原理
单层EL器件结构图
二、有机/聚合物电致发光器件的结构 有机 聚合物电致发光器件的结构
（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， 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， 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， 作用，使注入的电子和空穴在发光 层处发生复合。 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 有机 聚合物电致发光器件的结构
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。
DL-B型双层EL器件结构图
二、有机/聚合物电致发光器件的结构 有机 聚合物电致发光器件的结构