OLED顯示器件的原理和技術(shù)

有機(jī)電致發(fā)光顯示(organic?electroluminesence?Display)的發(fā)光機(jī)理與發(fā)光二極管(LED)相似,所以稱之為OLED(organic?light?emitting?diode)。有機(jī)發(fā)光二級(jí)管(OLED)在全彩色平板顯示和固態(tài)白光照明等領(lǐng)域展示出誘人的前景

有機(jī)電致發(fā)光顯示(organicelectroluminesence?Display)的發(fā)光機(jī)理與發(fā)光二極管(LED)相似,所以稱之為OLED(organic?light?emitting?diode)。有機(jī)發(fā)光二級(jí)管(OLED)在全彩色平板顯示和固態(tài)白光照明等領(lǐng)域展示出誘人的前景,引起了人們極大關(guān)注。2014年版《鼓勵(lì)進(jìn)口技術(shù)和產(chǎn)品目錄》中,政府鼓勵(lì)引進(jìn)TFT-LCD、OLED、配套材料制造技術(shù)和專用設(shè)備的設(shè)計(jì)制造技術(shù)。

1936年,Destriau將有機(jī)熒光化合物分散在聚合物中制成薄膜,得到最早的電致發(fā)光器件。20?世紀(jì)50年代人們就開始用有機(jī)材料制作電致發(fā)光器件的探索,A.Bernanose等人在單芯片的兩側(cè)加上400V的直流電壓觀測(cè)到發(fā)光現(xiàn)象,單晶厚10mm~20mm,所以驅(qū)動(dòng)電壓較高。科技界真正完成OLED的基礎(chǔ)研究在1960年。但商品實(shí)用化的研究,一直到1987年Kodak公司的鄧青云首次研制出具有實(shí)用價(jià)值的低驅(qū)動(dòng)電壓(<10V,>1000cd/m2)OLED器件(Alq作為發(fā)光層),1990年Burroughes及其合作者研究成功第一個(gè)高分子EL(PLED)(PPV作為發(fā)光層)時(shí),這些OLED技術(shù)上的突破才為有機(jī)電致發(fā)光顯示器件實(shí)用化進(jìn)一步奠定了基礎(chǔ)。

1997年單色有機(jī)電致發(fā)光顯示器件首先在日本商品化,1999年月,日本先鋒公司率先推出了為汽車音視通信設(shè)備而設(shè)計(jì)的多彩有機(jī)電致發(fā)光顯示器面板,并開始量產(chǎn),同年9月,使用了先鋒公司多色有機(jī)電致發(fā)光顯示器件的摩托羅拉手機(jī)大批量上市,OLED進(jìn)入消費(fèi)電子領(lǐng)域。2010年三星發(fā)布首個(gè)AMOLED智能手機(jī)GalaxyS,AMOLED開始逐漸引起大家的極大關(guān)注,有力地推動(dòng)了OLED在中小尺寸顯示器市場(chǎng)的應(yīng)用。隨著近年三星、LG在手機(jī)面板、電視面板、柔性顯示上的OLED技術(shù)突破,智能手機(jī)、智能電視、智能穿戴市場(chǎng)的大門向OLED敞開,整個(gè)OLED后市的發(fā)展前景將十分廣闊。

OLED分類

按照OLED所使用的載流子傳輸層和發(fā)光層有機(jī)薄膜材料的不同,OLED可區(qū)分為兩種不同的技術(shù)類型。

一是以有機(jī)染料和顏料等為發(fā)光材料的小分子OLED,典型的小分子發(fā)光材料為Alq(8-羥基喹啉鋁);另一種是以共軛高分子為發(fā)光材料的高分子OLED,簡(jiǎn)稱為PLED,典型的高分子發(fā)光材料為PPV(聚苯撐乙烯及其衍生物)。

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OLED基本結(jié)構(gòu)和發(fā)光機(jī)理

OLED是基于有機(jī)材料的一種電流型半導(dǎo)體發(fā)光器件。其典型結(jié)構(gòu)是在ITO玻璃上制作一層幾十納米厚的有機(jī)發(fā)光材料作發(fā)光層,發(fā)光層上方有一層低功函數(shù)的金屬電極。當(dāng)電極上加有電壓時(shí),發(fā)光層就產(chǎn)生光輻射。

有機(jī)材料的電致發(fā)光屬于注入式的復(fù)合發(fā)光,其發(fā)光機(jī)理是由正極和負(fù)極產(chǎn)生的空穴和電子在發(fā)光材料中復(fù)合成激子,激子的能量轉(zhuǎn)移到發(fā)光分子,使發(fā)光分子中的電子被激發(fā)到激發(fā)態(tài),而激發(fā)態(tài)是一個(gè)不穩(wěn)定的狀態(tài),去激過(guò)程產(chǎn)生可見光。

為增強(qiáng)電子和空穴的注入和傳輸能力,通常會(huì)在ITO和發(fā)光層間增加一層有機(jī)空穴傳輸材料或/和在發(fā)光層與金屬電極之間增加一層電子傳輸層,以提高發(fā)光效率。

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激子的能量可以通過(guò)以下的幾種方式釋放:

1通過(guò)振動(dòng)馳豫、熱效應(yīng)等耗散途徑使體系能量衰減;

2通過(guò)非輻射的躍遷,耗散能量,比如內(nèi)部轉(zhuǎn)換、系間竄躍等形式,如S1→T1;

3通過(guò)輻射躍遷的熒光發(fā)光(S1→S0,S2→S0)和磷光發(fā)光(T1→S0)。

小分子OLED的原理是:從陰極注入電子,從陽(yáng)極注入空穴,被注入的電子和空穴在有機(jī)層內(nèi)傳輸。第一層的作用是傳輸空穴和阻擋電子,使得沒有與空穴復(fù)合的電子不能進(jìn)入正電極,第二層是電致發(fā)光層,被注入的電子和空穴在有機(jī)層內(nèi)傳輸,并在發(fā)光層內(nèi)復(fù)合,從而激發(fā)發(fā)光層分子產(chǎn)生單重態(tài)激子,單重態(tài)激子輻射躍遷而發(fā)光。

其發(fā)光過(guò)程可以解釋為:在電場(chǎng)的作用下,將空穴和電子分別注入到共軛高分子的最高占有軌道(HOMO)和最低空軌道(LUMO),于是就會(huì)產(chǎn)生正、負(fù)極子,極子在聚合物鏈段上轉(zhuǎn)移,最后復(fù)合形成單重態(tài)激子,單重態(tài)激子輻射躍遷而發(fā)光。

小型單色OLED基本上都是三層結(jié)構(gòu)。全色OLED顯示器為多層結(jié)構(gòu),一般超過(guò)三層。

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