有机电致发光器件OLED 的结构和发光机理.docx

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有机电致发光器件OLED的结构和发光机理

摘要

OLED具有全固态、主动发光、高对比度、超薄、低功耗、无视角限制、响应速度快、低电压直流驱动、工作温度范围宽、易于实现柔性显示和3D显示等诸多优点，将成为未来20年最具“钱景”的新型显示技术。

同时，由于OLED具有可大面积成膜、功耗低以及其它优良特性，因此还是一种理想的平面光源，在未来的节能环保型照明领域也具有广泛的应用前景。

本文将系统介绍OLED的发展背景、发展史、制备及应用，介绍了有机电致发光器件（OLED）的结构和发光机理。

典型的传统OLED是生长在透明的阳极例如ITO玻璃上的，发射出来的光是由最底层衬底透出，这使得它与其他电子元件如硅基显示驱动器的集成变得非常复杂。

因此，理想的做法是研发一种OLED，其光的发射由器件顶部的透明电极透出。

重点介绍一种具有阴极作为底层接触层，阳极ITO薄膜作为顶部电极的表面发射型或者说有机“反转”的LED（OILED）。

介绍了该器件的制备工艺，对该OILED的I一V特性及EL谱进行了测试，发现与传统的OLED相类似，而工作电压有所升高，效率一定程度上降低。

为了进一步改善器件性能，我们对器件增加了保护层（PL），研究了PL对OILED器件性能的影响。

最后概述了器件的技术进展和应用前景,并展望了未来OLED发展的方向。

关键词：

有机电致发光器件，有机反转电致发光器件，发光机理，保护层（PL）,阳极ITO薄膜

Abstract

OLEDhasasolidstate,self-luminous,highcontrast,ultra-thin,lowpowerconsumption,viewingangle,fastresponse,low-voltageDCdrive,theoperatingtemperaturerange,easytoimplementmanyoftheadvantagesofflexibledisplaysand3Ddisplayswillbecomethefuture20yearsofthemost"moneyscene"ofthenewdisplaytechnology.Also,becauseOLEDhasalarge-areafilm,lowpowerconsumption,andotherfinefeatures,soanidealplanelightsource,alsohasbroadapplicationprospectsinthefutureofenergysavinglightinginthearea.Inthispaper,thesystematicintroductionofOLEDdevelopmentbackground,historyofthedevelopment,preparationandapplication,thestructureoftheorganicelectroluminescentdevices（OLED）andtheluminescencemechanism.

TypicaltraditionalOLEDisgrowthintransparentanodeITOglass,forexample,thelightisemittedbybottomgivesfullysubstrate,thismakesitandotherelectroniccomponentssuchasthattheintegrationofthesilicabaseddrivebecomeverycomplex.Therefore,theidealwayisdevelopingaOLED,itslightemissionfromthetopofthedevicegivesfullytransparentelectrodes.Focusesonacathodeasthebottomcontactlayer,theanodeofITOfilmsasthetopelectrodesurfaceemissionororganicLEDofthe"reverse"（OILED）.Ofthedevicepreparationprocess,theOILEDI-VcharacteristicsandELspectraofthetest,foundthatsimilartotheconventionalOLED,theworkingvoltagewasincreasedefficiencytoacertainextentonthelower.Tofurtherimprovethedeviceperformanceofthedevicetoincreasetheprotectivelayer（PL）,PLOILEDdeviceperformance.Finallyanoverviewofthetechnicalprogressandprospectsofthedevice,andlookedtothefutureOLED,thedirectionofdevelopment.

Keywords:

OrganicElectroluminescentDevices,Organicreverseelectroluminescentdevices,Luminescencemechanism,Protectivelayer（PL）,theanodeofITOfilms.

1.绪论

1.1课题背景

信息显示是信息产业的核心技术之一,而信息显示技术及显示器件多种多样,到目前为止，有四种发光物理机制完全不同的固态场致发光形式。

它们分别是基于P-N异质结的无机发光二级管（LED）;通过碰撞发光材料而激发的无机电致发光（IEL）;由相反电极注入载流子随后在发光层复合辐射跃迁的有机电致发光（OLED）;电子在固体中加速的固态阴极射线发光（SSCL）。

在过去的数年里，这些场致显示技术己经取得了长足的进步。

但是，LED还不能实现精细化显示;OLED和IEL的发光效率和寿命等方面还没有达到实际应用的要求;固态阴极射线发光才刚刚诞生数十年，各方面的问题还没有得到彻底的解决。

其中,有机电致发光显示器件由于响应速度快,适合于全彩色的动态图象显示,同时驱动电压低,能与数字图象VLSI技术兼容,也便于实现动态图象的显示驱动,并且聚合物材料可以通过低成本的工艺做成柔性的大面积平板显示,所以它是实现未来超薄型可卷壁挂式彩色电视的关键技术,现被公认为是继液晶显示LCD、等离子显示PBD后的新一代图形图象显示器件。

有机电致发光的研究起步于60年代,Pope首次在蒽单晶上实现了电致发光,但由于当时需要在大于100V的驱动电压下才能观察到明显的发光现象,且量子效率也很低,还由于受各种条件的制约,未能很好地解决成膜质量差和电荷注入效率低等问题,所以有机电发光的发展一直处于停滞不前的状态。

直到1987年,Tang和VanSlyke采用8-羟基喹啉铝络合物（）作为发光层,分别用ITO电极和Mg:

Ag电极作为阳极和阴极,制成了高亮度（>1000cd/m2）,高效率（1.5lm/W）的绿光有机电致发光薄膜器件,其驱动电压降到了10V以下,从而取得了有机电致薄膜发光器件研究史上划时代的进展。

由于他们的工作,又引起了人们对有机电致发光研究的再度关注。

1990年,Burroughes等人用聚对苯乙烯（PPV）制备的聚合物薄膜电致发光器件得到了量子效率为0.05%的蓝绿光输出,其驱动电压小于14V。

由于聚合物材料的制作工艺、稳定性以及化学修饰性都比有机小分子更为优越,所以聚合物PPV以及PPV衍生物材料的研究进一步地推动了有机电致发光薄膜的研究,使之成为新的研究热点。

其中,Braun等用PPV的衍生物制成了量子效率为1%的绿色和橙色光输出,其驱动电压约为3V.这些工作都极大推进了有机薄膜电致发光器件的发展,从而使得有机电致发光的研究在世界范围内广泛地开展起来。

1.2OLED技术的发展概况

按照所采用有机发光材料的不同,OLED可区分为两种不同的技术类型:

一是基于小分子有机发光材料的SM2OLED（smallmaterialOLED）,另一是基于共轭高分子发光材料的PLED（polymerOLED）。

按照驱动方式不同,OLED可分为有源驱动OLED（active2matrixOLED）和无源驱动OLED（passive2matrixOLED）。

小分子OLED技术发展得较早（1987年）,因而技术也较为成熟。

PLED的发展始于1990年,由于聚合物薄膜可以采用旋涂、喷墨印刷等方法制备,因此有可能大大地降低器件生产成本,但目前该技术远未成熟。

目前小分子OLED器件的发光效率已经超过15lm/W,器件寿命（半衰期）已经超过50000h。

而高分子器件的发光效率则已超过10lm/W,寿命也已超过10000h。

就器件的寿命而言,有机发光显示器件已经可以满足实际应用的要求。

目前OLED的发展主要表现在以下几个方面:

（1）发光材料　

发光材料主要有小分子发光材料和高分子发光材料,小分子发光材料可以分为荧光材料、磷光材料。

在小分子发光材料方面,缘色荧光材料发展最快,其次是红色磷光材料。

最近佳能在SID2004上宣布,已经成功开发出驱动电压为2.7V的绿色荧光材料,初始亮度为100cd/㎡时,寿命可达25000h,初始亮度100cd/㎡,发光效率达26lm/W。

Pioneer的红色磷光材料,初始亮度在700cd/㎡时,寿命预计超过30000h。

在高分子发光材料方面,黄色发光聚合物,发光效率可达到35cd/Å,蓝色发光聚合物,发光效率可达到20cd/Å。

绿色磷光材料的Host材料,使发光效率达到了24cd/Å。

OLED发光材料未来开发方向是,高效率化（提高发光效率）、改善荧光材料、引入磷光材料。

磷光材料（三线态材料）充分利用了激发三线态的能量,可以明显提高器件的外量子效率,是一类比较看好的发光材料。

（2）彩色化实现

彩色技术的突破是OLED展的关键。

OLED的彩色化方案主要有“RGB三色发光法”、以蓝光材为基础的“色变换法”和以白光发光层搭配彩色滤光片的“白光法”等。

目前主要采用三色发光法和白光加滤光片法。

（3）柔软显示

OLED柔软显示器（又称为可卷曲显示器）是显示技术领域的最热趋势之一,OLED以其独有的特性为这个目标的实现带来了极大希望。

要实现柔软显示需要解决的主要问题是电极层以及有机层的附着性能、基板的气密性和封装技术。

近来,OLED柔软显示器引起全球的高度关注。

随着OLED技术的进步,全球许多研发机构和企业加大了对OLED柔软显示器的研发,但目前世界上只有美国的UDC、日本的东北先锋等为数不多的研发机构或公司推出了柔软OLED样品,维信诺公司于2003年11月23日推出国内首款单色点阵柔软OLED显示屏。

（4）大尺寸面板制作

大尺寸技术被认为是OLE