有机电致发光显示器件
华嘉光电技术有限公司 姚华文
名称
• 日 本 称 之 为 OELD （organic electroluminesence Display）
• 美 国 称 之 为 OLED （organic light emitting diode）
性能优异的OLED
可携带性 大视角
平板结构
主要内容
! 第二，与LCD类似，目前OLED显示屏的驱动方式 也分为无源（被动矩阵）与有源（主动矩阵）两种 驱动方式。无源OLED类似液晶显示中的TN/STN的 驱动方式。有源OLED类似于TFT－LCD的显示驱动 方式。
四种不同的器件结构
单层结构
阴极 EML ITO 玻璃衬底
双层结构 双层结构 三层结构 （SH－A） （SH－B） （DH）
II. 器件效率
• 效率极限：
ϕ EL = χϕ Fηrηe ≤ 0.25
χ——单线态激子的产生几率；由于自旋多重性，荧 光的比率为1/4。 ϕF——表示单线态激子的辐射跃迁几率；可达100％ ηr——发光层内电子与空穴的复合几率；可达100％ ηe——光子从器件中的逃逸几率；只有10％～20％
III. 平衡注入
复合彩色 信号
双扫描无源矩阵OLED的驱动电路
电源驱动ICs
移位寄存器
取样保持电路
列驱动器
信号控制器 NTSC解码器
AFC PLL
电压－电流变换器ICs
行
驱
动
显示板（320×3×240）
器
电压电流变换器ICs
取样－保持电路 移位寄存器
列驱动器
9. 有源矩阵驱动方式
• OLED高分辨率上有相当程度的困难，若无法及时解决， 将丧失在移动电话手机逐鹿的最佳机会。
Bottom TOLED ITO Electrode 4
R
GB
Substrate
III. 光致发光的颜色转换
B
B→G
B
G→R
B→G
B
Substrate
R
G
B
8. 无源矩阵驱动方式原理图
时钟 数据 行同步 列同步
控制器
列驱动
耦合电路
微处理器控制 单元
行
行
扫
驱
描
动
EL平面
有机薄膜电致发光矩阵显示器的整机原理方框图
• 在电场的作用下,将空穴和电子分别注入 到共轭高分子的最高占有轨道(HOMO)和 最低空轨道(LUMO),于是就会产生正、 负极子,极子在聚合物链段上转移,最后复 合形成单态激子,单态激子辐射衰减而发 光。
也有人认为
• ,电致发光机理属于注入式发光,在正向偏压的 作用下,ITO电极向电荷传输层注入空穴,在电场 的作用下向传输层界面移动,而由阴极注入的电 子也由电子传输层向界面移动,由于势垒的作用, 电子不易进入电荷传输层,而在界面附近的发光 层(Alq)一侧积累。由于激子产生的几率与电子 和空穴浓度的乘积成正比,在空穴进入Alq层后 与电子界面处结合而产生激子的几率很大,因而 几乎所有的激子都是在界面处与Alq层一侧很 狭窄的区域(约36nm)内产生。因而发光不仅仅 是在Alq层,而且主要在电子/空穴传输层的界面。
• 1．利用多层异质结构和有机材料主要传输单一 载流子的性质，使电子空穴在分立的输运层中， 异质阻挡层起聚集电子（或空穴）的作用，并将 复合和激子扩散限制在一定范围内。一般来说， 电子是少子，将不同的空穴输运层组合起来可实 现阶梯注入可进一步改善器件性能。
• 2．通过降低荧光产额换取电荷载流子的适当迁 移率，可得到平衡注入，并可降低工作电压。
• 1．发展历史 • 2．器件分类 • 3．基本结构 • 4. OLED材料及发光机理 • 5.OLED电流驱动方式 • 6.有机电致发光的理论及计算 • 7．获得彩色显示板的方法 • 8. 无源矩阵驱动方式 • 9. 有源矩阵驱动方式 • 10．OLED的制造工艺 • 11．存在问题及进展概况
1．发展历史
" 芘作为蓝光发射层的掺杂剂 " MQA作为绿光发射层的掺杂剂 " 红荧烯为黄光发射层的掺杂剂 " DCM为橙红色光发射层的掺杂剂。
4. OLED材料及发光机理
• 根据发光材料的不同，OLED可以分成三 类，即： – 小分子OLED – 聚合物OLED（也被称之为PLED） – 镧系有机金属OLED（也叫稀土OLED）。
• TFT驱动技术在彩色有机电致发光显示器件的改进应用， 将克服简单阵列驱动的局限，使得彩色有机电致发光显示 的分辨率和显示屏尺寸都将会有很大的提高，为彩色有机 电致发光显示器件向高清晰度、大尺寸化方向发展奠定了 基础。
发光效率 可高于15lm/W
可高于20lm/W
优势 劣势 适用领域
容易彩色化、工艺控制较容易且稳定、 设备成本较低、组件构造相对简
材料合成与纯化较为容易
单、耐热性较佳
设备成本较高、对于水分的耐受性不佳、材料合成、纯化以及彩色化较困 蒸镀效率低易造成材料浪费、热稳定性 难，研发和产业化步伐相对较慢 与机械性质较差、驱动电压较高
阴极
阴极
阴极
ETL
EML
ETL
EML
HTL
EML
HTL
ITO 玻璃衬底
ITO 玻璃衬底
ITO 玻璃衬底
三种类型的有机电致发光器件
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ITO EML&ETL HTL
Mg/Ag
EML&HT
ITO
Mg/Ag ETL
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动 电 压 （ < 1 0 V，>1000cd/m2） 有 机 EL 器 件 （ Alq 作 为 发 光 层）。 [6] 1990年，Burroughes及其合作者研究成功第一个高分子EL （PLED）(PPV作为发光层)
2．器件分类
• OLED有以下两种分类方法：
! 第一，按照组件所使用的载流子传输层和发光层有 机薄膜材料的不同，OLED可区分为小分子基OLED 和高分子基OLED（PLED）两种不同的技术类型
[1] 1936年，Destriau将有机荧光化合物分散在聚合物中制成薄 膜，得到最早的电致发光器件。
[2] 20 世纪50年代，A. Bernanose等人在蒽单晶片的两侧加上 400V的直流电压观测到发光现象，单晶厚10µm～20µm
[3] 1963年M. Pope等人也获得了蒽单晶的电致发光 [4] 70年代宾夕法尼亚大学的Heeger探索了合成金属 [5] 1987年Kodak公司的邓青云首次研制出具有实用价值的低驱
Ground state singlet Radiative absorption
Radiative emission (fluorescence)
Non-radiative emission
5. OLED的驱动方式
• OLED的驱动方式就电压极性而言,可分为直流驱动和交流驱动。
• 在正向直流驱动时（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。
Blue filter
white
Green filter
ITO Red filter
B
G
R
II. 采用红绿兰三种EL发光材料
Thick Mg/Ag Electrode 1(reflector)
Top OLED Sputtered ITO Electrode 2 Middle TOLED
Thin Mg/Ag Electrode 3(Partial reflector/absorber)
高单价、高附加值产品
低单价、量大的产品
OLED和PLED发光机理
S2
Internal conversion
S1
Intersystem crossing
T1
Absorption
Fluorescence Phosphorescence
2
S0 1
0
电致发光材料中能量传递： Jablonski energy level diagram
稀土OLED 组成和发光机理
Excited singlet
稀土OLED能级图
Excited triplet
Lanthanide or actinate excited states
Ligand fluorescence Ligand phosphorescence
Trapped states
Lathanide fluorescence
" 白色发光层加滤色片。这是获得全色显示最 简单的方法，它是在研发LCD和CCD时形成的 一种成熟的滤色片技术。
" 采用红绿兰三种EL发光材料，因此发光层为 三层结构。
" 采用兰色EL发光材料，及光致发光的颜色转 换材料获得全色显示。除兰色外，再由兰色光 通过激发光致发光材料分别获得绿色和红色光。
I. 白色发光层加滤色片
有机小分子的发光机理
• 从阴极注入电子,从阳极注入空穴,被注入 的电子和空穴在有机层内传输。HTL的作 用是传输空穴和阻挡电子,使得没有与空 穴复合的电子不能进入正电极,被注入的 电子和空穴在有机层内传输,并在发光层 内复合,从而激发发光层分子产生单态激 子,单态激子辐射衰减而发光。