电流方向
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四、OLED材料
根据材料不同OLED可以分为两大类： (1) 高分子聚合物，分子量10000---100000，通常是导
电共轭聚合物或半导体共轭聚合物，可用旋涂方法成膜， 制作简单，成本低，但其纯度不易提高，在耐久性，亮 度和颜色方面比小分子有机化合物差。
(2) 小分子有机化合物，分子量为500-2000，能用真空 蒸镀方法成膜，按分子结构又分为两类:
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有机电致发光发展历史——聚合物OLED
• 1990年，剑桥Burroughes，聚合物OLED
▫ 以亚苯基乙烯撑（PPV），用旋涂方法制备聚合物电致发 光器件。
▫ 制作出高效的绿光聚合物发光器件（Polymer Light Emitting Device，PLED），开辟了高分子
• 有机电致发光的新纪元。
一般采用夹层式结构。阳极采用高功 函数材料，阴极采用低功函数材料。
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（1）单层器件
• 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；
• 1963年，Pope在真空条件下，在纯单晶蒽和 掺 杂 并 四 苯 的 蒽 晶 体 上 ， 施 加 了 400V 的 直 流电压，观察到蓝色电荧光。
• 主要问题：有机晶体厚、载流子传输困难、 有机材料存在针孔； OEL器件驱动电压高、 发光效率低、易击穿。
萤火虫 发光水母
深海鮟鱇
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有机电致发光发展历史——小分子OLED
OLED与QLED
有 机 电 致 发 光 显 示 ： Organic electroluminescence，OEL 有机发光二极管：Organic Light Emitting Diode, OLED 量子点：Quantum Dot，QD 量子点发光二极管： Quantum Dot Light Emitting Diode， QLED
OLED属于载流子双注入型发光器件 发光机理：在外界电压驱动下，由电极 注入的电子和空穴在有机材料中复合放 出能量，并将能量传递给有机发光物质 的分子，后者受到激发，从基态跃迁到 激发态，当受激分子从激发态回到基态 时辐射跃迁产生了发光现象。
OLED器件的结构设计应考虑：载流子 的传输层和发光层之间的能带匹配、厚 度匹配、载流子注入平衡、折射率匹配 等因素。
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（一）概述
OLED显示器
SONY 2008年展出了 一台仅有3mm厚的 OLED HDTV。尺寸为 11英寸
2
索尼公司发布了新的21英寸OLED电视原型（XEL - 2），分辨 率达到1366x760，对比度高达1000000:1，整个电视机厚度 只有1.4毫米。
3
台湾奇晶光电于 2008 年 开 发 出 了 一 款厚度为0.9mm的25 英 寸 的 OLED 液 晶 面 板
三层EL器件结构图
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（4）多层器件
• 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。
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三、有机电致发光过程
• 1．在外加电场的作用下载流子的 注入：电子和空穴分别从阴极和阳 极向夹在电极之间的有机功能薄膜 注入。 • 2．载流子的迁移：注入的电子和 空穴分别从电子输送层和空穴输送 层向发光层迁移。 • 3．载流子的复合：电子和空穴复 合产生激子。 • 4．激子的迁移：激子在电场的作 用下迁移，能量传递给发光分子， 并激发电子从基态跃迁到激发态。 • 5．电致发光：激发态能量通过辐 射跃迁，产生光子，释放出能量。
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Panasonic于2009年推出OLED照明面板 18
Lumiotec于2月15日开始在其网站上受理OLED照明面板样品供货 事宜。该公司称其2010年7月将以年4万片的规模开始生产，2013 年将开始商业规模的量产供货。样品供货的是一片尺寸 145mm×145mm的OLED照明面板和由控制器和AC适配器组成的 “设计样品套件”。价格为8万日元（不含税）。
总体来说小分子材料器件的工艺较为成熟，有望近期 进入产业化生产阶段，但小分子材料的开发仍然在继续， 随着材料和工艺两方面的进步，小分子材料的器件性能 会进一步提高。
聚合物作为很有前途的研究方向，不久以后也会进 入产业化阶段，给OLED产业带来强有力的推进
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• 1) 有机小分子发光材料 （1） 红光材料 主要有：罗丹明类染料，DCM，DCT，DCJT，DCJTB， DCJTI和TPBD等 （2） 绿光材料 主要有：香豆素染料Coumarin6(Kodak公司第一个采用)， 奎丫啶酮（quinacridone, QA）（先锋公司专利），六苯并 苯(Coronene)，苯胺类(naphthalimide). （3） 蓝光材料 主要有：N-芳香基苯并咪唑类；1，2，4-三唑衍生物（TAZ） （也是ETM材料）；1，3-4-噁二唑的衍生物OXD-（PNMe2）（高亮度；1000cd/m2）;双芪类 (Distyrylarylene);BPVBi(亮度可达6000cd/m2)。
• 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。
Dቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ-A型双层EL器件结构图
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• 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。
• 1998年，Forrest等基于自旋-轨道耦合相互作用，实 现了基于磷光发光的OLED器件。如能综合利用荧光 和磷光，OLED内量子效率在理论上可以达到100%。
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有机电致发光的优势
• 主动发光无视角、响应速度问题 。(相对LCD) • 全固态，使用方便。(CRT有真空腔，LCD有液态成分) • 可在其它柔性材料基底制作，超轻超薄有望实现超便携
▫ 相对SMOLED需要采用高成本的真空掩模蒸发技术，高分 子材料可以采用旋转涂覆、喷墨打印等方法制备，有望大 大降低OLED的制作成本。
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有机电致发光发展历史——磷光OLED
• 以上所述的OLED器件，无论是SMOLED还是PLED， 都属于荧光发光器件。
• 根据量子统计理论，荧光发射所需的单重态激子只 占激子总数的1/4，所以荧光OLED器件的内量子效率 不可能超过25%。
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，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，这层空穴传输材料还起着 阻挡电子的作用，使注入的电子和空穴在 发光层处发生复合。
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三星 40寸
台湾友达 14寸 1920×1080的全高清分辨率
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索尼在CES 2010上展示了新 的3D AMOLED电视原型。该
电视显示器为24.5英寸
三星展示0.05mm超 薄OLED显示屏 （2008年） 分辨率为480 × 272， 对比度为100,000:1， 亮度为200cd/m2。
的显示器。(相对LED) • 无机发光二极管不同发光层材料必须配合不同的外延技
术，而有机分子加工性好，并可在任何基板上成膜； • 很多有机的色料都具有很高效率的发光性质； • 分子结构具有多样性和可塑性，通过设计其化学结构，
可以改变有机材料的光电性质、热特性、机械性质等； • 面光源
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二、有机电致发光器件的基本结构
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英国Sumation TOPLESS展 示白光OLED台灯。台灯由 五个OLED小组组成，每个 厚度仅为0.7毫米
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飞利浦推出透明显示器
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主要内容
• 一、有机电致发光发展历史 • 二、有机电致发光器件的基本结构 • 三、OLED的发光机理 • 四、OLED材料 • 五、OLED制备工艺 • 六、OLED驱动 • 七、OLED寿命
• 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。
• 用途： 一般不用于发光器件，主要用于测
量有机材料的电学和光学性质 单层器件结构在聚合物电致发光器
件（PLED）中常见
单层EL器件结构图
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（2）双层器件
• （2）双层器件结构 • 柯达公司首先提出了双层有机膜结构，
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一、有机电致发光发展历史
• 自然界中的有机物发光: 萤火虫、发光水母， 生物体内化学反应发光。
• 1950s，法国Andre对沉积在纤维素上的吖啶 材料上施加交流大电压，观察到电致发光现 象。
• 1960年，纽约大学的Matin Pope等研究出可 以和有机晶体实现欧姆接触的黑色注入电极。 他们进一步描述了注入电子和空穴的电极的 能级要求，即功函数范围，奠定了OLED器 件的电荷注入的理论基础。
• 1987，柯达C. W. Tang(邓青云)，第一个真正意义上 的OLED
▫ 真空热蒸发沉积的双层小分子有机非晶薄膜 芳香联胺，空穴传输层(HTL)，类似LED p区 8-羟基喹啉铝(Alq3)，具有相对较高的绿光荧光发光效率， 电子传输层(ETL)兼发光层(EML) ，类似LED n区兼i区 有机薄膜厚度降至几十nm，OLED驱动电压大大降低 (10V) 绿光OEL器件效率提高近2个数量级 了全球OLED的大规模研发浪潮 逐步形成现有的小分子SM-OLED体系，成为现有OLED 产业的主流技术。