平板顯示器件

1、 電致發(fā)光及場致發(fā)光顯示器件 （OLED） 140604班 胡曉玲 3214001700 目 錄 顯示技術的發(fā)展歷程 OLED的基本結構 OLED器件的分類 OLED的主要優(yōu)點與應 用 場致發(fā)光分類 高場交流電致發(fā)光顯示 顯示技術的發(fā)展歷程 1920年德國學者古登和波爾發(fā)現(xiàn)，某些物質加上電壓后會 發(fā)光，人們把這種現(xiàn)像稱為電致發(fā)光或場至發(fā)光（EL）。 1936年，德斯垂將ZnS熒光粉浸入蓖麻油中，并加上電場， 熒光粉便能發(fā)出明亮的光。 1947年美國學者麥克馬斯發(fā)明了導電玻璃，多人利用這種 玻璃做電極制成了平面光源，但由于當時發(fā)光效率很低， 還不適合作照明光源，只能勉強作顯示器件。 70年代后，

2、由于薄膜技術帶來的革命，薄膜晶體管（TFT） 技術的發(fā)展場致發(fā)光（EL）在壽命、效率、亮度、存儲上 的技術有了相當?shù)奶岣?。使得場致發(fā)光（EL）成為三在顯 示技術中最有前途的發(fā)展方向之一。 場致發(fā)光分類 場致發(fā)光（場致發(fā)光（ELEL）按激光發(fā)過程的不同分為二大類：按激光發(fā)過程的不同分為二大類： （1 1）注入式電致發(fā)光：直接由裝在晶體上）注入式電致發(fā)光：直接由裝在晶體上 的電極注入電子和空穴，當電子與空穴在的電極注入電子和空穴，當電子與空穴在 晶體內再復合時，以光的形式釋放出多余晶體內再復合時，以光的形式釋放出多余 的能量。注入式電致發(fā)光的基本結構是結的能量。注入式電致發(fā)光的基本結構是結 型二極

3、管（型二極管（LEDLED）；）； （2 2）本征型電致發(fā)光：又分為高場電致發(fā)）本征型電致發(fā)光：又分為高場電致發(fā) 光與低能電致發(fā)光。其中高場電致發(fā)光是光與低能電致發(fā)光。其中高場電致發(fā)光是 熒光粉中的電子或由電極注入的電子在外熒光粉中的電子或由電極注入的電子在外 加強電場的作用下在晶體內部加速，碰接加強電場的作用下在晶體內部加速，碰接 發(fā)光中心并使其激發(fā)或離化，電子在回復發(fā)光中心并使其激發(fā)或離化，電子在回復 到基態(tài)時輻射發(fā)光。到基態(tài)時輻射發(fā)光。 場致發(fā)光分類 第（二）種器件程類繁多，大致分成： 交流粉末電致發(fā)光（交流粉末電致發(fā)光（ACELACEL）; ; 直流粉末電致發(fā)光（直流粉末電致發(fā)光（DC

4、ELDCEL）; ; 交流薄膜電致發(fā)光（交流薄膜電致發(fā)光（ACTFELACTFEL）; ; 直流薄膜電致發(fā)光（直流薄膜電致發(fā)光（DCTFELDCTFEL）。）。 低能電致發(fā)光是指某些高電導熒光粉在低低能電致發(fā)光是指某些高電導熒光粉在低 能電子注入時的激勵發(fā)光現(xiàn)象。能電子注入時的激勵發(fā)光現(xiàn)象。 高場交流電致發(fā)光顯示 ACEL結構圖 交流電致發(fā)光顯示是目前高場電致發(fā)光顯示的交流電致發(fā)光顯示是目前高場電致發(fā)光顯示的主主流 高場交流電致發(fā)光顯示 它是將電致發(fā)光粉它是將電致發(fā)光粉ZnS:CuCl或（或（ZnCd）S:CuBr 混合在環(huán)氧樹脂和氰乙基醣的混合物的有機介質混合在環(huán)氧樹脂和氰乙基醣的混合物的有

5、機介質 中，兩端夾有電極，其中一個為透明電極。另一中，兩端夾有電極，其中一個為透明電極。另一 個是真空蒸鍍鋁或銀電極，構成一個個是真空蒸鍍鋁或銀電極，構成一個EL。 實質上，實質上，ACEL是大量幾微米到幾十微米的發(fā)光是大量幾微米到幾十微米的發(fā)光 粉狀晶體懸浮在絕緣介質中的發(fā)光現(xiàn)象，也稱德粉狀晶體懸浮在絕緣介質中的發(fā)光現(xiàn)象，也稱德 斯垂效應。斯垂效應。ACEL所加的電壓通常為數(shù)百伏。所加的電壓通常為數(shù)百伏。 ACEL是晶體內的發(fā)光線發(fā)光，不是體發(fā)光。線是晶體內的發(fā)光線發(fā)光，不是體發(fā)光。線 發(fā)光強度可達發(fā)光強度可達3.4105cd/m2，總體發(fā)光亮度約，總體發(fā)光亮度約 40cd/m2功率轉換效率

6、為功率轉換效率為1/%，壽命約，壽命約1000小時。小時。 高場電致發(fā)光的機制存在許多有趣的物理問題， 最近仍在不斷的探討，它與EL材料中的電子在高 電場下作用下的加速產生熱電子，熱電子碰撞 ZnS格使之離化產生電子空穴對，當電子重新被 這些離化的施主和受主俘獲時，產生復合發(fā)光， 也可以通過熱電子直接碰撞發(fā)光中心發(fā)光（如 ZnS基質發(fā)光材料中的施主-受主對，或摻雜的 Mn2+，或一些三價稀土離子），電子空穴對的 復合能量也可以直接傳遞給發(fā)光中心而發(fā)光。 “ ” 高場薄膜電致發(fā)光（TFELTFEL）器件結構簡介 目前的ACTFEL多采用雙絕緣層ZnS:Mn薄膜結構。器件由 三層組成，如圖所示 1

7、金屬電極；金屬電極；2絕緣絕緣 層；層；3發(fā)光層；發(fā)光層；4絕絕 緣層；緣層；5透明電極；透明電極； 玻璃襯底玻璃襯底 ACTFEL結構示意圖結構示意圖 器件由三層組成，發(fā)光層夾在兩絕緣層間，起消除漏電流與避器件由三層組成，發(fā)光層夾在兩絕緣層間，起消除漏電流與避 免擊穿的作用。免擊穿的作用。 摻不同雜質則發(fā)不同的光，其中摻Mn的發(fā)光效率最高，加200V， 5000Hz電壓時，亮度高達5000cd/m2。 ACTFEL具有記憶效應，通常室內光照度下，記憶可維 持幾分鐘，在黑暗中可保持十幾個小時。 什么是記憶效應？什么是記憶效應？ 記憶效應可以解釋為：脈沖電壓產生強電場，使記憶效應可以解釋為：脈沖

8、電壓產生強電場，使 發(fā)光層中電子加速。在這些電子穿過發(fā)光層時，發(fā)光層中電子加速。在這些電子穿過發(fā)光層時， 激發(fā)錳發(fā)光中心。已穿過發(fā)光層的電子便在發(fā)光激發(fā)錳發(fā)光中心。已穿過發(fā)光層的電子便在發(fā)光 層與絕緣層的界面上積累起來，這些電子在電場層與絕緣層的界面上積累起來，這些電子在電場 移去后仍將留在界面處，于是在發(fā)光層兩邊形成移去后仍將留在界面處，于是在發(fā)光層兩邊形成 極化電荷。如果下一個脈沖與上一個脈沖同方向，極化電荷。如果下一個脈沖與上一個脈沖同方向， 則極化電場將抵消脈沖電壓產生的電場的大部分，則極化電場將抵消脈沖電壓產生的電場的大部分， 所以發(fā)光亮度變小。反過來，如果下一脈沖方向所以發(fā)光亮度變

9、小。反過來，如果下一脈沖方向 反轉，則極化電場與脈沖電壓產生的電場疊加，反轉，則極化電場與脈沖電壓產生的電場疊加， 總電場變大，所以發(fā)光亮度增加。利用總電場變大，所以發(fā)光亮度增加。利用記憶效效記憶效效 可以制成具有灰度級的記憶板，作為視頻顯示板可以制成具有灰度級的記憶板，作為視頻顯示板 用的記憶板能夠具有幀儲存的能力。用的記憶板能夠具有幀儲存的能力。 ACTFELACTFEL優(yōu)點與應用 ACTFEL優(yōu)點是壽命長（大于2萬小時），亮度高， 工作溫度寬（-55+125），缺點是只有摻Mn 的發(fā)光效率高，且為橙黃色，對全色顯示要求三 基色研制高效的發(fā)光材料是當今研究的課題。EL 器件目前已被應用在背

10、光源照明上，在汽車、飛 機及其他設備儀器儀表、手機、手表、電子鐘、 LCD模塊、筆記本電腦顯示器等方面獲得應用。 也作為交通安全標志，公司標志，出口通道等發(fā) 光指示牌上的發(fā)光顯示器件。 OLED 圖 柯達L633數(shù)碼相機顯示屏 OLEDOLED OLED已成為當今超薄、大面積平板顯示器件研究的熱門。已成為當今超薄、大面積平板顯示器件研究的熱門。 1963年年Pope發(fā)表了世界上第一篇有關發(fā)表了世界上第一篇有關OLED的文獻，當時的文獻，當時 使用數(shù)百伏電壓，加在有機芳香族使用數(shù)百伏電壓，加在有機芳香族Anthracene（葸）晶體（葸）晶體 上時，觀察到發(fā)光現(xiàn)象。但由于電壓過高，發(fā)光效率低，上

11、時，觀察到發(fā)光現(xiàn)象。但由于電壓過高，發(fā)光效率低， 未得到重視。未得到重視。 直到直到1987年伊士曼柯達公司的年伊士曼柯達公司的C.W. Tang及及Steve Van Slyke等人發(fā)明以真空蒸鍍法制成多層式結構的的等人發(fā)明以真空蒸鍍法制成多層式結構的的OLED器器 件后，研究開發(fā)才活越起來。同年，英國劍橋大學開文迪件后，研究開發(fā)才活越起來。同年，英國劍橋大學開文迪 施實驗室的施實驗室的Jeremy Burroughes證明高分子有機聚合物也證明高分子有機聚合物也 有電致發(fā)光效應。有電致發(fā)光效應。 1990年英國劍橋大學的年英國劍橋大學的Friend等人成功的開發(fā)出以涂布方等人成功的開發(fā)出以

12、涂布方 式將多分子應用在式將多分子應用在OLED上，即上，即Polymer（多聚物，聚和（多聚物，聚和 物）物） LED，亦稱，亦稱PLED。不但再次引發(fā)第二次研究熱潮，。不但再次引發(fā)第二次研究熱潮， 更確立了更確立了OLED在二十一世紀產業(yè)中所占的重要地位。在二十一世紀產業(yè)中所占的重要地位。 OLEDOLED 有機發(fā)光顯示器（有機發(fā)光顯示器（OLED）又稱有機）又稱有機EL，是以有，是以有 機薄膜作為發(fā)光體的自發(fā)光顯示器件。機薄膜作為發(fā)光體的自發(fā)光顯示器件。 它是固體自發(fā)光器件，可適應惡劣工作環(huán)境；它它是固體自發(fā)光器件，可適應惡劣工作環(huán)境；它 響應時間短、發(fā)光效率高、視角寬、對比度高響應時間

13、短、發(fā)光效率高、視角寬、對比度高； 它可在它可在5V10V的低電壓下工作，功耗低，工藝簡的低電壓下工作，功耗低，工藝簡 單；制造成本低、有機發(fā)光材料眾多、覆蓋發(fā)光單；制造成本低、有機發(fā)光材料眾多、覆蓋發(fā)光 光譜從紅外到紫外，適合全彩色顯示；價廉、易光譜從紅外到紫外，適合全彩色顯示；價廉、易 于大規(guī)模生產；于大規(guī)模生產；OLED的生產更近似于精細化工的生產更近似于精細化工 產品，可在塑料、樹脂等不同的材質上生產，產產品，可在塑料、樹脂等不同的材質上生產，產 品的機械性能好，不僅可以制造出品的機械性能好，不僅可以制造出筆記本電腦、筆記本電腦、 臺式機適用的顯示器，還有可能創(chuàng)造出墻壁大小臺式機適用的

14、顯示器，還有可能創(chuàng)造出墻壁大小 的屏幕、可以彎曲折疊的屏幕。的屏幕、可以彎曲折疊的屏幕。人們預言，隨著人們預言，隨著 規(guī)模量產的到來，規(guī)模量產的到來，OLED可以比可以比LCD成本低成本低20%。 2016 “ ” 目前正進入產業(yè)化階段。目前正進入產業(yè)化階段。OLED 在材料與技術專利部分主要有兩在材料與技術專利部分主要有兩 大陣營，分別為大陣營，分別為小分子小分子及及高分子高分子 材料。目前材料。目前OLED量產的產品有量產的產品有 90%以上為被動式以上為被動式單色或多彩小單色或多彩小 尺寸顯示器尺寸顯示器，應用市場主要為，應用市場主要為手手 機、機、PDA、手持游戲機和數(shù)字相、手持游戲機

15、和數(shù)字相 機機等。若從技術及市場發(fā)展趨勢等。若從技術及市場發(fā)展趨勢 來看，來看，OLED將會往主動式、全將會往主動式、全 彩和大尺寸發(fā)展，進而直接威脅彩和大尺寸發(fā)展，進而直接威脅 TFT-LCD和和PDP等平面顯示器的等平面顯示器的 市場。市場。 OLEDOLED的基本結構 圖OLED的典型雙異質結結構 通過陰極和陽極注入載流通過陰極和陽極注入載流 子到電極內側有機功能薄子到電極內側有機功能薄 膜層，載流子分別從電子膜層，載流子分別從電子 傳輸層和空穴傳輸層向發(fā)傳輸層和空穴傳輸層向發(fā) 光層遷移，電子和空穴在光層遷移，電子和空穴在 發(fā)光層中相發(fā)光層中相遇遇，相互束縛，相互束縛 而形成激而形成激發(fā)

16、發(fā)子，子，其傳遞能其傳遞能 量于發(fā)光分子，并量于發(fā)光分子，并激發(fā)激發(fā)電電 子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)再子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)再 躍遷回低能態(tài)，產生光子躍遷回低能態(tài)，產生光子 并釋放出光能。并釋放出光能。 OLED器件的發(fā)光機制 OLED的基本原理為：加入一外加偏壓，使電子空 穴分別經過空穴傳輸層與電子傳輸層后，進入一 具有發(fā)光特性的有機物質，在其內部發(fā)生復合， 激勵出一個激子，再將能量釋放出來回到基態(tài)， 而這些釋放出來的能量中，通常由于發(fā)光材料的 選擇及電子自旋的特性，只有25%（單重態(tài)到基 態(tài)）的能量可以用來當作OLED的發(fā)光，其余75% （三重態(tài)到基態(tài)）的能量以磷光或熱的形式回歸 到基態(tài)。選擇不同

17、的發(fā)光材料（帶隙不同）可得 到不同顏色的發(fā)光。 ETLETL：電子傳輸層：電子傳輸層 EMLEML：發(fā)光層：發(fā)光層 HTLHTL：空穴傳輸層：空穴傳輸層 有機有機 材料材料 OLEDOLED發(fā)光有五個步驟：發(fā)光有五個步驟： 載流子電子和空穴分別從陰極、陽極注入載流子電子和空穴分別從陰極、陽極注入ETLETL、HTLHTL。 載流子分別從載流子分別從ETLETL和和HTLHTL向向EMLEML遷移。遷移。 載流子在載流子在EMLEML中復合并產生激發(fā)子（中復合并產生激發(fā)子（ExciplexExciplex）。）。 激子遷移激子遷移, , 傳遞能量給發(fā)光分子，使其傳遞能量給發(fā)光分子，使其 電子從基

18、態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)。電子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)。 激發(fā)態(tài)電子躍遷回低能態(tài)，產生輻射。激發(fā)態(tài)電子躍遷回低能態(tài)，產生輻射。 OLEDOLED 由于OLED屬有機分子為主的非晶半導體器件，而 無機發(fā)光器件（EL）則是以原子為主。 OELD的特性主要來自其分子之作用力而EL是來 自其原子之作用力。 有機分子是共價鍵化合物，因其電子被局域化，故 通導性不佳。然而有一類有機分子因其具有電 子，而在適當組合下，這些電子不會被局域化， 而其鍵結是以單、雙鍵方式交互形成，故此類分子 稱為共軛分子，而其特性因電子能夠在其共軛 軌道上移動，故具有導通性。 利用此類單體分子便能聚合產生“共軛聚合物”。最早的共軛 聚合物即為聚

19、乙烯，其具有高導度。有機半導體因其導電程度 介于導體與半導體之間，故其應用范圍也非常廣，多用于電磁 波遮蔽體、抗靜電涂布等。而應用其摻雜及去摻雜之行為，發(fā) 展了充電式電池、智能電變色窗、太陽電池、光存儲、非線性 光學器件等。當前最熱門的應用則是OLED。 OLED器件的分類 一般說來，OLED顯示器依驅動方式分為被動式和 主動式兩類。 其電路原理如圖所示。 被動式無源矩陣 主動式有源矩陣 主、被動式OLED電原理圖 OLEDOLED器件的分類 被動式適合用在小尺寸的面板，因為其瞬間亮度 與陰極掃瞄列數(shù)成正比，所以需要在高脈沖電流 下操作，會使像素的壽命縮短。且因為掃描的關 系也使其分辨率受限制，因其成本低廉、工藝簡 單，適用于低信息量的顯示，如字符顯示。 OLEDOLED器件的分類 主動式與被動式特性相反，成本較昂貴、制造較復 雜，它在面板上增加了一層電子底板，每個像素通 過在電子底板上相應的薄膜晶體管和電容器來進行 獨立的尋址。即每個像素可連續(xù)與獨立驅動，并可 記憶驅動信號，不需在高脈沖電流下操作，