有機發(fā)光二極管原理及應(yīng)用

1、有機發(fā)光二極管原理及應(yīng)用梁亮5030209282有機發(fā)光二極管誕生于 1979 年， 由柯達公司羅切斯特實驗室的鄧青云博士及同事范斯 萊克所發(fā)明。 有機發(fā)光二極管 (OLED) 的原理有機發(fā)光二極管 (OLED) 同普通發(fā)光二極管( LED )發(fā)光的原理相同，即利用半導(dǎo)體經(jīng) 過滲透雜質(zhì)處理后形成 PN 結(jié)，電子由 P 型材料引入，當(dāng)電子與半導(dǎo)體內(nèi)的空穴相遇時，有 可能掉到較低的能帶上， 從而放出能量與能隙相同的光子， 從而形成發(fā)光二極管。 發(fā)光二極 管的光線波長取決于發(fā)光材料的能隙大小。 若要使二極管產(chǎn)生可見光， 就要使材料的低能帶 與高能導(dǎo)帶之間的能隙大小必須落在狹窄的范圍內(nèi)， 大約 2 至

2、 3 電子伏特。 能量為一電子伏 特的光子波長為 1240 納米，處于紅外區(qū)，當(dāng)能量達到3 電子伏特時，發(fā)出光子的波長約為400 納米左右，呈紫色。有機發(fā)光二極管與傳統(tǒng)發(fā)光二極管的區(qū)別在于， 有機發(fā)光二極管所采用的半導(dǎo)體材料為 有機分子材料。按照分子大小區(qū)分，可分為兩大類：小分子的稱之為低分子 OLED, 大分子 的稱為高分子 OLEDP型有機分子。當(dāng) P 型有機分子和 N 型有機分子接觸時，在兩者的接觸 面就會產(chǎn)生類似發(fā)光二極管一樣的發(fā)光現(xiàn)象。此外，采用氧化銦錫作為P 型接觸材料。由于氧化銦錫為透明導(dǎo)電材料， 易于載流子注入， 而且具有光線傳播還需要有透明性能， 非常 適合做 P型接觸材料。

3、OLED 的典型結(jié)構(gòu)非常簡單： 玻璃基板 (或塑料基襯) 上首先有一層透明的氧化銦錫陽 極，上面覆蓋著增加穩(wěn)定性的鈍化層，再向上就是P 型和 N 型有機半導(dǎo)體材料，最頂層是鎂銀合金陰極。這些涂層都是熱蒸鍍到玻璃基板上的，厚度非常薄，只有100 到 150 納米，小于一根頭發(fā)絲的 1%,而傳統(tǒng) LED 的厚度至少需要數(shù)微米。 在電極兩端加上 2V 到 10V 的 電壓， PN結(jié)就可以發(fā)出相當(dāng)明亮的光。這種基本結(jié)構(gòu)多年來一直沒有太大的變化，人們稱 之為柯達型。 由于組成材料的分子量很小, 甚至小于最小的蛋白質(zhì)分子, 所以柯達型的 OLED 又被稱為低分子 OLED 。第二種有機發(fā)光材料為高分子聚合

4、物，也稱為高分子發(fā)光二極管(PLED)，由英國劍橋大學(xué)的杰里米伯勒德及其同事首先發(fā)現(xiàn)。聚合物大多由小的有機分子以鏈狀方式結(jié)合在一起， 以旋涂法形成高分子有機發(fā)光二極管。旋轉(zhuǎn)涂布工藝采用的原理是： 在旋轉(zhuǎn)的圓盤上 (通常為每分鐘 1200 轉(zhuǎn)至 1500 轉(zhuǎn))滴上 數(shù)滴液體,液體會因為旋轉(zhuǎn)形成的離心力而呈薄膜狀分布。 在這種狀態(tài)下, 液體凝固后便可 在膜體上形成晶體管等組件。 膜體的厚度可通過調(diào)節(jié)液體粘度及旋轉(zhuǎn)時間來調(diào)整。 旋涂之后, 要采取烘干的步驟來除去溶劑。最初 PLED 是由一種稱之為次苯基二價乙烯基(PPV 單層活性聚合物，夾于氧化銦錫和鈣之間形成。銦錫氧化物為載流子注入層，而鈣為電子

5、傳遞層?，F(xiàn)在的PLED 又增添了一層聚合物載流子注入層。PPV 聚合物產(chǎn)生黃光，具有效率高壽命長的特點，這是由于在低壓工 作環(huán)境下，聚合物層具有良好的導(dǎo)電性能。這種PLED 應(yīng)用于計算機顯示器，其壽命可長達10000 小時，相當(dāng)于正常使用 10 年。其他的聚合物及復(fù)合聚合物也在開發(fā)之中，如陶氏化學(xué)公司研究開發(fā)了一種聚氟高分子。全彩色PLED 也在開發(fā)中，主要是通過改變復(fù)合聚合物片段的長度來實現(xiàn)顯示功能，令人遺憾的是，與 PPV 相比，各種全彩色有機聚合物的壽命不長，而藍光聚合物始終不盡人意。但是低分子 OLED 與高分子 OLED 相比，在制作工藝上有不小的劣勢。小分子或寡聚物必 須由熱蒸鍍的

6、方式制造元件， 生產(chǎn)時必須使用高精度的真空系統(tǒng)， 從而增加了制造成本。 同 時，在大面積化生產(chǎn)時將遇到嚴(yán)重的問題。 而高分子有機半導(dǎo)體材料則可以利用溶液制程貽 旋轉(zhuǎn)噴飾或搭配噴墨技術(shù)等方式制作元件，具有成本低且可以大面積生產(chǎn)的優(yōu)勢。此外，研究高分子 P 型高分子及 N 型高分子材料還可以應(yīng)用于 CMO 元件，其應(yīng)用前景 相當(dāng)廣泛。所以，目前國際上對于高分子半導(dǎo)體的研究仍有很大的熱情。有機發(fā)光二極管（OLED 的應(yīng)用由于有機發(fā)光二極管（OLED）材料上的優(yōu)勢，應(yīng)用于顯示器時，無疑將會產(chǎn)生深遠的影響。 與現(xiàn)有的各種顯示器：CRT（陰極射線管顯示屏）、PDP（等離子顯示屏）、LCD（液晶顯示屏）相比

7、，OLED 顯示器具有以下明顯的優(yōu)勢：1、技術(shù)優(yōu)勢無輻射，超輕薄 （ 可達 1 毫米以下 ） ，柔軟顯示，屏幕可卷曲；2、 成本優(yōu)勢一一 OLED 制造工藝比較簡單，批量生產(chǎn)時的成本要比LCD 至少節(jié)省 20% ;3、 適應(yīng)性強 能在 -45C80C正常顯示；4、節(jié)能性強由于有機材料自己發(fā)光，驅(qū)動電壓低，無需后背光源，因而更加節(jié)省 能源；5、可視角大接近 180 度；6、 反應(yīng)速度快一一 OLEC 顯示屏中的單個元素反應(yīng)速度是LCD 液晶屏的 1000 倍，可以 實現(xiàn)精彩的視頻重放，色彩炫麗，絕不會出現(xiàn)液晶屏上的拖曳現(xiàn)象；7、外形優(yōu)勢 OLED 的重量比 LCD 輕得多，而且可以做到更加輕薄。

8、雖然一直以來， 人們認(rèn)為 OLED 最主要的缺點是壽命比 LCD 短， 目前只能達到 5000 小時，而 LCD可達 10000 小時，但最新的技術(shù)顯示，通過將磷光材料與制作 TFT 背板的非晶硅集成， OLED 產(chǎn)品可能延長 3 倍壽命。正因為 OLED 具有如此多的優(yōu)點， 所以具有廣泛的市場應(yīng)用前景。 主要領(lǐng)域包括： 商業(yè) 領(lǐng)域如 POS機和 ATM 機、復(fù)印機、游戲機等；通訊領(lǐng)域如手機、移動網(wǎng)絡(luò)終端等；計算機領(lǐng) 域如 PDA 商用和家用計算機等；消費類電子產(chǎn)品如音響設(shè)備、數(shù)碼相機、便攜式DVD 工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域如儀器儀表等；交通領(lǐng)域如GPS 飛機儀表等。由于一開始 OLED 顯示屏主要應(yīng)用在

9、小屏幕領(lǐng)域，所以早有人預(yù)言其將在數(shù)碼領(lǐng)域里取 得初步的成功。果不其然，自從柯達在 2003 年 3 月舉辦的第 79 屆國際攝影營銷協(xié)會年會及 行業(yè)展覽會（PMA）上，成功推出新款數(shù)碼相機 Easy Share LS633 之后，使得 OLED 的小屏應(yīng) 用一發(fā)不可收拾。除了數(shù)碼相機之外，手機成了OLED 第二個要攻克的橋頭堡，由于OLEE 不需要背光板，它可以做到很薄，所以令手機非?！笆萆怼?，專家稱今后幾年內(nèi)，手機可能變得薄如紙片。再加上 OLEC 顯示屏很省電，因此，今后手機的待機時間也許可以達到30 天。隨著 3G 的腳 步臨近，移動網(wǎng)絡(luò)將向人們提供更多的視頻服務(wù)， 對手機的彩色顯示功能

10、要求也就越多， OLED 顯示屏將完全能勝任。然而，OLED 最大的用途應(yīng)該還是在日后生產(chǎn)可穿戴的數(shù)碼產(chǎn)品，國外一家公司稱他們 正在研究將只有指甲蓋大小的高分辨率OLED 顯示器置入輕便的頭盜式取景器中。利用這種內(nèi)置有微型 OLED 顯示器的半透明頭盔顯示器，飛行員可以毫不費力地查看各種飛行數(shù)據(jù)； 正在進行手術(shù)的外科醫(yī)生眼睛無需離開手術(shù)臺就可以看到復(fù)雜的診斷圖像； 飛行機械師在檢 修飛機時，隨著目光所至即能看到相應(yīng)部件的維修手冊。小有小的風(fēng)流，大有大的精彩，OLED 雖然已經(jīng)為大多數(shù)顯示屏生產(chǎn)商所認(rèn)可，視為未來重要的顯示技術(shù)， 但是目前僅局限于運用在小尺寸和顯示量較少的產(chǎn)品上，如數(shù)碼相機和手機

11、，在其他大尺寸產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域上，OLED 與其他傳統(tǒng)平面顯示技術(shù)相比仍無法勝出。主要的原因在于驅(qū)動有機發(fā)光體的電路所需的多晶矽薄膜晶體管成本太高?，F(xiàn)在各廠商又開始想辦法，加大 OLED 顯示屏的尺寸。2004 年 5 月，愛普生公司公司展示了一款40 寸的 OLED顯示器，并隨之宣布他們將會在2007 年大規(guī)模量產(chǎn)銷售 OLED 電視，難怪媒體驚呼 OLED 電視的時代即將到來。但是在 OLED 的實際應(yīng)用中，并非總是一帆風(fēng)順。 雖然 OLED 技術(shù)可稱之為最理想的顯示 技術(shù)，但它的研究開發(fā)歷史并不長， 要想真正實現(xiàn)其產(chǎn)業(yè)化， 必須克服以下一些具體的難題， 即因大面積化帶來工藝、 設(shè)備技術(shù)和驅(qū)動

12、技術(shù)等方面的問題， 從單色顯示到多色顯示帶來的 問題，封裝技術(shù)與使用壽命的問題，陰極電極微細化的問題，驅(qū)動技術(shù)問題等。有機膜的不均勻性將導(dǎo)致發(fā)光亮度和色彩的不均勻性，影響顯示效果。顯示面積增大， 意味著器件必須有很高的瞬間亮度和高的發(fā)光效率， 并在高亮度下有良好的穩(wěn)定性。 從單色 顯示到多色顯示和彩色過渡時， 將三種不同的發(fā)光材料分別鍍在非常臨近的三個小區(qū)域上將 是又一大難題。要實現(xiàn) OLED勺商業(yè)化，使用壽命問題必須解決，從材料和器件結(jié)構(gòu)著手是 途徑之一。驅(qū)動技術(shù)在實驗室研究階段顯得不是很重要， 但是一旦考慮到產(chǎn)業(yè)化和大面積化， 此問題就會變得異常突出，至今為止，還沒有一套成熟的高度集成的大電流驅(qū)動IC。當(dāng)前世界上關(guān)于 OLED 器件的開發(fā)主要分布在日本、美國和歐州。歐美主要以高分子材 料為主，可望有比較長的壽命。 日本則以低分子材料為主，已獲得很好的發(fā)光亮度，發(fā)光效 率壽命。就目前的情況來看，在實際應(yīng)用技術(shù)開發(fā)方面，日本遙遙領(lǐng)先，己經(jīng)進入商