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1、第一章 引言第一章 引言 OLED(Organic Light-Emitting Diode)是“有机发光二极管”，是指有机半导体材料和有机发光材料在电池的驱动下，通过载流子注入和符合导致发光的技术。它是一种以有机化合物作为电致发光层的新型二极管，其发光层材料是有机小分子或聚合物大分子，是当前工业界和学术界研究的热点。 1.1 OLED的发展历程和研究现状 1.1.1 OLED技术和产品发展状况 1、OLED技术发展历程 有机电致发光现象及相应的研究早在20世纪60年代就开始了，1963年美New York大学的Pope1发表了世界上第一篇有关OLED的文献，首次实现了蒽单晶的电致发光，但由于
2、过高的电压与不佳的发光效率，在当时并未得到重视。在此后的二十年里，有机电致发光器件的研究进展相当缓慢。1979年，柯达公司的邓青云博士发现一块做实验的有机蓄电池在发光，从而开始了OLED的研究。1987年，美国柯达公司的C.w.Tang2首次将空穴传输层引入了有机薄膜发光器件中，制备了具有双层结构的器件，得到了低于10V的驱动电压，同时发光亮度超过1000cd/m2，使有机电致发光器件的研究工作取得了实质性的突破。1990年，英国剑桥大学卡文迪许实验室的Burroughes等人首次在Nature上报道了聚苯乙烯(PPV)的电致发光现。1997年，Forrest等发现了磷光电致发光现象。1999
3、年，D.F.OBrien，M.A.Baldo等人在研究激子传输规律之后，提出用BCP（一种传输电子的有机电聚合物）做空穴阻挡层，用磷光染料PtOED掺杂，制备出的OLED发光效率达5.6%，内量子效率达32%。随后的十余年里，人们通过不断改善电极材料、发光材料、传输层材料的性能、器件的制备工艺以及掺杂条件等，使得OLED在发光颜色、亮度、效率、寿命等方面取得了一系列重大突破。其单项指标已基本达到实用化要求：最大发光亮度已经超过106cd/m2，发光效率达到151m/W以上，量子效率高于4%，作寿命大于 10000h，并实现了红、绿、蓝以及全色发光3。 2、OLED产品发展历程 目前，OLED的
4、研究已不限于学术界，几乎所有国际著名电子公司及化学公司都投入了巨大的人力与资金进入这一研究领域，呈现研究、开发与产业化齐头并进的局面。在产品开发层面，OLED真正实用开发研究源于1987年美国柯达公司的基本专利发表之后，1997年日本先锋公司率先把分辨率为25664的PMOLED面板作为音响面板推向市场，最早实现OLED的商品化。2000年，摩托罗拉公司的手机采用日本先锋公司的1.8英寸多彩PMOLED面板并实现商业化。美国施乐公司与3M公司合作推出一种可随身携带的纸状电子显示器。2002年，三星公司开始批量推出采用256色OLED副屏的手机；韩国SK公司宣布生产出了15英寸AMOLED显示器
5、，其性能可与商品化的TFTLED电视机媲美。2003年，柯达公司推出第一部使用OLED显示器的数码相机。2004年，三星公司成功开发了14.1英寸、分辨率为1280768的WXGA面板。整体上讲，OLED的产业化目前已经开始，其中单色、多色和彩色器件已经达到批量生产水平，大尺寸全彩器件尚处于研究开发阶段。OLED的应用大致可以分为以下几个阶段：(1) 19972001年为OLED的试验阶段。在这段时期OLED开始走出实验室，主要应用于汽车音响面板、PDA及手机方面。但产品很有限，产品规格少，均为无源驱动、单色或区域色彩，在很大程度上带有试验和试销的性质。(2) 20022005年为OLED的成
6、长阶段。这个时期人们开始逐渐接触到更多带有OLED的产品，例如车载显示器、PDA、手机、数码相机等，但主要以10英寸以下的小面板为主，10英寸以上的面板也开始投入使用。(3) 2005年以后，OLED开始走向成熟化的阶段。在2008年后这种成熟度加速，包括技术、市场都在突飞猛进。大尺寸及使用寿命将成为今后OLED技术的主要突破方向。 1.1.2 OLED的研究现状 1、全球研究现状 经过半个多世纪的研究探索，目前，全世界已有数百个研究单位和公司活跃于OLED的研究和制造当中。在OLED的产业化方面，全球已投产的有机电致发光显示屏的生产线有10条以上，三星、LG、索尼、夏普正在布局OLED电视，
7、而存在的瓶颈问题则是产品的低效率和高成本问题。OLED显示屏幕的大型化和TV化石OLED的发展方向，而在OLED寿命方面还有两个艰难课题：一是发光效率随时间而劣化，二是像素中的黑斑随时间扩大至整像素不亮，因此，OLED技术还有待于进一步研究、改进。 2、国内研究现状 从目前国家各有关部门推出的政策看，政府正在逐步强化对OLED的扶持，扶持的手段是由以前的硬性牌照制向柔性政策支撑方向发展，这对OLED产业的发展提供有力的促进因素。北京维信诺公司于2005年11月开始自主建设的国内第一条PM-OLED生产线已经投产，标志着我国在OLED领域实现了从技术到产业化的转变。尽管我国OLED技术和产业化还
8、面临诸多困难，但很多公司仍然看好其发展前景，纷纷斥资进军OLED行业。 在国外OLED研发脚步不断加快的同时，我国OLED研究水平也迅速上升。在有机材料方面，吉林大学在世界范围内率先开展了三线态磷光材料的性能研究；在OLED器件结构方面，我国开发的单层结构OLED器件突破了传统的双层和多层结构专利技术，减少了材料、设备和工艺过程，大大降低了成本；在OLED的彩色化方面，我国也开发出高清晰度的26万色全彩OLED样品等。尽管我国OLED行业在大尺寸技术上还不成熟，寿命和成品率还需要经过一定的时间才能解决，但是我国基本上能够依靠自己的技术实现OLED的产业化。 1.2 有机发光二级管（OLED）的
9、研究价值4 1.2.1 OLED的优势 经过几十年的研究，OLED作为信息时代衡量一个国家的科技水准之一，在整个国民经济及国防工业中将占有举足轻重的地位。与目前占主流地位的传统的平板显示器相比，可以看出OLED具有以下的许多优点(如表1-1所示): (1) 有机电致发光器件的核心层厚度约为十万分之一毫米，这比LCD厚度小得多； (2) 与传统的显示器相比，OLED制作工艺简单，成本低廉；(3) OLED的组成为全固态结构，无真空腔，无液态成分，从而抗震动性强，可实现柔软显示。使用塑料、聚醋薄膜或胶片作为基板，OLED显示屏可以做到更薄，甚至可以折叠或卷起来； 表1-1 OLED与传统显示器的性
10、能对比CRTPDPTFT-LCDOLEDFEDDLPLCOS 视角佳佳一般佳佳差差 亮度 cd/m2约350约350约250约200约250约250约250对比度佳佳最佳佳佳一般一般分辨率一般一般佳佳一般佳佳色饱和度最佳佳一般一般佳一般一般响应时间1s1-20s25ms10s10s佳一般驱动电压1-30KV120-300V AC3-15VDC3-9VDC30-80VDC12V12V电力消耗一般较大较大较小较小一般一般面板厚度很大约10mm约8mm约2mm约10mm较大较大重量最大一般较小最小较小一般一般目前屏幕大小8-40英寸33-103英寸1-80英寸0.8-40英寸5-36英寸42-100
11、英寸42-100英寸寿命长长长，取决于光源待提高较长长，取决光源长，取决于光源价格低高最高一般高较高较高 (4) OLED可以自身发光，而液晶则需要灯管作为背光源，所以OLED比液晶显示器亮度更高，对比度更大，色彩效果更加丰富，同时由于OLED不需要大量灯管作为背光源，因此OLED电压更低，更加节能，几乎没有视角问题，可在很大的角度范围内观看，而显示画面不失真； (5) 具有快速响应特性。响应时间是液晶电视的千分之一，显示运动画面绝对不会出现拖影的现象； (6) 发光转化效率高。只是需要点亮的单元才加电，并且电压较低，所以能耗比需要背光源的LCD、CRT低； (7) 环保效益更佳。光谱中没有紫
12、外线和红外线，既没有热量，也没有辐射，眩光小，而且废弃物可回收，没有污染，不含汞元素，冷光源，可以安全触摸，属于典型的绿色照明光源。(8) OLED器件单个像素可以相当小，非常适合应用在微显示设备中。另外，由于它抗震能力较强，在军事领域可用于战斗机和坦克的显示终端。 1.2.2 OLED的不足之处 尽管OLED自身具有以上的许多优点5，而且有机电致发光显示器在材料、寿命、亮度以及柔性等方面均有较大的进展。但是其产业化进程远远低于人们的预料，主要原因是在该领域研究中尚有许多关键问题没有真正得到解决，主要表现在以下几个方面：(1) 有机电致发光器件的最大缺点是寿命低。 (2) 载流子的注人效率较低
13、。这主要是指电子的注人效率低限制了电流强度，从而导致了发光效率和发光强度较低； (3) 大面积化难度大。OLED在中小面积的制作上比LCD容易，但是，在实现大面积，高像素密度和有源器件的制作上，制作工艺还远没有成熟； (4) 稳定性差。与LCD比较，OLED可靠性较差，一方面是由于OLED器件的材料和工艺还不够成熟，某些有机发光材料在使用一段时间后会发生重结晶现象而析出，使得器件性能发生退化；另一方面也是由于它属于电流型器件，其每个像素的工作电流要比每个LCD的像素工作电流大很多，这就难免出现异常现象，造成器件的失效。作为电流型器件不可避免地会因电流的热效应而升温，所以，OLED在提高亮度时，
14、器件散热是最大的问题； (5) 成膜技术还不够完善。某些有机材料只能通过旋涂成膜，但旋涂成膜技术的可重复性很小，使得器件的制备工艺很不稳定； (6) 知识产权被垄断。OLED的知识产权基本被美国柯达，日本Sony和韩国的几家公司垄断。而且，他们并不愿意轻易出卖授权，这对于一些开发，投资实力不强的企业来说是一个较难跨越的门槛。1.3 论文研究目的及主要工作1.3.1 论文研究背景及目的由于有机电致发光器件（OLED）具有高亮度、高分辨率、高对比度、宽视角、较快的响应速度、超薄、超轻以及制备工艺简单等优点，很有可能成为新一代平板显示技术的主流，但是就一个新生事物从发现到成为真正的商品造福于人类，这之间需要我们花费很长的时间来不断的完善。与现下流行的平板显示器相比，虽然OLED具有以上的许多优点，由于OLED的研究工作涉及到物理、化学、材料以及电子学等多学科的研究领域，经过多年的发展虽然取得了一定的成绩，但是在实用化的道路上仍然存在着许多问题，例如发光材料相当单一、寿命较低、器件的稳定性较差以及制备的高成
