OLED课程讲义.pdf
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1、有机有机发光显示技术发光显示技术(OLED)(OLED)有机发光显示技术有机发光显示技术1 1基本概念基本概念2 2有机发光显示技术发展过程有机发光显示技术发展过程3 3有机发光材料有机发光材料4 4有机发光显示器件工艺技术有机发光显示器件工艺技术5 5有机发光显示器件驱动技术有机发光显示器件驱动技术6 6新型有机发光显示若干关键技术新型有机发光显示若干关键技术彩色化,高分辨(隔离柱),寿命,器件效率(功耗)彩色化,高分辨(隔离柱),寿命,器件效率(功耗)ITOITO薄膜技术,发光材料纯化技术,薄膜技术,发光材料纯化技术,OLEDoSOLEDoS(微显示),(微显示),AMOLEDAMOLED
2、(有源),(有源),FOLEDFOLED(软屏),(软屏),WOLEDWOLED(白光)。(白光)。关键词:关键词:OLEDOLED(organic light emitting displayorganic light emitting display)有机发光显示器有机发光显示器(organic light emitting diodes)organic light emitting diodes)有机发光二极管,有机发光二极管, 有机有机LEDLEDOrganic ELOrganic EL(organic electroluminescence)(organic electrolumin
3、escence)有机电致发光,有机有机电致发光,有机ELEL1 1 有机发光显示基本概念有机发光显示基本概念显示器显示器发光型发光型受光型受光型CRT(阴极射线管)PDP(等离子显示器)FED(场发射显示器)LED(发光二极管)OLED(有机发光显示器有机发光显示器)VFD(真空荧光显示器)LCD(液晶显示器)ECD(电致变色显示器)平板显示器平板显示器1 1 有机发光显示基本概念有机发光显示基本概念显示技术背景显示技术背景学科发展背景学科发展背景有机电子学有机电子学(Organic Electronics):研究有机材料的电子过:研究有机材料的电子过程与有机材料光电子特性的科学。程与有机材料
4、光电子特性的科学。有机半导体材料与器件有机半导体材料与器件有机发光显示器有机发光显示器(OLED)有机晶体管有机晶体管有机太阳能电池有机太阳能电池其它有机电子元器件,如:其它有机电子元器件,如:有机激光器、有机存储器、有机传感器等有机激光器、有机存储器、有机传感器等1 1 有机发光显示基本概念有机发光显示基本概念1 1 有机发光显示基本概念有机发光显示基本概念电子传输层电子传输层空穴传输层空穴传输层玻璃基板玻璃基板金属阴极金属阴极发光层发光层ITOhv1.1 OLED器件基本结构器件基本结构1.2 OLED器件发光原理器件发光原理有机电致发光是指有机半导体发光材料在电场驱动下,有机电致发光是指
5、有机半导体发光材料在电场驱动下,通过载流子注入、传输、电子和空穴结合形成激子、进通过载流子注入、传输、电子和空穴结合形成激子、进而辐射复合导致发光的现象。而辐射复合导致发光的现象。1 1 有机发光显示基本概念有机发光显示基本概念LCD(液晶显示液晶显示)利用液晶分子在外电场作用下利用液晶分子在外电场作用下,分子排列方向变分子排列方向变化化,使光使光(外光源外光源)能够通过液晶材料能够通过液晶材料,从而显示信从而显示信息的显示器息的显示器。1.3 OLED1.3 OLED的特点(与的特点(与LCDLCD比较)比较)自发光自发光,不需背光源不需背光源,发光效率高发光效率高;直流低电压驱动;直流低电
6、压驱动;具有快响应特性具有快响应特性(微秒级微秒级);宽视角宽视角(视角超过视角超过170度度);宽温度特性宽温度特性(在在4070范围内都可正常工作范围内都可正常工作);易于实现软屏显示易于实现软屏显示。由于是有机发光材料由于是有机发光材料,电流驱动电流驱动,纳米薄膜等纳米薄膜等,对水氧敏感对水氧敏感, 对对ITO薄膜等缺陷敏感薄膜等缺陷敏感,对洁净度敏感对洁净度敏感。1 1 有机发光显示基本概念有机发光显示基本概念1 1 有机发光显示基本概念有机发光显示基本概念1.4 OLED1.4 OLED的分类方法的分类方法按有机发光材料分子量大小分类:按有机发光材料分子量大小分类:小分子小分子OLE
7、DOLED:一般用蒸镀的方法一般用蒸镀的方法聚合物聚合物LEDLED(PLEDPLED):):一般用甩膜,喷墨打印等方法。一般用甩膜,喷墨打印等方法。1 1 有机发光显示基本概念有机发光显示基本概念1.4 OLED1.4 OLED的分类方法的分类方法根据驱动电路与基板的关系分为:根据驱动电路与基板的关系分为:无源驱动(无源驱动(PMOLEDPMOLED)与无源驱动相关的有阴极隔离柱技术与无源驱动相关的有阴极隔离柱技术有源驱动(有源驱动(AMOLEDAMOLED)与有源驱动相关的有低温多晶硅技术与有源驱动相关的有低温多晶硅技术有机发光显示技术有机发光显示技术1 1基本概念基本概念2 2有机发光显
8、示技术发展过程有机发光显示技术发展过程3 3有机发光材料有机发光材料4 4有机发光显示器件工艺技术有机发光显示器件工艺技术5 5有机发光显示器件驱动技术有机发光显示器件驱动技术6 6新型有机发光显示若干关键技术新型有机发光显示若干关键技术彩色化,隔离柱,寿命彩色化,隔离柱,寿命ITOITO薄膜技术,发光材料纯化技术,薄膜技术,发光材料纯化技术,OLEDoSOLEDoS,AMOLEDAMOLED,FOLEDFOLED,WOLEDWOLED,2.1 OLED历史起源历史起源1963年年 美国纽约大学的美国纽约大学的Pope首次实现了有机晶体蒽首次实现了有机晶体蒽单晶的电致发光;单晶的电致发光;19
9、87年年 美国美国Kodak公司的公司的C.W. Tang制备成功双层制备成功双层结构低电压、高效率的小分子结构低电压、高效率的小分子OLED器件,从而引起了器件,从而引起了OLED研究热潮;研究热潮;1990年年 英国剑桥大学的英国剑桥大学的Friend制备成功共轭高分子有制备成功共轭高分子有机电致发光器件。机电致发光器件。2 OLED 发展过程发展过程2002年以前的产品一般为单色和多色无源年以前的产品一般为单色和多色无源OLED,2002年以后开始出现全彩色产品,接着有源年以后开始出现全彩色产品,接着有源OLED也开始进入也开始进入市场。市场。单色和多色单色和多色产品产品进入量产进入量产
10、2000进入进入手机市场手机市场2002有源全彩色有源全彩色OLED开始商业化开始商业化20052010200120022003200420052000车载音响车载音响单色手机单色手机 彩色手机彩色手机 PDA GPS AMOLED PC TV2.3 OLED 发展现状发展现状国际动态国际动态1998年东北先锋推出第一款年东北先锋推出第一款OLED产品产品采用采用OLED显示屏的车载音响显示屏的车载音响2.3 OLED 发展现状发展现状2000年摩托罗拉年摩托罗拉推出第一款推出第一款OLED手机手机P8767 2.3 OLED 发展现状发展现状2001年底,铼宝推出了全球第二款年底,铼宝推出了
11、全球第二款OLED手机手机2.3 OLED 发展现状发展现状Samsung SID 2001年年10月开发出了月开发出了15.1英寸小分子动英寸小分子动态有源驱动彩色态有源驱动彩色OLED样品样品尺寸:显示屏对角尺寸:显示屏对角15.1英吋英吋驱动:低温多晶硅驱动:低温多晶硅TFT有源驱动有源驱动点阵:点阵:1024768(XGA )2.3 OLED 发展现状发展现状2003年年1月月9日日,索尼展示了索尼展示了24英寸有机发光显英寸有机发光显示器示器。2.3 OLED 发展现状发展现状中国大陆中国大陆OLED发展状况发展状况Visionox Technology2.3 OLED 发展现状发展
12、现状中国大陆中国大陆OLED发展状况发展状况2002年年11月月8日日2.3 OLED 发展现状发展现状中国大陆中国大陆OLED发展状况发展状况4.82英寸图像显示屏英寸图像显示屏(高分辨)(高分辨)2.3 OLED 发展现状发展现状思考题:思考题:OLEDOLED与与LCDLCD的比较:的比较:1 1 比较比较OLEDOLED与与LCDLCD显示原理的不同点显示原理的不同点2 2 比较比较OLEDOLED与与LCDLCD显示技术的相同点与不同点显示技术的相同点与不同点有机发光显示技术有机发光显示技术1 1基本概念基本概念2 2有机发光显示技术发展过程有机发光显示技术发展过程3 3有机发光材料
13、有机发光材料4 4有机发光显示器件工艺技术有机发光显示器件工艺技术5 5有机发光显示器件驱动技术有机发光显示器件驱动技术6 6新型有机发光显示若干关键技术新型有机发光显示若干关键技术彩色化,隔离柱,寿命彩色化,隔离柱,寿命ITOITO薄膜技术,发光材料纯化技术,薄膜技术,发光材料纯化技术,OLEDoSOLEDoS,AMOLEDAMOLED,FOLEDFOLED,WOLEDWOLED,OLED材料分类材料分类OLED MaterialsSmall MoleculeQuinolates (kodak)90Distylyl biphenyls(DPVB-based)(Idemitsu Kosan)S
14、piro compounds(Covion)Phosphorescent(UDC, Opsys)PolymerPPV(Philips/CDT/Covion)Polyfluorene(Dow/CDT)Spiro bifluorenes(Covion)Oligomer (ADS,Elam-T)Dendrimer(Opsys)3 OLED 材料材料 最早应用于最早应用于OLEDOLED器件的材料器件的材料; ; 目前已经商品化的目前已经商品化的OLEDOLED显示屏基本上采用的都是小分显示屏基本上采用的都是小分子材料子材料; ;采用蒸镀方式成膜采用蒸镀方式成膜小分子小分子3 OLED 材料材料小分子
15、材料按功能分类小分子材料按功能分类 小分子发光材料小分子发光材料 小分子空穴传输材料小分子空穴传输材料 小分子电子传输材料小分子电子传输材料其他功能材料其他功能材料3 OLED 材料材料小分子发光材料小分子发光材料小分子发光材料用作电致发光材料的有机材料应具备小分子发光材料用作电致发光材料的有机材料应具备以下特性:以下特性:(1) 在可见光区域内具有较高的荧光量子效率;在可见光区域内具有较高的荧光量子效率;(2) 具有较高的电导率具有较高的电导率,即能有效地传导电子或空穴;即能有效地传导电子或空穴;(3) 有良好的成膜特性;有良好的成膜特性;(4) 具有良好的稳定性和机械加工性能具有良好的稳定
16、性和机械加工性能。近来的研究表明近来的研究表明,荧光效率高的物质并不一定是很好的荧光效率高的物质并不一定是很好的EL发光材料发光材料。3 OLED 材料材料小分子发光材料小分子发光材料按按发光颜色发光颜色可分为三基色(绿色、蓝色、可分为三基色(绿色、蓝色、 红色)发红色)发光材料和其他颜色发光材料;光材料和其他颜色发光材料;按按发光方式发光方式可分为主体发光材料和掺杂体发光材料;可分为主体发光材料和掺杂体发光材料;按按发光机理发光机理可分为荧光材料和磷光材料。可分为荧光材料和磷光材料。3 OLED 材料材料其他功能材料其他功能材料电极修饰材料电极修饰材料NNNNNNNNCuCuPcNNNNTD
17、ATANCCNNCCNFFFFF4-TCNQ比较常用的小分子阳极修饰材料有铜酞菁(比较常用的小分子阳极修饰材料有铜酞菁(CuPc)和)和m-MTDATA TDATA掺杂掺杂 F4-TCNQ作空穴注入层可以显著降低器件的启亮作空穴注入层可以显著降低器件的启亮电压,并在低驱动电压下实现高亮度。电压,并在低驱动电压下实现高亮度。对阴极修饰最成功的例子是对阴极修饰最成功的例子是LiF:Al,LiF的引入可以显著提高电的引入可以显著提高电子注入效率。子注入效率。3 OLED 材料材料比较成功的空穴阻挡层材料比较成功的空穴阻挡层材料NNH3CH3CBCPNOAlNOSiOSAlq3 OLED 材料材料磷光
18、小分子材料磷光小分子材料MaterialsHostQuantum EfficiencyPower Efficiency referencesIr(irdf)3PVK36cd/A2.5lm/WAdv. Mater. 2002Ir(ppy)2AcPVK16.2cd/A3.9lm/WJ. Appl. Phys. 2002Ir(bzq)2AcPVK6.9cd/A1.8lm/WJ. Appl. Phys. 2002Ir(btp)2AcPVK3.5cd/A0.91lm/WJ. Appl. Phys. 2002Ir(bsn)2AcPVK2.1cd/A0.55lm/WJ. Appl. Phys. 2002Ir
19、(pbi)2AcPVK21.5cd/A4.8 lm/WOur work3 OLED 材料材料已经商品化的已经商品化的OLED材料:材料:Hole Injection Materials(HIM)CuPc(Kodak), MTDATA(Pioneer), PAN(Uniax)Hole transporting Materials(HTL)TPD(Sanyo), NPB(Kodak, 三菱化学)Emitting Materials(ETM)Alq3、Beq2、DMQA、C545T(Kodak)DCJTB(Kodak),),PtOEP(UDC)DPVBi(出光兴产(出光兴产), 6PP(Covin)
20、, 蒽系列蒽系列(Kodak)3 OLED 材料材料小分子材料技术发展水平小分子材料技术发展水平发光效率发光效率Blue4.5 lm/W(Idemitsu, 470nm)Green15 lm/W(Sanyo Electric, 540nm)Yellow13 lm/W(Sanyo Electric, 570nm)Red2.2 lm/W(Kodak, 600nm)3 OLED 材料材料寿寿 命命Green:80,000hrs(initialbrightness100cd/m2,Kodak)Yellow:30,000hrs (initial brightness 100cd/m2,Sanyo Ele
21、ctric)Blue:8,000hrs (initial brightness 100cd/m2,Idemutsu Kosan)Red:14,000hrs (initial brightness 200cd/m2,Toray)3 OLED 材料材料磷光材料寿命(磷光材料寿命(PHOLED)The reliability of small molecular weight PHOLEDs:red PHOLEDs : 10 5 -106hours green PHOLEDs: 510 4hoursblue PHOLEDs: still to be improved3OLED 材料材料Problem
22、s with OLED materials:器件中载流子的浓度不匹配,电子浓度相对较少器件中载流子的浓度不匹配,电子浓度相对较少发展有效的发展有效的空穴阻挡材料和电子传输空穴阻挡材料和电子传输材料材料蓝光材料不稳定,蓝光材料不稳定,红光红光材料效率不高材料效率不高改善稳定性、荧光量子效率和色纯度改善稳定性、荧光量子效率和色纯度目前缺少好的红光和蓝光主体材料与掺杂材料目前缺少好的红光和蓝光主体材料与掺杂材料3 OLED 材料材料材料提纯技术材料提纯技术固体有机化合物的提纯方法小结一,重结晶二,分区升华三,萃取四,柱层析(包括液相色谱半制备)五,薄层板层析参考书目:1现代有机化学实验技术导论 D.
23、L.帕维亚G.M.兰普曼G.S.小克里兹2。有机化学实验李兆陇阴金香林材料提纯技术固体有机化合物的提纯方法小结固体有机化合物的提纯方法小结一,重结晶重结晶的操作过程为:饱和溶液的制备脱色热过滤冷却结晶抽滤结晶的干燥重结晶操作中的关键在于选择合适的溶剂,使样品在较高温度下溶解,在低温下结晶析出。由于目前做的样品为新结构,文献中找不到合适的溶剂,故可采用如下方法通过实验来选择:取0.1克样品放入一只试管材料提纯技术固体有机化合物的提纯方法小结固体有机化合物的提纯方法小结一,重结晶重结晶的操作过程为:饱和溶液的制备脱色热过滤冷却结晶抽滤结晶的干燥重结晶操作中的关键在于选择合适的溶剂,使样品在较高温度
24、下溶解,在低温下结晶析出。由于目前做的样品为新结构,文献中找不到合适的溶剂,故可采用如下方法通过实验来选择:取0.1克样品放入一只试管材料提纯技术固体有机化合物的提纯方法小结固体有机化合物的提纯方法小结一,重结晶重结晶的操作过程为:饱和溶液的制备脱色热过滤冷却结晶抽滤结晶的干燥重结晶操作中的关键在于选择合适的溶剂,使样品在较高温度下溶解,在低温下结晶析出。由于目前做的样品为新结构,文献中找不到合适的溶剂,故可采用如下方法通过实验来选择:取0.1克样品放入一只试管有机发光显示技术有机发光显示技术1 1基本概念基本概念2 2有机发光显示技术发展过程有机发光显示技术发展过程3 3有机发光材料有机发光
25、材料4 4有机发光显示器件工艺技术有机发光显示器件工艺技术5 5有机发光显示器件驱动技术有机发光显示器件驱动技术6 6新型有机发光显示若干关键技术新型有机发光显示若干关键技术彩色化,高分辨,寿命彩色化,高分辨,寿命ITOITO薄膜技术,发光材料纯化技术,薄膜技术,发光材料纯化技术,OLEDoSOLEDoS,AMOLEDAMOLED,FOLEDFOLED,WOLEDWOLED,金属阴极玻璃基片ITO 阳极空穴传输层发光层电子传输层1段2段4 4 有机发光显示器件工艺技术有机发光显示器件工艺技术OLEDOLED生产工艺流程生产工艺流程Cr patternITO patternPI patternR
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