平板顯示器件

1、 電致發(fā)光及場(chǎng)致發(fā)光顯示器件 （OLED） 140604班 胡曉玲 3214001700 目 錄 顯示技術(shù)的發(fā)展歷程 OLED的基本結(jié)構(gòu) OLED器件的分類(lèi) OLED的主要優(yōu)點(diǎn)與應(yīng) 用 場(chǎng)致發(fā)光分類(lèi) 高場(chǎng)交流電致發(fā)光顯示 顯示技術(shù)的發(fā)展歷程 1920年德國(guó)學(xué)者古登和波爾發(fā)現(xiàn)，某些物質(zhì)加上電壓后會(huì) 發(fā)光，人們把這種現(xiàn)像稱(chēng)為電致發(fā)光或場(chǎng)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(chǎng)， 熒光粉便能發(fā)出明亮的光。 1947年美國(guó)學(xué)者麥克馬斯發(fā)明了導(dǎo)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(dāng)時(shí)發(fā)光效率很低， 還不適合作照明光源，只能勉強(qiáng)作顯示器件。 70年代后，

2、由于薄膜技術(shù)帶來(lái)的革命，薄膜晶體管（TFT） 技術(shù)的發(fā)展場(chǎng)致發(fā)光（EL）在壽命、效率、亮度、存儲(chǔ)上 的技術(shù)有了相當(dāng)?shù)奶岣?。使得?chǎng)致發(fā)光（EL）成為三在顯 示技術(shù)中最有前途的發(fā)展方向之一。 場(chǎng)致發(fā)光分類(lèi) 場(chǎng)致發(fā)光（場(chǎng)致發(fā)光（ELEL）按激光發(fā)過(guò)程的不同分為二大類(lèi)：按激光發(fā)過(guò)程的不同分為二大類(lèi)： （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(dāng)電子與空穴在的電極注入電子和空穴，當(dāng)電子與空穴在 晶體內(nèi)再?gòu)?fù)合時(shí)，以光的形式釋放出多余晶體內(nèi)再?gòu)?fù)合時(shí)，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(jié)構(gòu)是結(jié)的能量。注入式電致發(fā)光的基本結(jié)構(gòu)是結(jié) 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(chǎng)電致發(fā)）本征型電致發(fā)光：又分為高場(chǎng)電致發(fā) 光與低能電致發(fā)光。其中高場(chǎng)電致發(fā)光是光與低能電致發(fā)光。其中高場(chǎng)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(qiáng)電場(chǎng)的作用下在晶體內(nèi)部加速，碰接加強(qiáng)電場(chǎng)的作用下在晶體內(nèi)部加速，碰接 發(fā)光中心并使其激發(fā)或離化，電子在回復(fù)發(fā)光中心并使其激發(fā)或離化，電子在回復(fù) 到基態(tài)時(shí)輻射發(fā)光。到基態(tài)時(shí)輻射發(fā)光。 場(chǎng)致發(fā)光分類(lèi) 第（二）種器件程類(lèi)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(dǎo)熒光粉在低低能電致發(fā)光是指某些高電導(dǎo)熒光粉在低 能電子注入時(shí)的激勵(lì)發(fā)光現(xiàn)象。能電子注入時(shí)的激勵(lì)發(fā)光現(xiàn)象。 高場(chǎng)交流電致發(fā)光顯示 ACEL結(jié)構(gòu)圖 交流電致發(fā)光顯示是目前高場(chǎng)電致發(fā)光顯示的交流電致發(fā)光顯示是目前高場(chǎng)電致發(fā)光顯示的主主流 高場(chǎng)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(shù)脂和氰乙基醣的混合物的有機(jī)介質(zhì)混合在環(huán)氧樹(shù)脂和氰乙基醣的混合物的有

5、機(jī)介質(zhì) 中，兩端夾有電極，其中一個(gè)為透明電極。另一中，兩端夾有電極，其中一個(gè)為透明電極。另一 個(gè)是真空蒸鍍鋁或銀電極，構(gòu)成一個(gè)個(gè)是真空蒸鍍鋁或銀電極，構(gòu)成一個(gè)EL。 實(shí)質(zhì)上，實(shí)質(zhì)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(zhì)中的發(fā)光現(xiàn)象，也稱(chēng)德粉狀晶體懸浮在絕緣介質(zhì)中的發(fā)光現(xiàn)象，也稱(chēng)德 斯垂效應(yīng)。斯垂效應(yīng)。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(nèi)的發(fā)光線(xiàn)發(fā)光，不是體發(fā)光。線(xiàn)是晶體內(nèi)的發(fā)光線(xiàn)發(fā)光，不是體發(fā)光。線(xiàn) 發(fā)光強(qiáng)度可達(dá)發(fā)光強(qiáng)度可達(dá)3.4105cd/m2，總體發(fā)光亮度約，總體發(fā)光亮度約 40cd/m2功率轉(zhuǎn)換效率

6、為功率轉(zhuǎn)換效率為1/%，壽命約，壽命約1000小時(shí)。小時(shí)。 高場(chǎng)電致發(fā)光的機(jī)制存在許多有趣的物理問(wèn)題， 最近仍在不斷的探討，它與EL材料中的電子在高 電場(chǎng)下作用下的加速產(chǎn)生熱電子，熱電子碰撞 ZnS格使之離化產(chǎn)生電子空穴對(duì)，當(dāng)電子重新被 這些離化的施主和受主俘獲時(shí)，產(chǎn)生復(fù)合發(fā)光， 也可以通過(guò)熱電子直接碰撞發(fā)光中心發(fā)光（如 ZnS基質(zhì)發(fā)光材料中的施主-受主對(duì)，或摻雜的 Mn2+，或一些三價(jià)稀土離子），電子空穴對(duì)的 復(fù)合能量也可以直接傳遞給發(fā)光中心而發(fā)光。 “ ” 高場(chǎng)薄膜電致發(fā)光（TFELTFEL）器件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介 目前的ACTFEL多采用雙絕緣層ZnS:Mn薄膜結(jié)構(gòu)。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(jié)構(gòu)示意圖結(jié)構(gòu)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(zhì)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(shí)，亮度高達(dá)5000cd/m2。 ACTFEL具有記憶效應(yīng)，通常室內(nèi)光照度下，記憶可維 持幾分鐘，在黑暗中可保持十幾個(gè)小時(shí)。 什么是記憶效應(yīng)？什么是記憶效應(yīng)？ 記憶效應(yīng)可以解釋為：脈沖電壓產(chǎn)生強(qiáng)電場(chǎng)，使記憶效應(yīng)可以解釋為：脈沖

8、電壓產(chǎn)生強(qiáng)電場(chǎng)，使 發(fā)光層中電子加速。在這些電子穿過(guò)發(fā)光層時(shí)，發(fā)光層中電子加速。在這些電子穿過(guò)發(fā)光層時(shí)， 激發(fā)錳發(fā)光中心。已穿過(guò)發(fā)光層的電子便在發(fā)光激發(fā)錳發(fā)光中心。已穿過(guò)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(lái)，這些電子在電場(chǎng)層與絕緣層的界面上積累起來(lái)，這些電子在電場(chǎng) 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(gè)脈沖與上一個(gè)脈沖同方向，極化電荷。如果下一個(gè)脈沖與上一個(gè)脈沖同方向， 則極化電場(chǎng)將抵消脈沖電壓產(chǎn)生的電場(chǎng)的大部分，則極化電場(chǎng)將抵消脈沖電壓產(chǎn)生的電場(chǎng)的大部分， 所以發(fā)光亮度變小。反過(guò)來(lái)，如果下一脈沖方向所以發(fā)光亮度變

9、小。反過(guò)來(lái)，如果下一脈沖方向 反轉(zhuǎn)，則極化電場(chǎng)與脈沖電壓產(chǎn)生的電場(chǎng)疊加，反轉(zhuǎn)，則極化電場(chǎng)與脈沖電壓產(chǎn)生的電場(chǎng)疊加， 總電場(chǎng)變大，所以發(fā)光亮度增加。利用總電場(chǎng)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(jí)的記憶板，作為視頻顯示板可以制成具有灰度級(jí)的記憶板，作為視頻顯示板 用的記憶板能夠具有幀儲(chǔ)存的能力。用的記憶板能夠具有幀儲(chǔ)存的能力。 ACTFELACTFEL優(yōu)點(diǎn)與應(yīng)用 ACTFEL優(yōu)點(diǎn)是壽命長(zhǎng)（大于2萬(wàn)小時(shí)），亮度高， 工作溫度寬（-55+125），缺點(diǎn)是只有摻Mn 的發(fā)光效率高，且為橙黃色，對(duì)全色顯示要求三 基色研制高效的發(fā)光材料是當(dāng)今研究的課題。EL 器件目前已被應(yīng)用在背

10、光源照明上，在汽車(chē)、飛 機(jī)及其他設(shè)備儀器儀表、手機(jī)、手表、電子鐘、 LCD模塊、筆記本電腦顯示器等方面獲得應(yīng)用。 也作為交通安全標(biāo)志，公司標(biāo)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(dá)L633數(shù)碼相機(jī)顯示屏 OLEDOLED OLED已成為當(dāng)今超薄、大面積平板顯示器件研究的熱門(mén)。已成為當(dāng)今超薄、大面積平板顯示器件研究的熱門(mén)。 1963年年P(guān)ope發(fā)表了世界上第一篇有關(guān)發(fā)表了世界上第一篇有關(guān)OLED的文獻(xiàn)，當(dāng)時(shí)的文獻(xiàn)，當(dāng)時(shí) 使用數(shù)百伏電壓，加在有機(jī)芳香族使用數(shù)百伏電壓，加在有機(jī)芳香族Anthracene（葸）晶體（葸）晶體 上時(shí)，觀察到發(fā)光現(xiàn)象。但由于電壓過(guò)高，發(fā)光效率低，上

11、時(shí)，觀察到發(fā)光現(xiàn)象。但由于電壓過(guò)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(dá)公司的年伊士曼柯達(dá)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(jié)構(gòu)的的等人發(fā)明以真空蒸鍍法制成多層式結(jié)構(gòu)的的OLED器器 件后，研究開(kāi)發(fā)才活越起來(lái)。同年，英國(guó)劍橋大學(xué)開(kāi)文迪件后，研究開(kāi)發(fā)才活越起來(lái)。同年，英國(guó)劍橋大學(xué)開(kāi)文迪 施實(shí)驗(yàn)室的施實(shí)驗(yàn)室的Jeremy Burroughes證明高分子有機(jī)聚合物也證明高分子有機(jī)聚合物也 有電致發(fā)光效應(yīng)。有電致發(fā)光效應(yīng)。 1990年英國(guó)劍橋大學(xué)的年英國(guó)劍橋大學(xué)的Friend等人成功的開(kāi)發(fā)出以涂布方等人成功的開(kāi)發(fā)出以

12、涂布方 式將多分子應(yīng)用在式將多分子應(yīng)用在OLED上，即上，即Polymer（多聚物，聚和（多聚物，聚和 物）物） LED，亦稱(chēng)，亦稱(chēng)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(jì)產(chǎn)業(yè)中所占的重要地位。在二十一世紀(jì)產(chǎn)業(yè)中所占的重要地位。 OLEDOLED 有機(jī)發(fā)光顯示器（有機(jī)發(fā)光顯示器（OLED）又稱(chēng)有機(jī)）又稱(chēng)有機(jī)EL，是以有，是以有 機(jī)薄膜作為發(fā)光體的自發(fā)光顯示器件。機(jī)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(yīng)惡劣工作環(huán)境；它它是固體自發(fā)光器件，可適應(yīng)惡劣工作環(huán)境；它 響應(yīng)時(shí)間短、發(fā)光效率高、視角寬、對(duì)比度高響應(yīng)時(shí)間

13、短、發(fā)光效率高、視角寬、對(duì)比度高； 它可在它可在5V10V的低電壓下工作，功耗低，工藝簡(jiǎn)的低電壓下工作，功耗低，工藝簡(jiǎn) 單；制造成本低、有機(jī)發(fā)光材料眾多、覆蓋發(fā)光單；制造成本低、有機(jī)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(jià)廉、易光譜從紅外到紫外，適合全彩色顯示；價(jià)廉、易 于大規(guī)模生產(chǎn)；于大規(guī)模生產(chǎn)；OLED的生產(chǎn)更近似于精細(xì)化工的生產(chǎn)更近似于精細(xì)化工 產(chǎn)品，可在塑料、樹(shù)脂等不同的材質(zhì)上生產(chǎn)，產(chǎn)產(chǎn)品，可在塑料、樹(shù)脂等不同的材質(zhì)上生產(chǎn)，產(chǎn) 品的機(jī)械性能好，不僅可以制造出品的機(jī)械性能好，不僅可以制造出筆記本電腦、筆記本電腦、 臺(tái)式機(jī)適用的顯示器，還有可能創(chuàng)造出墻壁大小臺(tái)式機(jī)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(yù)言，隨著人們預(yù)言，隨著 規(guī)模量產(chǎn)的到來(lái)，規(guī)模量產(chǎn)的到來(lái)，OLED可以比可以比LCD成本低成本低20%。 2016 “ ” 目前正進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化階段。目前正進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化階段。OLED 在材料與技術(shù)專(zhuān)利部分主要有兩在材料與技術(shù)專(zhuān)利部分主要有兩 大陣營(yíng)，分別為大陣營(yíng)，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(chǎn)的產(chǎn)品有量產(chǎn)的產(chǎn)品有 90%以上為被動(dòng)式以上為被動(dòng)式單色或多彩小單色或多彩小 尺寸顯示器尺寸顯示器，應(yīng)用市場(chǎng)主要為，應(yīng)用市場(chǎng)主要為手手 機(jī)、機(jī)、PDA、手持游戲機(jī)和數(shù)字相、手持游戲機(jī)

15、和數(shù)字相 機(jī)機(jī)等。若從技術(shù)及市場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì)等。若從技術(shù)及市場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì) 來(lái)看，來(lái)看，OLED將會(huì)往主動(dòng)式、全將會(huì)往主動(dòng)式、全 彩和大尺寸發(fā)展，進(jìn)而直接威脅彩和大尺寸發(fā)展，進(jìn)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(chǎng)。市場(chǎng)。 OLEDOLED的基本結(jié)構(gòu) 圖OLED的典型雙異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu) 通過(guò)陰極和陽(yáng)極注入載流通過(guò)陰極和陽(yáng)極注入載流 子到電極內(nèi)側(cè)有機(jī)功能薄子到電極內(nèi)側(cè)有機(jī)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(chǎn)生光子躍遷回低能態(tài)，產(chǎn)生光子 并釋放出光能。并釋放出光能。 OLED器件的發(fā)光機(jī)制 OLED的基本原理為：加入一外加偏壓，使電子空 穴分別經(jīng)過(guò)空穴傳輸層與電子傳輸層后，進(jìn)入一 具有發(fā)光特性的有機(jī)物質(zhì)，在其內(nèi)部發(fā)生復(fù)合， 激勵(lì)出一個(gè)激子，再將能量釋放出來(lái)回到基態(tài)， 而這些釋放出來(lái)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(lái)當(dāng)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(jī)有機(jī) 材料材料 OLEDOLED發(fā)光有五個(gè)步驟：發(fā)光有五個(gè)步驟： 載流子電子和空穴分別從陰極、陽(yáng)極注入載流子電子和空穴分別從陰極、陽(yáng)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(fù)合并產(chǎn)生激發(fā)子（中復(fù)合并產(chǎn)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(chǎn)生輻射。激發(fā)態(tài)電子躍遷回低能態(tài)，產(chǎn)生輻射。 OLEDOLED 由于OLED屬有機(jī)分子為主的非晶半導(dǎo)體器件，而 無(wú)機(jī)發(fā)光器件（EL）則是以原子為主。 OELD的特性主要來(lái)自其分子之作用力而EL是來(lái) 自其原子之作用力。 有機(jī)分子是共價(jià)鍵化合物，因其電子被局域化，故 通導(dǎo)性不佳。然而有一類(lèi)有機(jī)分子因其具有電 子，而在適當(dāng)組合下，這些電子不會(huì)被局域化， 而其鍵結(jié)是以單、雙鍵方式交互形成，故此類(lèi)分子 稱(chēng)為共軛分子，而其特性因電子能夠在其共軛 軌道上移動(dòng)，故具有導(dǎo)通性。 利用此類(lèi)單體分子便能聚合產(chǎn)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(dǎo)度。有機(jī)半導(dǎo)體因其導(dǎo)電程度 介于導(dǎo)體與半導(dǎo)體之間，故其應(yīng)用范圍也非常廣，多用于電磁 波遮蔽體、抗靜電涂布等。而應(yīng)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(yáng)電池、光存儲(chǔ)、非線(xiàn)性 光學(xué)器件等。當(dāng)前最熱門(mén)的應(yīng)用則是OLED。 OLED器件的分類(lèi) 一般說(shuō)來(lái)，OLED顯示器依驅(qū)動(dòng)方式分為被動(dòng)式和 主動(dòng)式兩類(lèi)。 其電路原理如圖所示。 被動(dòng)式無(wú)源矩陣 主動(dòng)式有源矩陣 主、被動(dòng)式OLED電原理圖 OLEDOLED器件的分類(lèi) 被動(dòng)式適合用在小尺寸的面板，因?yàn)槠渌查g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(huì)使像素的壽命縮短。且因?yàn)閽呙璧年P(guān) 系也使其分辨率受限制，因其成本低廉、工藝簡(jiǎn) 單，適用于低信息量的顯示，如字符顯示。 OLEDOLED器件的分類(lèi) 主動(dòng)式與被動(dòng)式特性相反，成本較昂貴、制造較復(fù) 雜，它在面板上增加了一層電子底板，每個(gè)像素通 過(guò)在電子底板上相應(yīng)的薄膜晶體管和電容器來(lái)進(jìn)行 獨(dú)立的尋址。即每個(gè)像素可連續(xù)與獨(dú)立驅(qū)動(dòng)，并可 記憶驅(qū)動(dòng)信號(hào)，不需在高脈沖電流下操作，