基于Labview的有機發(fā)光二極管的性能計算研究

1、第一章 引言第一章 引言 OLED(Organic Light-Emitting Diode)是“有機發(fā)光二極管”，是指有機半導(dǎo)體材料和有機發(fā)光材料在電池的驅(qū)動下，通過載流子注入和符合導(dǎo)致發(fā)光的技術(shù)。它是一種以有機化合物作為電致發(fā)光層的新型二極管，其發(fā)光層材料是有機小分子或聚合物大分子，是當(dāng)前工業(yè)界和學(xué)術(shù)界研究的熱點。 1.1 OLED的發(fā)展歷程和研究現(xiàn)狀 1.1.1 OLED技術(shù)和產(chǎn)品發(fā)展?fàn)顩r 1、OLED技術(shù)發(fā)展歷程 有機電致發(fā)光現(xiàn)象及相應(yīng)的研究早在20世紀(jì)60年代就開始了，1963年美New York大學(xué)的Pope1發(fā)表了世界上第一篇有關(guān)OLED的文獻，首次實現(xiàn)了蒽單晶的電致發(fā)光，但由于

2、過高的電壓與不佳的發(fā)光效率，在當(dāng)時并未得到重視。在此后的二十年里，有機電致發(fā)光器件的研究進展相當(dāng)緩慢。1979年，柯達公司的鄧青云博士發(fā)現(xiàn)一塊做實驗的有機蓄電池在發(fā)光，從而開始了OLED的研究。1987年，美國柯達公司的C.w.Tang2首次將空穴傳輸層引入了有機薄膜發(fā)光器件中，制備了具有雙層結(jié)構(gòu)的器件，得到了低于10V的驅(qū)動電壓，同時發(fā)光亮度超過1000cd/m2，使有機電致發(fā)光器件的研究工作取得了實質(zhì)性的突破。1990年，英國劍橋大學(xué)卡文迪許實驗室的Burroughes等人首次在Nature上報道了聚苯乙烯(PPV)的電致發(fā)光現(xiàn)。1997年，F(xiàn)orrest等發(fā)現(xiàn)了磷光電致發(fā)光現(xiàn)象。1999

3、年，D.F.O'Brien，M.A.Baldo等人在研究激子傳輸規(guī)律之后，提出用BCP（一種傳輸電子的有機電聚合物）做空穴阻擋層，用磷光染料PtOED摻雜，制備出的OLED發(fā)光效率達5.6%，內(nèi)量子效率達32%。隨后的十余年里，人們通過不斷改善電極材料、發(fā)光材料、傳輸層材料的性能、器件的制備工藝以及摻雜條件等，使得OLED在發(fā)光顏色、亮度、效率、壽命等方面取得了一系列重大突破。其單項指標(biāo)已基本達到實用化要求：最大發(fā)光亮度已經(jīng)超過106cd/m2，發(fā)光效率達到151m/W以上，量子效率高于4%，作壽命大于 10000h，并實現(xiàn)了紅、綠、藍以及全色發(fā)光3。 2、OLED產(chǎn)品發(fā)展歷程 目前，

4、OLED的研究已不限于學(xué)術(shù)界，幾乎所有國際著名電子公司及化學(xué)公司都投入了巨大的人力與資金進入這一研究領(lǐng)域，呈現(xiàn)研究、開發(fā)與產(chǎn)業(yè)化齊頭并進的局面。在產(chǎn)品開發(fā)層面，OLED真正實用開發(fā)研究源于1987年美國柯達公司的基本專利發(fā)表之后，1997年日本先鋒公司率先把分辨率為256×64的PMOLED面板作為音響面板推向市場，最早實現(xiàn)OLED的商品化。2000年，摩托羅拉公司的手機采用日本先鋒公司的1.8英寸多彩PMOLED面板并實現(xiàn)商業(yè)化。美國施樂公司與3M公司合作推出一種可隨身攜帶的紙狀電子顯示器。2002年，三星公司開始批量推出采用256色OLED副屏的手機；韓國SK公司宣布生產(chǎn)出了15

5、英寸AMOLED顯示器，其性能可與商品化的TFTLED電視機媲美。2003年，柯達公司推出第一部使用OLED顯示器的數(shù)碼相機。2004年，三星公司成功開發(fā)了14.1英寸、分辨率為1280×768的WXGA面板。整體上講，OLED的產(chǎn)業(yè)化目前已經(jīng)開始，其中單色、多色和彩色器件已經(jīng)達到批量生產(chǎn)水平，大尺寸全彩器件尚處于研究開發(fā)階段。OLED的應(yīng)用大致可以分為以下幾個階段：(1) 19972001年為OLED的試驗階段。在這段時期OLED開始走出實驗室，主要應(yīng)用于汽車音響面板、PDA及手機方面。但產(chǎn)品很有限，產(chǎn)品規(guī)格少，均為無源驅(qū)動、單色或區(qū)域色彩，在很大程度上帶有試驗和試銷的性質(zhì)。(2)

6、 20022005年為OLED的成長階段。這個時期人們開始逐漸接觸到更多帶有OLED的產(chǎn)品，例如車載顯示器、PDA、手機、數(shù)碼相機等，但主要以10英寸以下的小面板為主，10英寸以上的面板也開始投入使用。(3) 2005年以后，OLED開始走向成熟化的階段。在2008年后這種成熟度加速，包括技術(shù)、市場都在突飛猛進。大尺寸及使用壽命將成為今后OLED技術(shù)的主要突破方向。 1.1.2 OLED的研究現(xiàn)狀 1、全球研究現(xiàn)狀 經(jīng)過半個多世紀(jì)的研究探索，目前，全世界已有數(shù)百個研究單位和公司活躍于OLED的研究和制造當(dāng)中。在OLED的產(chǎn)業(yè)化方面，全球已投產(chǎn)的有機電致發(fā)光顯示屏的生產(chǎn)線有10條以上，三星、LG

7、、索尼、夏普正在布局OLED電視，而存在的瓶頸問題則是產(chǎn)品的低效率和高成本問題。OLED顯示屏幕的大型化和TV化石OLED的發(fā)展方向，而在OLED壽命方面還有兩個艱難課題：一是發(fā)光效率隨時間而劣化，二是像素中的黑斑隨時間擴大至整像素不亮，因此，OLED技術(shù)還有待于進一步研究、改進。 2、國內(nèi)研究現(xiàn)狀 從目前國家各有關(guān)部門推出的政策看，政府正在逐步強化對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撐方向發(fā)展，這對OLED產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供有力的促進因素。北京維信諾公司于2005年11月開始自主建設(shè)的國內(nèi)第一條PM-OLED生產(chǎn)線已經(jīng)投產(chǎn)，標(biāo)志著我國在OLED領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了從技術(shù)到產(chǎn)業(yè)化的轉(zhuǎn)

8、變。盡管我國OLED技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化還面臨諸多困難，但很多公司仍然看好其發(fā)展前景，紛紛斥資進軍OLED行業(yè)。 在國外OLED研發(fā)腳步不斷加快的同時，我國OLED研究水平也迅速上升。在有機材料方面，吉林大學(xué)在世界范圍內(nèi)率先開展了三線態(tài)磷光材料的性能研究；在OLED器件結(jié)構(gòu)方面，我國開發(fā)的單層結(jié)構(gòu)OLED器件突破了傳統(tǒng)的雙層和多層結(jié)構(gòu)專利技術(shù)，減少了材料、設(shè)備和工藝過程，大大降低了成本；在OLED的彩色化方面，我國也開發(fā)出高清晰度的26萬色全彩OLED樣品等。盡管我國OLED行業(yè)在大尺寸技術(shù)上還不成熟，壽命和成品率還需要經(jīng)過一定的時間才能解決，但是我國基本上能夠依靠自己的技術(shù)實現(xiàn)OLED的產(chǎn)業(yè)化。 1

9、.2 有機發(fā)光二級管（OLED）的研究價值4 1.2.1 OLED的優(yōu)勢 經(jīng)過幾十年的研究，OLED作為信息時代衡量一個國家的科技水準(zhǔn)之一，在整個國民經(jīng)濟及國防工業(yè)中將占有舉足輕重的地位。與目前占主流地位的傳統(tǒng)的平板顯示器相比，可以看出OLED具有以下的許多優(yōu)點(如表1-1所示): (1) 有機電致發(fā)光器件的核心層厚度約為十萬分之一毫米，這比LCD厚度小得多； (2) 與傳統(tǒng)的顯示器相比，OLED制作工藝簡單，成本低廉；(3) OLED的組成為全固態(tài)結(jié)構(gòu)，無真空腔，無液態(tài)成分，從而抗震動性強，可實現(xiàn)柔軟顯示。使用塑料、聚醋薄膜或膠片作為基板，OLED顯示屏可以做到更薄，甚至可以折疊或卷起來；

10、表1-1 OLED與傳統(tǒng)顯示器的性能對比CRTPDPTFT-LCDOLEDFEDDLPLCOS 視角佳佳一般佳佳差差 亮度 cd/m2約350約350約250約200約250約250約250對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飽和度最佳佳一般一般佳一般一般響應(yīng)時間1s1-20s25ms10s10s佳一般驅(qū)動電壓1-30KV120-300V AC3-15VDC3-9VDC30-80VDC12V12V電力消耗一般較大較大較小較小一般一般面板厚度很大約10mm約8mm約2mm約10mm較大較大重量最大一般較小最小較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

11、-40英寸5-36英寸42-100英寸42-100英寸壽命長長長，取決于光源待提高較長長，取決光源長，取決于光源價格低高最高一般高較高較高 (4) OLED可以自身發(fā)光，而液晶則需要燈管作為背光源，所以O(shè)LED比液晶顯示器亮度更高，對比度更大，色彩效果更加豐富，同時由于OLED不需要大量燈管作為背光源，因此OLED電壓更低，更加節(jié)能，幾乎沒有視角問題，可在很大的角度范圍內(nèi)觀看，而顯示畫面不失真； (5) 具有快速響應(yīng)特性。響應(yīng)時間是液晶電視的千分之一，顯示運動畫面絕對不會出現(xiàn)拖影的現(xiàn)象； (6) 發(fā)光轉(zhuǎn)化效率高。只是需要點亮的單元才加電，并且電壓較低，所以能耗比需要背光源的LCD、CRT低；

12、(7) 環(huán)保效益更佳。光譜中沒有紫外線和紅外線，既沒有熱量，也沒有輻射，眩光小，而且廢棄物可回收，沒有污染，不含汞元素，冷光源，可以安全觸摸，屬于典型的綠色照明光源。(8) OLED器件單個像素可以相當(dāng)小，非常適合應(yīng)用在微顯示設(shè)備中。另外，由于它抗震能力較強，在軍事領(lǐng)域可用于戰(zhàn)斗機和坦克的顯示終端。 1.2.2 OLED的不足之處 盡管OLED自身具有以上的許多優(yōu)點5，而且有機電致發(fā)光顯示器在材料、壽命、亮度以及柔性等方面均有較大的進展。但是其產(chǎn)業(yè)化進程遠遠低于人們的預(yù)料，主要原因是在該領(lǐng)域研究中尚有許多關(guān)鍵問題沒有真正得到解決，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：(1) 有機電致發(fā)光器件的最大缺點是壽命

13、低。 (2) 載流子的注人效率較低。這主要是指電子的注人效率低限制了電流強度，從而導(dǎo)致了發(fā)光效率和發(fā)光強度較低； (3) 大面積化難度大。OLED在中小面積的制作上比LCD容易，但是，在實現(xiàn)大面積，高像素密度和有源器件的制作上，制作工藝還遠沒有成熟； (4) 穩(wěn)定性差。與LCD比較，OLED可靠性較差，一方面是由于OLED器件的材料和工藝還不夠成熟，某些有機發(fā)光材料在使用一段時間后會發(fā)生重結(jié)晶現(xiàn)象而析出，使得器件性能發(fā)生退化；另一方面也是由于它屬于電流型器件，其每個像素的工作電流要比每個LCD的像素工作電流大很多，這就難免出現(xiàn)異?，F(xiàn)象，造成器件的失效。作為電流型器件不可避免地會因電流的熱效應(yīng)而

14、升溫，所以，OLED在提高亮度時，器件散熱是最大的問題； (5) 成膜技術(shù)還不夠完善。某些有機材料只能通過旋涂成膜，但旋涂成膜技術(shù)的可重復(fù)性很小，使得器件的制備工藝很不穩(wěn)定； (6) 知識產(chǎn)權(quán)被壟斷。OLED的知識產(chǎn)權(quán)基本被美國柯達，日本Sony和韓國的幾家公司壟斷。而且，他們并不愿意輕易出賣授權(quán)，這對于一些開發(fā)，投資實力不強的企業(yè)來說是一個較難跨越的門檻。1.3 論文研究目的及主要工作1.3.1 論文研究背景及目的由于有機電致發(fā)光器件（OLED）具有高亮度、高分辨率、高對比度、寬視角、較快的響應(yīng)速度、超薄、超輕以及制備工藝簡單等優(yōu)點，很有可能成為新一代平板顯示技術(shù)的主流，但是就一個新生事物從

15、發(fā)現(xiàn)到成為真正的商品造福于人類，這之間需要我們花費很長的時間來不斷的完善。與現(xiàn)下流行的平板顯示器相比，雖然OLED具有以上的許多優(yōu)點，由于OLED的研究工作涉及到物理、化學(xué)、材料以及電子學(xué)等多學(xué)科的研究領(lǐng)域，經(jīng)過多年的發(fā)展雖然取得了一定的成績，但是在實用化的道路上仍然存在著許多問題，例如發(fā)光材料相當(dāng)單一、壽命較低、器件的穩(wěn)定性較差以及制備的高成本等問題，所以目前還不具備量產(chǎn)的條件。本論文正是在這樣一個社會背景之下展開研究和討論工作的，為了進一步改善器件的性能，使其早日能夠真正實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，本論文對OLED的性能轉(zhuǎn)換進行研究，并實現(xiàn)其性能轉(zhuǎn)換計算。1.3.2 論文研究內(nèi)容及主要工作從大的方面講

16、，OLED研究包括器件設(shè)計制造測試。我們的研究將集中在解決測試階段的一些重要問題。本論文研究的主要內(nèi)容是通過理解OLED的發(fā)光原理及測試發(fā)光過程中各性能指標(biāo)（發(fā)光光譜、發(fā)光強度、電流光功率等性能進行測試）的函數(shù)關(guān)系，根據(jù)已得數(shù)據(jù)關(guān)系利用Labview軟件實現(xiàn)OLED性能轉(zhuǎn)換計算。 (1) 在測試階段，將研究其發(fā)射光譜、電流-發(fā)光亮度、電流-效率、電流-外量子效率四個主要性能。(2) 在實驗室中，可以用儀器直接測量得到的數(shù)據(jù)結(jié)果是：發(fā)射光譜、電流-光功率特性，最終用來衡量其性能的數(shù)據(jù)是發(fā)光亮度、外量子效率和亮度效率。所以測試階段的一個重要工作是使用電流-光功率特性和發(fā)射光譜計算出發(fā)光亮度、外量子

17、效率和亮度效率。(3) 在計算過程中，將直接測量得到的輻射度量轉(zhuǎn)換為光度量需要使用一系列復(fù)雜運算公式，我們將編制一套labview軟件實現(xiàn)從輻射度量到光度量的轉(zhuǎn)換。(4) 另外編制程序?qū)abview程序進行驗證，以保證Labview程序的正確性。49第二章 有機第二章 有機發(fā)光二級管（OLED）的基礎(chǔ)理論 2.1 OLED的工作原理及結(jié)構(gòu)2.1.1 OLED的工作原理OLED (Organic Light-Emitting Diode)6是指有機半導(dǎo)體材料和發(fā)光材料在電場驅(qū)動下，通過載流子注入和復(fù)合導(dǎo)致發(fā)光的現(xiàn)象其原理是用ITO透明電極和金屬電極分別作為器件的陽極和陰極，在一定電壓驅(qū)動下，電

18、子和空穴分別從陰極和陽極注入到電子和空穴傳輸層，電子和空穴分別經(jīng)過電子和空穴傳輸層遷移到發(fā)光層，并在發(fā)光層中相遇，使發(fā)光分子激發(fā)，再經(jīng)過輻射弛豫而發(fā)出可見光。根據(jù)這種發(fā)光原理而制成OLED發(fā)光二極管（如圖2-1所示）。 圖2-1 OLED的工作原理 (1) OLED設(shè)備的電池或電源會在OLED兩端施加一個電壓。 (2) 電流從陰極流向陽極，并經(jīng)過有機層。 (3) 陰極向有機分子發(fā)射層輸出電子。 (4) 陽極吸收從有機分子傳導(dǎo)層傳來的電子。 (5) 在發(fā)射層和傳導(dǎo)層（即空穴傳輸層）的交界處，電子會與空穴結(jié)合。 (6) 電子遇到空穴時，會填充空穴形成激子。 (7) 這一過程發(fā)生時，電子會以光子的形

19、式（熒光）釋放能量，OLED發(fā)光。 2.1.2 OLED的結(jié)構(gòu) OLED器件的結(jié)構(gòu)是由多層薄膜器件組成的，即由箔、膜、剛性或柔性的板作基底，由電極層、活性材料層及保護阻擋層等組成，要求其中至少一個電極對光透明。OLED器件的結(jié)構(gòu)可以分為多種，這些結(jié)構(gòu)是為了適應(yīng)材料性能和器件性能要求而設(shè)計的。已制備出的OLED有多種形式，OLED器件按構(gòu)成可分為以下幾類： (1) 單層結(jié)構(gòu)（如圖2-2所示） 單層有機薄膜被夾在ITO陽極和金屬陰極之間。其中的有機層，既作發(fā)光層（EML），又兼作電子傳輸層（ETL）和空穴傳輸層（HTL）。 圖2-2 單層結(jié)構(gòu)示意圖 (2) 雙層結(jié)構(gòu)（如圖2-3所示） 雙層結(jié)構(gòu)是由

20、兩層不同功能的有機材料共同構(gòu)成OLED。雙層A型（如圖2-3-a）最主要的特點是發(fā)光體也具有傳輸電子的能力；雙層B型（如圖2-3-b）最主要的特點是空穴傳輸材料可當(dāng)發(fā)光層。 (3) 多層結(jié)構(gòu)（如圖2-4） 這種器件結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是使三個功能層各行其職，對于選擇材料和優(yōu)化器件結(jié)構(gòu)性能十分方便，是目前有機電致發(fā)光器件中最常采用的器件結(jié)構(gòu)。 圖2-4 多層結(jié)構(gòu)示意圖 2.2 OLED的制備工藝 有機電致發(fā)光器件的制作工藝實際上是薄膜工藝和表面處理工藝7。圖2-5是制作有機電致發(fā)光器件的工藝流程，制作該器件的關(guān)鍵技術(shù)主要包括有機分子功能薄膜，金屬電極及ITO透明導(dǎo)電薄膜和保護膜的制備技術(shù)，有機電致發(fā)光器件

21、的制備過程關(guān)系到器件性能的優(yōu)劣，不同的發(fā)光材料有不同的器件制備工藝。 圖2-5 OLED制作工藝流程 下面我們就以有機小分子為例，簡單闡述一下有機電致發(fā)光器件的制作方法和工藝流程： 有機小分子發(fā)光器件一般采用真空熱蒸鍍的方法來制作，該器件的陽極通常是采用ITO導(dǎo)電玻璃，其制備流程如下： (1) 首先是把ITO玻璃刻蝕成我們所需要的不同圖案； (2) 然后進行清洗工作。具體的清洗過程包括用電子洗液、去離子水、酒精、丙酮、去離子水反復(fù)沖洗和超聲，把經(jīng)過超聲處理后的ITO玻璃從去離子水中拿出用N2吹干，為了提高ITO陽極的功函數(shù)，并把其放人紫外烘烤箱中進行03處理或進行等離子體處理； (3) 然后把

22、處理好的ITO玻璃襯底放人真空蒸鍍腔中，并對腔體抽真空，當(dāng)真空度達到10-3Pa時開始蒸鍍有機材料層，最后在有機材料層的上面蒸鍍金屬AI電極作為陰極。在有機材料的蒸鍍過程中，當(dāng)有機材料從蒸發(fā)源中被加熱蒸發(fā)出來之后，有機材料分子或金屬原子將以一定的初速度脫離材料表面而向外飛散，如果這些分子或原子在飛散過程中遇上氣體分子，這些被蒸發(fā)出來的分子將可能被散射，如果他們碰到氣體分子的幾率很低，則一部分被蒸發(fā)出來的分子將從材料表面勻速直線運動到樣品表面，并沉積下來形成一層薄膜，薄膜的厚度分布與束源和樣品的相對位置及發(fā)散角等因素有關(guān)。一般來說，有機小分子在ITO導(dǎo)電玻璃上是均勻?qū)訝钌L的，而且形成的是無定形

23、薄膜，但是也有島狀生長和類似于傳統(tǒng)的分子束外延生長當(dāng)中的準(zhǔn)分子束外延生長的有序有機薄膜。在薄膜的淀積過程中，控制厚度均勻的薄膜和恒定的蒸發(fā)速率是非常重要的，通常有機分子的蒸發(fā)速率控制在0.010.05nm/s是最好的，如果沉積速率太快，沉積上去的有機分子還來不及通過熱振動馳豫能量，便被隨后沉積上去的分子所覆蓋，這樣很容易導(dǎo)致分子排列的缺陷，使薄膜很容易產(chǎn)生針孔現(xiàn)象，因此需要我們設(shè)計好束源的形狀、尺寸和與樣品的距離。2.3 OLED的性能的主要參數(shù)通常，OLED發(fā)光材料及器件的性能可以從發(fā)光性能和電學(xué)性能兩個方面來評價9。發(fā)光性能主要包括發(fā)射光譜、發(fā)光亮度、發(fā)光效率、發(fā)光色度和壽命；而電學(xué)性能則

24、包括電流與電壓的關(guān)系、發(fā)光亮度與電壓的關(guān)系等，這些都是衡量OLED材料和器件性能的主要參數(shù)。2.3.1 發(fā)射光譜發(fā)射光譜是指發(fā)光能量按照波長、波數(shù)或頻率的分布，通常用光能量的相對值按波長的分布來表示。器件的發(fā)射光譜分為光致發(fā)光(PL)光譜和電致發(fā)光(EL)光譜，電致發(fā)光光譜(EL)是表征電致發(fā)光性能的一個重要工具，它需要電能的激發(fā)，可以測量在不同電壓或電流密度下的電致發(fā)光光譜；而光致發(fā)光光譜(PL)需要光能的激發(fā)，并使激發(fā)光的波長和強度保持不變，可以在一定程度上反映物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)。通過比較器件的電致發(fā)光光譜和不同載流子傳輸材料和發(fā)光材料的光致發(fā)光光譜，可以得出復(fù)合區(qū)的位置以及實際發(fā)光物質(zhì)的有用

25、信息。材料的發(fā)光光譜可以提供其原子或分子的性質(zhì)、結(jié)構(gòu)及激發(fā)態(tài)信息，所以發(fā)光光譜一直是研究材料性質(zhì)和各種光電器件相關(guān)現(xiàn)象的實驗技術(shù)。發(fā)光過程是指激發(fā)態(tài)將吸收的能量以光子的形式釋放的退激發(fā)過程，發(fā)光光譜的峰值反映了材料的禁帶寬度；而發(fā)光光譜的強度與激發(fā)光強有關(guān)，反映了材料的熒光效率；發(fā)光光譜的寬度則反映了材料的能態(tài)分布。發(fā)射光譜一般用各種型號的熒光測量儀來測量，其測量方法是：熒光通過單色發(fā)射器照射于檢測器上，掃描單色發(fā)射器并檢測各種波長下相對應(yīng)的熒光強度，然后通過記錄儀記錄熒光強度對發(fā)射波長的關(guān)系曲線，就得到了發(fā)射光譜。2.3.2 發(fā)光亮度發(fā)光亮度具有很強的方向性。是指定某方向上發(fā)光體表面亮度等于

26、發(fā)光體表面上單位投射面積在單位立體角內(nèi)所輻射的光通量。發(fā)光亮度的單位是cd/m2，表示每平方米的發(fā)光強度，亮度是人對光的強度的感受。發(fā)光亮度一般用亮度計來測量。最早制作的OLED器件的亮度已超過了1000cd/，而目前最亮的OLED亮度可以超過140000cd/。2.3.3 發(fā)光效率 OLED的發(fā)光效率可以用量子效率、功率效率和流明效率來表示。 (1) 量子效率量子效率q是指輸出的光子數(shù)Nf與注入的電子空穴對數(shù)Nx之比。量子效率又分為內(nèi)量子效率qi和外量子效率qe。 (2-1) 內(nèi)量子效率qi是在器件內(nèi)部由復(fù)合產(chǎn)生輻射的光子數(shù)與注入的電子空穴對數(shù)之比；其實，器件的發(fā)光效率由外量子效率qe來反映

27、。 外量子效率可以用積分球光度計來測量單位時間內(nèi)發(fā)光器件的總光通量，通過計算來得出器件的外量子效率。(2) 功率效率激發(fā)光光子的能量總是大于發(fā)射光光子的能量，當(dāng)激發(fā)光波長比發(fā)射光波長短很多時，這種能量損失就很大，而量子效率不能反映出這種能量損失，需要用功率效率來 反映。功率效率p，又稱為能量效率，是指輸出的光功率Pf與輸人的電功率Px之比。 (2-2)(3) 流明效率衡量一個發(fā)光器件的功能時，多用流明效率這個參量。流明效率l ，也叫光度效率，是發(fā)射的光通量L（以流明為單位）與輸入的電功率Px之比。 其中，S 為發(fā)光面積(m2)，B為發(fā)光亮度(cd/m2)，I和V分別為測量亮度時所加的偏置電流和

28、電壓，J為相應(yīng)的電流密度(A/m2)，流明效率的單位是lm/W。2.3.4 發(fā)光色度發(fā)光色度用色坐標(biāo)（x，y，z）來表示，x表示紅色值，y表示綠色值，z表示藍色值，通常x，y兩個色品就可表注光的顏色。2.3.5 發(fā)光壽命壽命是指為亮度降低到初始亮度的50%所需的時間。對商品化的OLED器件要求連續(xù)使用壽命達到10000小時以上，存儲壽命要求5年。在研究中發(fā)現(xiàn)影響OLED器件壽命的因素之一是水和氧分子的存在，因此在器件封裝時一定要隔絕水和氧分子。2.3.6 電流密度電壓關(guān)系在OLED器件中，電流密度隨電壓的變化曲線反映了器件的電學(xué)性質(zhì)，與發(fā)光二極管的電流密度-電壓的關(guān)系類似，具有整流效應(yīng)。在低電

29、壓時，電流密度隨著電壓的增加而緩慢增加，當(dāng)超過一定的電壓電流密度會急劇上升。 2.3.7 亮度-電壓關(guān)系亮度-電壓的關(guān)系曲線反映的是OLED器件的光學(xué)性質(zhì)，與器件LED的電流-電壓關(guān)系曲線相似，即在低驅(qū)動電壓下，電流密度緩慢增加，亮度也緩慢增加，在高電壓驅(qū)動時，亮度伴隨著電流密度的急劇增加而快速增加。從亮度-電壓的關(guān)系曲線中，還可以得到啟動電壓的信息。啟動電壓指的是亮度為1cd/m2的電壓。2.4 OLED器件測試所有設(shè)備的測試都是在室溫下進行的。電流電壓特性的衡量是在吉時利236源測量單元的基礎(chǔ)上實施的8（圖2-6(a)）。EL的排放功率使用具有電源配備了硅/波頭的ILX光波OMM - 68

30、10B（OMH - 6722B）（圖2-6(b)）。 (a) (b)圖2-6 一些測試儀器：(a) 吉時利測試儀器 (b) ILX光功率測試系統(tǒng)圖2-7 光功率測量原理圖 光功率測試原理參照圖2-7。電致發(fā)光（EL）光譜，USB2000光譜儀（海洋光學(xué)公司，達尼丁，佛羅里達州）9。通過EL的排放朗伯分布假定，利用輸出光功率和器件的EL光譜計算出了亮度（cd/m2）。2.5 本章小結(jié)本章介紹了OLED的發(fā)光機理和三種結(jié)構(gòu)，并且評價了OLED性能的主要參數(shù)，同時對制備OLED器件的制備工藝進行了介紹，并重點介紹了OLED性能的主要參數(shù)并簡述了其測試方法。第三章 OLED第3章 OLED性能轉(zhuǎn)換計算

31、的理論分析 3.1 引言實驗室中可以直接測得的是輻射度量，而衡量一個OLED性能的參數(shù)是其光度量，所以要通過該計算理論，實現(xiàn)輻射度量到光度量的計算10。表3-1列出了一些輻射度量和光度量。 表3-1 光度量與輻射度量及他們的關(guān)系光度量單位與流明的關(guān)系輻射度量單位光通量lm(流明)輻射通量W(瓦特)發(fā)光強度cd(坎德拉)lm/sr輻射強度W/sr亮度cd/m2lm/(sr·m2)輻射率W/(sr·m2) 3.2 理論簡介3.2.1 輻射通量和光譜輻射度量單位時間內(nèi)輻射的總能量稱為輻射通量，常用符號表示。輻射通量也可稱為輻射功率，單位是瓦（W）。其中波長為的輻射通量與值有關(guān)。光

32、譜輻射度量（輻射量的光譜密度）是研究各種波長所分別輻射的能量，常用符號表示，單位是瓦每納米（W/nm）。因為輻射源發(fā)出的輻射，往往由許多波長的輻射組成，為了研究各種波長所分別輻射的能量，于是引入了光譜輻射度量的概念。由OLED器件測試儀器可得到OLED的發(fā)光光譜和光功率，根據(jù)公式3-1可計算得到輻射通量的光譜密度。 (3-1) 3.2.2 光是效能和光視效率函數(shù)人的視神經(jīng)對各種不同的波長的光的感光靈敏度是不一樣的，對綠光靈敏，對紅光靈敏度要低得多。另外，由于不同的人的視覺生理和心理作用不一樣，不同的人對各種波長光的感光靈敏度也有差別。國際照明委員會（CIE）根據(jù)對許多人的大量觀察結(jié)果，用平均值

33、的方法，確定了人眼對各種波長光的平均相對靈敏度，稱為“標(biāo)準(zhǔn)光度觀察者”的光譜光視效率，或稱視見函數(shù)。 的最大值在555nm處。此時，=1，其他波長的 都小于1，如圖3-1所示： 圖3-1 光視效率曲線光視效能描述某一波長的單色光輻射通量可以產(chǎn)生多少相應(yīng)的單色光通量，是光通量與輻射通量之間的比例系數(shù)，單位是流明/瓦特（lm/W）。用來衡量視覺對波長為的光的敏感程度。在明視覺時, （1977年國際計量委員會統(tǒng)一）對于頻率為540×1012Hz的單色輻射（相當(dāng)于中心波長=555nm）的非常狹的波段范圍內(nèi), 光譜光視效能最大值為： (3-2)光視效率和光視效能的關(guān)系是： (3-3) 3.2.

34、3 立體角在圖3-2中，從圓錐頂點看，表示光向空間展開的角度稱為立體角，單位為球面角度（sr）。立體角用下式表示： =A/r2（sr） (3-4) 從球心開始，半徑為r（m），球的面積為4r2 (m2),所以點的周圍總立體角是4（sr）。 圖3-2 立體角 3.2.4 光通量 衡量光源發(fā)出的多少單位為光通量，從光源發(fā)射并被人的眼睛接受的能量之和即為光通量。即光源在單位時間內(nèi)發(fā)出光（可見）的總和，表示光輻射通量對人眼所引起的視覺強度值，單位是流明(lm)。光通量的表達式為： (3-5) 式中： 是最大光譜光視效能，大小為683lm/W； 為人眼的光譜光視效率。 一般情況下，同類型光源的功率越高，

35、光通量也越大。例如，一只40W的普通白熾燈的光通量為350-470lm，而一只40W的普通直管形熒光燈的光通量為2800lm左右，為白熾燈的6-8倍。3.2.5 發(fā)光強度發(fā)光強度簡稱光強，是表征光源在一定方向范圍內(nèi)發(fā)出的光通量的空間分布的物理量，它可用點光源在單位立體角中發(fā)出的光通量的數(shù)值來量度，可表達為： (3-6)式中：是光通量，單位是流明（lm）；是立體角，單位是sr。 光強的單位是坎德拉（cd）。1979年第16屆國際計量大會(決議3)規(guī)定坎德拉的定義為：“坎德拉是一光源在給定方向上的發(fā)光強度，該光源發(fā)出頻率為540×1014Hz的單色輻射，而且在此方向上的輻射強度為(1/6

36、83)W/sr?！贝颂巗r為球面度。值得指出的是，在國際單位制中，發(fā)光強度的單位是國際單位制中七個基本單位之一，光度學(xué)中其它單位均為導(dǎo)出單位。 3.2.6 亮度從某個方向看物體或光源的明亮程度稱為亮度。一般是表示發(fā)光（反射、透過）面的明亮程度，常用符號是，單位為每平方米坎德拉（cd/m2）。人眼從一個方向觀察光源，在這個方向上的光強與人眼所“見到”的光源面積之比，定義為該光源單位的亮度，即單位投影面積上的發(fā)光強度。用下式表示： (3-7) 式中：是面積為A(m2)的發(fā)光強度。 亮度是人對光的強度的感受。它是一個主觀的量。與亮度不同的，由物理定義的客觀的相應(yīng)的量是光強。這兩個量在一般的日常用語中

37、往往被混淆。3.2.7 亮度效率亮度效率是表示亮度和亮度對應(yīng)的電流密度的比值關(guān)系。用下式表示： (3-8)式中：是亮度，單位是坎德拉每平方米（cd/m2）；是電流密度，單位是安每平方米（A/m2）。3.2.8 外量子效率EQE當(dāng)光子入射到光敏器材的表面時，部分光子會會激發(fā)光敏材料產(chǎn)生電子空穴對，形成電流，此時產(chǎn)生的電子與所有入射的光子數(shù)之比稱為外量子效率（External Quantum Efficiency,EQE）。由下式表示： (3-9) 式中：圓周率=3.141592653；元電荷電量=1.6E-19(A·s)；普朗克常數(shù)= 6.626196E-34（J·s）；真空

38、中的光速=3E8（m/s）；電流密度J。3.3 計算過程分析3.3.1 常量和變量分析實現(xiàn)OLED的性能轉(zhuǎn)換計算，即將OLED的輻射度量轉(zhuǎn)換為光度量，應(yīng)得到亮度、亮度效率和外量子效率。在實驗室可測得的變量以及已知的常量有：1、 數(shù)值變量 (1) 為OLED的立體角； (2) A為OLED的光照面積。2、數(shù)組變量 (1) OLED的發(fā)光光譜： ； (2) OLED的光功率和電流的關(guān)系曲線，采樣得數(shù)組： ；3、常量(1) 最大光視效能：；(2) 光視效率函數(shù)：；(3) 圓周率：=3.141592653；元電荷電量：=1.6E-19(A·s)；普朗克常數(shù)： = 6.626196E-34（J

39、·s）；真空中的光速：=3E8（m/s）。3.3.2 公式分析光通量可由可測得的光功率和OLED的發(fā)光光譜，則根據(jù)公式3-1和公式3-5可計算得光通量： (3-10) 式中：是光通量(lm)；是最大光視效能，常量為683lm/W；是光功率(W)；是波長(nm)；是光視效率(a.u.)；是EL（電致發(fā)光光譜）強度(a.u.)，是波長的函數(shù)。1、 亮度由公式3-10和能測得的數(shù)據(jù)，則可計算得光通量。根據(jù)公式3-6和公式3-7則可計算得亮度為： (3-11) 式中：是亮度(cd/m2)；是光通量(lm)；是立體角(sr)；A是面積(m2)。2、 亮度效率由公式3-11可計算得到亮度，則根據(jù)

40、公式3-8則可計算得亮度效率。3、 外量子效率EQE以上已可計算出亮度效率，則聯(lián)合公式3-9可簡化外量子效率公式，并根據(jù)公式計算得到外量子效率： (3-12)式中：是外量子效率(a.u.)；是亮度效率(a.u.)； 是元電荷電量，=1.6E-19(A·s)；是普朗克常數(shù)，= 6.626196E-34（J·s）；是真空中的光速，=3E8（m/s）；是圓周率，=3.141592653。3.4 本章小結(jié) 本章簡述了OLED性能轉(zhuǎn)換計算的理論即輻射度量和光度量，分析了OLED的輻射度量和光度量的計算關(guān)系，并對本論文研究內(nèi)容涉及的公式（發(fā)光效率、亮度和外量子效率）進行了分析及簡化。

41、第四章 基于第4章 基于Labview實現(xiàn)OLED性能轉(zhuǎn)換計算 4.1 Labview簡要介紹 Labview是基于圖形化編程11，因此又被稱為G語言（graphical programing language），不僅僅是因為它的程序是圖形化界面（前面板），最本質(zhì)的原因是因為它的代碼也是通過畫圖的方式編寫的（程序框圖）。圖形化編程語言是由數(shù)據(jù)流驅(qū)動的。它是一種高度交互式的開發(fā)環(huán)境。用來快速設(shè)計原型和應(yīng)用程序的漸進式開發(fā)，從測量和自動化到實時嵌入式系統(tǒng)，再到通用場合，Labview也是一個硬件設(shè)計工具。它包括前面板（Front Panel）、程序框圖（Block Diagram）以及圖標(biāo)/連接線

42、(Icon/Connector)三部分。 (1) 前面板用于模擬真實儀表的操作面板，即圖形化用戶界面，在VI中用于設(shè)置輸入數(shù)值和觀察輸出量。 前面板構(gòu)成：控制（Control）、顯示（Indicator）和修飾（Decoration）構(gòu)成。 控制和顯示統(tǒng)稱為控件。 控制（輸入）：用戶設(shè)置和修改VI輸入量的接口； 顯示：顯示VI輸出數(shù)據(jù)或圖形； 修飾：對前面板進行美化、裝飾。 (2) 程序框圖 與傳統(tǒng)儀器中的電子線路、硬件模塊和信號處理（DSP）模塊的功能類似，在VI中用于實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、信號分析與處理、輸出控制等功能。 函數(shù)模板：是創(chuàng)建流程圖程序的工具。該模板上的每一個頂層圖標(biāo)都表示一個子模板。

43、虛擬儀器不僅僅是指用戶在前面板上放置了相應(yīng)的輸入或輸出對象，還需要一個與之配套的程序框圖12。4.2 Labview的編程4.2.1 程序流程圖 結(jié)合第三章中的OLED性能轉(zhuǎn)換計算的理論分析（公式分析）編制Labview程序，其程序流程圖如圖4-1所示。 圖4-1 Labview的流程圖4.2.2 Labview程序框圖介紹程序框圖在實現(xiàn)OLED性能轉(zhuǎn)換計算中是用于實現(xiàn)數(shù)據(jù)輸入輸出控制、計算控制等功能。以下將對程序框圖分塊介紹（總框圖見附錄一）：1、打開并讀取表格文件，得到一個二維數(shù)組，通過循環(huán)索引，計算，當(dāng)循環(huán)次數(shù)i<450為真時循環(huán)繼續(xù)。如圖4-2所示。圖4-2 計算 (1) 讀取電

44、子表格函數(shù)（如圖4-3）在數(shù)值文本文件中從指定字符偏移量開始讀取指定數(shù)量的行或列，并使數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為雙精度的二維數(shù)組，數(shù)組元素可以是數(shù)字、字符串或整數(shù)?？蛇x擇是否轉(zhuǎn)置數(shù)組。VI在從文件中讀取數(shù)據(jù)之前，先打開該文件，并且在完成讀操作時，關(guān)閉該文件?？墒褂迷揤I讀取以文本格式存儲的電子表格文件。圖4-3 讀取電子表格函數(shù) 當(dāng)鼠標(biāo)移到讀取電子表格函數(shù)的【文件路徑】引腳處，單機鼠標(biāo)右鍵，選擇【創(chuàng)建】/【輸入控件】，則得圖4-4。圖4-4 讀取電子表格函數(shù)及其輸入控件 (2) 索引數(shù)組函數(shù)（如圖4-5） 返回n維數(shù)組在索引位置的元素或子數(shù)組。連線數(shù)組到該函數(shù)時，函數(shù)可自動調(diào)整大小，在n維數(shù)組中顯示各個維度的

45、索引輸入。也可通過調(diào)整函數(shù)大小，添加元素或子數(shù)組。連線板可顯示該多態(tài)函數(shù)的默認數(shù)據(jù)類型。圖4-5 索引數(shù)組函數(shù) (3) While循環(huán)（如圖4-6） 重復(fù)執(zhí)行內(nèi)部的子程序框圖，直至條件接線端（輸入端）接收到特定的布爾值。連線布爾值至While循環(huán)的條件接線端。右鍵單擊條件接線端，在快捷菜單中選擇真(T)時停止或真(T)時繼續(xù)。也可連線錯誤簇至條件接線端，右鍵單擊條件接線端，在快捷菜單中選擇真(T)時停止或真(T)時繼續(xù)。While循環(huán)至少執(zhí)行一次。創(chuàng)建While循環(huán)后，可使用移位寄存器在迭代間傳遞值。如連線數(shù)組至While循環(huán)，啟用自動索引可讀取和處理數(shù)組中的各個元素。 圖4-6 while循

46、環(huán)(4) 加函數(shù)（如圖4-7所示）計算輸入的和。如連線兩個波形數(shù)據(jù)或動態(tài)數(shù)據(jù)類型至該函數(shù)，函數(shù)可顯示錯誤輸入和錯誤輸出接線端。不能累加兩個時間標(biāo)識的值。相加的兩個矩陣的維數(shù)必須相同。否則，函數(shù)返回空矩陣。連線板可顯示該多態(tài)函數(shù)的默認數(shù)據(jù)類型。圖4-7 加函數(shù) 2、打開并讀取文件和文件，得到兩個二維數(shù)組。通過循環(huán)索引計算和。當(dāng)索引到的波長=830時循環(huán)終止。如圖4-8所示。圖4-8 計算和 3、 打開并讀取文件，得到一個二維數(shù)組。 利用for循環(huán)結(jié)構(gòu)進行循環(huán)索引，計算得到光通量，如圖4-9所示。圖4-9 計算光通量 (1) For循環(huán)（如圖4-10所示）使用連線至總數(shù)(N)接線端的值n作為執(zhí)行次

47、數(shù)的子程序框圖。計數(shù)接線端(i)可提供當(dāng)前的循環(huán)總數(shù)，取值范圍是0到n-1。創(chuàng)建For循環(huán)后，可通過移位寄存器使值由上一個循環(huán)傳遞到下一個循環(huán)。如連線數(shù)組至For循環(huán)，啟用自動索引可讀取和處理數(shù)組中的各個元素。也可配置For循環(huán)使其返回由循環(huán)生成的值組成的數(shù)組，啟用自動索引。圖4-10 For循環(huán)圖4-10 For循環(huán) (2) 數(shù)組最大值與最小值函數(shù)（如圖4-11所示）返回數(shù)組中的最大值和最小值，及其索引。連線板可顯示該多態(tài)函數(shù)的默認數(shù)據(jù)類型。圖4-11 數(shù)組最大值最小值4、以上已編程得到光通量，結(jié)合公式3-11和公式3-8，編程得到效率，以及效率最大值，如圖4-12。圖4-12 計算效率 5

48、、圖4-8中已編程計算出，再結(jié)合公式3-12編程得到外量子效率，如圖4-13所示。圖4-13 計算外量子效率6、由以上程序可得、和二維數(shù)組，則可編程得波形圖。以為例，如圖4-14所示。在X輸入端和Y輸入端是二維數(shù)組中對應(yīng)行數(shù)的數(shù)，通過For循環(huán)結(jié)構(gòu)或While循環(huán)結(jié)構(gòu)，索引行，分別輸入X和Y端口，則可得波形圖。圖4-14 輸出波形圖7、由以上程序可得、和二維數(shù)組，則可輸出電子表格。以為例，如圖4-15所示。圖4-15 輸出電子表格 (1) 創(chuàng)建數(shù)組函數(shù)（如圖4-16所示）連接多個數(shù)組或向N維數(shù)組添加元素。此程序是將兩個一維數(shù)組創(chuàng)建為一個二維數(shù)組。圖4-16 創(chuàng)建數(shù)組函數(shù)(2) 二維數(shù)組轉(zhuǎn)置函數(shù)（如圖4-17所示）重新排列二維數(shù)組的元素，使二維數(shù)組i,j變?yōu)橐艳D(zhuǎn)置的數(shù)組j,i。圖4-17 二維數(shù)組轉(zhuǎn)置函數(shù)(3) 寫入電子表格文件（如圖4-18所示）使字符串、帶符號整數(shù)或雙精度數(shù)的二維或一維數(shù)組轉(zhuǎn)換為文本