有機(jī)發(fā)光二極管超薄平板顯示技術(shù)

1、化學(xué)系化學(xué)系 有機(jī)光電子與分子工程教育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室有機(jī)光電子與分子工程教育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)教師負(fù)責(zé)教師: 董桂芳董桂芳 有機(jī)發(fā)光二極管簡(jiǎn)介有機(jī)發(fā)光二極管簡(jiǎn)介 項(xiàng)目研究定位項(xiàng)目研究定位 技術(shù)創(chuàng)新技術(shù)創(chuàng)新 技術(shù)集成技術(shù)集成 專利和標(biāo)準(zhǔn)專利和標(biāo)準(zhǔn) 總結(jié)總結(jié)Anode HIL HTL EL ETL EIL Cathode hv hv 原理原理有機(jī)材料具有的優(yōu)越性：有機(jī)材料具有的優(yōu)越性：（1 1）可以按照功能要求對(duì)有機(jī)分子進(jìn)行設(shè)計(jì)。）可以按照功能要求對(duì)有機(jī)分子進(jìn)行設(shè)計(jì)。 （2 2）有機(jī)薄膜技術(shù)工藝簡(jiǎn)單，能在大面積基底上沉積以制）有機(jī)薄膜技術(shù)工藝簡(jiǎn)單，能在大面積基底上沉積以制 備器件，可有效地降低器件的成本。

2、備器件，可有效地降低器件的成本。（3 3）有機(jī)薄膜具有好的柔韌性，且工藝條件溫和，可以制）有機(jī)薄膜具有好的柔韌性，且工藝條件溫和，可以制 備柔性半導(dǎo)體器件。備柔性半導(dǎo)體器件。（4 4）以有機(jī)材料為主體的分子器件將使器件的尺寸或分辨）以有機(jī)材料為主體的分子器件將使器件的尺寸或分辨 率能夠更小，集成度更高。率能夠更小，集成度更高。OLED特點(diǎn)特點(diǎn)v 超薄，顯示屏可薄于超薄，顯示屏可薄于2mm；v 自發(fā)光，直流低電壓驅(qū)動(dòng)（自發(fā)光，直流低電壓驅(qū)動(dòng)（10V左右）；左右）；v 可實(shí)現(xiàn)軟屏顯示；可實(shí)現(xiàn)軟屏顯示；v是全固化器件，無(wú)真空腔，無(wú)液態(tài)成份；是全固化器件，無(wú)真空腔，無(wú)液態(tài)成份；v具有快響應(yīng)特性，響應(yīng)速

3、度為微秒級(jí)，是液晶顯示器響具有快響應(yīng)特性，響應(yīng)速度為微秒級(jí)，是液晶顯示器響 應(yīng)速度的應(yīng)速度的1000倍；倍；v寬視角，上下、左右的視角寬度超過(guò)寬視角，上下、左右的視角寬度超過(guò)170度；度；v寬溫度特性，在寬溫度特性，在4070范圍內(nèi)都可正常工作；范圍內(nèi)都可正常工作；v大生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，成本低。大生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，成本低。Phys. Rev. Lett. 14, 229 (1965)AnthraceneLow efficiencyPoor stabilityOLED 發(fā)展歷史發(fā)展歷史 1965年年加拿大加拿大的W. Helfrich and W.G. Schneider發(fā)表發(fā)表 論文，發(fā)現(xiàn)有機(jī)蒽晶體的

4、電致發(fā)光現(xiàn)象。論文，發(fā)現(xiàn)有機(jī)蒽晶體的電致發(fā)光現(xiàn)象。 19871987年，美國(guó)柯達(dá)公司的年，美國(guó)柯達(dá)公司的C. W. TangC. W. Tang等人將等人將8-8-羥基喹啉羥基喹啉鋁鋁(Alq(Alq3 3) )引入引入OLEDOLED作發(fā)光層、并以芳香二胺作空穴傳輸層，作發(fā)光層、并以芳香二胺作空穴傳輸層，首次采用雙層結(jié)構(gòu)，得到了直流低電壓驅(qū)動(dòng)的高亮度有機(jī)首次采用雙層結(jié)構(gòu)，得到了直流低電壓驅(qū)動(dòng)的高亮度有機(jī)電致發(fā)光器件。電致發(fā)光器件。Appl.Phys.Lett., 51(12),913-915(1987)啟亮電壓?jiǎn)⒘岭妷?.5 V2.5 V，低于，低于10 V10 V亮度就能達(dá)到亮度就能達(dá)到1

5、000 1000 cd/mcd/m2 2，在，在5.5 V5.5 V驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)的時(shí)候，流明效率時(shí)候，流明效率1.5 1.5 lm/Wlm/W，達(dá)到商業(yè)化的，達(dá)到商業(yè)化的ZnSZnS發(fā)光器件的水平。發(fā)光器件的水平。 1990年年 英國(guó)劍橋大學(xué)的英國(guó)劍橋大學(xué)的R.H. Friend等成功制備共軛高等成功制備共軛高 分子有機(jī)電致發(fā)光器件分子有機(jī)電致發(fā)光器件 ；Nature 347，539-541(1990)Metal CathodeLight Emitting Layer (PPV or its derivatives)PEDOTSubstrateTypical PLED Structure 199

6、8年年美國(guó)美國(guó)Princeton University的的S. R. Forrest等人開(kāi)發(fā)出等人開(kāi)發(fā)出高效率的有機(jī)磷光器件。高效率的有機(jī)磷光器件。NATURE ，VOL 395 ，151154 （10 SEPTEMBER 1998）US 6,458,475 Organic light emitting diode having a blue phosphorescent molecule as an emitter “Highly efficient phosphorescent emission from organicelectroluminescent devices”the phos

7、phorescent dye 2,3,7,8,12,13,17,18-octaethyl-21H,23H-porphine platinum(II) (PtOEP). 1998年先鋒推出第一款年先鋒推出第一款OLED產(chǎn)品產(chǎn)品采用采用OLED顯示屏的車載音響顯示屏的車載音響 20002000年摩托羅拉推出第一款年摩托羅拉推出第一款OLEDOLED手機(jī)手機(jī)-P8767-P8767 20012001年年Samsung SDI Samsung SDI 開(kāi)發(fā)出了開(kāi)發(fā)出了15.115.1英寸有源驅(qū)動(dòng)英寸有源驅(qū)動(dòng)彩色彩色OLEDOLED樣品樣品 20032003年年索尼展示了索尼展示了24英寸彩色英寸彩色O

8、LED顯示器顯示器 TOSHIBA mobileTOSHIBA mobileVideo playerVideo player三星三星4040英寸英寸OLEDOLED面板面板(2005)(2005)柯達(dá)柯達(dá)OLEDOLED數(shù)碼相機(jī)數(shù)碼相機(jī)MP3MP3播放器播放器Sony PDASony PDAOLEDOLED主屏手機(jī)主屏手機(jī)OLED結(jié)構(gòu)、材料、工藝及設(shè)備簡(jiǎn)介結(jié)構(gòu)、材料、工藝及設(shè)備簡(jiǎn)介 根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同，根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同，OLED可以分為單層器件、雙可以分為單層器件、雙層器件和多層器件。層器件和多層器件。 根據(jù)材料的不同，根據(jù)材料的不同，OLED可以分為可以分為 小分子小分子OLED和聚合物和聚合物O

9、LED（也稱（也稱PLED）。）。 根據(jù)驅(qū)動(dòng)方式的不同，根據(jù)驅(qū)動(dòng)方式的不同，OLED顯示器可以分為不顯示器可以分為不使用使用TFT的無(wú)源驅(qū)動(dòng)的無(wú)源驅(qū)動(dòng)OLED（Passive)和使用和使用TFT的有源驅(qū)動(dòng)的有源驅(qū)動(dòng)OLED(Active)。OELD的分類的分類ITO陽(yáng)極陽(yáng)極單層單層金屬陰極金屬陰極空穴傳輸層空穴傳輸層ITO陽(yáng)極陽(yáng)極發(fā)光層發(fā)光層金屬陰極金屬陰極（b）雙層結(jié)構(gòu)雙層結(jié)構(gòu)（a）單層結(jié)構(gòu)）單層結(jié)構(gòu)OLED結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)空穴傳輸層空穴傳輸層ITO陽(yáng)極陽(yáng)極電子傳輸電子傳輸發(fā)光層發(fā)光層金屬陰極金屬陰極空穴傳輸層空穴傳輸層ITO陽(yáng)極陽(yáng)極發(fā)光層發(fā)光層金屬陰極金屬陰極空穴阻擋層空穴阻擋層空穴傳輸層空穴傳輸

10、層ITO陽(yáng)極陽(yáng)極發(fā)光層發(fā)光層金屬陰極金屬陰極介電層介電層混合層混合層ITO陽(yáng)極陽(yáng)極發(fā)光層發(fā)光層金屬陰極金屬陰極（c）多層結(jié)構(gòu)多層結(jié)構(gòu)小分子小分子（low molecular weight） 器件工藝較為成熟，已經(jīng)開(kāi)始產(chǎn)業(yè)化器件工藝較為成熟，已經(jīng)開(kāi)始產(chǎn)業(yè)化 （后面的介紹將針對(duì)小分子（后面的介紹將針對(duì)小分子OLEDOLED）聚合物聚合物 (polymer) 印刷技術(shù)、軟屏顯示印刷技術(shù)、軟屏顯示低聚物低聚物 (Conjugated oligomers and Dendrimers) 逐漸受到關(guān)注逐漸受到關(guān)注 OLED材料材料q 小分子發(fā)光材料小分子發(fā)光材料q 小分子空穴傳輸材料小分子空穴傳輸材料 q

11、 小分子電子傳輸材料小分子電子傳輸材料q 其他功能材料其他功能材料q 用作電致發(fā)光材料的有機(jī)材料應(yīng)具備以下特性：用作電致發(fā)光材料的有機(jī)材料應(yīng)具備以下特性： （1） 在可見(jiàn)光區(qū)域內(nèi)具有較高的熒光量子效率；在可見(jiàn)光區(qū)域內(nèi)具有較高的熒光量子效率； （2） 具有較高的電導(dǎo)率具有較高的電導(dǎo)率, 即能有效地傳導(dǎo)電子或空穴；即能有效地傳導(dǎo)電子或空穴； （3） 有良好的成膜特性；有良好的成膜特性； （4） 具有良好的穩(wěn)定性和機(jī)械加工性能。具有良好的穩(wěn)定性和機(jī)械加工性能。 NOAlNONOOH3CNH3CCH3NCCNRubreneDCM-1AlQ 好的有機(jī)空穴傳輸材料應(yīng)具備如下特性：好的有機(jī)空穴傳輸材料應(yīng)具備

12、如下特性： （1）較高的空穴遷移率，利于空穴傳輸；）較高的空穴遷移率，利于空穴傳輸； （2）相對(duì)較小的電子親和能，有利于空穴注入；）相對(duì)較小的電子親和能，有利于空穴注入； （3）良好的成膜性和熱穩(wěn)定性。）良好的成膜性和熱穩(wěn)定性。NNNPBNNTPDq 好的有機(jī)電子傳輸材料應(yīng)具備如下特性：好的有機(jī)電子傳輸材料應(yīng)具備如下特性： （1）較高的電子遷移率，利于電子傳輸；）較高的電子遷移率，利于電子傳輸； （2）相對(duì)較高的電子親和能，有利于電子注入；）相對(duì)較高的電子親和能，有利于電子注入； （3）良好的成膜性和熱穩(wěn)定性）良好的成膜性和熱穩(wěn)定性。NOAlNONOAlQ 基片清洗基片清洗 ITO陽(yáng)極光刻陽(yáng)極

13、光刻 對(duì)陽(yáng)極預(yù)處理對(duì)陽(yáng)極預(yù)處理 隔離柱制備隔離柱制備 空穴傳輸層、發(fā)光層和電子傳輸層的空穴傳輸層、發(fā)光層和電子傳輸層的 有機(jī)功能材料在真空中蒸鍍有機(jī)功能材料在真空中蒸鍍陰極金屬蒸鍍陰極金屬蒸鍍封裝封裝OLED顯示屏制備工藝顯示屏制備工藝 陰極陰極 玻璃基片玻璃基片 ITO陽(yáng)極陽(yáng)極空穴傳輸層空穴傳輸層發(fā)光層發(fā)光層電子傳輸層電子傳輸層壽命壽命:效率效率:成本成本:有機(jī)薄膜蒸鍍?cè)O(shè)備有機(jī)薄膜蒸鍍?cè)O(shè)備機(jī)機(jī)械械泵泵分分子子泵泵真真空空腔腔室室真空腔室內(nèi)結(jié)構(gòu)示意圖真空腔室內(nèi)結(jié)構(gòu)示意圖擋板擋板加熱舟加熱舟膜厚監(jiān)測(cè)膜厚監(jiān)測(cè)儀探頭儀探頭基片載物臺(tái)基片載物臺(tái)原理圖原理圖原子力顯微鏡原子力顯微鏡精度：精度：5nm厚度

14、控制的重要性厚度控制的重要性同步電流檢測(cè)原子力顯微鏡原理示意圖同步電流檢測(cè)原子力顯微鏡原理示意圖 并五苯并五苯薄膜薄膜AFM形形貌貌Keithly 4200 半導(dǎo)體特性測(cè)試儀半導(dǎo)體特性測(cè)試儀OLED器件器件IVB特征曲線特征曲線測(cè)量電流精度測(cè)量電流精度: 10-12APR705光譜分析儀光譜分析儀本實(shí)驗(yàn)室本實(shí)驗(yàn)室OLED技術(shù)研究技術(shù)研究國(guó)外于國(guó)外于1987年開(kāi)始發(fā)展，國(guó)內(nèi)年開(kāi)始發(fā)展，國(guó)內(nèi)1990年開(kāi)始研究，參與研年開(kāi)始研究，參與研究的高校、研究所有幾十家，涉及領(lǐng)域有化學(xué)、材料、究的高校、研究所有幾十家，涉及領(lǐng)域有化學(xué)、材料、物理、電子等。物理、電子等。缺乏重大創(chuàng)新成果缺乏重大創(chuàng)新成果缺乏技術(shù)集

15、成缺乏技術(shù)集成清華清華OLED1996年邱勇教授開(kāi)始研究年邱勇教授開(kāi)始研究液晶顯示器液晶顯示器目前應(yīng)用最廣泛的平板顯示器件目前應(yīng)用最廣泛的平板顯示器件 研究工作始于五十年代。研究工作始于五十年代。 發(fā)展歷史發(fā)展歷史：TNSTN TFT，形成，形成 幾百億美元的幾百億美元的市場(chǎng)。市場(chǎng)。國(guó)內(nèi)外差距：研究初期與國(guó)際同步；沒(méi)有國(guó)內(nèi)外差距：研究初期與國(guó)際同步；沒(méi)有 TFT方面的方面的基礎(chǔ)，基礎(chǔ)， 器件產(chǎn)業(yè)方面，全面引進(jìn)。器件產(chǎn)業(yè)方面，全面引進(jìn)?！耙糟~為鑒，可正衣冠；以古為鑒，可知興替；以人為鑒，可明得失以銅為鑒，可正衣冠；以古為鑒，可知興替；以人為鑒，可明得失 ?！辈噬@象管彩色顯象管最主要的最主要的C

16、RT之一。之一。 1950年美國(guó)年美國(guó)RCA公司首先研制成功蔭罩式彩管。公司首先研制成功蔭罩式彩管。 60年代我國(guó)就開(kāi)始了彩管的研究工作。年代我國(guó)就開(kāi)始了彩管的研究工作。 1978年我國(guó)首次引進(jìn)年我國(guó)首次引進(jìn)CRT生產(chǎn)線（從日本），從此引進(jìn)多條。生產(chǎn)線（從日本），從此引進(jìn)多條。 學(xué)科交叉團(tuán)隊(duì)的建立學(xué)科交叉團(tuán)隊(duì)的建立 新材料開(kāi)發(fā)新材料開(kāi)發(fā) 器件新結(jié)構(gòu)開(kāi)發(fā)器件新結(jié)構(gòu)開(kāi)發(fā) 綜合器件性能、提高穩(wěn)定性綜合器件性能、提高穩(wěn)定性 完成技術(shù)集成、向產(chǎn)業(yè)化發(fā)展完成技術(shù)集成、向產(chǎn)業(yè)化發(fā)展 積極參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)積極參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)獲得自主獲得自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)知識(shí)產(chǎn)權(quán) 目標(biāo)定位目標(biāo)定位成果要最終體現(xiàn)在成果要最終體現(xiàn)在應(yīng)用應(yīng)用上上

17、! 邱邱 勇勇 教授教授 化學(xué)系物理化學(xué)化學(xué)系物理化學(xué)專業(yè)博士專業(yè)博士 王立鐸教授王立鐸教授 材料系材料科學(xué)材料系材料科學(xué)專業(yè)博士專業(yè)博士 董桂芳副教授董桂芳副教授 電子系物理電子電子系物理電子專業(yè)博士專業(yè)博士 張德強(qiáng)講師張德強(qiáng)講師 化學(xué)系物理化學(xué)化學(xué)系物理化學(xué)專業(yè)博士專業(yè)博士 喬喬 娟講師娟講師 化學(xué)系物理化學(xué)化學(xué)系物理化學(xué)專業(yè)博士專業(yè)博士U S 6 4 1 0 7 6 6 B 2 CN1278548ACN1376758ACN1388205AAppl:10/352,493 特特2003XNNXArArR1R2R3R4設(shè)計(jì)合成設(shè)計(jì)合成2020多種新型紅光

18、主體和紅光染料分子，多種新型紅光主體和紅光染料分子，不僅改善了紅光器件的色純度，而且制備獲得的不僅改善了紅光器件的色純度，而且制備獲得的雙核主體材料具備優(yōu)良的小分子甩膜性能。雙核主體材料具備優(yōu)良的小分子甩膜性能。NONNOOOGaGaOONM aterials (2% D C JTB ) Turn-on voltage/V Lm ax at 20V /cd/m2 ( c, p) at 20m A /cm2 EL em ission Peak /nm C IE (x,y) color G a(saph)q 2.2 7260 (2.04,0.82) 640 (0.67,0.33) A lq3 3.

19、2 4340 (1.03, 0.42) 620 (0.62,0.37) 1.紅光色坐標(biāo)紅光色坐標(biāo): (0.67,0.33)，達(dá)到，達(dá)到NTSC紅光標(biāo)準(zhǔn)；紅光標(biāo)準(zhǔn)；2.更高的發(fā)光亮度更高的發(fā)光亮度: 7260 cd/m2 at 20V；3.更高的發(fā)光效率更高的發(fā)光效率 2.04 cd/A (Alq3器件的兩倍器件的兩倍)；4.更低的驅(qū)動(dòng)電壓更低的驅(qū)動(dòng)電壓: 2.2V (3.2V for Alq3)。發(fā)表文章：發(fā)表文章：Appl. Phys. Lett. 2002, 81(26):4913 （SCI / IF4.3）0510152025300400080001200016000 Luminance

20、 (cd/m2)Voltage (V) 4nm 6nm 8nm 10nm 12nm不同厚度聚四氟乙烯單層器件不同厚度聚四氟乙烯單層器件發(fā)光亮度電壓性能曲線圖發(fā)光亮度電壓性能曲線圖 傳統(tǒng)單層傳統(tǒng)單層Alq3: 20000cd/m2發(fā)表論文：發(fā)表論文：Appl. Phys. Lett., 2003, 82(2):155157 （SCI / IF4.3）已經(jīng)授權(quán)發(fā)明專利：已經(jīng)授權(quán)發(fā)明專利：ZL 01115563.9Ca/AgAlq3TeflonITOGlass1、塑料基片（、塑料基片（PET基片）基片）的平整性不好的平整性不好;2、ITO薄膜薄膜與與PET基片之基片之間附著力不好間附著力不好;3、低

21、溫沉積的、低溫沉積的ITO電阻率電阻率高高;4、PET基片的水、氧透過(guò)基片的水、氧透過(guò)率高。率高。ITO表面形貌比較表面形貌比較左：左：PET上的上的ITO，Rrms=1.346nm；右：右：20nm緩沖層上的緩沖層上的ITO，Rrms=0.982nmPIPI層改善層改善ITOITO形貌及其附著力形貌及其附著力超聲法測(cè)試超聲法測(cè)試PI緩沖層對(duì)緩沖層對(duì)ITO導(dǎo)電層附著力的改善情況導(dǎo)電層附著力的改善情況 2min 4min 6min 8min 無(wú) PI 層 ITO 開(kāi)始少許脫落 脫落點(diǎn)增多 大面積脫落 120nm PI 層 無(wú)明顯脫落 無(wú)明顯脫落 ITO 開(kāi)始少許脫落 少許脫落 發(fā)表論文：發(fā)表論文

22、：Chin.Phys.Lett, 2004, 21(4), 744-746 （SCI）塑料基片水氧透過(guò)率高，器件衰老快塑料基片水氧透過(guò)率高，器件衰老快現(xiàn)有水氧阻隔基片：聚合物現(xiàn)有水氧阻隔基片：聚合物/ /陶瓷交替封裝層陶瓷交替封裝層(PML)(PML)1.1. 改善表面平整度的有機(jī)材料層改善表面平整度的有機(jī)材料層2.2. 起水氧阻隔作用的無(wú)機(jī)材料層起水氧阻隔作用的無(wú)機(jī)材料層3.3. 多層交替減小缺陷，提高水氧多層交替減小缺陷，提高水氧 阻隔性能阻隔性能有機(jī)無(wú)機(jī)薄厚膜復(fù)合封裝有機(jī)無(wú)機(jī)薄厚膜復(fù)合封裝1.1. 薄膜層采用薄膜層采用UVUV膠膠/TiN/TiN2.2. 有機(jī)厚膜層用于改善器件機(jī)有機(jī)厚膜

23、層用于改善器件機(jī) 械性能，進(jìn)一步改善膜層的械性能，進(jìn)一步改善膜層的 水氧阻隔性能水氧阻隔性能PET基片基片UV固化樹(shù)脂固化樹(shù)脂聚合物聚合物/陶瓷交替層陶瓷交替層已授權(quán)發(fā)明專利已授權(quán)發(fā)明專利 ZL 02149122.4ZL 02149122.4已申請(qǐng)美國(guó)發(fā)明專利：已申請(qǐng)美國(guó)發(fā)明專利：10/720,42010/720,420S0S0DCJTBFIrpicDCBS0Orange FluorescenceBlue PhosphorescenceISCS1T1S1T1S1藍(lán)色磷光染料既是發(fā)光體，又是紅色熒光染料的敏化體藍(lán)色磷光染料既是發(fā)光體，又是紅色熒光染料的敏化體已申請(qǐng)發(fā)明專利：已申請(qǐng)發(fā)明專利： CN

24、1514677A；CN1585580白色白色OLED未來(lái)真正的平面型、柔性、大面積光源。未來(lái)真正的平面型、柔性、大面積光源。從一次失誤中從一次失誤中得到的啟示得到的啟示發(fā)表論文：發(fā)表論文：Appl. Phys. Lett. 2006(88),103508-1-3 (SCI / IF4.3)“磷光熒光磷光熒光”實(shí)實(shí)現(xiàn)白光的方案現(xiàn)白光的方案黑白顯示器黑白顯示器彩色實(shí)現(xiàn)方式：白光濾色膜彩色實(shí)現(xiàn)方式：白光濾色膜(2003.10.23)該顯示屏有效顯示面積為該顯示屏有效顯示面積為2.1英寸，像素?cái)?shù)為英寸，像素?cái)?shù)為1603128，帶數(shù)，帶數(shù)字視頻接口（字視頻接口（DVI）。南開(kāi)大學(xué)、香港科技大學(xué)負(fù)責(zé)多晶硅薄。南開(kāi)大學(xué)、香港科技大學(xué)負(fù)責(zé)多晶硅薄膜晶體管（膜晶體管（P-Si TFT）矩陣基板制備，華中科技大學(xué)負(fù)責(zé)全數(shù)）矩陣基板制備，華中科技大學(xué)