有機(jī)發(fā)光二極管原理及應(yīng)用

1、 有機(jī)發(fā)光二極管原理及應(yīng)用 梁亮 5030209282有機(jī)發(fā)光二極管誕生于1979年，由柯達(dá)公司羅切斯特實驗室的鄧青云博士及同事范斯萊克所發(fā)明。 有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)的原理有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)同普通發(fā)光二極管（LED）發(fā)光的原理相同，即利用半導(dǎo)體經(jīng)過滲透雜質(zhì)處理后形成PN結(jié)，電子由P型材料引入，當(dāng)電子與半導(dǎo)體內(nèi)的空穴相遇時，有可能掉到較低的能帶上，從而放出能量與能隙相同的光子，從而形成發(fā)光二極管。發(fā)光二極管的光線波長取決于發(fā)光材料的能隙大小。若要使二極管產(chǎn)生可見光，就要使材料的低能帶與高能導(dǎo)帶之間的能隙大小必須落在狹窄的范圍內(nèi)，大約2至3電子伏特。能量為一電子伏特的光子波長為124

2、0納米，處于紅外區(qū)，當(dāng)能量達(dá)到3電子伏特時，發(fā)出光子的波長約為400納米左右，呈紫色。有機(jī)發(fā)光二極管與傳統(tǒng)發(fā)光二極管的區(qū)別在于，有機(jī)發(fā)光二極管所采用的半導(dǎo)體材料為有機(jī)分子材料。按照分子大小區(qū)分，可分為兩大類：小分子的稱之為低分子OLED,大分子的稱為高分子OLEDP型有機(jī)分子。當(dāng)P型有機(jī)分子和N型有機(jī)分子接觸時，在兩者的接觸面就會產(chǎn)生類似發(fā)光二極管一樣的發(fā)光現(xiàn)象。此外，采用氧化銦錫作為P型接觸材料。由于氧化銦錫為透明導(dǎo)電材料，易于載流子注入，而且具有光線傳播還需要有透明性能，非常適合做P型接觸材料。OLED的典型結(jié)構(gòu)非常簡單：玻璃基板（或塑料基襯）上首先有一層透明的氧化銦錫陽極，上面覆蓋著增加

3、穩(wěn)定性的鈍化層，再向上就是P型和N型有機(jī)半導(dǎo)體材料，最頂層是鎂銀合金陰極。這些涂層都是熱蒸鍍到玻璃基板上的，厚度非常薄，只有100到150納米，小于一根頭發(fā)絲的1%，而傳統(tǒng)LED的厚度至少需要數(shù)微米。在電極兩端加上2V到10V的電壓，PN結(jié)就可以發(fā)出相當(dāng)明亮的光。這種基本結(jié)構(gòu)多年來一直沒有太大的變化，人們稱之為柯達(dá)型。由于組成材料的分子量很小，甚至小于最小的蛋白質(zhì)分子，所以柯達(dá)型的OLED又被稱為低分子OLED。第二種有機(jī)發(fā)光材料為高分子聚合物，也稱為高分子發(fā)光二極管(PLED)，由英國劍橋大學(xué)的杰里米伯勒德及其同事首先發(fā)現(xiàn)。聚合物大多由小的有機(jī)分子以鏈狀方式結(jié)合在一起，以旋涂法形成高分子有機(jī)

4、發(fā)光二極管。 旋轉(zhuǎn)涂布工藝采用的原理是：在旋轉(zhuǎn)的圓盤上（通常為每分鐘1200轉(zhuǎn)至1500轉(zhuǎn)）滴上數(shù)滴液體，液體會因為旋轉(zhuǎn)形成的離心力而呈薄膜狀分布。在這種狀態(tài)下，液體凝固后便可在膜體上形成晶體管等組件。膜體的厚度可通過調(diào)節(jié)液體粘度及旋轉(zhuǎn)時間來調(diào)整。旋涂之后，要采取烘干的步驟來除去溶劑。最初PLED是由一種稱之為次苯基二價乙烯基（PPV）單層活性聚合物，夾于氧化銦錫和鈣之間形成。銦錫氧化物為載流子注入層，而鈣為電子傳遞層?，F(xiàn)在的PLED又增添了一層聚合物載流子注入層。PPV聚合物產(chǎn)生黃光，具有效率高壽命長的特點，這是由于在低壓工作環(huán)境下，聚合物層具有良好的導(dǎo)電性能。這種PLED應(yīng)用于計算機(jī)顯示器

5、，其壽命可長達(dá)10000小時，相當(dāng)于正常使用10年。其他的聚合物及復(fù)合聚合物也在開發(fā)之中，如陶氏化學(xué)公司研究開發(fā)了一種聚氟高分子。全彩色PLED也在開發(fā)中，主要是通過改變復(fù)合聚合物片段的長度來實現(xiàn)顯示功能，令人遺憾的是，與PPV相比，各種全彩色有機(jī)聚合物的壽命不長，而藍(lán)光聚合物始終不盡人意。但是低分子OLED與高分子OLED相比，在制作工藝上有不小的劣勢。小分子或寡聚物必須由熱蒸鍍的方式制造元件，生產(chǎn)時必須使用高精度的真空系統(tǒng)，從而增加了制造成本。同時，在大面積化生產(chǎn)時將遇到嚴(yán)重的問題。而高分子有機(jī)半導(dǎo)體材料則可以利用溶液制程貽旋轉(zhuǎn)噴飾或搭配噴墨技術(shù)等方式制作元件，具有成本低且可以大面積生產(chǎn)的

6、優(yōu)勢。此外，研究高分子P型高分子及N型高分子材料還可以應(yīng)用于CMOS元件，其應(yīng)用前景相當(dāng)廣泛。所以，目前國際上對于高分子半導(dǎo)體的研究仍有很大的熱情。 有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)的應(yīng)用由于有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)材料上的優(yōu)勢，應(yīng)用于顯示器時，無疑將會產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。與現(xiàn)有的各種顯示器：CRT(陰極射線管顯示屏)、PDP(等離子顯示屏)、LCD(液晶顯示屏)相比，OLED顯示器具有以下明顯的優(yōu)勢： 1、技術(shù)優(yōu)勢無輻射，超輕薄(可達(dá)1毫米以下)，柔軟顯示，屏幕可卷曲；2、成本優(yōu)勢OLED制造工藝比較簡單，批量生產(chǎn)時的成本要比LCD至少節(jié)省20% ；3、適應(yīng)性強(qiáng)能在-4580正常顯示；4、節(jié)能性強(qiáng)由

7、于有機(jī)材料自己發(fā)光，驅(qū)動電壓低，無需后背光源，因而更加節(jié)省能源；5、可視角大接近180度；6、反應(yīng)速度快OLED顯示屏中的單個元素反應(yīng)速度是LCD液晶屏的1000倍，可以實現(xiàn)精彩的視頻重放，色彩炫麗，絕不會出現(xiàn)液晶屏上的拖曳現(xiàn)象；7、外形優(yōu)勢OLED的重量比LCD輕得多，而且可以做到更加輕薄。雖然一直以來，人們認(rèn)為OLED最主要的缺點是壽命比LCD短，目前只能達(dá)到5000小時，而LCD可達(dá)10000小時，但最新的技術(shù)顯示，通過將磷光材料與制作TFT背板的非晶硅集成， OLED產(chǎn)品可能延長3倍壽命。正因為OLED具有如此多的優(yōu)點，所以具有廣泛的市場應(yīng)用前景。主要領(lǐng)域包括：商業(yè)領(lǐng)域如POS機(jī)和AT

8、M機(jī)、復(fù)印機(jī)、游戲機(jī)等；通訊領(lǐng)域如手機(jī)、移動網(wǎng)絡(luò)終端等；計算機(jī)領(lǐng)域如PDA、商用和家用計算機(jī)等；消費類電子產(chǎn)品如音響設(shè)備、數(shù)碼相機(jī)、便攜式DVD；工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域如儀器儀表等；交通領(lǐng)域如GPS、飛機(jī)儀表等。由于一開始OLED顯示屏主要應(yīng)用在小屏幕領(lǐng)域，所以早有人預(yù)言其將在數(shù)碼領(lǐng)域里取得初步的成功。果不其然，自從柯達(dá)在2003年3月舉辦的第79屆國際攝影營銷協(xié)會年會及行業(yè)展覽會(PMA)上，成功推出新款數(shù)碼相機(jī)Easy Share LS633之后，使得OLED的小屏應(yīng)用一發(fā)不可收拾。除了數(shù)碼相機(jī)之外，手機(jī)成了OLED第二個要攻克的橋頭堡，由于OLED不需要背光板，它可以做到很薄，所以令手機(jī)非?！笆萆?/p>

9、”，專家稱今后幾年內(nèi)，手機(jī)可能變得薄如紙片。再加上OLED顯示屏很省電，因此，今后手機(jī)的待機(jī)時間也許可以達(dá)到30天。隨著3G的腳步臨近，移動網(wǎng)絡(luò)將向人們提供更多的視頻服務(wù)，對手機(jī)的彩色顯示功能要求也就越多，OLED顯示屏將完全能勝任。然而，OLED最大的用途應(yīng)該還是在日后生產(chǎn)可穿戴的數(shù)碼產(chǎn)品，國外一家公司稱他們正在研究將只有指甲蓋大小的高分辨率OLED顯示器置入輕便的頭盜式取景器中。利用這種內(nèi)置有微型OLED顯示器的半透明頭盔顯示器，飛行員可以毫不費力地查看各種飛行數(shù)據(jù)；正在進(jìn)行手術(shù)的外科醫(yī)生眼睛無需離開手術(shù)臺就可以看到復(fù)雜的診斷圖像；飛行機(jī)械師在檢修飛機(jī)時，隨著目光所至即能看到相應(yīng)部件的維修

10、手冊。小有小的風(fēng)流，大有大的精彩，OLED雖然已經(jīng)為大多數(shù)顯示屏生產(chǎn)商所認(rèn)可，視為未來重要的顯示技術(shù)，但是目前僅局限于運用在小尺寸和顯示量較少的產(chǎn)品上，如數(shù)碼相機(jī)和手機(jī)，在其他大尺寸產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域上，OLED與其他傳統(tǒng)平面顯示技術(shù)相比仍無法勝出。主要的原因在于驅(qū)動有機(jī)發(fā)光體的電路所需的多晶矽薄膜晶體管成本太高?，F(xiàn)在各廠商又開始想辦法，加大OLED顯示屏的尺寸。2004年5月，愛普生公司公司展示了一款40寸的OLED顯示器，并隨之宣布他們將會在2007年大規(guī)模量產(chǎn)銷售OLED電視，難怪媒體驚呼OLED電視的時代即將到來。但是在OLED的實際應(yīng)用中，并非總是一帆風(fēng)順。雖然OLED技術(shù)可稱之為最理想的

11、顯示技術(shù)，但它的研究開發(fā)歷史并不長，要想真正實現(xiàn)其產(chǎn)業(yè)化，必須克服以下一些具體的難題，即因大面積化帶來工藝、設(shè)備技術(shù)和驅(qū)動技術(shù)等方面的問題，從單色顯示到多色顯示帶來的問題，封裝技術(shù)與使用壽命的問題，陰極電極微細(xì)化的問題，驅(qū)動技術(shù)問題等。有機(jī)膜的不均勻性將導(dǎo)致發(fā)光亮度和色彩的不均勻性，影響顯示效果。顯示面積增大，意味著器件必須有很高的瞬間亮度和高的發(fā)光效率，并在高亮度下有良好的穩(wěn)定性。從單色顯示到多色顯示和彩色過渡時，將三種不同的發(fā)光材料分別鍍在非常臨近的三個小區(qū)域上將是又一大難題。要實現(xiàn)OLED的商業(yè)化，使用壽命問題必須解決，從材料和器件結(jié)構(gòu)著手是途徑之一。驅(qū)動技術(shù)在實驗室研究階段顯得不是很重要，但是一旦考慮到產(chǎn)業(yè)化和大面積化，此問題就會變得異常突出，至今為止，還沒有一套成熟的高度集成的大電流驅(qū)動IC。當(dāng)前世界上關(guān)于OLED器件的開發(fā)主要分布在日本、美國和歐州。歐美主要以高分子材料為主，可望有比較長的壽命。日本則以低分子材料為主，已獲得很好的發(fā)光亮度，發(fā)光效率壽命。就目前的情況來看，在實際應(yīng)用技術(shù)開發(fā)方面，日本遙遙領(lǐng)先，己經(jīng)進(jìn)入商業(yè)應(yīng)用