(10)--FPD_Chapter-5-1平板显示技术平板显示技术.ppt

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1、Flat Panel DisplaysFlat Panel Displays平板显示技术平板显示技术平板显示技术平板显示技术有机发光显示器件原理与结构有机发光显示器件原理与结构有机发光显示器件原理与结构有机发光显示器件原理与结构有机发光显示器件原理与结构有机发光显示器件原理与结构一一、OLED简介简介二二、OLED发展历程发展历程三三、OLED工作原理工作原理四四、OLED器件结构器件结构一、一、OLED简介简介术语说明术语说明有机电致发光有机电致发光（OEL）：）：Organic Electroluminescence有机发光二极管有机发光二极管（OLED）：）：Organic Light

2、Emitting Diode聚合物发光二极管聚合物发光二极管（PLED）：Polymer Lighting Emitting Diode发光聚合物发光聚合物（LEP）：）：Light Emitting Polymer目前目前基本统一的称呼：基本统一的称呼：OLED：Organic Light Emitting Device Organic Light Emitting Display有机发光器件，有机发光显示，有时写成有机发光器件，有机发光显示，有时写成OLED/PLED2024/1/273/48一、一、OLED简介简介适当的材料受激吸收能量后发光，其发射出的光适当的材料受激吸收能量后发光，其

3、发射出的光子的能量比激发能量低。具有这种发光行为的物子的能量比激发能量低。具有这种发光行为的物质称为发光材料，亦称荧光体或磷光体。发光材质称为发光材料，亦称荧光体或磷光体。发光材料发出的电磁波通常在可见光区，也可在紫外光料发出的电磁波通常在可见光区，也可在紫外光或红外光区。或红外光区。激发激发源源X-射线射线电场电场阴极射线阴极射线紫外光紫外光红外光红外光荧光体荧光体可见光可见光发光材料发光材料荧光与磷光荧光与磷光荧光（荧光（Fluorescence）：由相同自旋态电子跃迁所产生的自发性快速发光。）：由相同自旋态电子跃迁所产生的自发性快速发光。磷光（磷光（Phosphorescence）:由三

4、重态到单重态电子跃迁所产生的持续性发光。由三重态到单重态电子跃迁所产生的持续性发光。2024/1/274/48一、一、OLED简介简介分子的重度分子的重度(multiplicity of molecule)：M=2S+1。S为电子的总自旋量子数，M则表示分子中电子的总自旋角动量在Z轴方向的可能值。M=1为单重态或单线态；M=3为三重态或三线态。单重态单重态(singlet state)如果分子中一对电子为自旋反平行，则S=0，M=1，这种态被称为单重态或单线态，用S表示。大多数化合物分子处于基态时电子自旋总是成对的，所以是单线态，用S0表示。在吸收光子后，被激发到空轨道上的电子，如果仍保持自旋

5、反平行状态，则重度未变，按其能量高低可相应表示为S1态,S2态。三重态三重态(triplet state)当处于S0态的一对电子吸收光子受激后，产生了在两个轨道中自旋方向平行的电子，这时S=1，M=3，这种状态称为三重态或三线态。因为在磁场中，电子的总自旋角动量在磁场方向可以有三个不同值的分量，是三度简并的状态，用T表示。按能量高低可表示为T1,T2。单重态与三重态的能级比较单重态与三重态的能级比较 在三重态中，处于不同轨道的两个电子自旋平行，两个电子轨道在空间的交叠较少，电子的平均间距变长，因而相互排斥的作用减低，所以T态的能量总是低于相同激发态的S态能量。T3T2T1S3S2S1S0S02

6、024/1/275/48一、一、OLED简介简介分子能级与跃迁：分子能级与跃迁：p基态基态(S0)激发态激发态(S1、S2、激发态振动能级、激发态振动能级)：吸收特定频率的辐射；跃迁一次到位；吸收特定频率的辐射；跃迁一次到位；p激发态激发态基态：多种途径和方式；速度最快、激发态寿命最短的途径占优势；基态：多种途径和方式；速度最快、激发态寿命最短的途径占优势；2024/1/276/48一、一、OLED简介简介荧光（荧光（fluorescence）：当激发态分子从激发单重态S1态的某个能级跃迁到S0态并发射出一定波长的辐射，称之为荧光。荧光寿命很短，约10-9-10-6 s，入射光停止，荧光也立即

7、停止。磷光磷光：当激发态分子从三重态T1跃迁到S0态时所放出的辐射称为磷光，这种跃迁重度发生了改变。磷光寿命稍长，约10-4-10秒。由于从S0到T1态的激发是禁阻的，所以，处于T1态的激发分子较少，磷光较弱。光照停止后，可持续一段时间。激发激发到到S1和和T1态的态的概率概率：电子由S0态激发到S1态或T1态的概率不同。从光谱的强弱看，从S0态激发到S1态是自旋允许的；而从S0态激发到T1态是自旋禁阻的，一般很难发生，它的概率是10-5数量级。振动弛豫振动弛豫（vibration relaxation）：在同一电子能级中，处于较高振动能级的电子将能量变为平动能，或快速传递给介质，自己迅速降到

8、能量较低的振动能级，这过程只需几次分子碰撞即可完成，称为振动弛豫，发生振动弛豫的时间10-12 s。内转换内转换（internal conversion）：在相同的重态中，电子从某一能级的低能态按水平方向窜到下一能级的高能态，这过程中能量未变。外外转换（转换（external conversion）：激发分子与溶剂或其他分子之间产生相互作用而转移能量的非辐射跃迁；外转换使荧光或磷光减弱或“猝灭”。系系间窜跃（间窜跃（intersystem crossing）：电子从某一重态等能地窜到另一重态，如：从S1态窜到T1态，这个过程重态改变了。2024/1/277/48一、一、OLED简介简介OLED

9、发光发光原理原理（电子、空穴复合电子、空穴复合发光）发光）空穴传输层空穴传输层电子传输层电子传输层发光层发光层最低空最低空轨道（类似导带）轨道（类似导带）最高占有轨道（最高占有轨道（类似价带类似价带）2024/1/278/48一、一、OLED简介简介依材料的不同可分为二种技术：依材料的不同可分为二种技术：（1）以高分子材料为发光层的，简称）以高分子材料为发光层的，简称PLED（2）以小分子为发光层材料，简称）以小分子为发光层材料，简称OLED2024/1/279/48一、一、OLED简介简介OLED与与PLED的区别的区别u 材料方面材料方面：共同共同的特性的特性：均：均含有共轭之化学结构，具

10、有高度的萤光含有共轭之化学结构，具有高度的萤光效率。效率。两者两者的分子量差异相当大，小分子材料其分子量一般约在数百，而高分子则在数万至数百万之间的分子量差异相当大，小分子材料其分子量一般约在数百，而高分子则在数万至数百万之间。材材料料的的获获取取：小小分分子子材材料料的的合合成成与与纯纯化化皆皆较较高高分分子子简简单单，对对材材料料量量产产与与纯纯度度的的要要求求较较易易达达成成。相相对对而而言言小小分子的材料特性较高分子易掌握，但热稳定性与机械性质却以高分子较佳。分子的材料特性较高分子易掌握，但热稳定性与机械性质却以高分子较佳。u设备方面：设备方面：由于材料特性的差异将导致元件制程设备的不

11、同，小分子采加热蒸镀（由于材料特性的差异将导致元件制程设备的不同，小分子采加热蒸镀（thermal evaporation）的方式来蒸）的方式来蒸镀多层有机膜材，为了避免不同材料间的相互污染，故需镀多层有机膜材，为了避免不同材料间的相互污染，故需使用多腔体的真空设备使用多腔体的真空设备，因此设备的成本较高。，因此设备的成本较高。PLED大都是以其大都是以其溶液旋转涂布溶液旋转涂布（spin-coating）的方式涂膜，与）的方式涂膜，与CD-R的制程相似，设备成本较低，且的制程相似，设备成本较低，且PLED可可应用应用roller或或screen的方式涂膜，较利于大尺寸显示器的发展。的方式涂膜

12、，较利于大尺寸显示器的发展。u制程方面制程方面：PLED虽然采虽然采spin-coating可较快速上膜，但其在涂膜后仍须再经过烘烤以去除溶剂，因此其可较快速上膜，但其在涂膜后仍须再经过烘烤以去除溶剂，因此其成成膜时间膜时间并不会较并不会较OLED短，此将影响量产制程的产量。目前短，此将影响量产制程的产量。目前OLED已有多家大厂製作出已有多家大厂製作出全彩全彩的显的显示器原型，而示器原型，而PLED却仍受限于红绿却仍受限于红绿蓝像素独立蓝像素独立定位困难的瓶颈，至今迟迟无法推出全彩的定位困难的瓶颈，至今迟迟无法推出全彩的PLED显示器，目前以喷墨定位的方式将是较可行的解决之道。显示器，目前以

13、喷墨定位的方式将是较可行的解决之道。u元件特性方面元件特性方面：发展发展至今两种元件的至今两种元件的发光效率发光效率皆可高于皆可高于15 lm/W，PLED甚至可超过甚至可超过20 lm/W，且，且PLED可忍受较可忍受较高的电流密度与较高的温度环境下操作。高的电流密度与较高的温度环境下操作。2024/1/2710/48一、一、OLED简介简介 亮度亮度OLED器件性能要求器件性能要求OLED looks much brighter than LCD!OLED looks much brighter than LCD!响应时间响应时间2024/1/2711/48一、一、OLED简介简介动态功耗

14、动态功耗2024/1/2712/48一、一、OLED简介简介OLED应用应用2024/1/2713/48有机发光显示器件原理与结构有机发光显示器件原理与结构有机发光显示器件原理与结构有机发光显示器件原理与结构一一、OLED简介简介二二、OLED发展历程发展历程三三、OLED工作原理工作原理四四、OLED器件结构器件结构二、二、OLED发展历程发展历程Milestones in OLEDs(1960-2000)2024/1/2715/48二、二、OLED发展历程发展历程Milestones in OLEDs(2000-2005)2024/1/2716/48二、二、OLED发展历程发展历程三星三星

15、三星三星4040英寸英寸英寸英寸12801280 768 OLED 768 OLED TVTV（20052005）Robert Jan Visser:SID-Display Applications Conference 2007COMMERCIAL 11”OLED TV-SONYpThickness:3 mmpContrast:1:1,000,000(LCD-1:17,000)pColor gamut:108%NTSC in U*V*-planepPixel:960 x 540pLife:30,000 hrspBrightness-not given pPower consumption:4

16、5 WpCost:$索尼索尼索尼索尼2727英寸英寸英寸英寸19201920 1080 OLED 1080 OLED TVTV（CES 2007CES 2007）2024/1/2720/48二、二、OLED发展历程发展历程SID 2008展示的展示的OLED样机样机三星三星0.9mm厚度厚度40英寸英寸1920 1080 OLED TV（FPDI 2008）CES 2009展索尼首发展索尼首发21英寸英寸OLED电视，分电视，分辨率为辨率为13667682024/1/2721/48二、二、OLED发展历程发展历程OLED发展趋势发展趋势2024/1/2722/48有机发光显示器件原理与结构有机

17、发光显示器件原理与结构有机发光显示器件原理与结构有机发光显示器件原理与结构一一、OLED简介简介二二、OLED发展历程发展历程三三、OLED工作原理工作原理四四、OLED器件结构器件结构三、三、OLED工作原理工作原理OLED多层薄膜结构多层薄膜结构1.EIL:Electron Injection Layer2.ETL:Electron Transport Layer3.EML:Emissive Layer4.HIL:Hole Injection Layer5.HTL:Hole Transport Layer2024/1/2724/48三、三、OLED工作原理工作原理OLED发光过程发光过程2

18、024/1/2725/48三、三、OLED工作原理工作原理OLED能级结构简图能级结构简图IPIP：Ionization Potential EAIonization Potential EA：Electron AffinityElectron Affinity 2024/1/2726/48三、三、OLED工作原理工作原理2024/1/2727/48三、三、OLED工作原理工作原理Efficiency of OLEDsLuminous efficiency(lm/W):important for device design!Current efficiency(cd/A):important

19、for material evaluation!Current efficiency=luminance(L)/current density(J)2024/1/2728/48三、三、OLED工作原理工作原理外量子效率外量子效率2024/1/2729/48三、三、OLED工作原理工作原理2024/1/2730/48三、三、OLED工作原理工作原理2024/1/2731/48三、三、OLED工作原理工作原理2024/1/2732/48三、三、OLED工作原理工作原理2024/1/2733/48三、三、OLED工作原理工作原理2024/1/2734/48三、三、OLED工作原理工作原理T1S1S0

20、S1T1FluorescencePhosphorescence75%25%S0ISC75%25%100%Singlet emissionTriplets decay non-radiatively25%IQETriplet emissionSinglets converted to triplets by ISCUp to 100%IQEQuantum-Physical Mechanisms for the EmissionT1S1TADF75%25%S0ISCRISCE 0.3 eV100%100%Singlet emissionTriplets converted to singlets

21、by RISC enabled due to low DESTUp to 100%IQEEnables deeper blue emission at identical excitation energyTADF in Comparison to Fluorescence and PhosphorescenceVisit us at 2024/1/2735/48三、三、OLED工作原理工作原理Device current density:50 mA/cm2 at 10 VLuminance:3500 cd/m2Current efficiency:Luminous efficiency:20

22、24/1/2736/48有机发光显示器件原理与结构有机发光显示器件原理与结构有机发光显示器件原理与结构有机发光显示器件原理与结构一一、OLED简介简介二二、OLED发展历程发展历程三三、OLED工作原理工作原理四四、OLED器件结构器件结构四、四、OLED器件结构器件结构单层结构单层结构主要用于主要用于PLEDPLED，双极性聚合物材料。，双极性聚合物材料。单层结构，旋涂成膜。具有长分子链结构，聚合物膜平整均匀，器件性能较好。单层结构，旋涂成膜。具有长分子链结构，聚合物膜平整均匀，器件性能较好。2024/1/2738/48四、四、OLED器件结构器件结构双层结构双层结构(1)双层双层A 型型(

23、double layer-A 简称简称DL-A)由美国柯达由美国柯达(Kodak)公司所提出，最主要的特点是发公司所提出，最主要的特点是发光体光体(EML)也具有传输电子的能力。标准器件的结构也具有传输电子的能力。标准器件的结构由下而上分别为由下而上分别为ITO(阳极阳极)/HTL/ETL(发光体发光体)/阴极金属，阴极金属，最著名的例子：最著名的例子：玻璃玻璃基基/ITO/NPB/Alq/Mg:Ag。ETL和和EML合二为一，发光层位于电子传输层或空穴传输层一边合二为一，发光层位于电子传输层或空穴传输层一边;有效解决载流子的注入有效解决载流子的注入/传输传输/复合，克服了小分子薄膜的漏电。复

24、合，克服了小分子薄膜的漏电。(2)双层双层-B 型型(double layer-B 简称简称DL-B)日本九州大学的日本九州大学的Saito 教授组提出，最主要的特点教授组提出，最主要的特点是空穴传输材料可当发光层是空穴传输材料可当发光层(EML)。发光区域发光区域不仅不仅在靠近在靠近HTL/ETL之接口上之接口上,且可由扩散方式将发光区且可由扩散方式将发光区域扩散至整个域扩散至整个HTL。标准器件的。标准器件的结构：玻璃结构：玻璃基板基板/ITO/HTL(发光体发光体)/ETL/阴极金属阴极金属。2024/1/2739/48四、四、OLED器件结构器件结构三层结构三层结构(3)三层三层A 型

25、型(three layer-A 简称简称TL-A)日本九州大学日本九州大学的的Saito 教授组所提出，最主要的教授组所提出，最主要的特点是在特点是在HTL/ETL之间置入一层发光层，使得激子之间置入一层发光层，使得激子(exciton)被局限在此层产生强烈的发光。其标准器件被局限在此层产生强烈的发光。其标准器件的结构由下而上分别为：的结构由下而上分别为：玻璃基板玻璃基板/ITO/HTL/EML/ETL/金属阴极。金属阴极。在在ETL和和HTL之间加入阻挡层，发光层位于阻挡层的之间加入阻挡层，发光层位于阻挡层的一边或两边一边或两边。通过材料掺杂制备发光通过材料掺杂制备发光层。层。(4)三层三层

26、B 型型(three layer-B，简称，简称TL-B)日本山形大学的日本山形大学的Kido 教授组所提出，器件结教授组所提出，器件结构与构与TL-A 相似相似。最主要。最主要的特点是在的特点是在HTL/ETL 之间的之间的激子限制激子限制层层ECL。激子限制层的厚度可以调节发光位。激子限制层的厚度可以调节发光位置，可以人为的置，可以人为的控制向控制向两侧中的一侧发光或两侧发两侧中的一侧发光或两侧发光，若将光，若将ECL 调整合适，可使激发子同时在调整合适，可使激发子同时在HTL 及及ETL 生成，让生成，让HTL 及及ETL 同时发光，而将发光混成白同时发光，而将发光混成白光。其标准组件的

27、结构由下而上分别为：光。其标准组件的结构由下而上分别为：玻璃基板玻璃基板/ITO/HTL/ECL/ETL/金属阴极。金属阴极。2024/1/2740/48四、四、OLED器件结构器件结构不同结构比较不同结构比较2024/1/2741/48四、四、OLED器件结构器件结构出光方式出光方式2024/1/2742/48四、四、OLED器件结构器件结构OLED彩色实现途径彩色实现途径2024/1/2743/48四、四、OLED器件结构器件结构OLED彩色彩色实现方法比较实现方法比较2024/1/2744/48四、四、OLED器件结构器件结构（1）图形化发光层图形化发光层CBW：Color by Whi

28、teWhite emissive layer+color filter（2）非图形化发光层非图形化发光层CBB：Color by BlueBlue emissive layer+color changing medium(CCM)色转换材料色转换材料2024/1/2745/48四、四、OLED器件结构器件结构micro-cavity2024/1/2746/48四、四、OLED器件结构器件结构AM-OLED显示面板显示面板2024/1/2747/48有机发光显示器件原理与结构有机发光显示器件原理与结构有机发光显示器件原理与结构有机发光显示器件原理与结构 本节课结束本节课结束 下一节课内容：下一节课内容：OLED工艺与驱动技术工艺与驱动技术2024/1/2748/48