有機發光二極管(OLED)自從問世之初,由于其眾多優點而被廣泛認為是最有希望的下一代顯示技術,在液晶的背光源和固態照明光源領域也顯示出了潛在的應用前景。有機發光二極管的低成本、低能耗優勢以及柔性彎曲的特點,使這種發光二極管在下一代顯示、液晶的背光源和固態照明三個核心領域呈現出巨大的市場,吸引了眾多廠商參于其中,極大的推動了Oled產業的進步。在過去的十年中,OLED的效率平均每年都要提高一倍,符合LED的Haitz定律。從總體上看,OLED產業主要有三大領域,一是以OLED材料和器件為中心;二是以OLED面板、制造方法的概念為中心;
三 是以顯示裝置驅動方法等為中心的領域。本文主要從有機器件結構和材料的方面做主要評述。
目前有眾多國內外廠商和實驗室從事OLED的材料與顯示器件的研究開發工作,從材料的角度看,主要有3類:一是以英國劍橋顯示技術公司、皇家飛利浦和日本住友化學等為代表的高分子材料陣營;二是以伊斯曼柯達、環宇顯示和日本出光興產等為代表的小分子陣營;最后一類是樹枝狀發光材料,由于其發光特性可以方便地由中心核調換不同的熒光染料來實現,另外大量的表面功能團和不同的代數可供選擇來得到一些有趣的性質,如載流子傳輸功能、區域隔離效應、溶解性和天線效應等,最重要的是,該類材料兼有高分子材料的可溶液加工性和小分子材料的高性能性,已經被認為是最具發展的第三類材料體系。對于任何材料體系而言,目前都面臨兩個主要問題:一是如何獲得高的效率;二是壽命與穩定性,如長時間靜止畫面的保持等;還有個后續問題就是如何得到高的遷移率,低的操作電壓,從而降低功耗,為將來低功耗面板打下堅實的基礎。這其中藍光材料的效率與壽命一直都是瓶頸,出光興產與索尼于08年5月19日宣布,共同開發出藍色發光OLED元件,并已證實內部量子效率為28.5%,且發光壽命為3萬小時以上,就熒光型發光材料而言,這一發光效率為全球最高水平。英國劍橋顯示器技術公司和日本Sumation公司宣布藍色高分子OLED材料取得新的提高,與07年3月發布的材料相比,壽命提高了40%,其藍光材料在初始亮度為1000cd每平方米時的半衰壽命已經達到1萬小時,按400cd每平方米亮度換算則為6萬2000小時。為了使器件壽命能實現大幅提高,不僅要得到高效率的發光材料,還需要改進空穴注入材料和電子傳輸材料,從而提高載流子的注入和傳輸平衡,同時也要考慮將載流子有效地限制在發光層內來進一步提高器件效率,例如出光興產采用新的電子傳輸材料來代替傳統的8羥基喹啉鋁(Alq3),有效地降低了啟亮電壓,提高的器件的效率和穩定性。
在不斷提高單色有機發光材料與器件的同時,人們也在考慮將紅、綠、藍三基色光復合實現白光,用于顯示、液晶背光和照明。一般來說,有兩大類技術得到白光OLED:第一類被稱之為下轉換(down
conversion),通過藍光或紫外光激發光子,每個受激發的單元發出不同的光混合之后得到白光;第二類被稱為色彩混合,這類技術是指通過混合兩種互補顏色的光(橘黃+藍光)或者三原色(紅+綠+藍)來得到白光。在有機發光器件實施方面,目前主要有多發射層白光器件、激基復合物/激基締合物復合發光白光器件,微腔結構白光器件、水平或垂直層疊結構白光器件、多重摻雜/共混單發射層白光器件。對于多發射層白光器件,該方法將每種發光材料摻雜在不同層的主體材料構成多種客體的多層發光器件結構,通過控制各有機層的復合電流,達到紅、綠、藍發射層同時發光實現白光的目的。例如,美國科學家利用三層光發光層(3-EML)結構,開發出了性能非常優越的白光OLED,在亮度(luminance)為1000
cd每平方米時的最大發光效率達64±3 lm/W,顯色指數
(CRI)達81;中科院長春應化所結合界面修飾技術,利用紅、綠、藍三發光層結構開發出了高效率的全熒光型白光OLEDs,最大亮度超過了40000
cd每平方米,最大效率達到了20.8 cd/A和16.8 lm/W,壽命在500 cd每平方米的亮度下超過了3500小時。三色白光OLED結構由于采用真空蒸鍍的方法,各層厚度都可以得到很好的控制從而得到了具有理想色純度的白光發射,并且目前性能比較好的白光OLED都采用這種結構。對于多重摻雜的單發射層白光器件,為了保證所有的發射來自于同一個發射層,必須使得產生白光的幾個摻雜劑在同一個主體材料中混合。在這個器件結構中,由于藍色摻雜劑是唯一形成激子的位置,一旦激子形成,向綠光和紅光摻雜劑發生能量轉移,從而產生綠光和紅光發射,在器件的發光過程中,白光的色坐標基本不會變化,目前這種多重摻雜白光器件也得到較好的性能。盡管這兩種結構白光器件都得到很好的效果,但是從器件制備的繁簡性角度考慮,設計簡單的單層單發射白光器件應該是最好的選擇。
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