有机电致发光解析课件.ppt

1、1 1、OLEDOLED发展历程发展历程2 2、OLEDOLED的分类的分类3 3、小分子、小分子OLEDOLED的结构、原理与材料的结构、原理与材料4 4、 OLEDOLED的发展现状及应用和前景的发展现状及应用和前景有机电致发光有机电致发光19361936年，年，DestriauDestriau将有机荧光化合物分散在聚合物中制成薄膜，得到最将有机荧光化合物分散在聚合物中制成薄膜，得到最早的电致发光器件。早的电致发光器件。2020 世纪世纪5050年代，年代，人们就开始用有机材料制作电致发光器件的探索，人们就开始用有机材料制作电致发光器件的探索，A.A. BernanoseBernanose

2、等人在蒽单晶片的两侧加上等人在蒽单晶片的两侧加上400V400V的直流电压观测到发光现的直流电压观测到发光现象，单晶厚象，单晶厚10mm10mm20mm20mm，所以驱动电压较高。，所以驱动电压较高。19631963年，年，M. PopeM. Pope等人也获得了蒽单晶的电致发光。等人也获得了蒽单晶的电致发光。7070年代，年代，宾夕法尼亚大学的宾夕法尼亚大学的HeegerHeeger探索了合成金属。探索了合成金属。19871987年，年，KodakKodak公司的邓青云公司的邓青云首次研制出具有实用价值的低驱动电压首次研制出具有实用价值的低驱动电压（10V1000cd/m1000cd/m2

3、2）OLEDOLED器件（器件（AlqAlq作为发光层）。作为发光层）。19901990年年，BurroughesBurroughes及其合作者研究成功第一个高分子及其合作者研究成功第一个高分子ELEL（PLEDPLED）(PPV(PPV作为发光层作为发光层) )，更为有机电致发光显示器件实用化进一步奠定了基础。，更为有机电致发光显示器件实用化进一步奠定了基础。1 1、OLEDOLED发展历程发展历程19971997年，年，单色有机电致发光显示器件首先在日本产品化，单色有机电致发光显示器件首先在日本产品化，19991999年，年，日本先锋公司率先推出了为汽车音视通信设备而设计的多彩有机日本先锋

4、公司率先推出了为汽车音视通信设备而设计的多彩有机电致发光显示器面板，并开始量产，电致发光显示器面板，并开始量产，同年同年9 9月，月，使用了先锋公司多色有机电致发光显示器件的摩托罗拉手机大使用了先锋公司多色有机电致发光显示器件的摩托罗拉手机大批量上市。批量上市。近年来近年来，OELOEL的突破性进展，并引起产业界的高度重视，在世界范围内，的突破性进展，并引起产业界的高度重视，在世界范围内，已有已有9090多家公司在开发多家公司在开发OELOEL，而且每个月都有新公司加入。，而且每个月都有新公司加入。国内公司有国内公司有：京东方科技集团股份有限公司、维信诺公司（南风化工集团：京东方科技集团股份有

5、限公司、维信诺公司（南风化工集团股份有限公司是清华大学企业集团、清华创业投资公司、咸阳彩虹集团等股份有限公司是清华大学企业集团、清华创业投资公司、咸阳彩虹集团等在北京注册成立维信诺科技有限公司）、清华大学与彩虹集团合作已在建在北京注册成立维信诺科技有限公司）、清华大学与彩虹集团合作已在建立立1 1条小试实验线、廊坊市锡丰化工有限公司、上海大学、吉林大学与有条小试实验线、廊坊市锡丰化工有限公司、上海大学、吉林大学与有关公司合作开发的谈判也在积极进行之中等。关公司合作开发的谈判也在积极进行之中等。这一切都表明，这一切都表明，OLEDOLED技术正在逐步实用化，显示技术又将面临新的革命。技术正在逐步

6、实用化，显示技术又将面临新的革命。一是以有机染料和颜料等为发光材料的小分子基一是以有机染料和颜料等为发光材料的小分子基OLEDOLED，典型的小分子发光材，典型的小分子发光材料为料为AlqAlq3 3（3-3-羟基喹啉铝）；羟基喹啉铝）；另一种是以共轭高分子为发光材料的高分子基另一种是以共轭高分子为发光材料的高分子基OLEDOLED，简称为，简称为PLEDPLED，典型的高，典型的高分子发光材料为分子发光材料为PPVPPV。2 2、OLEDOLED分类分类 2 2、OLEDOLED的分类的分类3.13.1小分子小分子OLEDOLED的的结构结构3 3、1 1小分子小分子OLEDOLED的结构的

7、结构 RGBRGB和白色和白色ELEL器件的结构为：器件的结构为： 器件器件R R: ITO/CuPc/NPB/Alq3: ITO/CuPc/NPB/Alq3:DCJTBDCJTB/MgAg/MgAg 器件器件G G: ITO/CuPc/NPB/Alq3: ITO/CuPc/NPB/Alq3:QAQA/MgAg/MgAg 器件器件B B: : ITOITO/CuPc/NPB/CuPc/NPB/DPVBi:PeryleneDPVBi:Perylene/Alq3/MgAg/Alq3/MgAg 器件器件W: W: ITOITO/CuPc/NPB/CuPc/NPB/DPVBi:DCJTBDPVBi:D

8、CJTB/Alq3/MgAg/Alq3/MgAg能带理论模型：能带理论模型：相对晶体固体的能带模型来说：相对晶体固体的能带模型来说：价带顶价带顶 HOMO HOMO （分子（分子最高占据分子轨道最高占据分子轨道 ）导带底导带底 LUMOLUMO（分子最低未占据轨道（分子最低未占据轨道 ）带隙带隙EgEg是是HOMOHOMO与与LUMOLUMO之间的宽度，离化能之间的宽度，离化能IpIp是真空能级与是真空能级与HOMOHOMO之间的能量差之间的能量差, ,电子亲和势电子亲和势EaEa是真空能级与是真空能级与LUMOLUMO之间的能量差之间的能量差3 3、2 2发光原理发光原理发光机理发光机理 载

9、流子的注入：载流子的注入：电子和空穴分别从阴极和阳极注入夹在电极间的有机功能薄电子和空穴分别从阴极和阳极注入夹在电极间的有机功能薄膜层；膜层；载流子的迁移：载流子的迁移：载流子分别从电子传输层和空穴传输层向发光层迁移；载流子分别从电子传输层和空穴传输层向发光层迁移；激子的形成和扩散激子的形成和扩散：电子和空穴在发光层中相遇，形成激子，激子复合并将：电子和空穴在发光层中相遇，形成激子，激子复合并将能量传递给发光材料，使其从基态能级跃迁为激发态；能量传递给发光材料，使其从基态能级跃迁为激发态；发光：发光：激发态能量通过辐射驰豫过程产生光子，释放出光能。激发态能量通过辐射驰豫过程产生光子，释放出光能

10、。阳极HTLEMLETL阴极LUMOHOMO 三层结构的三层结构的OLEDOLED的能带图的能带图当器件加正向偏压时当器件加正向偏压时, ,电子和电子和空穴分别从阴极和阳极注入到有空穴分别从阴极和阳极注入到有机材料中机材料中, ,外场的作用使它们迁外场的作用使它们迁移至发光层移至发光层电子和空穴在发光层相遇后电子和空穴在发光层相遇后, ,由于库仑作用由于库仑作用形成暂态激子形成暂态激子, ,处处于不稳定态于不稳定态. .其中大部分发生复其中大部分发生复合合, ,电子落入空穴电子落入空穴, ,释放出能量释放出能量发光材料原子的最外层电子吸发光材料原子的最外层电子吸收这些能量后将收这些能量后将处于

11、激发态处于激发态, , 电电子处于激发态是不稳定状态，将子处于激发态是不稳定状态，将返回基态。返回基态。Name:电子And I am:空穴激发态基态的能量传递途径 电子处于激发态是不稳定状态，返回基态时，通过辐射跃迁电子处于激发态是不稳定状态，返回基态时，通过辐射跃迁(发光发光)和无辐射和无辐射跃迁等方式失去能量；跃迁等方式失去能量；传递途径传递途径辐射跃迁荧光延迟荧光磷光内转移外转移系间跨越振动弛预无辐射跃迁 激发态停留时间短、返回速度快的途径，发生的几率大，发光强度相对大； 辐射跃迁（发光）可分为：辐射跃迁（发光）可分为：荧光、磷光、延迟荧光荧光、磷光、延迟荧光。荧光：第一激发荧光：第一

12、激发单重态单重态的的最低振动能级最低振动能级基态；寿命：基态；寿命： 10 10-7-710 10 -9-9 s s。磷光：第一激发磷光：第一激发三重态三重态的最低振动能级的最低振动能级基态；寿命：基态；寿命： 10 10-4-41010s s。延迟荧光（延迟荧光（delayed fluorescence)delayed fluorescence)也被称为缓发荧光：它来源也被称为缓发荧光：它来源于从第一激发于从第一激发三重态（三重态（T1T1）重新生成的）重新生成的S1S1态态的辐射跃迁。其寿命的辐射跃迁。其寿命与该物质的分子磷光相当与该物质的分子磷光相当。S2S1S0T1吸吸收收发发射射荧荧

13、光光发发射射磷磷光光系间跨越内转换振动弛豫能量l l 2l l 1l l 3 外转换l l 2T2内转换振动弛豫（1 1）、空穴传输材料）、空穴传输材料传输空穴的空穴传输材料应该具备以下条件：传输空穴的空穴传输材料应该具备以下条件：具有良好的空穴传输特性；具有良好的空穴传输特性；具有较低的具有较低的IpIp（离化势），易于由阳极注入空穴；（离化势），易于由阳极注入空穴；激发能量高于发光层的激发能量；激发能量高于发光层的激发能量；不能与发光层形成激基复合物；不能与发光层形成激基复合物；具有良好的成膜性和较高的玻璃化温度，热稳定性好，可以用真空蒸发具有良好的成膜性和较高的玻璃化温度，热稳定性好，可

14、以用真空蒸发法形成致密的薄膜，不易结晶。法形成致密的薄膜，不易结晶。空穴传输材料主要是芳香胺类。空穴传输材料主要是芳香胺类。目前最常用的小分子空穴传输材料目前最常用的小分子空穴传输材料TPDTPD和和-NP-NPB B3 3、小分子、小分子OLEDOLED材料材料TPDNNCH3H3CNNN PDNCH3NNNCHCH3MTDATA3NN芳二胺NNMeOCH3CH3CH3吡唑啉类化合物吡唑啉类化合物 NNOCH3（2 2）、电子传输材料）、电子传输材料传输电子的电子传输材料应满足以下要求：传输电子的电子传输材料应满足以下要求：（1 1）具有良好的电子传输特性；）具有良好的电子传输特性；（2 2

15、）具有较低的）具有较低的EaEa（电子亲和势），易于由阴极注入电子；（电子亲和势），易于由阴极注入电子；（3 3）激发能量高于发光层的激发能量；）激发能量高于发光层的激发能量；（4 4）不能与发光层形成激基复合物；）不能与发光层形成激基复合物；（5 5）成膜性和化学稳定性良好，不易结晶。）成膜性和化学稳定性良好，不易结晶。目前最常使用的电子传输材料是目前最常使用的电子传输材料是OXD-7OXD-7和许多有机金属螯合和许多有机金属螯合物如物如AlqAlq3 3 ButNNOButNNOOXD7NOAlONONAlq3噁二唑衍生物噁二唑衍生物DPVBiNNOOBeBeq2苯乙烯类衍生物苯乙烯类衍生

16、物NNOButPBDButNNNTAZONSO香豆素衍生物香豆素化合物三唑化合物（3 3）发光材料分类：）发光材料分类：用于用于OELDOELD的发光材料首先要满足以下五点要求：的发光材料首先要满足以下五点要求：具有高效率的固态荧光，无明显的浓度淬灭现象具有高效率的固态荧光，无明显的浓度淬灭现象具有良好的化学稳定性和热稳定性，不与电极和载流子传输材料发生反应；具有良好的化学稳定性和热稳定性，不与电极和载流子传输材料发生反应；易形成致密的非晶态薄膜且不易结晶；易形成致密的非晶态薄膜且不易结晶；具有适当的发光波长；具有适当的发光波长；具有一定的载流子传输能力。具有一定的载流子传输能力。按材料的分子

17、结构特性分类：按材料的分子结构特性分类：A A、有机小分子荧光染料、有机小分子荧光染料ElEl材料材料ONSO香豆素衍生物香豆素衍生物OCNCNNDCJ O N C H 3 C H 3 CN NC C H 3 DCM OSNNOCoumarin6晕 苯 （ C oronene）NNMeOPyrazolineDPVBiPeryleneNC H3NCH3OOOO Perylene苝二酸酐衍生物苝二酸酐衍生物另外一些有机小分子荧光染料另外一些有机小分子荧光染料NHNHoOQuinacridoneRubrene稠环芳烃类衍生物稠环芳烃类衍生物配体微扰金属离子发光的配合物发光材料配体微扰金属离子发光的配

18、合物发光材料A A、金属离子微扰配体发光的配合物发光材料、金属离子微扰配体发光的配合物发光材料具有优良的载流子传输特性和成膜性能，是目前最常用的具有优良的载流子传输特性和成膜性能，是目前最常用的OELOEL材料。材料。NOAlONONAlq3NONOBeBebq2AZM1ONONRZnNNNNZnZnPc甲亚胺类络合物甲亚胺类络合物卟啉锌络合物卟啉锌络合物B B、配体微扰金属离子发光的配合物发光材料、配体微扰金属离子发光的配合物发光材料一般是稀土金属螯合物。一般是稀土金属螯合物。NNOOTb3Tb(AcA)3phenNNOOEu3Eu(DBM)3bath（4 4）、缓冲层材料）、缓冲层材料为了

19、增强金属及其氧化物电极与有机材料的附着强度引入的。为了增强金属及其氧化物电极与有机材料的附着强度引入的。阳极处：阳极处：CuPcCuPc阴极处：阴极处：LiFLiF或或MgF2MgF2（5 5）、电极材料）、电极材料为了有效注入载流子，对电极材料要求：为了有效注入载流子，对电极材料要求：阳极逸出功尽可能大（提供空穴，一般采用阳极逸出功尽可能大（提供空穴，一般采用ITO)ITO)；阴极逸出功尽可能小；阴极逸出功尽可能小（提供电子）（提供电子）化学稳定性好化学稳定性好阳极：阳极： ITOITO、高功函数金属、导电聚合物、高功函数金属、导电聚合物阴极：阴极：MgAgMgAg、LiAlLiAl、LiF

20、LiF/Al/Al1 1、发展现状、发展现状美国的美国的Kodak,Uniax,Dupond,IBM,DowKodak,Uniax,Dupond,IBM,Dow化学公司；日本的化学公司；日本的Pioneer,Sanyo,seiko-epson,Iemitsn,KosonPioneer,Sanyo,seiko-epson,Iemitsn,Koson；荷兰的；荷兰的PhilipsPhilips；德国的；德国的HoechstHoechst等许多大公司参与了研发等许多大公司参与了研发亮度、寿命、效率都有了全面的提高亮度、寿命、效率都有了全面的提高器件的结构变化多器件的结构变化多红、绿、蓝全色发光红、绿

21、、蓝全色发光4 4、OLEDOLED的发展现状及应用前景的发展现状及应用前景2 2、存在的问题、存在的问题OLEDOLED的发光机制的一些细节问题，如载流子的注入及传输过程仍未彻底弄的发光机制的一些细节问题，如载流子的注入及传输过程仍未彻底弄清楚清楚器件的效率有了大幅度的提高，绝对值较低器件的效率有了大幅度的提高，绝对值较低器件的寿命器件的寿命距实际应用还有一定差距距实际应用还有一定差距红色和蓝色器件的效率还较低，且各基色尤其红色的红色和蓝色器件的效率还较低，且各基色尤其红色的色纯度色纯度还不高还不高柔性器件的封装始终未能解决柔性器件的封装始终未能解决3 3、应用前景与展望、应用前景与展望从取得突破性进展到现在，仅仅十几年时间，各项性能指从取得突破性进展到现在，仅仅十几年时间，各项性能指标达到了商业化要求，是一个奇迹。标达到了商业化要求，是一个奇迹。由于其特殊的性能和优势，备受人们的青睐，随着各项技由于其特殊的性能和优势，备受人们的青睐，随着各项技术的进一步完善，有机电致发光显示器可能替代术的进一步完善，有机电致发光显示器可能替代CRTCRT、LCDLCD等显示器，成为等显示器，成为“第三代第三代”平板显示器平板显示器。S2S1S0T1吸吸收收发发射射荧荧光光发发射射磷磷光光系间跨越内转换振动弛豫能量l l 2l l 1l l 3 外转换l l 2T2内转换振动弛豫