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OLED项目计划书新型显示技术及应用集成教育部重点实验室（上海大学）孙润光上海市延长路149号邮政编码:200072电话:021-56331893传真：021-56333049runguangsun@126.com移动电话：13321106781（北京）/13311713959（上海）OLED项目计划书1目录一有机电致发光(OLED)器件3器件基本结构3电流注入特性9载流子运输材料对器件发光性能的影响14二OLED器件制作19OLED器件制作的关键步骤19有机材料蒸镀常见问题22金属电极的制作工艺23OLED器件防老化处理24制作全彩色OLED器件采取的方案25OLED器件性能测试27三OLED器件制作程序28介绍28OLED制作流程表29屏设计38四设备采购清单与规格42OLED研发线设备清单42生产线设备清单与预算表47设备规格50厂房设计与规划61OLED项目计划书2五成本核算63六物料、人员、项目进程表65附录：一.器件原理68有机电致发光(OLED)器件68有机材料发光71金属配合物发光76有机电致发光材料的光物理和光化学过程78有机电致发光基本过程81二.聚合物有机电致发光(PLED)器件85PLED简介85PLED器件技术发展历程和基本结构87PLED全彩色显示技术90PLED材料95最新进展99三.驱动方式101OLED两种驱动方式101OLED器件主动矩阵驱动发展趋势107结论110OLED项目计划书3一有机电致发光(OLED)器件随着有机电致发光器件研究的进展，对其寿命、发光效率及其他性能与其结构的关系认识越来越清晰，要获得性能优良的器件，首先选择适合的材料，而材料的性能往往要通过最优化结构的器件来体现，合理的器件结构会充分地发挥材料的性能。了解有机电致发光器件基本结构及其各个功能层间的界面问题，就可以通过对器件结构的设计来提高有机电致发光器件寿命、发光效率等性能问题，通过消除有机功能层与层之间的异质界面及采用模糊界面的方法来提高有机电致发光器件寿命、发光效率。器件基本结构有机电致发光器件基本结构为多层型，多层型可以是具有异质界面的迭层型结构和模糊界面层型结构。有机电致发光器件实际上又可以分为多种器件结构，这些结构是为了适应材料性能和器件性能要求而设计的。某些结构在提高发光效率和性能稳定性方面是相当重要的，如掺杂型和消除界面型结构等已经是当前引导有机电致发光器件的发展方向。与这些结构相对应的发光机制解释给出了很值得注意的模型。有机电致发光器件结构一般有：电子传输层（ETL,electrontransportlayer）、发射层(EL,emitterlayer)、空穴传输层(HTL,holetransportlayer)，是有机电致发光器件主要有机功能层。典型有机电致发光器件结构：OLED项目计划书4双层A型(doublelayer-A简称DL-A)此器件结构是由美国柯达(Kodak)公司所提出，最主要的特点是发光体(emitter)也具有传输电子的能力。标准器件的结构由下而上分别为ITO(阳极)/HTL/ETL(发光体)/阴极金属，最著名的例子为：玻璃基板/ITO/NPB/Alq/Mg:Ag。DL-A型图：(2)双层-B型(doublelayer-B简称DL-B)金属电极发射电子传输层空穴传输层ITO阳极OLED项目计划书5此组件结构是由日本九州大学的Saito教授组提出，最主要的特点是空穴传输材料可当发光层(emitter)。发光的区域不仅在靠近HTL/ETL之接口上,且可由扩散方式将发光区域扩散至整个HTL。标准器件的结构由下而上分别为玻璃基板/ITO/HTL(发光体)/ETL/阴极金属。(3)三层A型(threelayer-A简称TL-A)这种器件结构也是由日本九州大学的Saito教授组所提出，最主要的特点是在HTL/ETL之间置入一层发光层，这层发光层薄得像Langmuir-Blodgettfilm一样，使得激子(exciton)被局限在此层产生金属电极电子传输层发射-空穴传输层ITO阳极OLED项目计划书6强烈的发光。其标准器件的结构由下而上分别为：玻璃基板/ITO/HTL/EML/ETL/金属阴极(4)三层B型(threelayer-B简称TL-B，)这种组件结构是由日本山形大学的Kido教授组所提出，器件结构与TL-A相似。但最主要的特点是在HTL/ETL之间的激子限制层(excitonconfinementlayer简称ECL)。激子限制层的厚度可以调节发光位置，可以认为的控制他向两侧中的一侧发光或两侧发光，若将ECL调整合适，金属电极电子传输层发射层空穴传输层ITO阳极OLED项目计划书7可使激发子同时在HTL及ETL生成，让HTL及ETL同时发光，而将发光混成白光。其标准组件的结构由下而上分别为：玻璃基板/ITO/HTL/ECL/ETL/金属阴极。（5）含有染料的掺杂型结构荧光染料或掺杂在电子传输层或掺杂在空穴传输层与电子传输层的混合层中目前这种结构的稳定性最高。其标准组件的结构由下而上分别为玻璃基板/ITO/HTL/DEL/ETL/金属阴极。金属电极发射-电子传输层发光层激子限制层发光层发射-空穴传输层ITO阳极OLED项目计划书8需要注意的是电子和空穴的阻挡层，尽管在很多情况下电子和空穴的阻挡层也同时起到电子和空穴传输层作用，但在很多情况下也需要另加。对于电子和空穴的阻挡层性能应满足以下基本要求：它分别直接与空穴传输-发射层和电子传输-发射层接触，并且本身具有比其它材料宽的禁带；分别具有高的电离能和高的电子亲和能。（6）特别的有机电致发光器件Fuji等人设计出一种单量子阱结构的OLED器件,可描述金属电极缓冲层掺杂发射层空穴传输层ITO阳极OLED项目计划书9为:ITO/TPD/超薄Alq/TPD(可变)/Mg:In。他们发现随着电压的升高,发光颜色由蓝到绿,复合移向ITO电极。最近他们用分子束沉积法装配了间隔多层结构的OLED器件,利用这种结构,实现了呈各向异性的发光器件。另外Ohimori等人以Alq/TPD装配了多量子阱(multiplequantumwell)(MQW)结构的OLED器件。当MQW结构中的Alq层厚度在10～20nm时,表现出最有效的发射性质,这一发现跟Tang以前的报道相一致。电流注入特性从有机电致发光器件结构可以看出，任何一种器件结构至少存在两个界面，具有两个界面的最简单的器件结构为：ITO阳极/有机膜/金属阴极。至于多层结构的器件的界面就更多，因而对有机电致发光器件特性的影响也就更复杂。深入了解有机电致发光器件的界面对有机电致发光器件性能的影响，必须了解电流在有机电致发光器件中的传输过程。有机电致发光器件都是以ITO为阳极，ITO有良好的整流特性。有机薄膜是绝缘体，禁带宽度很宽，载流子主要来自电极的注入。电流通过金属/有机界面的注入过程有肖特基注入和隧穿注入两种过程，肖特基电流注入过程是热激发过程，这种热过程使电流越过金属/有机层界面势垒；而隧穿注入电流是因势垒厚度变薄产生那样三角形势垒，对一个器件来说，到底哪个过程支配着它的I-V特性还不好定论，因为器件中电极与有机材料的界面因素很复杂。但对于多数情况来说，通过金属／有机界面的过程是隧穿过程。但有人认为电流流过Li：Al/LiF/Alq界面的注入是隧穿过程。不管哪种情况，由I－V曲线求得的注入电流值OLED项目计划书10都比实际的电流值小，其原因可能是有机材料中的状态密度小以及存在的微量缺陷等导致界面接触特性不好。同时还不清楚有机材料中的载流子有效质量大小，另外薄膜的介电常数也比体材料小。界面特性金属/有机层的界面状态一般有机材料为半绝缘性的，因此在金属（含ITO）/有机层的界面处存在一个高电位势垒。载流子跨越该界面的传输过程遵从金属/绝缘膜界面的传输过程（肖特基发射、Fowler-Nordhein贯穿）.因此，研究金属电极间的有机薄膜结构的电流－电压特性，就可弄清载流子注入及传输机制。然而对于有机发光器件阳极和阴极侧都存在月1eV的势垒。如果器件偏压低于1eV的势垒,则不会有电流流过。对于金属有机薄膜的界面还不清楚什么样的界面结构更适合于载流子注入。对于通常的金属/绝缘膜界面，若势垒高度为1-2eV时，隧道距离要大于10nm。也就是说,低的场强难以产生明显的隧道注入。因此等价的势垒高度比单纯能带推测的要低，或者可以推断，电场集中在金属界面上。有关有机EL器件中金属/有机界面的微观形貌可用电子分光技术来研究，结果表明在该界面处存在势垒移位，把真空能级作为共同标准能级，再对不同材料各自独立测得的电离能或电子亲和势等还不能直接进行比较。在界面处因材料组分不同也会形成不同的界面层，因而电极材料的扩散或在界面层形成的氧化层情况也不同。OLED项目计划书11有机/有机的界面状态有人提出了的有机/有机的能带载流子传输机制，即在热平衡状态下，在界面形成阻挡结；在电流充分流通的平衡状态下载流子在界面处积累，产生局部约１０⁷Ｖ/ｃｍ的电场，此时认为载流子以隧穿形式注入。一般来说对于绝缘膜（对OLED材料暂且也按此处理）能带不会发生局部大的弯曲，但在有电流流过时的非平衡状态下，自由载流子起着空间电荷的功能，而且即使在器件的有机/有机层间界面形成了阻挡结，其势垒高度也还会对载流子有很大阻碍。然而在考虑有机/有机界面的微观结构时，是否能才有阻挡结构来描述上述现象还存在一些问题。其中一个原因是界面并不是一层分子水平“面”,实际上界面处是凹凸不平而且两侧分子还相互扩散的;同时还要考虑界面能级的影响。有机/有机界面能级是怎样的结构还有许多疑问。对于无机半导体界面,尚存在着相互间未成键的悬键，这些悬键形成了界面能级。可是从分子薄膜角度看，有机／有机界面不会存在悬键，这样一来在有机／有机界面处的界面有可能形成局部不均匀的界面能级。如果存在界面能级，积累在界面上的载流子发生复合，减少界面电场，使注入效率降低。如此看来，有机／有机界面的微观结构，界面能级密度，能量分布等电学特性几乎不清楚。有机／有机界面分子间相互作用OLED项目计划书12不同分子间的激基复合物（Exciplex）激基复合物产生于两种不同分子的相互作用，这里设两种分子分别为D和A，它们的激发态和基态分别是Sd0,Sd1和Sa0和Sa1，从到Sa1到Sd0的电子跃迁亦称激基复合物发光。可以看出，它的发光光谱不同于有机分子中任何一种分子的荧光光谱。对于非金属配合物的两种有分子间形成的激基复合物发射光谱峰值长于两种分子发射谱峰值。激基复合物的稳定是靠DA分子间的库仑引力。因为在激发状态下的电子迁移产生了DA对，在极性溶剂中，这一离子经过激基复合物解离：[D⁺A]D+A⁻有机晶体中Ｔ－Ｔ系熄灭是由于在晶体中迁移的三重态激子之间Ｔ－Ｔ熄灭所致。所以在高密度Ｔ态存在的有机晶体中，Ｔ－Ｔ熄灭是激发三重态的重要去激活过程。激基复合物与OLED性能间的关系同种分子之间易形成激发二聚体（ｅｘｃｉｍｅｒ），两个薄膜界面之间形成激基复合物，由于OLED器件是由有机薄膜组成，这就会形成有机／有机薄膜间的界面，界面特性取决于两个有机薄膜的各自特性及其相互作用程度，目前还很难非常明确地判断这种互相作用与哪些因素有关，下面仅举例说明两个薄膜界面之间形成激基复合物与OLED性能的关系。OLED项目计划书13激基复合物的形成日本大阪大学Ｓｈｉｒｏｄａ研究组采用他们研制的称为分子玻璃的星型分子ＭＴＤＡＴＡ和ｔ－Ｂｕ－ＴＢＡＴＡ做ＨＴＬ与Ａlq制成了双层器件，但他们发现它们的ＥＬ光谱比组成它们组分单独发射光谱明显红移，同时双层器件的发射光谱随驱动电压的增加明显蓝移。几乎所有激基复合物发射可以说来自界面，而且发射特性都与驱动电压有关，显然激基复合物的形成与复合区位置密切相关。一般认为在两个有机界面处形成的激基复合物是一种瞬间激发态，即在激发状态下，它是某一有机层的激发单重态分子，应该说是单重态激子（电子－空穴对）与相对应的另一有机层的基态分子之间相互作用的结果。例如，对于ＩＴＯ／＂星型分子＂－ＨＴＬ