面板廠積(ji)極降(jiang)低生產成本 OLED技(ji)術(shu)(shu)(shu)是(shi)繼CRT、PDP及LCD之后的新(xin)一代平板顯(xian)(xian)示技(ji)術(shu)(shu)(shu)，具(ju)有顯(xian)(xian)著的新(xin)興(xing)產業特(te)征(zheng)。OLED是(shi)利(li)用(yong)有機半導體(ti)材料在電場作(zuo)用(yong)下(xia)發光的顯(xian)(xian)示技(ji)術(shu)(shu)(shu)，是(shi)一種新(xin)型(xing)的純固體(ti)(CRT和PDP等離子(zi)都擁有真空技(ji)術(shu)(shu)(shu)，LCD液晶則擁有液態技(ji)術(shu)(shu)(shu))顯(xian)(xian)示技(ji)術(shu)(shu)(shu)，OLED兼具(ju)CRT和LCD兩種顯(xian)(xian)示技(ji)術(shu)(shu)(shu)的優勢(shi)。
OLED多(duo)層結構如(ru)圖一所示，可包括(kuo)陽極(Anode)、空(kong)穴(xue)注入(ru)層(HIL)、空(kong)穴(xue)傳輸層(HTL)、有機發(fa)光層(EL)、電子(zi)傳輸層(ETL)、電子(zi)注入(ru)層(EIL)、及陰極(Cathode)，在(zai)設(she)計上究竟選用(yong)多(duo)少層材料(liao)(liao)，須(xu)視各層材料(liao)(liao)能(neng)階(jie)(jie)分布狀(zhuang)(zhuang)況而定。采用(yong)多(duo)層結構的(de)目的(de)是為了造成(cheng)如(ru)階(jie)(jie)梯形式(shi)的(de)能(neng)階(jie)(jie)狀(zhuang)(zhuang)態，如(ru)圖二所示，使分別從陽極和(he)陰極所提(ti)供的(de)空(kong)穴(xue)和(he)電子(zi)，更(geng)容(rong)易傳輸至發(fa)光層結合而后放出光子(zi)。而在(zai)材料(liao)(liao)的(de)使用(yong)上，會適量加入(ru)Dopant來調節所需(xu)的(de)能(neng)階(jie)(jie)狀(zhuang)(zhuang)態。各層材料(liao)(liao)及Dopant，請參閱(yue)表一及表二。
全球主要OLED設備制造商
就OLED設(she)(she)(she)備制造商而言(yan)，主(zhu)要包(bao)括：有機(ji)(ji)(ji)蒸鍍和封裝等(deng)(deng)(deng)無源有機(ji)(ji)(ji)發(fa)光顯示(PM-OLED)用(yong)(yong)關(guan)鍵(jian)設(she)(she)(she)備，濺鍍臺、等(deng)(deng)(deng)離子體增(zeng)強(qiang)化學(xue)氣(qi)(qi)相(xiang)沉(chen)積(ji)(PECVD)系統、真空(kong)熱(re)蒸發(fa)系統(VTE)等(deng)(deng)(deng)AM-OLED用(yong)(yong)薄膜晶體管(guan)(TFT)薄膜沉(chen)積(ji)設(she)(she)(she)備，涂膠機(ji)(ji)(ji)、曝光機(ji)(ji)(ji)、干濕法刻蝕機(ji)(ji)(ji)等(deng)(deng)(deng)AM-OLED用(yong)(yong)TFT圖(tu)(tu)形制作設(she)(she)(she)備，退(tui)火(huo)爐(lu)、退(tui)火(huo)氣(qi)(qi)體管(guan)道(dao)、激光退(tui)火(huo)設(she)(she)(she)備等(deng)(deng)(deng)AM-OLED用(yong)(yong)TFT退(tui)火(huo)設(she)(she)(she)備，TFT電學(xue)測試(shi)設(she)(she)(she)備、OLED光學(xue)測試(shi)設(she)(she)(she)備等(deng)(deng)(deng)AM-OLED用(yong)(yong)檢測設(she)(she)(she)備，激光修(xiu)補機(ji)(ji)(ji)等(deng)(deng)(deng)AM-OLED用(yong)(yong)缺(que)陷檢測修(xiu)補設(she)(she)(she)備等(deng)(deng)(deng)。目(mu)前(qian)，全球主(zhu)要的設(she)(she)(she)備商集中在韓日兩國(guo)，如圖(tu)(tu)所示。
圖為(wei)全(quan)球OLED設備主要制造商一(yi)覽(lan)表
組成OLED的五大材料
1、陽極材料
OLED的(de)(de)(de)(de)陽(yang)極(ji)材(cai)料主要(yao)作器件的(de)(de)(de)(de)陽(yang)極(ji)之用，要(yao)求其功(gong)函數盡可能(neng)的(de)(de)(de)(de)高，以便提高空穴的(de)(de)(de)(de)注(zhu)入效率(lv)。OLED器件要(yao)求電極(ji)必須有(you)一側(ce)是透(tou)明(ming)(ming)的(de)(de)(de)(de)，因此通常(chang)選(xuan)用功(gong)函數高的(de)(de)(de)(de)透(tou)明(ming)(ming)材(cai)料ITO導電玻(bo)(bo)璃(li)作陽(yang)極(ji)。ITO(氧化(hua)銦錫(xi))玻(bo)(bo)璃(li)在400nm～1000nm的(de)(de)(de)(de)波長范圍(wei)內(nei)透(tou)過率(lv)達80%以上，而且在近紫(zi)外區也有(you)很高的(de)(de)(de)(de)透(tou)過率(lv)。
作為顯示器件(jian)還要求(qiu)陽極透明，一般采(cai)用的有Au、透明導(dao)電聚合(he)物(如聚苯(ben)胺(an))和(he)ITO導(dao)電玻璃(li)，常用ITO玻璃(li)。
2、陰極材料
OLED的(de)(de)(de)陰極材(cai)料(liao)主要作(zuo)器件的(de)(de)(de)陰極之用(yong)(yong)，為(wei)提高電子(zi)(zi)的(de)(de)(de)注入效(xiao)率，應該選用(yong)(yong)功函(han)(han)數盡(jin)可(ke)能低(di)的(de)(de)(de)金(jin)屬(shu)材(cai)料(liao)，因為(wei)電子(zi)(zi)的(de)(de)(de)注入比空穴(xue)的(de)(de)(de)注入難度要大(da)些。金(jin)屬(shu)功函(han)(han)數的(de)(de)(de)大(da)小嚴(yan)重的(de)(de)(de)影響(xiang)著OLED器件的(de)(de)(de)發光效(xiao)率和使用(yong)(yong)壽命(ming)，金(jin)屬(shu)功函(han)(han)數越(yue)低(di)，電子(zi)(zi)注入就(jiu)越(yue)容易，發光效(xiao)率就(jiu)越(yue)高;此外，功函(han)(han)數越(yue)低(di)，有機/金(jin)屬(shu)界面勢(shi)壘越(yue)低(di)，工作(zuo)中產(chan)生的(de)(de)(de)焦耳熱(re)就(jiu)會(hui)越(yue)少，器件壽命(ming)就(jiu)會(hui)有較大(da)的(de)(de)(de)提高。
OLED的陰極(ji)通常采(cai)用以(yi)下幾種(zhong)：
(1)單層金屬(shu)陰極(ji)。如Ag、Al、Li、Mg、Ca、In等，但它(ta)們在空氣中很容(rong)易被氧(yang)化，致使器件不穩定(ding)、使用壽命縮短，因此選擇(ze)合金做陰極(ji)或增加(jia)緩沖層來避免這一問題。
(2)合金(jin)(jin)陰極。為(wei)(wei)了既能(neng)提高(gao)器件(jian)(jian)的(de)發光(guang)效率，又能(neng)得到(dao)穩(wen)定(ding)的(de)器件(jian)(jian)，通(tong)常采用金(jin)(jin)屬(shu)合金(jin)(jin)作為(wei)(wei)陰極。在蒸(zheng)發單一金(jin)(jin)屬(shu)陰極薄(bo)膜時，會形成大量的(de)缺陷，造成耐氧化(hua)性(xing)變(bian)(bian)差;而(er)蒸(zheng)鍍合金(jin)(jin)陰極時，少量的(de)金(jin)(jin)屬(shu)會優先擴散到(dao)缺陷中，使(shi)整個有機層變(bian)(bian)得很(hen)穩(wen)定(ding)。將性(xing)質(zhi)活潑的(de)低(di)功(gong)(gong)函(han)數金(jin)(jin)屬(shu)和化(hua)學性(xing)能(neng)較穩(wen)定(ding)的(de)高(gao)功(gong)(gong)函(han)數金(jin)(jin)屬(shu)一起蒸(zheng)發形成金(jin)(jin)屬(shu)陰極、如Mg:Ag(10:1)，Li:Al (0.6%Li) 合金(jin)(jin)電(dian)極，功(gong)(gong)函(han)數分別為(wei)(wei)3.7eV和3.2eV。)
優(you)點(dian)：提高器件(jian)量子效率(lv)和穩定(ding)性;能在有(you)機膜上形成穩定(ding)堅固(gu)的金(jin)屬薄膜。
(3)層(ceng)狀(zhuang)陰極(ji)(ji)。這(zhe)種陰極(ji)(ji)是在發光(guang)(guang)層(ceng)與金屬電極(ji)(ji)之間加(jia)入一層(ceng)阻擋(dang)層(ceng)，如LiF、CsF、RbF等(deng)，它們與Al形成(cheng)雙電極(ji)(ji)，可得到更高的發光(guang)(guang)效(xiao)率和(he)更好的I-V特性曲線。阻擋(dang)層(ceng)可大(da)幅度(du)的提高器件的性能。
(4)摻雜復合型電極(ji)
將摻(chan)雜有(you)低(di)功函數金(jin)屬的有(you)機層(ceng)(ceng)夾在(zai)陰極和(he)有(you)機發光層(ceng)(ceng)之(zhi)間，可(ke)(ke)大大改善器件性能，其典型器件是(shi)ITO/NPD/AlQ/AlQ(Li)/Al，最大亮度可(ke)(ke)達30000cd/m2，如無(wu)摻(chan)Li層(ceng)(ceng)器件，亮度為3400 cd/m2。
3、緩沖層材料
在OLED中空穴的(de)(de)傳(chuan)(chuan)輸(shu)速率(lv)(lv)約為電(dian)子(zi)傳(chuan)(chuan)輸(shu)速率(lv)(lv)的(de)(de)兩倍，為了防止(zhi)空穴傳(chuan)(chuan)輸(shu)到有(you)機(ji)/金屬(shu)陰極界面引起光(guang)的(de)(de)猝(cu)滅，在制備器(qi)件時需引入緩沖層(ceng)CuPc。CuPc 作為緩沖層(ceng)，不(bu)僅可以(yi)降(jiang)低ITO/有(you)機(ji)層(ceng)之間的(de)(de)界面勢壘，而且還可以(yi)增(zeng)加(jia)ITO/有(you)機(ji)界面的(de)(de)粘(zhan)合程度(du)，增(zeng)大(da)空穴注(zhu)入接觸，抑制空穴向HTL層(ceng)的(de)(de)注(zhu)入，使電(dian)子(zi)和空穴的(de)(de)注(zhu)入得以(yi)平衡。
4、載(zai)流(liu)子(zi)傳(chuan)輸材料(liao)
OLED器件(jian)要求從(cong)陽極(ji)(ji)注入(ru)的(de)(de)空穴與從(cong)陰極(ji)(ji)注入(ru)的(de)(de)電子能相對平衡的(de)(de)注入(ru)到發(fa)光層(ceng)中(zhong)(zhong)，也就是要求空穴和電子的(de)(de)注入(ru)速率應(ying)該基本相同，因此有必(bi)要選擇(ze)合適的(de)(de)空穴與電子傳(chuan)(chuan)輸(shu)材料。在器件(jian)的(de)(de)工作(zuo)(zuo)過(guo)程中(zhong)(zhong)，由于(yu)發(fa)熱可能會引起傳(chuan)(chuan)輸(shu)材料結晶，導致OLED器件(jian)性能衰減，所(suo)以我們應(ying)選擇(ze)玻璃化溫度(Tg)較高的(de)(de)材料作(zuo)(zuo)為(wei)傳(chuan)(chuan)輸(shu)材料。試驗中(zhong)(zhong)通常選用NPB作(zuo)(zuo)為(wei)空穴傳(chuan)(chuan)輸(shu)層(ceng)，而選用Alq3作(zuo)(zuo)為(wei)電子傳(chuan)(chuan)輸(shu)材料。
1)空穴輸(shu)送材料(liao)(HTM)
要(yao)求(qiu)HTM有高的熱穩定性(xing)，與陽(yang)極形(xing)成小的勢壘(lei)，能真空蒸鍍形(xing)成無針孔(kong)薄膜。最(zui)常用的HTM均為芳香多胺類(lei)化合物(wu)，主(zhu)要(yao)是三芳胺衍生物(wu)。
TPD：N，N′-雙(shuang)(3-甲基(ji)苯(ben)基(ji))-N，N′-二苯(ben)基(ji)-1，1′-二苯(ben)基(ji)-4，4′-二胺* d#
NPD: N，N′-雙(shuang)(1-奈基(ji)(ji))-N，N′-二(er)苯(ben)基(ji)(ji)-1，1′-二(er)苯(ben)基(ji)(ji)-4，4′-二(er)胺; C% \
2)電子輸運材料(liao)(ETM)
要求ETM有適當的(de)電子輸運(yun)能力，有好的(de)成膜性和(he)穩(wen)定性。ETM一般(ban)采用具有大的(de)共扼平面的(de)芳香族(zu)化合(he)物
如8-羥基喹啉鋁(lv)(AlQ)，1，2，4一三唑衍生物(1，2，4-Triazoles，TAZ),PBD，Beq2，DPVBi等，它們(men)同時又是好的發光材料。.?3
5、發光材料
發(fa)光(guang)材料是OLED器件(jian)中最重要的(de)材料。一般發(fa)光(guang)材料應(ying)該具(ju)備(bei)發(fa)光(guang)效率高、最好(hao)具(ju)有電子或空穴(xue)傳輸性能或者兩者兼(jian)有、真空蒸鍍后可以(yi)制成穩(wen)定而均勻的(de)薄膜、它們的(de)HOMO和LUMO能量(liang)應(ying)該與相(xiang)應(ying)的(de)電極相(xiang)匹配等特性。
在小分子發(fa)光(guang)材(cai)料中(zhong)，Alq3是(shi)(shi)直接單(dan)獨(du)使用(yong)作(zuo)為(wei)發(fa)光(guang)層的材(cai)料。還有的是(shi)(shi)本身不能(neng)單(dan)獨(du)作(zuo)為(wei)發(fa)光(guang)層，摻雜在另一種(zhong)基質材(cai)料中(zhong)才(cai)能(neng)發(fa)光(guang)，如紅光(guang)摻雜劑DCJTB，綠光(guang)摻雜劑DMQA，藍光(guang)摻雜劑BH1，BD1等。Alq3是(shi)(shi)一種(zhong)既可(ke)以(yi)作(zuo)為(wei)發(fa)光(guang)層材(cai)料，又可(ke)以(yi)兼做電子傳(chuan)輸層材(cai)料的一種(zhong)有機材(cai)料。
選擇發光材料應滿足下列(lie)條件(jian)：
A.高量子效率的(de)熒光特(te)性，熒光光譜主要分布400nm～700nm可見光區域(yu)。
B.良好的(de)半導體特性，即具有高的(de)導電(dian)率，能傳導電(dian)子或空(kong)穴或兩(liang)者(zhe)兼有。
C.好的(de)成膜性，在幾十納米的(de)薄層(ceng)中不(bu)產(chan)生針孔。
D.良好的熱穩定性。
按化合(he)物的分子結構(gou)，有機發光材料(liao)一般(ban)分為兩大(da)類：
(1)高分(fen)(fen)子聚合(he)(he)物(wu)，分(fen)(fen)子量10000～100000，通常是導(dao)電共(gong)軛聚合(he)(he)物(wu)或(huo)半導(dao)體共(gong)軛聚合(he)(he)物(wu)，可用旋(xuan)涂方(fang)法成膜(mo)，制作(zuo)簡單，成本低(di)，但其純度不(bu)易提高，在耐久性，亮度和顏色方(fang)面(mian)比小分(fen)(fen)子有機化合(he)(he)物(wu)差。#p#分(fen)(fen)頁標題#e#
(2) 小分子有機(ji)化合物，分子量為500～2000，能用真空蒸(zheng)鍍方法(fa)成(cheng)膜，按分子結構又分為兩類:7
有機小(xiao)分(fen)子化合物(wu)和配合物(wu)。
1) 有機小(xiao)分子發光材料
主要為有(you)(you)(you)機(ji)染(ran)(ran)料，具有(you)(you)(you)化學修飾性(xing)強，選擇范圍廣，易(yi)于提純(chun)，量(liang)子效(xiao)率高，可產生(sheng)紅(hong)、綠(lv)、藍、黃等(deng)(deng)各(ge)種(zhong)顏色發(fa)射峰(feng)等(deng)(deng)優點，但大(da)多數有(you)(you)(you)機(ji)染(ran)(ran)料在(zai)(zai)固態時(shi)存(cun)在(zai)(zai)濃(nong)度(du)淬滅等(deng)(deng)問題，導致發(fa)射峰(feng)變寬或紅(hong)移，所以一(yi)般(ban)將它們以低濃(nong)度(du)方式摻雜在(zai)(zai)具有(you)(you)(you)某種(zhong)載流子性(xing)質的(de)主體(ti)中，主體(ti)材料通常與ETM和HTM層采用相同(tong)的(de)材料。摻雜的(de)有(you)(you)(you)機(ji)染(ran)(ran)料，應(ying)滿足以下條(tiao)件：(
a. 具有高的熒光量(liang)子效率
b. 染料的吸收光(guang)譜與主(zhu)體的發(fa)射光(guang)譜有好的重(zhong)疊，即主(zhu)體與染料能(neng)量適配(pei)，從主(zhu)體到染料能(neng)有效地能(neng)量傳(chuan)遞;
c. 紅綠蘭色的(de)(de)發射(she)峰盡可(ke)能窄(zhai)，以(yi)獲得(de)好的(de)(de)色純(chun);
d. 穩(wen)定性好，能蒸(zheng)發(fa)。
(1)紅光材料)I4 k9 S) L8 t
主要有：羅丹明類染料(liao)，DCM，DCT，DCJT，DCJTB，DCJTI和TPBD等
(2)綠光材料
主要有：香豆素染料Coumarin6(Kodak公(gong)司第一個采用(yong))，奎丫啶酮(quinacridone,( Z$d$ QA)(先(xian)鋒公(gong)司專利(li))，六苯并苯(Coronene)，苯胺類(lei)(naphthalimide).
(3)藍光(guang)材料$ V({; {4 [7 f* B S
主要有(you)：N-芳香基苯并咪唑類;1，2，4-三(san)唑衍生(sheng)物(TAZ)(也是(shi)ETM材料(liao));1，3-4-噁二唑的衍生(sheng)物OXD-(P-NMe2)(高(gao)亮度;1000cd/m2);雙芪類(Distyrylarylene);BPVBi(亮度可達6000 cd/m2。3
2) 配(pei)合物發光(guang)材(cai)料
金屬配合物(wu)介于(yu)有(you)機與無機物(wu)之間，既有(you)有(you)機物(wu)的(de)高熒光量(liang)子效(xiao)率，又有(you)無機物(wu)的(de)高穩定性，被視為最(zui)有(you)應用(yong)前(qian)景的(de)一類發光材料(liao)。
常用(yong)金屬離子有;Be2+ Zn2+ Al3+ Ca3+ In3+ Tb3+ Eu3+ Gd3+等+ d
主(zhu)要配合物發光材(cai)料有：8-羥(qian)基(ji)喹(kui)啉類(lei)，10-羥(qian)基(ji)苯并喹(kui)啉類(lei)，Schiff堿(jian)類(lei)，-羥(qian)基(ji)苯并噻唑(zuo)(zuo)(噁唑(zuo)(zuo))類(lei)和羥(qian)基(ji)黃酮類(lei)等(deng)。
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