有机电致发光显示,即有机
发光二极管(OLED)显示,是通过电流驱动有机半导体薄膜来达到发光和显示目的的技术。这种技术具有多种优势,包括厚度轻巧、主动发光、宽视角、快速响应、低能耗、耐低温和抗震性能优异等。OLED还具备潜在的柔性设计可能性,使其在多个领域具有广泛的应用前景。
OLED技术的研究始于20世纪60年代,但在1987年
伊士曼柯达公司的C.W.Tang等人提出小分子OLED器件的双层结构后,该技术的前景开始明朗。1990年,英国
剑桥大学的Friend和Borrough等人发表了一种基于有机
有机高分子化合物发光材料的PLED新技术,并创立了CDT公司,致力于PLED显示技术的研发和推广。经过多年研发,OLED已进入产业化阶段,PLED也成功开发出显示样品。1997年,日本先锋电子公司推出了世界上首个商用汽车音响OLED显示屏产品。目前,全球多家公司在投入资金开发OLED产品。
OLED/PLED是基于有机材料的电流型半导体发光器件。合理的器件结构对其发光效率和寿命至关重要。目前典型的OLED器件结构包括前玻璃基板、ITO透明显示电极(阳极)、
空穴注入层、空穴传输层、发光层、电子传输层、电子注入层、金属电极(阴极)。PLED的典型结构更为简化,仅包含前玻璃基板、ITO透明显示电极(阳极)、空穴传输层、发光层、金属电极(阴极)。当施加适当电压时,发光层会产生光辐射,可通过ITO基板一侧观测到,金属电极同时也起到反射层作用。
OLED发光的过程大致分为五个步骤:1. 在外加
电场作用下,电子和空穴分别从阴极和阳极注入至有机薄膜层。2. 注入的电子和
空穴分别从电子传输层和空穴传输层迁移至发光层。3. 电子和空穴在发光层相遇形成激子。4. 激子在有机固体薄膜中自由扩散并以辐射或非辐射方式失活。5. 当激子通过辐射跃迁返回
基态时,即可观察到电致发光现象,发光颜色取决于
激发态与基态间的
能级差。激发态能量可通过振动弛豫、热效应、非辐射跃迁等方式释放。聚合物电致发光过程则是电子和空穴分别注入
共轭有机高分子化合物的最高占有轨道和最低空轨道,形成正、负极子,最终复合形成单重态激子,通过辐射跃迁发光。
OLED的驱动方式可分为无源驱动和有源驱动两类。无源驱动受限于扫描电极数量,而有源矩阵OLED则不受此限,因其具有存储效应。有源矩阵OLED的驱动方式为静态驱动,可在同一基板上集成外围驱动电路和显示阵列。TFT-OLED实现了
高亮度、高分辨率、低功耗、易于彩色化、
集成度高等特点,但也面临着工艺复杂、设备投资大、成本高等挑战。目前已有多家厂商推出大尺寸TFT-OLED产品,为未来大尺寸OLED电视的发展奠定了基础。
小分子OLED使用的材料包括
空穴传输层材料、电子传输层材料、发光层材料和电极材料。这些材料各有不同的
物理化学性能要求。例如,空穴传输层材料应具有良好的空穴传输特性和较高的玻璃化温度,而电子传输层材料应具有良好的电子传输特性和较低的电子亲和势。发光层材料应具有高效率的固态
荧光和良好的
化学稳定性。电极材料则应具有合适的功函数和稳定性。OLED显示屏的制备工艺涉及薄膜工艺和表面处理技术,其中的关键技术包括ITO基片的预处理、有机小分子功能薄膜的制备和预封装技术等。
高分子OLED使用的聚合物材料应具有高荧光量子效率、良好的成膜性、载流子传输特性和热化学稳定性。PLED有机功能薄膜的制备通常采用湿法工艺,如旋转涂覆和喷墨打印技术。喷墨打印技术被认为是最适于制备大面积PLED显示面板的技术,但其技术门槛相对较高,需要综合考虑喷墨精密定位机构、聚合物墨点材料及工艺控制等因素。
OLED/PLED在军事装备领域具有广泛应用潜力,尤其是在小尺寸领域与LCD竞争,并逐渐扩展至中尺寸和大尺寸屏幕市场。柔性显示屏是OLED/PLED的一个潜在应用领域。柔软屏器件的基片选择和技术改进是当前研究的重点。OLED/PLED的最大优越性之一在于能够实现柔软屏,如电子报刊、墙纸电视、可穿戴显示器等产品。透明OLED也可用于镜片、车窗等领域,提供所需信息的同时不影响前方视野。