第1章 OLED 發展簡介

1.1 OLED 成功發光的關鍵——采用超薄膜和多層結構             2

1.1.1 OLED 的發明和實用化的歷史                              2

1.1.2 OLED 成功發光的關鍵——“超薄膜”和“多層結構”                             4

1.1.3 OLED 的原理及特征                                          6

1.1.4 OLED 器件的多層結構                                       8

1.1.5 OLED 器件中所用的材料繫列                             10

1.1.6 OLED 器件的高性能化                                     12

1.1.7 色素摻雜在OLED 中的應用                               14

1.2 OLED 的進展和發展前景                                             16

1.2.1 決定OLED 特性的各種因素                              16

1.2.2 如何高效率取出光                                           18

1.2.3 超高效率白光OLED 屏                                     20

1.2.4 OLED 顯示器難得的發展機遇                            22

1.3 OLED 的發光原理——載流子注入、復合、激發和發光    24

1.3.1 無機EL 的發光原理                                         24

1.3.2 半導體LED 的發光原理                                    26

1.3.3 原子、分子的激發和退激發光                            28

1.3.4 OLED 的發光原理                                           30

1.3.5 有機材料中為什麼會有電流流動                         32

1.3.6 OLED 發光的基本物理過程                               34

1.3.7 載流子注入復合發光的原理                               36

書角茶桌

顯示技術和效果                                     38



第2章 OLED 如何實現發光和顯示

2.1 有機材料電致發光的原理                                            40

2.1.1 關於價帶、HOMO 和氧化電位                           40

2.1.2 半導體和能帶圖                                             42

2.1.3 磷光與熒光的不同                                          44

2.2 載流子的注入和遷移                                                  46

2.2.1 由電極的載流子注入                                         46

2.2.2 鍵合力及載流子在有機分子間的遷移                  48

2.2.3 載流子遷移率的測量方法                                 50

2.2.4 何謂空間電荷限制電流?                                  52

2.3 有機半導體和導電高分子                                            54

2.3.1 有機半導體與導電高分子                                 54

2.3.2 有機材料的P 型和N 型                                    56

2.3.3 光吸收與發光                                                58

2.3.4 如何評價OLED發出的光                                 60

2.3.5 關於輝度和照度                                             62

2.3.6 光與色的關繫                                                64

2.3.7 OLED 用材料依用途不同而異                            66

2.4 有機半導體電致發光材料                                            68

2.4.1 發光材料有小分子、高分子材料之分                    68

2.4.2 代表性的發光材料                                          70

2.4.3 小分子發光材料的結構及發光機制                     72

2.4.4 能量轉移和載流子捕獲                                     74

2.4.5 色素摻雜繫統中激發能從分子到分子的轉移          76

2.4.6 導電性為高分子發光材料所必需                         78

書角茶桌

OLED與能量的單位                                      80



第3章 如何提高OLED 的發光效率

3.1 如何提高光取出效率                                                  82

3.1.1 表示發光效率的外部量子效率                            82

3.1.2 對發光效率有重大影響的PL 量子效率                 84

3.1.3 必須提高光取出效率                                        86

3.1.4 光的干涉也會起作用                                        88

3.2 影響發光效率的因素                                                  90

3.2.1 從空穴與電子復合直到發光的過程                      90

3.2.2 OLED 的發光效率                                           92

3.2.3 有機EL 的能帶模型                                         94

3.3 OLED 器件用熒光發光材料                                         96

3.3.1 空穴傳輸材料的分子結構及玻璃化轉變溫度（Tg）、離化能（Ip）的數據                    96

3.3.2 用於OL件的電子傳輸材料                         98

3.3.3 OLED 熒光發光體繫：主體 摻雜劑（客體）         100

3.3.4 OLED 用熒光性主（Host）發光材料                   102

3.3.5 OLED 用熒光性客（Guest）發光材料                  104

3.4 熒光與磷光的區別                                                    106

3.4.1 熒光發光和磷光發光                                      106

3.4.2 三階降落發出“熒光”，二階降落發出“磷光”         108

3.4.3 電子自旋方向決定激發狀態是單線態還是三線態        110

3.4.4 關於“熒光”和“磷光”                                     112

3.5 OLED 器件用磷光發光材料                                        114

3.5.1 金屬配合物繫磷光發光材料                             114

3.5.2 OLED 用銥（Ir）繫金屬配合物磷光發光材料        116

3.5.3 量子點顯示                                                  118

3.5.4 PLED 用FIrpic 衍生物和聚芴衍生物                  120

3.5.5 高分子空穴注入材料及陽極材料                       122

3.6 磷光發光和延遲熒光發光                                           124

3.6.1 主材料及客材料的激發能與發光的關繫              124

3.6.2 磷光主材料的激發三線態能量                          126

3.6.3 早研究的磷光材料                                     128

3.6.4 利用延遲熒光也可使激子生成效率達100%         130

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有機材料的成本及關鍵制作工藝                  132



第4章 OLED 的結構和材料

4.1 分層結構及高效率OLED 器件                                     134

4.1.1 功能分離件結構                                134

4.1.2 能隙主材料、電子傳輸材料，熱活化，延遲熒光發光材料                   136

4.1.3 高效率磷件和白光OL件                138

4.1.4 多光子發生器件（堆疊型器件）和交流驅動OLED    140

4.1.5 低電壓磷光OL件                                  142

4.2 載流子注入、傳輸和阻止材料                                      144

4.2.1 載流子注入材料                                            144

4.2.2 常用的載流子傳輸材料                                   146

4.2.3 防止空穴穿透的載流子阻止材料                       148

4.3 OLED 器件用電極材料                                              150

4.3.1 小分子繫無源驅動型OLED 器件的結構              150

4.3.2 取出光的透明電極                                         152

4.3.3 陽極材料——IZO 與ITO 的比較                       154

4.3.4 陰極金屬和功函數                                         156

4.4 OLED 器件的彩色化方式                                           158

4.4.1 彩色顯示不可或缺的RGB                               158

4.4.2 OLED 彩色化方式的比較                                160

4.4.3 三色獨立像素方式（三色分塗方式）                    162

4.4.4 彩色濾光片（CF）方式                                    164

4.4.5 色變換（CCM）方式                                        166

4.5 OLED 器件的驅動                                                    168

4.5.1 矩陣方式顯示器驅動掃描方式的種類                 168

4.5.2 無源矩陣（簡單矩陣）驅動方式                         170

4.5.3 有源矩陣驅動方式                                         172

4.5.4 無源矩陣和有源矩陣兩種驅動方式的對比         174

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熱活化延遲熒光（材料）                               176


字數限制，僅顯示部分目錄。

白川英樹、艾倫·黑格、艾倫·馬克迪爾米德因發現導電高分子而獲得2000年諾貝爾化學獎。有機發光二極管（OLED）的發明無論在理論上還是在實際應用上都具有劃時代意義。

在人們的印像中，有機材料可被利用的電氣功能幾乎都是被動的（Passive），包括絕緣性和介電性。今天，塑料作為結構材料在我們身邊幾乎無處不在，但由於其不導電，在電氣和電子領域難以發揮核心和關鍵作用。

早被利用的有機能動（Active）材料也許是光刻膠，它已成為支撐現代集成電路產業中光刻技術的基礎材料。光刻膠，即感光材料，利用其光照射部分與未照射部分在溶液中的溶解度差異而刻蝕出電路圖形。但是，光刻膠在終產品中並無殘留。

稍晚於光刻膠，人們開發出真正意義上的能動電子器件——OLED，並於1997年實現了商品化。從任職於柯達公司的美籍華人鄧青雲博士1987年發表論文算起，正好經過了10年。

1997年人們正在開發利用無機材料的半導體發光二極管（LED）及無機EL等發光器件。通常情況下，在已有同類產品存在的情況下，除非在克服其缺點或降低價格方面具有明顯優勢，否則難以進入市場。當時，藍光LED 仍在開發之中，強度及光色都不夠理想；同屬面發光體的無機EL的發光也相當暗。在這種背景下，受益於基礎研究方面的雄厚積蓄，OLED在10年的時間內實現了商品化。2007年11月日本索尼公司早將OLED電視投入市場。又經過10多年努力，目前OLED面臨難得的發展機遇。

基於以下優勢，OLED被認為是TFT LCD替代CRT後顯示領域的又一次重大變革。

① 主動發光，無需背光源，利於實現器件的低功耗、超薄、柔性等目標。

② 低功耗，能有效提高移動設備的使用時間和待機時間。

③ 響應速度快，能及時捕捉到動態畫面的每一個細節，無拖尾現像。

④ 超薄且超輕，若采用聚合物基板，可充分展現便攜性、柔性和可彎曲性。

⑤ 寬溫度特性，在很低的溫度下能正常運行，可滿足特殊需求。

⑥ 高對比度和寬視角，尤其是高分辨率，這些優點帶來良好的視覺體驗。

除了顯示領域的應用外，OLED在固態照明領域的應用也具有極好的前景。OLED照明具有能大面積制作，用印刷方式生產等優勢，可大幅降低制造成本；任意形狀、可透明化、搭配軟性基板具有可彎曲性（柔性）；效能高，是面發光，亮度色溫可調，光質更接近於白熾燈，光色柔和，其光譜是目前所有光源中接近太陽光的，而且不含紫外線等，一問世便引起關注。

目前的現狀是，一方面OLED正日益廣泛、深入和快速地應用到現代社會的各個領域，而另一方面，人們對OLED的了解，對其本質的認識卻不夠深入，一知半解的不少。由於涉及大量尖端技術，難度極高，且OLED制作封閉於“與世隔絕”的超淨工作間，普通人很難了解其中的奧妙。由於多學科交叉，即使某一學科的專家，也難以做到“一專百通”。面對涉及面廣、發展快、內容新的OLED技術，迫切需要深入淺出、通俗易懂的“科普”讀物。

《圖解OLED顯示技術》是“名師講科技前沿繫列”中的一個分冊。內容包括OLED發展簡介、OLED如何實現發光和顯示、如何提高OLED的發光效率、OLED的結構和材料、OLED是如何制造的、OLED的現狀和未來等，涉及OLED的方方面面。

本書在彙集大量資料的前提下，采用圖文並茂的形式，全面且簡明扼要地介紹OLED工作原理，OLED材料、制作工藝、OLED的新進展、新應用及發展前景等。采用每章之下 “書角茶桌”的論述方式，前文後圖，圖文對照，並給出“本節重點”。以資料滿載的方式，獻給在OLED及相關產業領域的讀者，幫助他們了解OLED技術的全貌。同時也以技術推移和尖端為焦點，對今後的發展進行了展望和預測。

本書可作為化學、材料、微電子、顯示技術、精密儀器等學科學生及技術人員參考。

本書得到清華大學本科教材立項資助並受到清華大學材料學院的全力支持。原稿承蒙段煉教授審閱，並采納了他的寶貴意見，在此表示衷心感謝。

OLED涉及化學、材料、電路、設計、制作、封裝、測試等各個方面。作者水平有限，不妥之處懇請讀者批評指正。



田民波