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名師講科技前沿系列是作者在清華大學(xué)長期授課教案的歸納和擴(kuò)展�！秷D解OLED顯示技術(shù)》是其中的一個分冊，內(nèi)容包括OLED發(fā)展簡介、OLED如何實現(xiàn)發(fā)光和顯示、如何提高OLED的發(fā)光效率、OLED的結(jié)構(gòu)和材料、OLED是如何制造的、OLED的現(xiàn)狀和未來等，涉及OLED的方方面面。針對OLED的入門者、制作者、研究開發(fā)者等多方面的需求，本書在匯集大量資料的前提下，采用圖文并茂的形式，全面且簡明扼要地介紹OLED的新工藝、新進(jìn)展、新應(yīng)用�？勺鳛榛瘜W(xué)、材料、微電子、顯示技術(shù)、精密儀器等學(xué)科學(xué)生和技術(shù)人員參考。

白川英樹、艾倫·黑格、艾倫·馬克迪爾米德因發(fā)現(xiàn)導(dǎo)電高分子而獲得2000年諾貝爾化學(xué)獎。有機(jī)發(fā)光二極管（OLED）的發(fā)明無論在理論上還是在實際應(yīng)用上都具有劃時代意義。

在人們的印象中，有機(jī)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(jié)構(gòu)材料在我們身邊幾乎無處不在，但由于其不導(dǎo)電，在電氣和電子領(lǐng)域難以發(fā)揮核心和關(guān)鍵作用。

最早被利用的有機(jī)能動（Active）材料也許是光刻膠，它已成為支撐現(xiàn)代集成電路產(chǎn)業(yè)中光刻技術(shù)的基礎(chǔ)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，光刻膠在最終產(chǎn)品中并無殘留。

稍晚于光刻膠，人們開發(fā)出真正意義上的能動電子器件OLED，并于1997年實現(xiàn)了商品化。從任職于柯達(dá)公司的美籍華人鄧青云博士1987年發(fā)表論文算起，正好經(jīng)過了10年。

1997年人們正在開發(fā)利用無機(jī)材料的半導(dǎo)體發(fā)光二極管（LED）及無機(jī)EL等發(fā)光器件。通常情況下，在已有同類產(chǎn)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(yōu)勢，否則難以進(jìn)入市場。當(dāng)時，藍(lán)光LED 仍在開發(fā)之中，強(qiáng)度及光色都不夠理想；同屬面發(fā)光體的無機(jī)EL的發(fā)光也相當(dāng)暗。在這種背景下，受益于基礎(chǔ)研究方面的雄厚積蓄，OLED在10年的時間內(nèi)實現(xiàn)了商品化。2007年11月日本索尼公司最早將OLED電視投入市場。又經(jīng)過10多年努力，目前OLED面臨難得的發(fā)展機(jī)遇。

基于以下優(yōu)勢，OLED被認(rèn)為是TFT LCD替代CRT后顯示領(lǐng)域的又一次重大變革。

① 主動發(fā)光，無需背光源，利于實現(xiàn)器件的低功耗、超薄、柔性等目標(biāo)。

② 低功耗，能有效提高移動設(shè)備的使用時間和待機(jī)時間。

③ 響應(yīng)速度快，能及時捕捉到動態(tài)畫面的每一個細(xì)節(jié)，無拖尾現(xiàn)象。

④ 超薄且超輕，若采用聚合物基板，可充分展現(xiàn)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(yōu)點帶來良好的視覺體驗。

除了顯示領(lǐng)域的應(yīng)用外，OLED在固態(tài)照明領(lǐng)域的應(yīng)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(chǎn)等優(yōu)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(fā)光，亮度色溫可調(diào)，光質(zhì)更接近于白熾燈，光色柔和，其光譜是目前所有光源中最接近太陽光的，而且不含紫外線等，一問世便引起關(guān)注。

目前的現(xiàn)狀是，一方面OLED正日益廣泛、深入和快速地應(yīng)用到現(xiàn)代社會的各個領(lǐng)域，而另一方面，人們對OLED的了解，對其本質(zhì)的認(rèn)識卻不夠深入，一知半解的不少。由于涉及大量尖端技術(shù)，難度極高，且OLED制作封閉于與世隔絕的超凈工作間，普通人很難了解其中的奧妙。由于多學(xué)科交叉，即使某一學(xué)科的專家，也難以做到一專百通。面對涉及面廣、發(fā)展快、內(nèi)容新的OLED技術(shù)，迫切需要深入淺出、通俗易懂的科普讀物。

《圖解OLED顯示技術(shù)》是名師講科技前沿系列中的一個分冊。內(nèi)容包括OLED發(fā)展簡介、OLED如何實現(xiàn)發(fā)光和顯示、如何提高OLED的發(fā)光效率、OLED的結(jié)構(gòu)和材料、OLED是如何制造的、OLED的現(xiàn)狀和未來等，涉及OLED的方方面面。

本書在匯集大量資料的前提下，采用圖文并茂的形式，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(jìn)展、新應(yīng)用及發(fā)展前景等。采用每章之下書角茶桌的論述方式，前文后圖，圖文對照，并給出本節(jié)重點。以資料滿載的方式，獻(xiàn)給在OLED及相關(guān)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的讀者，幫助他們了解OLED技術(shù)的全貌。同時也以技術(shù)推移和最尖端為焦點，對今后的發(fā)展進(jìn)行了展望和預(yù)測。

本書可作為化學(xué)、材料、微電子、顯示技術(shù)、精密儀器等學(xué)科學(xué)生及技術(shù)人員參考。

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

OLED涉及化學(xué)、材料、電路、設(shè)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

第1章 OLED 發(fā)展簡介

1.1 OLED 成功發(fā)光的關(guān)鍵采用超薄膜和多層結(jié)構(gòu) 2

1.1.1 OLED 的發(fā)明和實用化的歷史 2

1.1.2 OLED 成功發(fā)光的關(guān)鍵超薄膜和多層結(jié)構(gòu) 4

1.1.3 OLED 的原理及特征 6

1.1.4 OLED 器件的多層結(jié)構(gòu) 8

1.1.5 OLED 器件中所用的材料系列 10

1.1.6 OLED 器件的高性能化 12

1.1.7 色素?fù)诫s在OLED 中的應(yīng)用 14

1.2 OLED 的進(jìn)展和發(fā)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(fā)展機(jī)遇 22

1.3 OLED 的發(fā)光原理載流子注入、復(fù)合、激發(fā)和發(fā)光 24

1.3.1 無機(jī)EL 的發(fā)光原理 24

1.3.2 半導(dǎo)體LED 的發(fā)光原理 26

1.3.3 原子、分子的激發(fā)和退激發(fā)光 28

1.3.4 OLED 的發(fā)光原理 30

1.3.5 有機(jī)材料中為什么會有電流流動 32

1.3.6 OLED 發(fā)光的基本物理過程 34

1.3.7 載流子注入復(fù)合發(fā)光的原理 36

書角茶桌

最優(yōu)顯示技術(shù)和效果 38

第2章 OLED 如何實現(xiàn)發(fā)光和顯示

2.1 有機(jī)材料電致發(fā)光的原理 40

2.1.1 關(guān)于價帶、HOMO 和氧化電位 40

2.1.2 半導(dǎo)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(jī)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(jī)半導(dǎo)體和導(dǎo)電高分子 54

2.3.1 有機(jī)半導(dǎo)體與導(dǎo)電高分子 54

2.3.2 有機(jī)材料的P 型和N 型 56

2.3.3 光吸收與發(fā)光 58

2.3.4 如何評價OLED發(fā)出的光 60

2.3.5 關(guān)于輝度和照度 62

2.3.6 光與色的關(guān)系 64

2.3.7 OLED 用材料依用途不同而異 66

2.4 有機(jī)半導(dǎo)體電致發(fā)光材料 68

2.4.1 發(fā)光材料有小分子、高分子材料之分 68

2.4.2 代表性的發(fā)光材料 70

2.4.3 小分子發(fā)光材料的結(jié)構(gòu)及發(fā)光機(jī)制 72

2.4.4 能量轉(zhuǎn)移和載流子捕獲 74

2.4.5 色素?fù)诫s系統(tǒng)中激發(fā)能從分子到分子的轉(zhuǎn)移 76

2.4.6 導(dǎo)電性為高分子發(fā)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(fā)光效率

3.1 如何提高光取出效率 82

3.1.1 表示發(fā)光效率的外部量子效率 82

3.1.2 對發(fā)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(fā)光效率的因素 90

3.2.1 從空穴與電子復(fù)合直到發(fā)光的過程 90

3.2.2 OLED 的發(fā)光效率 92

3.2.3 有機(jī)EL 的能帶模型 94

3.3 OLED 器件用熒光發(fā)光材料 96

3.3.1 空穴傳輸材料的分子結(jié)構(gòu)及玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）、離化能（Ip）的數(shù)據(jù) 96

3.3.2 用于OLED 元件的電子傳輸材料 98

3.3.3 OLED 熒光發(fā)光體系：主體摻雜劑（客體） 100

3.3.4 OLED 用熒光性主（Host）發(fā)光材料 102

3.3.5 OLED 用熒光性客（Guest）發(fā)光材料 104

3.4 熒光與磷光的區(qū)別 106

3.4.1 熒光發(fā)光和磷光發(fā)光 106

3.4.2 三階降落發(fā)出熒光，二階降落發(fā)出磷光 108

3.4.3 電子自旋方向決定激發(fā)狀態(tài)是單線態(tài)還是三線態(tài) 110

3.4.4 關(guān)于熒光和磷光 112

3.5 OLED 器件用磷光發(fā)光材料 114

3.5.1 金屬配合物系磷光發(fā)光材料 114

3.5.2 OLED 用銥（Ir）系金屬配合物磷光發(fā)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(fā)光和延遲熒光發(fā)光 124

3.6.1 主材料及客材料的激發(fā)能與發(fā)光的關(guān)系 124

3.6.2 磷光主材料的激發(fā)三線態(tài)能量 126

3.6.3 最早研究的磷光材料 128

3.6.4 利用延遲熒光也可使激子生成效率達(dá)100% 130

書角茶桌

有機(jī)材料的成本及關(guān)鍵制作工藝 132

第4章 OLED 的結(jié)構(gòu)和材料

4.1 分層結(jié)構(gòu)及高效率OLED 器件 134

4.1.1 功能分離積層型元件結(jié)構(gòu) 134

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

4.1.3 高效率磷光藍(lán)光元件和白光OLED 元件 138

4.1.4 多光子發(fā)生器件（堆疊型器件）和交流驅(qū)動OLED 140

4.1.5 低電壓磷光OLED 元件 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 小分子系無源驅(qū)動型OLED 器件的結(jié)構(gòu) 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(shù) 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（三色分涂方式） 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(qū)動 168

4.5.1 矩陣方式顯示器驅(qū)動掃描方式的種類 168

4.5.2 無源矩陣（簡單矩陣）驅(qū)動方式 170

4.5.3 有源矩陣驅(qū)動方式 172

4.5.4 無源矩陣和有源矩陣兩種驅(qū)動方式的對比 174

書角茶桌

熱活化延遲熒光（材料） 176

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