OLED技术及柔性OLED性能、缺陷的研究[1]

　　0 引言

　　21世纪是“3C”，即通讯(communication)、计算机(computer)与消费性电子器材(consumerelectronics)的时代，处于这样的时代，人们对平面显示器的要求也越来越高。平面显示器，从几十英寸的广告牌到一英寸以下的手机显示屏都有，包括了STN-LCD(超扭转向列式液晶)、TFT-LCD(薄膜晶体管液晶显示器)以及PDP(等离子平板显示)等各种显示器。OLED(有机电致发光显示器)是开发最晚的，但目前它已成为最具发展潜力以及最有可能取代LCD的显示器。相对LCD，OLED存在许多优势：驱动电压低(10V以下);自发光、无需背光板、耗电量大大减少;视角广，达170°以上;反应时间快，约为10～100ns;不存在LCD的残影现象;可采用全彩制作，包括RGB三原色制作和白光制作;亮度可高达10，000cd/m2;高发光效率约16lm/w;厚度薄、体积小、重量轻;可制作大尺寸与可挠曲性面板;可使用温度范围大;制程简单，具有低成本优势等。

　　具有以上众多优势的OLED显示器，不存在从侧面看不清楚的问题;也不会有LCD影像残留及画面跳动的情况;不但便宜，而且省电;相对于LCD，颜色更鲜艳，对比更鲜明，而厚度小于2mm的全彩面板更是只有OLED才能做到。

　　1 OLED的基本结构及发光原理

　　OLED的典型结构如图1所示，用ITO(氧化铟锡)导电薄膜作阳极(正极板)，金属作阴极(负极板)，中间淀积一层有机发光材料作为发光层。其中的空穴、电子传输层是为了提高发光效率而增加的。OLED利用外加电场使空穴和电子分别从正、负极板注入到空穴和电子传输层，再由传输层迁移至发光层，在发光层相遇形成激子，激发发光分子，发光分子经过辐射弛豫而发出可见光[1]，如图1所示。其发光的颜色取决于有机发光层材料，所以可以通过改变发光层的材料而得到所需要的颜色。

　　图1 OLED的典型结构及发光原理

　　2 OLED的驱动技术

　　OLED的驱动方式有主动式(即AM-OLED有源驱动)和被动式(即PM-OLED无源驱动)两种。驱动的电路设计原理如图2所示。无源式驱动电路主要用于小尺寸面板的驱动，这种驱动方式工作在高脉冲电流下，这会使得像素的寿命缩短，而且其分辨率较低，但它的制作成本较低、而且工艺简单。与无源式相反，有源式驱动电路成本比较昂贵、制作工艺也相对比较复杂，但因不需在高脉冲电流下工作，所以效率较高，寿命也较长，主要用于大尺寸、高分辨率、高信息容量的全彩化OLED显示产品[2]。

　　图2 两种驱动电流设计原理

　　3 OLED的发光材料

　　OLED的发光材料既有分子量介于500～2，000之间的小分子化合物，也有分子量约为10，000～100，000的高分子聚合物。

　　八羟基喹啉铝(Alq3)是常用的小分子发光材料，它可辐射出波长在450nm～700nm之间的绿光，峰值为550nm，其分子结构如图3所示。如果在Alq3中掺入其它杂质或用其它元素(Mg、Zn等)取代铝，就可得到不同颜色、不同亮度的辐射光。

　　图3 八羟基喹啉铝的分子结构

　　有机小分子的结晶现象降低了OLED器件的使用寿命，而且为了提高发光效率，小分子OLED大多采用多层结构，器件装配比较困难，大面积显示的成本则更高。而高分子聚合物具有强的挠曲性、易加工成型、不易结晶、同时链状共轭聚合物的能带隙数值与可见光能量相当、可溶性聚合物优良的机械性能和良好的成膜性，这些都使得高分子聚合物更加适合大面积显示。聚对苯乙烯、聚噻吩和聚烷基芴是常用的高分子聚合物发光材料。

　　无论高分子材料还是低分子材料用于OLED都要满足以下条件：高量子效率的荧光特性，荧光光谱主要分布可见光区域;有高的导电率，能传导电子或空穴;成膜性好，在几十纳米的薄层中不产生针孔;良好的热稳定性。

　　OLED的发光颜色取决于有机发光层材料，所以可通过改变发光层的材料而得到所需要的颜色，通常是向发光层主体材料中掺入有机染料来改变辐射光的颜色。掺入的有机染料需满足：高量子效率、染料的吸收光谱与主体材料的发射光谱重叠较好、红绿兰三原色的发射峰尽可能窄、稳定性好。掺入DCM、DCJTB和TPBD可得到红色辐射光，掺入Coumarin6、quinacridone和Coronene等可得到绿色辐射光，掺入OXD-(P-NMe2)和Distyrylary-lene等可得到蓝色辐射光。

　　4 柔性OLED及其存在的问题

　　2003年，台湾交通大学OLED试验室的陈金鑫教授研究开发出可卷曲OLED(也叫柔性OLED，即FOLED)。传统的OLED器件采用玻璃作基板，在其上镀一层ITO导电薄膜作为有机电致发光显示器的阳极，而柔性OLED则用塑料衬底代替了玻璃衬底。

　　4.1 FOLED的优势

　　(1)柔韧性：FOLED的阳极基板可以是具有良好的柔韧性和透光性的塑料基片(典型的是PET基片)、反光的金属箔以及非常薄的玻璃基片(如50μm厚的SchottD263borosilicateglass硼硅玻璃)等。这些材料使得OLED能够弯曲，并且可以卷成任意的形状;

　　(2)重量轻、外形薄、耐用性好：FOLED最常用的衬底是聚酯类塑料衬底，其柔韧性很强，既轻又薄(FOLED重量约为同等面积玻璃衬底OLED的十分之一，厚度约为125～175μm左右)[3]。由于衬底的柔韧性很好，因而FOLED器件一般不易破损，更耐冲击，与普通玻璃衬底的器件相比更加耐用;

　　(3)成本更低，性能更好：随着可实现连续化滚筒式生产的有机气相淀积工艺的出现，FOLED的生产成本更低，而且可实现大规模量产。目前制作的FOLED器件的亮度高于5×104cd/m2，发光效率可超过400lm/W，与制作在玻璃衬底上的OLED相比FOLED的性能显得更好。