電致發(fā)光是最早推出的平板顯示器件之一。它是一種直接將電能轉(zhuǎn)換成光能的現(xiàn)象,電能與光能之間的轉(zhuǎn)換屬于非熱性轉(zhuǎn)換,這是一種電場激勵發(fā)光的電光效應(yīng)。目前電致發(fā)光顯示器件已發(fā)展成重要的平板顯示器件之一。近年來,隨著熒光粉、電介質(zhì)及透明電極等材料的進(jìn)步與發(fā)展,電致發(fā)光顯示器件的生產(chǎn)工藝技術(shù)有了根本性的突破,其顯示質(zhì)量與性能皆有了頗大的改善,已被廣泛應(yīng)用于軍民用領(lǐng)域。單色薄膜電致發(fā)光顯示器件已商用化,彩色薄膜電致發(fā)光顯示器件的性能及商品化亦取得了頗大的進(jìn)展。近年來發(fā)展起來的有機(jī)電致發(fā)光(Organic Electro Luminescence-OEL) 顯示器件是當(dāng)前國際顯示技術(shù)上的一個研究熱點。
可以預(yù)言,在不久的將來,彩色OEL顯示器將會成為一種重要的平板型顯示技術(shù)。彩色OEL顯示器具有與集成電路相匹配的直流低電壓驅(qū)動、主動發(fā)光、高亮度、高效率、寬視角、快速響應(yīng)、耐沖擊與振動及易于實現(xiàn)全彩色大屏幕顯示等特點。近年來,進(jìn)入該研究領(lǐng)域的學(xué)術(shù)界和工業(yè)界研究小組日趨增多。大力開發(fā)并研制物理性能優(yōu)異的有機(jī)材料、探求新型制膜工藝、改進(jìn)器件結(jié)構(gòu)、發(fā)展彩色OEL顯示技術(shù)、研究相關(guān)的發(fā)光機(jī)理等將是這一研究工作的主要目標(biāo)。這方面的研究工作在世界上引起了極為廣泛的關(guān)注。等離子體顯示器（PDP）、場發(fā)射顯示器（FED）及OEL顯示器,皆在一定程度上克服了液晶顯示器(LCD)視角窄、響應(yīng)速度慢(ms級)、溫度特性差（低溫下無法使用）、依賴背光源而亮度不足等缺陷。上述三者皆屬于自發(fā)光的平板型顯示器,并具有頗快的響應(yīng)速度及頗寬的視角。但PDP存在著工藝復(fù)雜、售價高昂及功耗大等問題,FED亦面臨著工藝復(fù)雜、驅(qū)動電壓過高及發(fā)光效率低等不足。相對而言,彩色OEL顯示器的研制時間雖最短,迄今技術(shù)上尚未完全成熟,但其自身所擁有的技術(shù)優(yōu)勢及該項技術(shù)近年來的迅速發(fā)展令人們深信：彩色OEL顯示器將會是未來的一種理想的顯示器。
OEL顯示機(jī)理及技術(shù)特點
有機(jī)聚合物材料的電致發(fā)光,從材料及器件結(jié)構(gòu)角度看盡管有眾多不同之處,但其基本發(fā)光機(jī)理是相同的。OEL顯示器件（OELD）的顯示機(jī)理是借助電子、空穴載流子的注入與復(fù)合而發(fā)光的。其工作機(jī)理類似于半導(dǎo)體發(fā)光二極管（LED）和激光器。顯示器件的結(jié)構(gòu)可分為單層和多層兩種。所采用的功能材料則分為低分子材料和高分子材料兩類。OEL發(fā)光現(xiàn)象之研究始于20世紀(jì)30年代中期,1987年美國 Kodak公司的C.W.Tang等人以8-羥基喹啉鋁（Alq）為發(fā)光材料,將載流子傳輸層引入OEL顯示器件,并采用超薄薄膜技術(shù)及新型空穴傳輸介質(zhì)制成了低電壓、高效率的OEL顯示器件,當(dāng)用低逸出功堿金屬作電極時,得到直流驅(qū)動電壓低(<10V)、發(fā)光亮度高(>1000cd/m2)及發(fā)光效率高(1.5lm/w)的OEL顯示器件后,才重新引起了人們對OEL顯示的極大興趣。1990年英國劍橋大學(xué)的J.H.Burroughes等人用共軛高分子材料制成了有機(jī)聚合物OEL顯示器件,以高分子聚合物聚對笨撐亞乙烯（PPV）為發(fā)光層材料,制成了聚合物OEL顯示器件,將其研究開發(fā)擴(kuò)展至高分子聚合物領(lǐng)域。隨后國際上便掀起了一股用有機(jī)電致發(fā)光器件（OELD）制作平板顯示器的研制熱潮。
有機(jī)電致發(fā)光是指在電場驅(qū)動下,有機(jī)熒光化合物被激發(fā)而導(dǎo)致發(fā)光之現(xiàn)象。圖1示出一個簡單的彩色OEL顯示器 件的結(jié)構(gòu)示意圖。
氧化銦錫（ITO）透明電極和金屬電極分別用作彩色OEL顯示器件的陽極和陰極。在一定電壓驅(qū)動下,電子和空穴分別從陰極和陽極注入至電子和空穴傳輸層,電子和空穴相遇后形成激子而使發(fā)光分子激發(fā),后者經(jīng)弛豫而發(fā)出可見光。輻射光可從氧化銦錫一側(cè)觀測到,金屬電極膜同樣亦起著反射層的作用。電子與空穴傳輸層及發(fā)光層皆由有機(jī)材料（包括低分子和高分子兩類材料）制成。彩色OEL顯示器件的技術(shù)特點如下：
* 全固態(tài)器件。在目前所有的平板顯示器中,唯有ELD屬于全固態(tài)器件,有著其他顯示器件所無法比擬的獨特優(yōu)點,如重量輕、耐沖擊與振動及溫度適應(yīng)范圍寬等;
* 自發(fā)光、直流驅(qū)動電壓低于10V。OELD的工作電壓通常在十幾伏,借助特殊工藝處理后制成的OELD,其工作電壓更低。如對高分子聚合物聚對笨撐亞乙烯進(jìn)行化學(xué)處理后,將其用作OELD的發(fā)光層,在2～3V電壓驅(qū)動下,便可得到綠色和橙黃色光;
* 發(fā)光效率高、亮度高及功耗低。與無機(jī)發(fā)光材料相比,有機(jī)材料通常都具有高效的熒光化合物。迄今已報道發(fā)射紅、綠及藍(lán)三基色的OELD,其亮度皆高于100cd/m2。最近日本顯示專家利用金屬螯化物制成的OELD,在8 V電壓驅(qū)動下,其亮度高達(dá)10190 cd/m2,而普通的視頻電視亮度約為100 cd/m2;
* 發(fā)光顏色豐富并易于實現(xiàn)彩色顯示。由于有機(jī)材料選取范圍寬,故可利用不同發(fā)光材料的本征發(fā)光來獲得不同的顏色。同時還可借助分子工程學(xué)設(shè)計、摻雜及輻照等處理來獲得諸種發(fā)光顏色,這樣某些從無機(jī)材料中較難獲得的顏色（如藍(lán)色）用有機(jī)材料便頗易得到。迄今已證實有眾多有機(jī)材料皆可發(fā)出紅、綠、藍(lán)三基色光,正是由于OELD具有這一特點,使得用其制作彩色平板顯示器成為其最主要的應(yīng)用領(lǐng)域;
* 工藝簡單、成本低廉。制作OELD可借助簡便的真空蒸鍍及甩膜技術(shù)來實現(xiàn)。前者較適合于低分子有機(jī)材料OELD的制備,真空度10-2～10-3Pa;而后者則主要用于高分子聚合物,方法是將其溶于有機(jī)溶劑內(nèi),爾后將其滴在襯底上進(jìn)行甩膜處理。此外,由于OELD采用低溫真空沉積工藝,故可降低成本。還由于有機(jī)分子間受到較弱的范德瓦爾斯力的作用,使有機(jī)分子晶格對外界環(huán)境并不敏感,導(dǎo)致對生產(chǎn)周圍環(huán)境要求相對較低,從而簡化了生產(chǎn)過程,使成本下降;
* 溫度特性優(yōu)異、發(fā)光性能不受溫度影響;
* 可制成具有適度彎曲的柔性屏,實現(xiàn)軟屏顯示。
OELD在特性、結(jié)構(gòu)及制造工藝上的優(yōu)異特性,為用其制成平板顯示器（FPD）奠定了堅實的基礎(chǔ)。彩色OEL顯示器件可實現(xiàn)軟屏顯示這一特性尤為引人注目。軟屏意味著具有重量輕、易攜帶及可卷曲等特點。常規(guī)的OEL顯示器件是在玻璃基板上制成的,為此必需尋找對可見光透明、柔軟性佳的材料作為器件的基片。由于有機(jī)膜在基片上沉積時不存在晶格匹配之問題,因而對基片材料的選用余地頗大。各種透明性能良好的塑料膜皆可用作軟屏的基片材料。1992年研制成首個有機(jī)電致發(fā)光顯示器件。恒定電流驅(qū)動器及必需的掃描電路直接制于顯示器的基片上,從而無需高密度互連及外部驅(qū)動器。顯示器的視角大于160度,這比常規(guī)LCD要寬得多,可將其用于數(shù)據(jù)顯示或?qū)⑵渥鳛楸銛y式可卷曲監(jiān)視器。目前OEL顯示器件的研究重點是,研制高穩(wěn)定性的彩色及白色OEL顯示器件以向?qū)嵱没七M(jìn),并在此基礎(chǔ)上,提高其使用壽命及工作可靠性,進(jìn)一步研制用于動態(tài)顯示的矩陣顯示屏和實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)動態(tài)顯示的驅(qū)動電路。
表1 彩色ＯＥＬ顯示器技術(shù)性能之比較 |
