名师讲科技前沿系列是作者在清华大学长期授课教案的归纳和扩展。《图解OLED显示技术》是其中的一个分册，内容包括OLED发展简介、OLED如何实现发光和显示、如何提高OLED的发光效率、OLED的结构和材料、OLED是如何制造的、OLED的现状和未来等，涉及OLED的方方面面。针对OLED的入门者、制作者、研究开发者等多方面的需求，本书在汇集大量资料的前提下，采用图文并茂的形式，全面且简明扼要地介绍OLED的新工艺、新进展、新应用。可作为化学、材料、微电子、显示技术、精密仪器等学科学生和技术人员参考。

电视、手机等发展日新月异，以OLED为代表的柔性屏大行其道，华为等厂商也相继退出了折叠屏手机，而苹果的高端手机也开始采用OLED屏幕。

本书结合当今OLED显示技术的进展，汇集作者的科研成果，OLED显示技术及应用，使读者在使用先进显示屏的同时，能够了解其背后的技术与发展。

白川英树、艾伦·黑格、艾伦·马克迪尔米德因发现导电高分子而获得2000年诺贝尔化学奖。有机发光二极管（OLED）的发明无论在理论上还是在实际应用上都具有划时代意义。

在人们的印象中，有机材料可被利用的电气功能几乎都是被动的（Passive），包括绝缘性和介电性。今天，塑料作为结构材料在我们身边几乎无处不在，但由于其不导电，在电气和电子领域难以发挥核心和关键作用。

最早被利用的有机能动（Active）材料也许是光刻胶，它已成为支撑现代集成电路产业中光刻技术的基础材料。光刻胶，即感光材料，利用其光照射部分与未照射部分在溶液中的溶解度差异而刻蚀出电路图形。但是，光刻胶在最终产品中并无残留。

稍晚于光刻胶，人们开发出真正意义上的能动电子器件OLED，并于1997年实现了商品化。从任职于柯达公司的美籍华人邓青云博士1987年发表论文算起，正好经过了10年。

1997年人们正在开发利用无机材料的半导体发光二极管（LED）及无机EL等发光器件。通常情况下，在已有同类产品存在的情况下，除非在克服其缺点或降低价格方面具有明显优势，否则难以进入市场。当时，蓝光LED 仍在开发之中，强度及光色都不够理想；同属面发光体的无机EL的发光也相当暗。在这种背景下，受益于基础研究方面的雄厚积蓄，OLED在10年的时间内实现了商品化。2007年11月日本索尼公司最早将OLED电视投入市场。又经过10多年努力，目前OLED面临难得的发展机遇。

基于以下优势，OLED被认为是TFT LCD替代CRT后显示领域的又一次重大变革。

① 主动发光，无需背光源，利于实现器件的低功耗、超薄、柔性等目标。

② 低功耗，能有效提高移动设备的使用时间和待机时间。

③ 响应速度快，能及时捕捉到动态画面的每一个细节，无拖尾现象。

④ 超薄且超轻，若采用聚合物基板，可充分展现便携性、柔性和可弯曲性。

⑤ 宽温度特性，在很低的温度下能正常运行，可满足特殊需求。

⑥ 高对比度和宽视角，尤其是高分辨率，这些优点带来良好的视觉体验。

除了显示领域的应用外，OLED在固态照明领域的应用也具有极好的前景。OLED照明具有能大面积制作，用印刷方式生产等优势，可大幅降低制造成本；任意形状、可透明化、搭配软性基板具有可弯曲性（柔性）；效能高，是面发光，亮度色温可调，光质更接近于白炽灯，光色柔和，其光谱是目前所有光源中最接近太阳光的，而且不含紫外线等，一问世便引起关注。

目前的现状是，一方面OLED正日益广泛、深入和快速地应用到现代社会的各个领域，而另一方面，人们对OLED的了解，对其本质的认识却不够深入，一知半解的不少。由于涉及大量尖端技术，难度极高，且OLED制作封闭于与世隔绝的超净工作间，普通人很难了解其中的奥妙。由于多学科交叉，即使某一学科的专家，也难以做到一专百通。面对涉及面广、发展快、内容新的OLED技术，迫切需要深入浅出、通俗易懂的科普读物。

《图解OLED显示技术》是名师讲科技前沿系列中的一个分册。内容包括OLED发展简介、OLED如何实现发光和显示、如何提高OLED的发光效率、OLED的结构和材料、OLED是如何制造的、OLED的现状和未来等，涉及OLED的方方面面。

本书在汇集大量资料的前提下，采用图文并茂的形式，全面且简明扼要地介绍OLED工作原理，OLED材料、制作工艺、OLED的新进展、新应用及发展前景等。采用每章之下 书角茶桌的论述方式，前文后图，图文对照，并给出本节重点。以资料满载的方式，献给在OLED及相关产业领域的读者，帮助他们了解OLED技术的全貌。同时也以技术推移和最尖端为焦点，对今后的发展进行了展望和预测。

本书可作为化学、材料、微电子、显示技术、精密仪器等学科学生及技术人员参考。

本书得到清华大学本科教材立项资助并受到清华大学材料学院的全力支持。原稿承蒙段炼教授审阅，并采纳了他的宝贵意见，在此表示衷心感谢。

OLED涉及化学、材料、电路、设计、制作、封装、测试等各个方面。作者水平有限，不妥之处恳请读者批评指正。



田民波

田民波，清华大学，材料学院，教授，博士生导师，长期从事材料学的教学与科研工作，在电子材料、封装技术、磁性材料、粉体材料等领域取得了原创性成就。已经和现承担的课题有：国家 级科学基金重大项目高密度封装的应用基础研究；国际合作项目零收缩率LTCC研究；十五军工预研项目新型叠层LCCC-3D MCM封装技术研究等。

第1章 OLED 发展简介

1.1 OLED 成功发光的关键采用超薄膜和多层结构 2

1.1.1 OLED 的发明和实用化的历史 2

1.1.2 OLED 成功发光的关键超薄膜和多层结构 4

1.1.3 OLED 的原理及特征 6

1.1.4 OLED 器件的多层结构 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 色素掺杂在OLED 中的应用 14

1.2 OLED 的进展和发展前景 16

1.2.1 决定OLED 特性的各种因素 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 显示器难得的发展机遇 22

1.3 OLED 的发光原理载流子注入、复合、激发和发光 24

1.3.1 无机EL 的发光原理 24

1.3.2 半导体LED 的发光原理 26

1.3.3 原子、分子的激发和退激发光 28

1.3.4 OLED 的发光原理 30

1.3.5 有机材料中为什么会有电流流动 32

1.3.6 OLED 发光的基本物理过程 34

1.3.7 载流子注入复合发光的原理 36

书角茶桌

最优显示技术和效果 38



第2章 OLED 如何实现发光和显示

2.1 有机材料电致发光的原理 40

2.1.1 关于价带、HOMO 和氧化电位 40

2.1.2 半导体和能带图 42

2.1.3 磷光与荧光的不同 44

2.2 载流子的注入和迁移 46

2.2.1 由电极的载流子注入 46

2.2.2 键合力及载流子在有机分子间的迁移 48

2.2.3 载流子迁移率的测量方法 50

2.2.4 何谓空间电荷限制电流? 52

2.3 有机半导体和导电高分子 54

2.3.1 有机半导体与导电高分子 54

2.3.2 有机材料的P 型和N 型 56

2.3.3 光吸收与发光 58

2.3.4 如何评价OLED发出的光 60

2.3.5 关于辉度和照度 62

2.3.6 光与色的关系 64

2.3.7 OLED 用材料依用途不同而异 66

2.4 有机半导体电致发光材料 68

2.4.1 发光材料有小分子、高分子材料之分 68

2.4.2 代表性的发光材料 70

2.4.3 小分子发光材料的结构及发光机制 72

2.4.4 能量转移和载流子捕获 74

2.4.5 色素掺杂系统中激发能从分子到分子的转移 76

2.4.6 导电性为高分子发光材料所必需 78

书角茶桌

OLED与能量的单位 80



第3章 如何提高OLED 的发光效率

3.1 如何提高光取出效率 82

3.1.1 表示发光效率的外部量子效率 82

3.1.2 对发光效率有重大影响的PL 量子效率 84

3.1.3 必须提高光取出效率 86

3.1.4 光的干涉也会起作用 88

3.2 影响发光效率的因素 90

3.2.1 从空穴与电子复合直到发光的过程 90

3.2.2 OLED 的发光效率 92

3.2.3 有机EL 的能带模型 94

3.3 OLED 器件用荧光发光材料 96

3.3.1 空穴传输材料的分子结构及玻璃化转变温度（Tg）、离化能（Ip）的数据 96

3.3.2 用于OLED 元件的电子传输材料 98

3.3.3 OLED 荧光发光体系：主体 掺杂剂（客体） 100

3.3.4 OLED 用荧光性主（Host）发光材料 102

3.3.5 OLED 用荧光性客（Guest）发光材料 104

3.4 荧光与磷光的区别 106

3.4.1 荧光发光和磷光发光 106

3.4.2 三阶降落发出荧光，二阶降落发出磷光 108

3.4.3 电子自旋方向决定激发状态是单线态还是三线态 110

3.4.4 关于荧光和磷光 112

3.5 OLED 器件用磷光发光材料 114

3.5.1 金属配合物系磷光发光材料 114

3.5.2 OLED 用铱（Ir）系金属配合物磷光发光材料 116

3.5.3 量子点显示 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阳极材料 122

3.6 磷光发光和延迟荧光发光 124

3.6.1 主材料及客材料的激发能与发光的关系 124

3.6.2 磷光主材料的激发三线态能量 126

3.6.3 最早研究的磷光材料 128

3.6.4 利用延迟荧光也可使激子生成效率达100% 130

书角茶桌

有机材料的成本及关键制作工艺 132



第4章 OLED 的结构和材料

4.1 分层结构及高效率OLED 器件 134

4.1.1 功能分离积层型元件结构 134

4.1.2 能隙主材料、电子传输材料，热活化，延迟荧光发光材料 136

4.1.3 高效率磷光蓝光元件和白光OLED 元件 138

4.1.4 多光子发生器件（堆叠型器件）和交流驱动OLED 140

4.1.5 低电压磷光OLED 元件 142

4.2 载流子注入、传输和阻止材料 144

4.2.1 载流子注入材料 144

4.2.2 常用的载流子传输材料 146

4.2.3 防止空穴穿透的载流子阻止材料 148

4.3 OLED 器件用电极材料 150

4.3.1 小分子系无源驱动型OLED 器件的结构 150

4.3.2 取出光的透明电极 152

4.3.3 阳极材料IZO 与ITO 的比较 154

4.3.4 阴极金属和功函数 156

4.4 OLED 器件的彩色化方式 158

4.4.1 彩色显示不可或缺的RGB 158

4.4.2 OLED 彩色化方式的比较 160

4.4.3 三色独立像素方式（三色分涂方式） 162

4.4.4 彩色滤光片（CF）方式 164

4.4.5 色变换（CCM）方式 166

4.5 OLED 器件的驱动 168

4.5.1 矩阵方式显示器驱动扫描方式的种类 168

4.5.2 无源矩阵（简单矩阵）驱动方式 170

4.5.3 有源矩阵驱动方式 172

4.5.4 无源矩阵和有源矩阵两种驱动方式的对比 174

书角茶桌

热活化延迟荧光（材料） 176


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