1、第 44 卷 第 1 期2023年 1 月Vol.44 No.1Jan.,2023发光学报CHINESE JOURNAL OF LUMINESCENCE有机电致发光器件及显示驱动研究进展邹建华1，2，朱冠成1，王磊1，徐苗1，吴为敬1，彭俊彪1（1.华南理工大学 发光材料与器件国家重点实验室，广东 广州510641；2.广州新视界光电科技有限公司，广东 广州510630）摘要：经过30多年的发展，得益于对高效有机半导体材料、新型器件结构、器件工作机理的深入理解以及产业界坚持不懈的工程探索，有机发光二极管（Organic lightemitting diodes，OLEDs）的综合性能取得了突破
2、性进展，并成功实现了商业化应用，OLEDs新型显示已成为新一代信息技术的先导性支柱产业。本文将从OLEDs器件角度阐述有机电致发光器件以及显示驱动的研究进展，首先结合光电器件性能提升介绍OLED的基本器件结构演变过程，随后系统性重点阐述现阶段产业上广泛使用以及极具应用前景的器件结构，包括pin OLEDs 器件结构、叠层器件结构、非掺杂器件结构，最后简述OLEDs显示驱动技术，以期为相关科研工作者提供一些有益的参考。关键词：有机电致发光器件；p-i-n结构；叠层器件；非掺杂器件；显示驱动中图分类号：TN383 文献标识码：A DOI：10.37188/CJL.20220322Research
3、Progress on Organic Light-emitting Diodes and Display DriveZOU Jianhua1，2，ZHU Guancheng1，WANG Lei1，XU Miao1，WU Weijing1，PENG Junbiao1（1.State Key Laboratory of Luminescent Materials and Devices，South China University of Technology，Guangzhou 510641，China；2.Guangzhou New Vision Opto-Electronic Technol
4、ogy Co.，Ltd.，Guangzhou 510630，China）*Corresponding Author，E-mail：psjbpeng Abstract：With more than 30 years of development，organic light-emitting diodes（OLEDs）have made a breakthrough in overall device performances and successfully realized commercial applications due to the development of high-effic
5、iency organic semiconductor materials，new device structures，in-depth understanding of device working mechanisms，and unremitting engineering exploration from the industry.To date，OLED display technologies have become a leading pillar industry of the new-generation of information technology.In this re
6、view，the research progress of OLED devices and display driving will be introduced from the perspective of OLED devices.Firstly，the evolution process of OLED basic device structure is introduced in combination with the performance improvement of optoelectronic devices，and then the device structures t
7、hat are widely used in the industry at this stage and have great application prospects are systematically highlighted，including p-i-n OLED device structures，tandem device structures，and doping-free device structures.Finally，the OLED display driving technology will be briefly described，which is expec
8、ted to provide some useful guidelines for relevant scientific researchers.Key words：organic light-emitting diodes；p-i-n structures，tandem devices；doping-free devices；display driving1引言自从 1987 年 C W Tang 等1报道有机电致发光器件（OLEDs）以来，由于其具有驱动电压低、发光效率高、响应速度快、视角范围大、超薄、可制备成柔性器件等突出优点，在平板显示领域引起了文章编号：1000-7032（2023
9、）01-0198-20收稿日期：20220905；修订日期：20220929基金项目：国家重点研发计划（2021YFB3600800）；国家自然科学基金（22090024，62074059）；广东省科技计划（2019B030302007）Support by National Key Research and Development Program（2021YFB3600800）；National Natural Science Foundation of China（22090024，62074059）；Science and Technology Project of Guangdong
10、Province（2019B030302007）第 1 期邹建华，等：有机电致发光器件及显示驱动研究进展广泛关注。经过 30多年的发展，有机发光材料从内量子效率最高仅为 25%的第一代荧光材料2-3、发光效率接近 100%的第二代磷光材料4-6，发展到无贵重过渡金属且可实现 100%内量子效率的热激活延迟荧光（TADF）材料、热激子材料、有机自由基等第三代有机发光材料7-10；而 OLEDs器件结构从单层器件、双层器件，到三层以及多层器件1,11，再到可实现低电压、高稳定性的 p-i-n 结构12-13以及可获得高亮度、长寿命的叠层结构14-15；OLED 驱动方面则从早期的无源驱动到现在广泛
11、使用的有源驱动，有源驱动沟道材料从非晶硅 （-Si）、低温多晶硅（LTPS）、金属氧化物（MO）到最近引起广泛关注的低温多晶硅与氧化物半导体复合（LTPO）16-19。通过从材料到器件结构以及相关工作机理的深入研究，结合产业界坚持不懈的工程探索，OLEDs 的效率和稳定性取得了突破，实现了大规模商业化应用。目前，OLEDs 已经被广泛应用于智能手机、电视、车载显示、头戴显示、工控设备显示、透明显示、穿戴显示等领域。随着未来以信息电子、健康医疗等为代表的各领域对光电器件的柔性化需求进一步增加，预期 OLEDs将具有更为广阔的应用前景。本文从器件角度阐述有机电致发光器件以及显示驱动研究进展，首先介
12、绍 OLEDs器件结构的发展历程，随后系统性地阐述了现阶段产业化的器件技术，包括 p-i-n OLEDs 器件结构、叠层器件结构、非掺杂器件结构；接着简述了 OLEDs 器件驱动技术，最后对 OLEDs器件以及驱动技术进行展望，以期给相关科研工作者一些有益的参考。2OLEDs器件结构OLEDs 属于注入型发光器件，其基本结构是将有机发光薄膜层夹在至少有一个透明电极的两个电极之间形成三明治结构。在此基础上，人们又开发了更为复杂的器件结构，特别是更多有机细分功能层的引入；这些“功能层”在提高器件发光效率和器件寿命方面起到了十分重要的作用。有机电致发光器件中的主要有机功能层包括：空穴传输层（HTL）
13、、电子传输层（ETL）、发光层、空穴注入层、电子注入层、空穴阻挡层等20。根据有机功能层层数，OLEDs 器件结构可以分为以下几类。2.1单层有机电致发光器件在透明 ITO 阳极和金属阴极之间夹一层有机发光层薄膜，即为最简单结构的 OLEDs 器件，结构如图 1（a）所示。该结构器件要求有机发光层材料需要同时传输空穴和电子，但由于有机发光材料不一定同时具备传输电子和传输空穴的双极性输运能力，大多有机材料的空穴迁移率要大于电子迁移率，所以单层结构的器件不易平衡载流子的运输，从而导致激子复合区域偏向阴极金属表面，产生激子猝灭，大大降低了器件的发光效率。另外，由于发光材料能级与金属电极的不匹配，金属
14、和发光层之间的肖特基接触会使得载流子的注入势垒增大，导致器件的驱动电压增高，而在高电压下，激子会因为浓度过大而发生猝灭，导致器件发光效率降低，工作电压提高，比如早期蒽单晶为介质的电致发光器件，器件工作电压超过100 V，因此单层器件后来被性能更佳的多层器件结构所取代。2.2双层有机电致发光器件双层器件结构是在 1987 年最早由 C W Tang提出的1，制备的器件结构为：阳极 ITO/有机材料diamine/有机荧光染料 Alq3/金属阴极 Mg Ag，其中 Diamine 作为 HTL，Alq3作为发光层以及 ETL。该器件可在 10 V 驱动电压下实现1 000 cd/m2的亮度，具有了
15、实用价值，在学术界和产业界引起了巨大的轰动。它与单层器件不同之处在于器件的阳极或阴极和发光层之间增加了一层空穴传输层或者电子传输层，见图 1（b）。加入空穴（或电子）传输层后，不仅能有效降低从金属电极注入空穴或注入电子的势垒，解决了单层器件载流子注入不平衡的问题；而且还能阻挡载流子通过该层向电极方向的迁移，使激子复合发生在异质结界面附近，提高了器件的发光效率。2.3三层和多层器件三层结构的器件模型最早是由日本 Adachi提出的11，它一般包括空穴传输层、发光层和电子传输层，与双层器件结构相比，空穴传输层与电子（a）ITO/衬底发光层阴极ITO/衬底发光层电子传输层阴极（b）图 1单层和双层
16、OLED器件结构Fig.1Single layer and double layer OLED device structure199第 44 卷发光学报传输层负责调控空穴和电子的注入量，发光层负责激子复合与发光。空穴或电子传输层除有效改善载流子注入外，还具有空穴传输层可以阻挡电子传输到阳极、电子传输层可以阻挡空穴注入阴极，将载流子的复合区域限制在发光层中，避免了激子在电极界面处复合而发生猝灭，这极大地提高了器件的发光效率。整体看三层器件各层材料各司其职，这对于选择材料和器件结构优化十分方便，是目前 OLEDs最常采用的器件结构之一。但在实际应用中，一般还要引入具有不同功能的有机材料层12-13，例如，引入空穴注入层或电子注入层可以降低器件的启亮电压和工作电压，来优化器件的电压、亮度、效率、寿命等各项参数，最终达到提高器件效率与稳定性的目的。这类多层器件的结构示意图和能级图见图 2。一般而言，由于大多数有机材料的空穴迁移率远远大于电子的迁移率，使器件中空穴数量过多，因此器件中一般应引入空穴阻挡层以限制多余的空穴向阴极流动，提高激子复合效率，最终提高器件发光效率。3pin结构 OLEDs