【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 、藍(lán)發(fā)光層發(fā)射光的比例來(lái)實(shí)現(xiàn)白光發(fā)射，因?yàn)槠骷娘@色性和效率都很高，多發(fā)光層器件成為目前研究最多的白光 OLED結(jié)構(gòu)，可以看到，要達(dá)到所要求的白光色度和效率，所堆積的各有機(jī)層的厚度和能級(jí)必須嚴(yán)格控制，由于包含了多個(gè)有機(jī) — 有機(jī)界面，有機(jī) — 有機(jī)層之間存在的界面勢(shì)壘往往會(huì)阻止載流子的注入，產(chǎn)生焦耳熱，因此為了消除界面勢(shì)壘問(wèn)題，鄰近層之間材料的最低未占據(jù)軌道 (LUMO)和最高占據(jù)軌道 (HOMO)的選擇必須相互匹配 ，從而實(shí)現(xiàn)載流子的有效注入和傳輸，由于各有機(jī)層之間是相互獨(dú)立的，可以分別優(yōu)化，充分發(fā)揮各有機(jī)層的性能，最大限度地提高器件性能，各發(fā)光層可以用穩(wěn)定性好的全熒光材料，可以用效率更高的全磷光材料，也可以用熒光和磷光混合的方式，極大地提高了器件設(shè)計(jì)的靈活性但由于結(jié)構(gòu)中不同發(fā)光層退化程度不同，致使器件的顏色不穩(wěn)定，而且器件同時(shí)也存在制備復(fù)雜等問(wèn)題。 疊層結(jié)構(gòu)的白光 OLED 堆積 (或疊層 )結(jié)構(gòu) OLED的概念最早是南日本三形大學(xué) J .Kido教授 [7]提出的，這種結(jié)構(gòu)通常用一種電荷產(chǎn)生層作為連接層把數(shù)個(gè)發(fā)光單 元串聯(lián)起來(lái)作為一個(gè)整體，電流密度減小，減小有機(jī)層的注入壓力，因此與單元器件相比，堆積結(jié)構(gòu)器件往往具有成倍的電流效率和發(fā)光亮度，由于堆積 OLED的初始亮度比較大，在相同的電流密度下測(cè)量時(shí)，換算成單元器件的初始亮度，堆積器件會(huì)有較長(zhǎng)的壽命，正是由于堆積結(jié)構(gòu) OLED的獨(dú)特特性，以及其較易利用不同顏色發(fā)光單元串聯(lián)混合成白光的特點(diǎn)，人們把疊層的概念應(yīng)用到了白光 OLED的研究中，在堆積 OLED中，最重要的是電荷產(chǎn)生層的設(shè)計(jì) GufengHe Cars ten Rothe 等人 [8]研究的堆疊式 OLED亮度在 5,000cd/m2時(shí)壽命為 30000小時(shí)，當(dāng)亮度為 1,000cd/m2時(shí)壽命更是達(dá)到 100000小時(shí)。 此外 ， 為了能夠提高白光器件的有效發(fā)光面積 (100%)， 同時(shí)減少器件發(fā)光在器件內(nèi)部的內(nèi)損耗 ， 從而提高外量子效率 ， 下轉(zhuǎn)換白光 OLED的器件結(jié)構(gòu)應(yīng)運(yùn)而生。 下轉(zhuǎn)換白光 OLED 下轉(zhuǎn)換白光結(jié)構(gòu)是用發(fā)藍(lán)光的 OLED激發(fā)黃色、橙色、紅色熒光或磷光的轉(zhuǎn)換層來(lái)實(shí)現(xiàn)白光，該轉(zhuǎn)換層是涂在器件外面的，所以器件和轉(zhuǎn)換層沒(méi)有影響，波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換法實(shí)現(xiàn)的白光 OLED具有許多優(yōu)點(diǎn)：（ 1）在器件中只存在一個(gè)發(fā)藍(lán)光的發(fā)光層，不存在由于不同有機(jī)發(fā)光層帶來(lái)的不同退化問(wèn)題；（ 2）單層器件，制備簡(jiǎn)單，可降低成本；（ 3）可以結(jié)合光轉(zhuǎn)換層散射磷光粒子的性質(zhì)提高光輸出耦合；（ 4）很容易通過(guò)藍(lán)光性質(zhì)來(lái)優(yōu)化器件性能，該方法也存在一些問(wèn)題，如藍(lán)光材料決定了器件的效率和穩(wěn)定性，而目前對(duì) OLED來(lái)說(shuō)，藍(lán)光是最大的問(wèn)題。另外，在光轉(zhuǎn)換時(shí)由于存在能量損耗問(wèn)題，嚴(yán)重影響了效率的提高，而通過(guò)改變綜合發(fā)光光譜，就可以達(dá)到最大的照明性能。 綜上所述 ， 下轉(zhuǎn)換 白光器件由于其在有效發(fā)光面積和提高外量子效率方面的優(yōu)勢(shì) ， 可上海電力學(xué)院畢業(yè)（設(shè)計(jì)）論文 5 能成為照明用 WOLED一個(gè)重要的發(fā)展方向 ； 疊層結(jié)構(gòu)的白光 器件雖然目 前其工藝比較復(fù)雜 ， 可重復(fù)性不高 ， 但是由于它在提高發(fā)光效率、發(fā)光強(qiáng)度和色補(bǔ)償方面有其優(yōu) ， 因而通過(guò)進(jìn)一步研究完善制備工藝之后 ， 有望成為照明用 WOLED生產(chǎn)的主流技術(shù)。也可以在此基礎(chǔ)上 ， 將 疊層結(jié)構(gòu) 和 下轉(zhuǎn)換 兩種技術(shù)結(jié)合起來(lái)發(fā)展白光有機(jī)電致發(fā)光器件。 白光 OLED器件的性能指標(biāo) 白光 OLED器件的性能指標(biāo)主要包括效率、壽命、顯色指數(shù)、色溫等，下面就來(lái)簡(jiǎn)要介紹一下這幾個(gè)重要參數(shù)。 白光 OLED器件的 壽命 OLED器件壽命的評(píng)估最早是由柯達(dá) [9]提出的 ， 它是指當(dāng)器件亮度為初始亮度的一半時(shí)器件的發(fā)光時(shí)間 。影響 OLED壽命的因素主要有以下幾點(diǎn)： 1) OLED的陰電極大多為電離能較小的活潑金屬 (如鈣、鎂、鋁等 )， 它們?cè)诤醯沫h(huán)境中極易被氧化，從而導(dǎo)致器件性能的下降 ； 2) 有機(jī)發(fā)光材料對(duì)雜質(zhì)、氧、水都非常敏感，極易被污染，從而降低發(fā)光效率 ； 3) OLED工作時(shí)產(chǎn)生的焦耳熱會(huì)進(jìn)一步加劇 OLED器件中各種材料，如襯底材料、發(fā)光材料、輔助材料和電極在空氣中的老化，進(jìn)而影響器件的使用壽命。 此外如果器件的效率低，則意味著有更多的光以熱的形式輻射掉了，也會(huì)影響器件的穩(wěn)定性。因此，提高效率除了省電，也有助于提高壽命。 白光 OLED器件的 顯色指數(shù)、色溫 光源的色溫是通過(guò)對(duì)比它的色彩和理論的熱黑體輻射體來(lái)確定的。熱黑體輻射體與光源的色彩相匹配時(shí)的開(kāi)爾文溫度就是那個(gè)光源的色溫，它直接和普朗克黑體輻射定律相聯(lián)系。顯色指數(shù)是通過(guò)與同色溫的參考或基準(zhǔn)光源 (白熾燈或日光 )下物體外觀顏色的比較。光所發(fā)射的光譜內(nèi)容決定光源的光色，但同樣光色可由許多、少數(shù)甚至僅僅兩個(gè)單色的光波混合而成，對(duì)各個(gè)顏色的顯色性亦大不相同。相同光色的光源會(huì)有相異的光譜組成，光譜組成較廣的光源較有可能提供較佳的顯色品質(zhì)。當(dāng)光源光譜中很少或缺乏物 體在基準(zhǔn)光源下所反射的主波時(shí)，會(huì)使顏色產(chǎn)生明顯的色差。色差程度愈大，光源對(duì)該色的顯色性愈差。 一般來(lái)說(shuō)，色溫在 3000~6000K之間的高質(zhì)量光源顯色指數(shù)要在 80以上。 2020年柯尼卡美能達(dá)公司 [10]宣布了其白光器件在效率上取得的進(jìn)展，采用藍(lán)色、黃綠色和紅色磷光材料而制備的白光器件在亮度 1000cd/m2下效率可以達(dá)到 64 lm/W，此效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了白熾燈的效率，為白光 OLED進(jìn)入照明市場(chǎng)提供了可能。 2020年，美國(guó) UDC[11]宣布其開(kāi)發(fā)出了在亮度 1000cd/m2下發(fā)光效率可達(dá)到 102lm/W的白光 OLED，發(fā)出的白光顯色指數(shù) (CRI)為 70，色溫為 3900K，壽命為 8000小時(shí)。此款白光技術(shù)除了使用 UDC自己開(kāi)發(fā)的磷光材料外，還使用了與南韓 LG化學(xué)和新日鐵化學(xué)合作開(kāi)發(fā)的材料，這是目前白光技術(shù)方面宣布的最高效率。 白光 OLED器件的 效率 由于 OLED發(fā)光屬于電流驅(qū)動(dòng)，因此量子效率可以比較準(zhǔn)確地描述 OLED內(nèi)發(fā)光機(jī)制的優(yōu)劣。量子效率定義為放出光子數(shù)目與注入電子數(shù)目的比率，而量子效率又可分為外部量子效率和內(nèi)部量子效率。外部量子效率是指在觀測(cè)方向，射出器件表面的光子數(shù)目與注入Weibull分布下白光 OLED 恒定與步進(jìn)應(yīng)力加速壽命試驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析 6 電子數(shù)目的比率，由于 OLED 器件是多層結(jié)構(gòu)，發(fā)光層所發(fā)出的光會(huì)經(jīng)由波導(dǎo)效應(yīng)或再吸收而損失，因此內(nèi)部量子效率是排除此效應(yīng)后發(fā)光層實(shí)際的發(fā)光效率，而出光率即為外部量子效率與內(nèi)部量子效率之比。如果應(yīng)用在顯示技術(shù)上，發(fā)光效率又稱電流效率。它和發(fā)光效率是較常被使用的，前者注重發(fā)光材料特性的考慮，為材料與化學(xué)家常引用，而后者則注重面板耗電和能量系統(tǒng)設(shè)計(jì)的考量，為光電工程師常用。 白光 OLED的應(yīng)用前景 (1) 可用于居住和商業(yè)建筑的平面照明燈，也可用于博物館或藝術(shù)展覽； (2) 用白光 OLED壁紙可制作成大型的廣告牌或標(biāo)志板，面積 可達(dá)到 200平方英尺； (3) 超輕的壁掛 OLED電視、觸摸屏或者顯示器； (4) 家庭和辦公室的變色平板燈，大面積壁燈和天花板燈； (5) 從可編程的光強(qiáng)、光色、光束方向性能中得到有益應(yīng)用； (6) 辦公室的墻壁或者隔墻，也可以兼作平板燈和計(jì)算機(jī)顯示屏兩用； (7) 大面積液晶電視和顯示器的背光燈，因?yàn)?OLED 本身面發(fā)光、所以不需要 LED背光系統(tǒng)中的光導(dǎo)板、漫放射屏和其他的一些原件； (8) 塑料醫(yī)療和安全器件，如 X射線探測(cè)器的集成電路板； (9) OLED照明不需要作成復(fù)雜和昂貴的燈具，可在醫(yī)學(xué)上用作 高亮度、長(zhǎng)壽命無(wú)影燈； (10) 聚合物傳感器（包括環(huán)境傳感器、指印傳感器、生物傳感器、基因傳感器、化學(xué)和工業(yè)傳感器等）。 小 結(jié) 白光 OLED的發(fā)展目標(biāo)，是成為真正的低成本、高效率、長(zhǎng)壽命的平板白光光源。在過(guò)去十多年的研究工作中，白光 OLED在效率和壽命方面都取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，但同時(shí)面臨的挑戰(zhàn)也是巨大的，其中最顯著的是提高器件在高電流工作狀態(tài)下的效率和壽命，而新材料和新結(jié)構(gòu)的開(kāi)發(fā)和使用有望解決這兩方面的困難。雖然過(guò)程是艱辛的，但距離白光OLED實(shí)用化和商品化的日子將不再遙不可及。 第三章 可靠性與 加 速壽命試驗(yàn) 簡(jiǎn)介 可靠性 可靠性的定義 產(chǎn)品、系統(tǒng)在規(guī)定的條件下、規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力稱為可靠性。 這里的產(chǎn)品可以泛指任何系統(tǒng)、設(shè)備和元器件。產(chǎn)品可靠性定義的要素是三個(gè) “ 規(guī)定 ” ： “ 規(guī)定功能 ”、 “ 規(guī)定時(shí)間 ” 和 “ 規(guī)定條件 ” 。 “ 規(guī)定功能 ” 是指產(chǎn)品規(guī)定了的必須具備的功能及其技術(shù)指標(biāo)。所要求產(chǎn)品功能的多少和其技術(shù)指標(biāo)的高低，直接影響到產(chǎn)品可靠性指標(biāo)的高低。例如，電風(fēng)扇的主要功能有轉(zhuǎn)葉，搖頭，定時(shí)，那么規(guī)定的功能是三者都要，還是僅需要轉(zhuǎn)葉能轉(zhuǎn)能夠吹風(fēng)，所得出的可靠性指標(biāo)是大不一樣的 。 “ 規(guī)定時(shí)間 ” 是指產(chǎn)品規(guī)定了的任務(wù)時(shí)間；隨著產(chǎn)品任務(wù)時(shí)間的增加，產(chǎn)品出現(xiàn)故障的概率將增加，而產(chǎn)品的可靠性將是下降的。因此，談?wù)摦a(chǎn)品的可靠性離不開(kāi)規(guī)定的任務(wù)時(shí)間。例如，一輛汽車(chē)在在剛剛開(kāi)出廠子，和用了 5年后相比，它出故障的概率顯然大了上海電力學(xué)院畢業(yè)（設(shè)計(jì)）論文 7 很多。 “ 規(guī)定條件 ” 包括使用時(shí)的環(huán)境條件和工作條件；例如同一型號(hào)的汽車(chē)在高速公路和在崎嶇的山路上行駛，其可靠性的表現(xiàn)就不大一樣，要談?wù)摦a(chǎn)品的可靠性必須指明規(guī)定的條件是什么。 可靠性的評(píng)價(jià) 可靠性的評(píng)價(jià)可以使用概率指標(biāo)或時(shí)間指標(biāo)，這些指標(biāo)有：失效率、可靠度、平均 壽命等。下面簡(jiǎn)單介紹一下可靠性的這些指標(biāo)： （ 1） 失效率 失效率又稱為故障率，定義為工作到某時(shí)刻 t 尚未失效（故障）的產(chǎn)品，在該時(shí)刻 t 以后的下一個(gè)單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生失效（故障）的概率，其觀測(cè)值即為在某時(shí)刻 t 以后的下一個(gè)單位時(shí)間內(nèi)失效的產(chǎn)品數(shù)與工作到該時(shí)刻尚未失效的產(chǎn)品數(shù)之比。聯(lián)系到可靠度函數(shù)??Rt，失效率應(yīng)該定 義為，失效率 ??t? 時(shí)產(chǎn)品一直到某一時(shí)刻 t 為止尚未發(fā)生故障的可靠度 ??Rt在下一單位時(shí)間內(nèi)可能發(fā)生故障的條件概率，即， ??t? 表示在某段時(shí)間 t 內(nèi)圓滿地工作的百分率 ??Rt在下一個(gè)瞬間將以何種比率發(fā)生失效或故障，因此，失效率的 表達(dá)式為 ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ?d F t d t d R t d t f ttR t R t R t? ? ? ? ? （ ） 另外，平均失效率也用積分式表達(dá)為 ? ? ? ?01tm t t dtt ?? ? （ ） 典型的失效率曲線是浴盆曲線，其分為三個(gè)階段：早期失效期、偶然失效期、耗損失效期。早期失效期的失效率為遞減形式，即新產(chǎn)品失效率很高，但經(jīng)過(guò)磨合期，失效率會(huì)迅速下降；偶然失效期的失效率 為一個(gè)平穩(wěn)值，意味著產(chǎn)品進(jìn)入了一個(gè)穩(wěn)定的使用期；耗損失效期的失效率為遞增形式，即產(chǎn)品進(jìn)入老年期，失效率呈遞增狀態(tài)，產(chǎn)品需要更新。提高可靠性的措施可以是：對(duì)元器件進(jìn)行篩選；對(duì)元器件降額使用，使用容錯(cuò)法設(shè)計(jì)（使用冗余技術(shù)），使用故障診斷技術(shù)等。 1） 早起失效期 早期失效期的特點(diǎn)是失效率非常高，但隨著產(chǎn)品工作時(shí)間的增加，失效率迅速降低。這一階段產(chǎn)品失效的原因大多是由于設(shè)計(jì)、原諒和制造過(guò)程中的缺陷造成的。譬如電阻器由于刻槽不均勻而燒毀；電容器由于介質(zhì)混入導(dǎo)電微粒引起電擊穿；電子管的部件因點(diǎn)焊不牢而造成開(kāi)路失效；電 視機(jī)由于對(duì)元器件篩選不嚴(yán)而在開(kāi)始使用時(shí)頻繁出故障等。如果在生產(chǎn)過(guò)程中加強(qiáng)對(duì)原材料的檢驗(yàn)，加強(qiáng)質(zhì)量管理，不斷提高操作人員技術(shù)水平和責(zé)任心，那就可以大大地減少早起失效的產(chǎn)品。 使產(chǎn)品的失效率達(dá)到偶然失效期的失效率水平的時(shí)間稱為交付使用點(diǎn)。廠方為了盡快達(dá)到交付使用點(diǎn)，常常采用合理的篩選技術(shù)和加負(fù)荷試驗(yàn)，或者用其它方法將這些有缺陷、不可靠產(chǎn)品盡早的暴露出來(lái)，使剩余下來(lái)的產(chǎn)品有較低的失效率，一旦達(dá)到交付使用點(diǎn)的失效率水平，產(chǎn)品就可以出廠，交付使用。 Weibull分布下白光 OLED 恒定與步進(jìn)應(yīng)力加速壽命試驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析 8 2） 偶然失效期 偶然失效期也稱隨機(jī)失效期或穩(wěn)定工作階段。這是產(chǎn)品（ 特別是整機(jī)）的最良好的工作時(shí)期。這一階段的特點(diǎn)是失效率較低，且比較穩(wěn)定，往往可以看作是常數(shù)。在這階段內(nèi)，產(chǎn)品失效常常是由于多種因素造成的，而每一種因素都不太嚴(yán)重，因此失效純屬偶然。在這一階段要盡力做好產(chǎn)品的維護(hù)和保養(yǎng)工作，使這一階段盡量延長(zhǎng)。假如不注意這一點(diǎn) ，就會(huì)使更新點(diǎn)提前到來(lái)。 3） 損耗失效期 它是從材料的老化或機(jī)械磨損而引伸到可靠性領(lǐng)域來(lái)的。耗損失效期的特征是失效率隨時(shí)間延長(zhǎng)而急速增加，到了這一階段，大部分產(chǎn)品都要開(kāi)始失效，這時(shí)可針對(duì)不同情況采取一些補(bǔ)救措施。譬如由于元器件老化引起整機(jī)失效，那就更換 這部分元器件；對(duì)壽命較短的產(chǎn)品（電子管，化學(xué)電源）可以采取預(yù)防性檢修措施和替換辦法等等。 λt早期失效 偶爾失效 耗損失效交付使用點(diǎn) 更新點(diǎn)使用壽命 圖 31失效率曲線 （ 2） 可靠度 可靠度 ??Rt又稱可靠度函數(shù)或可靠度分布函數(shù)，它表示在規(guī)定的使用條件下和規(guī)定的時(shí)間 t 內(nèi)，無(wú)故障地發(fā)揮規(guī)定功能而工作的產(chǎn)品占全部工作產(chǎn)品的百分率。與可靠度相對(duì)應(yīng)的有不可靠度，它表示在規(guī)定的使用條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)不能完成規(guī)定功能的概率，又稱為失效