2024年5月12日发(作者：千斐斐)
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Ｂｒａｉｎ Ｄ’Ａｎｄｒａｄｅ等：磷光ＷＯＬＥＤ——光明之路
文章编号：１００６—６２６８（２００７）０９—０００５—０３
磷光ＷＯ ＬＥ Ｄ
（美国平面显示器公司）
光明之路
Ｂｒａｉｎ Ｄ Ａｎｄｒａｄｅ，Ｊ—Ｙ．Ｔｓａｉ，Ｃｈｕｎ Ｌｉｎ，Ｐｅｔｅｒ Ｂ Ｍａｃｋｅｎｚｉｅ，Ｍｉｃｈａｅｌ Ｓ．Ｗｅａｖｅｒ
摘 要：平板电视屏幕尺寸不断地增长，它的照明功耗也在不断增加。而发白光的有机电致发
光器件可以实现平板电视低功耗全彩色光源的要求，并且还可以应用于其他固态照明设施。
关键词：ＯＬＥＤ：光源；功耗
中图分类号：ＴＮ３８３ 文献标识码：Ａ
ＰｈＯｓｐｈＯｒｅｓｃｅｎｔ Ｗｈｉｔｅ ＯＬＥＤｓ：Ｌｉｇｈｔｉｎｇ ｔｈｅ Ｗａｙ
Ｂｒａｉｎ Ｄ Ａｎｄｒａｄｅ，Ｊ—Ｙ．Ｔｓａｉ，Ｃｈｕｎ Ｌｉｎ，Ｐｅｔｅｒ Ｂ Ｍａｃｋｅｎｚｉｅ，Ｍｉｃｈａｅｌ Ｓ．Ｗｅａｖｅｒ
（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｃｏｒｐ．）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｓ ｔｈｅ ｓｉｚｅｓ ｏｆ ｆｌａｔ－ｐａｎｅｌ ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎｓ ｃｏｎｔｉｎｕｅ ｔｏ ｉｎｃｒｅａｓｅ，ｔｈｅ ａｍｏｕｎｔ ｏｆ ｐｏｗｅｒ
ｒｅｑｕｉ ｒｅｄ ｔｏ ｌｉｇｈｔ ｔｈｅｍ ａｌｓｏ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｗｈｉｔｅ ｏｒｇａｎｉｃ ｌｉｇｈｔ—ｅｍｉｔｔｉｎｇ—ｄｅｖｉｃｅ
（ＷＯＬＥＤ）ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａ ｌｏｗ－ｐｏｗｅｒ ｆｕｌｌ—ｃｏｌｏｒ ｌｉｇｈｔｉｎｇ ｓｏｕｒｃｅ ｆｏｒ ｆｌａｔ－ｐａｎｅｌ ＴＶｓ，ａｌｏｎｇ ｗｉｔｈ
ｏｔｈｅｒ ｓｏｌｉｄ—ｓｔａｔｅ—ｌｉｇｈｔｉｎｇ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：￣ＬＥＤ；ｌｉｇｈｔ ｓｏｕｒｃｅ；ｐｏｗｅｒ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ
在过去的１Ｏ多年里，人们对将白光有机电致发
光器件应用到平板显示器和其他固体照明领域中的
兴趣一直在增长Ｉ”。随着平板电视显示屏幕尺寸不断
加大，其功耗也越来越大。据估计，在２００１年，彩电的
耗电量占用电器用电总量的２．９％，照明用电量占
８．８％ ，所以，对有机发光器件的研究有着重要的节能
意义。总体看来，美国全年用电量约为７６５ＴＶｖｈ（兆兆
瓦时），其中３Ｏ％的电能供给建筑物，而电能也是建筑
的效率在节省开支和能源方面潜力巨大。白炽灯发
明于１ ＯＯ多年前，但今天仍然要消耗４２％的照明能
量。标准白炽灯的效率是１２～１７ｌｍ／＼＾／，而有机电致
发光器件在实验室中的效率可达３０～６５１ｍ／Ｗ１４－５１，这
说明有机电致发光器件有很好的应用前景。
目前，使用白光有机电致发光器件（ＷＯＬＥＤ）作
为光源，正从学术和产业领域两方面对成本和可靠
性能否满足照明和显示产业需求的问题进行广泛而
积极地研究。因为它的优点很显著，所以必须要解决
这些问题。美国能源部正在期待以ＷＯＬＥＤ或白光
ＬＥＤ方式作固体照明光源，到２０２５年底实现将全美
国照明的能耗降低２９％（图１ ｏ假如可以实现这种价
格目标以及性能指标，那么美国从２００５年到２０２５
现代显示Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｄｉｓｐｌａｙ ５
物耗能总量的１ ８％。就总体能源消耗而言，照明占美
国总能耗的８．３％，占发电总量的２２％。人们每年用
于家庭、街道、办公室、工厂的照明开支高达５８０亿美
元１３］ｏ
从这些统计数字可以清楚看到，提高照明光源
收稿日期：２００７—０６—２１ Ｓｅｐ．，２００７，总第７９期
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Ｂｒａｉｎ Ｄ’Ａｎｄｒａｄｅ等：磷光ＷＯＬＥＤ——光明之路
年间累计节省的能量可以节约１，２５０亿美元。这相
当于建造４０座容量为１，０００ＭＷ的发电厂，为固体
技术的显示器比荧光ＯＬＥＤ消耗的能量要少，因为
ＰＨＯＬＥＤ的内量子效率可达１００％，图３表明，在过
去的１ ０年间，ＷＯＬＥＤ的效率力 已经从不足１
Ｉｍ／＼～逐步上升到高于６０１ｍ／Ｗ。
照明市场每年创收１ ００亿美元。最初，ＷＯＬＥＤ产品仅
可以在很小的范围内应用于照明，像一些四季性装饰灯
（如图２所示的圣诞树顶端的星光）。随着ＷＯＬＥＤ性
能的不断改善，这些器件很快就会变成标准的照明光源
了。
攻１００
袁
效
垩１０
≥
墨
磷光
荧光
１
耙
１９９０ ２０００ ２０ｌ０ ２０２０ ２０３０
图３磷光与荧光ＯＬＥＤ的流明效率随年度增长的趋势
图１ 平板型发白光的有机发光器件
由于ＡＭＯＬＥＤ制造工艺简单，并将ＷＯＬＥＤ和
滤光片相组合，因此这些性能优势使得它在大屏幕
彩色显示器中的应用非常有吸引力。目前，ＷＯＬＥＤ
的生命力已被示范性样机的成功展出和市场中产品
的活跃表现所证明。不过它仍存在一些问题，需要进
一
步研究，以便满足制造要求。
应用外部耦合工艺和使用内量子效率（ｉｎｔｅｒｎａ Ｊ
ｑｕａｎｔｕｍ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，ＩＱＥ）为１ ＯＯ％的ＰＨ０ＬＥＤ可
以使外量子效率（ｅｘｔｅｒｎａｌ ｑｕａｎｔｕｍ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，Ｅ—
ＱＥ）的理论值超过３０％。例如，采用微透镜结构做衬
底比用标准的玻璃做衬底的ＰＨＯＬＥＤ外量子效率
要高１．８倍。其他已报导的外耦合增强法，包括采用
谐振微腔结构、激发表面等离子、在有源发光层内采
用周期性结构以及在衬底表面的法线方向上引入布
拉格散射（Ｂｒａｇｇ ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）等。
当前，ＷＯＬＥＤ技术正面临的一个挑战是其发射
谱的半宽比可见光的半宽谱较窄的问题。标；隹的
图２圣诞树最上方的星星采用了ＷＯＬＥＤ技术
ＷＯＬＥＤ的发射谱亮度大约只为可见光谱的１，３。我
们可以通过改变不同分子结构和它们的衍生物，制备
在可见光光谱范围内发射红、绿、蓝三基色光的调色
分子，并优化ＯＬＥＤ的器件结构使其能有效产生基色
发光。但是我们仍需要更多时间、努力和基础设施，把
２个或者３个发射体整合到一个被优化的ＷＯＬＥＤ
器件结构中以使它的ＪＱＥ值达到１ ００％。ＷＯＬＥＤ的
基于ＯＬＥＤ技术所具有的上述独特性能，它在
显示领域的应用不断扩大，在许多方面其性能甚至
超过了有源矩阵液晶显示器（ＡＭ—ＬＣＤｓ），在移动显
示领域尤为如此。ＡＭＯＬＥＤ是一种按需消耗功率的
技术（注：对任一像素而言，不显示不点亮，显示时才
点亮，所以能量的消耗全部用于显示），因此相对于
背光源一直都处于点亮状态的ＬＣＤ显示器而言，能
节约５倍的能量［６１０另外，采用磷光ＯＬＥＤ（ＰＨＯＬＥＤ）
优化比ＯＬＥＤ的研发更具挑战性，尽管如此，人们对
ＷＯＬＥＤ的需求和企盼，使得人们在此领域进行了大
６现代显示Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｄｉｓｐｌａｙ ・ Ｓｅｐ．，２００７，总第７９期
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Ｂｒａｉｎ Ｄ’Ａｎｄｒａｄｅ等：磷光ｗＯＬＥＤ——光明之路
量的研究工作。
ＷＯＬＥＤ的性能
里
≤
料
辍
霉
已经证实一个不附带任何外增强效应的全磷
光ＷＯＬＥＤ，其ＥＱＥ值已达到１４％（如果附加外
子
效
盎
ｆ％１
爝
增强效应，则其效率将为２５％）。图４（ａ）表明，当
它的亮度为１，０００ｃｄ／ｍ （注：ｃｄ／ｍ 简称ｎ＿ｔ～尼
特）时，其效率则为２７．５ｃｄ／Ａ。在亮度很强时，ＥＱＥ
值会相应降低，例如，随亮度增强到５，０００ ｃｄ／ｍ
时，ＥＱＥ＝１ １％。这个器件的ＣＩＥ坐标，在
１，０００ｎｉｔｓ和５，０００ｎｉｔｓ时，从（０．４７，０．４５）变至ｌ
（０．４６，０．４６），变化可忽略不计。９７％的ＷＯＬＥＤ
发射的能量，其发光波长范围为４７０～７５０ｎｍ，发
光谱峰值位于波长为６０６ｎｍ处，发光极值为
４８６，５４０ｎｉｔｓ。其亮度从１，０００ｃｄ／ｍ 衰减到
５００ｃｄ／ｍ 所用的时间（注：俗称“半寿命“）约为
２１，０００ｈ。
归
化
亮
度
（ａ．ｕ．
归一化的亮度和时间的关系示于图４（ｂ）之
中。在实验最初的几个／Ｊ￣ａ，－ｔ内亮度并无明显下降，
所以在进行实验数据记录之前，这些ＷＯＬＥＤ完
好无损。长寿命的ＰＨＯＬＥＤ要求其能承受的电流
密度（Ｊ＞４０ｍＡ／ｃｍ ）使衰减所历经的时间合理化。
时间（ｈｒｓ１
寿命最长的红光ＰＨＯＬＥＤ，电流密度要求达到
２００ｍＡ／ｃｍ 以上。如果ＰＨＯＬＥＤ的稳定性继续 、．，
增强，则当电流密度值达到１ Ａ／ｃｍ 时ＰＨＯＬＥＤ 塑
技术就可以和无机ＬＥＤ技术的稳定性和亮度相
比拟了。
（ｎｉｔ）
电致发光（ＥＬ）的光谱随亮度变化会有微小的
变化，如图４（Ｃ）中所示。亮度从１，０００ｎｉｔｓ增加到
５，０００ｎｉｔｓ，绿光（５４０ｎｍ）光强比蓝光（４８６ｎｍ）和
波长（ｎｍ１
红光（６０６ｎｍ）高。所以，在这个亮度变化区间内，图４
ＶｇＯＬＥＤ的性能，（ａ）亮度与量子效率（波长黑实线）
及与流明效率（白色空心方块）的关系，（ｂ） －２一化亮
ＣｌＥ的横坐标减小０．０１，纵坐标增加０．０１。ＣｌＥ这
些微小的变化尚在显示器所允许的范围之内：但
不同结构的器件，其发光的色坐标ＣｌＥ随亮度的变
化也会有小的改变。三基色光强峰值的比例可以通
度与时间的关系（ｃ）光强度与波长的关系
降为其起始值（Ｌ。）的８０％时，工作电流为
１０ｍＡ／ｃｍ 所对应的ＣｌＥ值和亮度为Ｌｏ的相同。但
是，当亮度降到原来的５０％后，工作电流同样是
１０ｍＡ／ｃｍ ，但ＣｌＥ的值会由（０．４６，０．４５）变为
过调整材料中三种磷光发射体的比例或改变另外两
种发射层（ＥＭＬｓ）的厚度来实现。经过计算，当三基
色的辐射率相同时，ＣｌＥ的值为（０．４０，０．４７）。实际工
作时电致发光（ＥＬ）光谱是会有些微变化的。在亮度
（０．４５，０．４６）。当然，这种变化仍在设计规格之内。
ｆ下转第４２页）
现代显示Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｄｉｓｐｌａｙ ７ Ｓｅｐ．，２００７，总第７９期
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刘艳春，王芬：白光有机电致发光器件的研究
【２】刘彭义，唐振方，孙汪典．有机电致发光器件的研
究进展及应用前景【Ｊ］．暨南大学学报，２００２，２３
（２）：６６—４３。
发光及其稳定性【Ｊ】．发光学报，２０００，２１（４）：３０８．
【１ ０】Ｊｉａｎｇｘｙ，Ｚｈａｎｇｚｌ，Ｚｈａｏｗｍ，ｅｔ ａｌ。Ｗｈｉｔｅ ｌｉｇｈｔ—
ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｏｒｇａｎｉｃ ｄｉｏｄｅｓ ｗｉｔｈ ａｄｏｐｔｅｄ ｂｌｏｃｋｉｎｇ
ｌａｙｅｒ ｂｅｔｗｅｅｎ ｈｏｌｅ ａｎｄ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｔｒａｎｓｐｏｒｔｉｎｇ
【３】尹盛，刘陈，钟志有．有机电致发光材料的研究现
状【Ｊ］．化工新型材料，２００３，３１（１）：１—４．
【４】邹德春，程忠英．新一代超薄显示技术——ＯＬＥＤ
【Ｊ］．今日电子，２００３，（３）：１５—１８．
【５】Ｒａｌｐｈ Ｐａｅｔｚｏｌｄ，Ｋａｒｓｔｅｎ Ｈｅｕｓｅｒ，Ｄｅｂｏｒａ Ｈｅｎ—
ｓｅｌｅｒ，ｅｔｃ．Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｏｌｙ—
ｌａｙｅｒ【Ｊ】．Ａｐｐｌｉｅｄ ＰｈｙｓｉＣＳ Ｌｅｔｔｅｒｓ，２０００，３３
（４）：４７３—４７５．
【１ １】杨开霞，黄劲松，刘式墉等。有机／聚合物白光
电致发光器件【Ｊ］．发光学报，２０００，２１（３）：２５７．
【１ ２】Ｌｉａｎｇｃ，ＬｉｗＩ，Ｃｈａｏｄ，ｅｔ ａ１．Ｉｍｐｒｏｖｅｄ Ｐｅｒｆｏｒ－
ｍａｎｃｅ ｏｆ ＥＬ Ｄｅｖｉｃｅｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｅｕ——Ｃｏｍｐｌｅｘ
ｍｅｒｉｃ Ｌｉｇｈｔ—Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅｓ ｕｎｄｅｒ Ｂｅｎｄｉｎｇ
Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ【Ｊ］。Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，２００３，
８２（１ ９）：３３４２—３３４４。
【Ｊ】．Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，２０００，７６（１）＿
６７－６９。
【６】李文连。有机ＥＬ显研究新进展 ．液晶与显示．
１ ９９８，１ ３（４）：２９７—３０１。
【７ Ｊｉ７］ａｎｇｘｙ，Ｚｈａｎｇｚｌ，Ｚｈａｏｗｍ ｅｔ ａ１．Ｗｈｉｔｅ Ｌｉｇｈｔ—
Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｄｉｏｄｅｓ ｗｉｔｈ Ａｄｏｐｔｅｄ
【１３】张德强，邱勇，董桂芳等．ＺｎＯＥＰ：ＡＩｑ掺杂体系
的电致发光【Ｊ］。发光学报，２０００，２１（３）：２５３。
【１４】陈君，范希智，刘旭等。有机电致发光器件的回
顾和发展 。光学仪器，２０００，２２（２）：３４—３７．
【１ ５】一［２９】略
Ｂｌｏｃｋｉｎｇ Ｌａｙｅｒ ｂｅｔｗｅｅｎ Ｈｏｌｅ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ
Ｔｒａｎｓｐｏｒｔｉｎｇ Ｌａｙｅｒ ［Ｊ Ｊ．Ａｐｐｌ Ｐｈｙｓ Ｌｅｔｔｓ，
２０００，３３（４）：４７３—４７５．
作者简介：刘艳春（１ ９７６一），女，工程师，在职研究
生，现就读于陕西科技大学理学院，主要从事物理实 【８】杨开霞，黄劲松，刘式墉等。有机／聚合物白光电
致发光器件【Ｊ］．发光学报，２０００，２１（３）：２５７．
ｆ９】张志林，蒋学茵，张步新等．在多色有机薄膜电致
（上接第７页）
验教学及材料物理化学方面的研究，Ｅ－ｍａｉｌ：
Ｌｉｕｙａｎｃｈｕｎ＠ｓｕｓｔ．ｅｄｕ．ｃｎｏ
为了使用图４（ｃ）所示的发射光谱去产生全彩色
显示的三基色光，我们使用一个短波长的带通滤光
片过滤掉波长在４９５ｎｍ以上的光，而得到ＣＩＥ值为
（０．１Ｏ，０．１５）的蓝光；也可以采用长波长的带通滤光片
ｃｉｅｎｃｙ）至少可以提高到原来的１．５倍，而单色
ＰＨＯＬＥＤ的ＥＱＥ方面已有所报道了。
结论
随着平板电视屏幕尺寸不断增大，功耗仍然是
一
获得ＣｌＥ值为（０．６８，０．３２）的红光，或者用另一种波长
的带通滤波片，获得所希望的绿光。显然，进一步完
善ＷＯＬＥＤ电致发光的光谱，将强烈地依赖于这些
个需要持续关注的问题。如上所述，含全磷光发射
滤光片与Ｗ０ＬＥＤ组合的性能。
目前为获得图４（ａ）ｇ１］４（ｃ）中的亮度，器件的工作
体的ＷＯＬＥＤ不仅能降低功耗，还能保持图像的色
彩不受影响。因此，应用ＷＯＬＥＤ在平板电视以及其
在固态照明设备中作为光源具有很好的发展前景。
参考文献
电压需要控制在８～１ １Ｖ之间，因为这些器件中所使
用的传输电子和孔穴的传导层电阻率还比较大。鉴
于现在正在研究的导电传导层材料的工艺水平［ＳＪ，如
果能够把高电导的传输层材料应用到器件中，则器
件所需的ｔｌ，￣ａ电压就可以降低２～３倍。而且如果
【１】一【１２】略
（杭力 译自
ＩＱＥ也提高到１ ００％，那么功率效率（ｐｏｗｅｒ ｅｆｆｉ—
（Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｄｉｓｐｌａｙ｝２００７／０２）
４２现代显示Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｄｊｓｐｌａｙ Ｓｅｐ．，２００７，总第７９期
2024年5月12日发(作者：千斐斐)
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Ｂｒａｉｎ Ｄ’Ａｎｄｒａｄｅ等：磷光ＷＯＬＥＤ——光明之路
文章编号：１００６—６２６８（２００７）０９—０００５—０３
磷光ＷＯ ＬＥ Ｄ
（美国平面显示器公司）
光明之路
Ｂｒａｉｎ Ｄ Ａｎｄｒａｄｅ，Ｊ—Ｙ．Ｔｓａｉ，Ｃｈｕｎ Ｌｉｎ，Ｐｅｔｅｒ Ｂ Ｍａｃｋｅｎｚｉｅ，Ｍｉｃｈａｅｌ Ｓ．Ｗｅａｖｅｒ
摘 要：平板电视屏幕尺寸不断地增长，它的照明功耗也在不断增加。而发白光的有机电致发
光器件可以实现平板电视低功耗全彩色光源的要求，并且还可以应用于其他固态照明设施。
关键词：ＯＬＥＤ：光源；功耗
中图分类号：ＴＮ３８３ 文献标识码：Ａ
ＰｈＯｓｐｈＯｒｅｓｃｅｎｔ Ｗｈｉｔｅ ＯＬＥＤｓ：Ｌｉｇｈｔｉｎｇ ｔｈｅ Ｗａｙ
Ｂｒａｉｎ Ｄ Ａｎｄｒａｄｅ，Ｊ—Ｙ．Ｔｓａｉ，Ｃｈｕｎ Ｌｉｎ，Ｐｅｔｅｒ Ｂ Ｍａｃｋｅｎｚｉｅ，Ｍｉｃｈａｅｌ Ｓ．Ｗｅａｖｅｒ
（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｃｏｒｐ．）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｓ ｔｈｅ ｓｉｚｅｓ ｏｆ ｆｌａｔ－ｐａｎｅｌ ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎｓ ｃｏｎｔｉｎｕｅ ｔｏ ｉｎｃｒｅａｓｅ，ｔｈｅ ａｍｏｕｎｔ ｏｆ ｐｏｗｅｒ
ｒｅｑｕｉ ｒｅｄ ｔｏ ｌｉｇｈｔ ｔｈｅｍ ａｌｓｏ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｗｈｉｔｅ ｏｒｇａｎｉｃ ｌｉｇｈｔ—ｅｍｉｔｔｉｎｇ—ｄｅｖｉｃｅ
（ＷＯＬＥＤ）ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａ ｌｏｗ－ｐｏｗｅｒ ｆｕｌｌ—ｃｏｌｏｒ ｌｉｇｈｔｉｎｇ ｓｏｕｒｃｅ ｆｏｒ ｆｌａｔ－ｐａｎｅｌ ＴＶｓ，ａｌｏｎｇ ｗｉｔｈ
ｏｔｈｅｒ ｓｏｌｉｄ—ｓｔａｔｅ—ｌｉｇｈｔｉｎｇ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：￣ＬＥＤ；ｌｉｇｈｔ ｓｏｕｒｃｅ；ｐｏｗｅｒ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ
在过去的１Ｏ多年里，人们对将白光有机电致发
光器件应用到平板显示器和其他固体照明领域中的
兴趣一直在增长Ｉ”。随着平板电视显示屏幕尺寸不断
加大，其功耗也越来越大。据估计，在２００１年，彩电的
耗电量占用电器用电总量的２．９％，照明用电量占
８．８％ ，所以，对有机发光器件的研究有着重要的节能
意义。总体看来，美国全年用电量约为７６５ＴＶｖｈ（兆兆
瓦时），其中３Ｏ％的电能供给建筑物，而电能也是建筑
的效率在节省开支和能源方面潜力巨大。白炽灯发
明于１ ＯＯ多年前，但今天仍然要消耗４２％的照明能
量。标准白炽灯的效率是１２～１７ｌｍ／＼＾／，而有机电致
发光器件在实验室中的效率可达３０～６５１ｍ／Ｗ１４－５１，这
说明有机电致发光器件有很好的应用前景。
目前，使用白光有机电致发光器件（ＷＯＬＥＤ）作
为光源，正从学术和产业领域两方面对成本和可靠
性能否满足照明和显示产业需求的问题进行广泛而
积极地研究。因为它的优点很显著，所以必须要解决
这些问题。美国能源部正在期待以ＷＯＬＥＤ或白光
ＬＥＤ方式作固体照明光源，到２０２５年底实现将全美
国照明的能耗降低２９％（图１ ｏ假如可以实现这种价
格目标以及性能指标，那么美国从２００５年到２０２５
现代显示Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｄｉｓｐｌａｙ ５
物耗能总量的１ ８％。就总体能源消耗而言，照明占美
国总能耗的８．３％，占发电总量的２２％。人们每年用
于家庭、街道、办公室、工厂的照明开支高达５８０亿美
元１３］ｏ
从这些统计数字可以清楚看到，提高照明光源
收稿日期：２００７—０６—２１ Ｓｅｐ．，２００７，总第７９期
维普资讯
Ｂｒａｉｎ Ｄ’Ａｎｄｒａｄｅ等：磷光ＷＯＬＥＤ——光明之路
年间累计节省的能量可以节约１，２５０亿美元。这相
当于建造４０座容量为１，０００ＭＷ的发电厂，为固体
技术的显示器比荧光ＯＬＥＤ消耗的能量要少，因为
ＰＨＯＬＥＤ的内量子效率可达１００％，图３表明，在过
去的１ ０年间，ＷＯＬＥＤ的效率力 已经从不足１
Ｉｍ／＼～逐步上升到高于６０１ｍ／Ｗ。
照明市场每年创收１ ００亿美元。最初，ＷＯＬＥＤ产品仅
可以在很小的范围内应用于照明，像一些四季性装饰灯
（如图２所示的圣诞树顶端的星光）。随着ＷＯＬＥＤ性
能的不断改善，这些器件很快就会变成标准的照明光源
了。
攻１００
袁
效
垩１０
≥
墨
磷光
荧光
１
耙
１９９０ ２０００ ２０ｌ０ ２０２０ ２０３０
图３磷光与荧光ＯＬＥＤ的流明效率随年度增长的趋势
图１ 平板型发白光的有机发光器件
由于ＡＭＯＬＥＤ制造工艺简单，并将ＷＯＬＥＤ和
滤光片相组合，因此这些性能优势使得它在大屏幕
彩色显示器中的应用非常有吸引力。目前，ＷＯＬＥＤ
的生命力已被示范性样机的成功展出和市场中产品
的活跃表现所证明。不过它仍存在一些问题，需要进
一
步研究，以便满足制造要求。
应用外部耦合工艺和使用内量子效率（ｉｎｔｅｒｎａ Ｊ
ｑｕａｎｔｕｍ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，ＩＱＥ）为１ ＯＯ％的ＰＨ０ＬＥＤ可
以使外量子效率（ｅｘｔｅｒｎａｌ ｑｕａｎｔｕｍ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，Ｅ—
ＱＥ）的理论值超过３０％。例如，采用微透镜结构做衬
底比用标准的玻璃做衬底的ＰＨＯＬＥＤ外量子效率
要高１．８倍。其他已报导的外耦合增强法，包括采用
谐振微腔结构、激发表面等离子、在有源发光层内采
用周期性结构以及在衬底表面的法线方向上引入布
拉格散射（Ｂｒａｇｇ ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）等。
当前，ＷＯＬＥＤ技术正面临的一个挑战是其发射
谱的半宽比可见光的半宽谱较窄的问题。标；隹的
图２圣诞树最上方的星星采用了ＷＯＬＥＤ技术
ＷＯＬＥＤ的发射谱亮度大约只为可见光谱的１，３。我
们可以通过改变不同分子结构和它们的衍生物，制备
在可见光光谱范围内发射红、绿、蓝三基色光的调色
分子，并优化ＯＬＥＤ的器件结构使其能有效产生基色
发光。但是我们仍需要更多时间、努力和基础设施，把
２个或者３个发射体整合到一个被优化的ＷＯＬＥＤ
器件结构中以使它的ＪＱＥ值达到１ ００％。ＷＯＬＥＤ的
基于ＯＬＥＤ技术所具有的上述独特性能，它在
显示领域的应用不断扩大，在许多方面其性能甚至
超过了有源矩阵液晶显示器（ＡＭ—ＬＣＤｓ），在移动显
示领域尤为如此。ＡＭＯＬＥＤ是一种按需消耗功率的
技术（注：对任一像素而言，不显示不点亮，显示时才
点亮，所以能量的消耗全部用于显示），因此相对于
背光源一直都处于点亮状态的ＬＣＤ显示器而言，能
节约５倍的能量［６１０另外，采用磷光ＯＬＥＤ（ＰＨＯＬＥＤ）
优化比ＯＬＥＤ的研发更具挑战性，尽管如此，人们对
ＷＯＬＥＤ的需求和企盼，使得人们在此领域进行了大
６现代显示Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｄｉｓｐｌａｙ ・ Ｓｅｐ．，２００７，总第７９期
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Ｂｒａｉｎ Ｄ’Ａｎｄｒａｄｅ等：磷光ｗＯＬＥＤ——光明之路
量的研究工作。
ＷＯＬＥＤ的性能
里
≤
料
辍
霉
已经证实一个不附带任何外增强效应的全磷
光ＷＯＬＥＤ，其ＥＱＥ值已达到１４％（如果附加外
子
效
盎
ｆ％１
爝
增强效应，则其效率将为２５％）。图４（ａ）表明，当
它的亮度为１，０００ｃｄ／ｍ （注：ｃｄ／ｍ 简称ｎ＿ｔ～尼
特）时，其效率则为２７．５ｃｄ／Ａ。在亮度很强时，ＥＱＥ
值会相应降低，例如，随亮度增强到５，０００ ｃｄ／ｍ
时，ＥＱＥ＝１ １％。这个器件的ＣＩＥ坐标，在
１，０００ｎｉｔｓ和５，０００ｎｉｔｓ时，从（０．４７，０．４５）变至ｌ
（０．４６，０．４６），变化可忽略不计。９７％的ＷＯＬＥＤ
发射的能量，其发光波长范围为４７０～７５０ｎｍ，发
光谱峰值位于波长为６０６ｎｍ处，发光极值为
４８６，５４０ｎｉｔｓ。其亮度从１，０００ｃｄ／ｍ 衰减到
５００ｃｄ／ｍ 所用的时间（注：俗称“半寿命“）约为
２１，０００ｈ。
归
化
亮
度
（ａ．ｕ．
归一化的亮度和时间的关系示于图４（ｂ）之
中。在实验最初的几个／Ｊ￣ａ，－ｔ内亮度并无明显下降，
所以在进行实验数据记录之前，这些ＷＯＬＥＤ完
好无损。长寿命的ＰＨＯＬＥＤ要求其能承受的电流
密度（Ｊ＞４０ｍＡ／ｃｍ ）使衰减所历经的时间合理化。
时间（ｈｒｓ１
寿命最长的红光ＰＨＯＬＥＤ，电流密度要求达到
２００ｍＡ／ｃｍ 以上。如果ＰＨＯＬＥＤ的稳定性继续 、．，
增强，则当电流密度值达到１ Ａ／ｃｍ 时ＰＨＯＬＥＤ 塑
技术就可以和无机ＬＥＤ技术的稳定性和亮度相
比拟了。
（ｎｉｔ）
电致发光（ＥＬ）的光谱随亮度变化会有微小的
变化，如图４（Ｃ）中所示。亮度从１，０００ｎｉｔｓ增加到
５，０００ｎｉｔｓ，绿光（５４０ｎｍ）光强比蓝光（４８６ｎｍ）和
波长（ｎｍ１
红光（６０６ｎｍ）高。所以，在这个亮度变化区间内，图４
ＶｇＯＬＥＤ的性能，（ａ）亮度与量子效率（波长黑实线）
及与流明效率（白色空心方块）的关系，（ｂ） －２一化亮
ＣｌＥ的横坐标减小０．０１，纵坐标增加０．０１。ＣｌＥ这
些微小的变化尚在显示器所允许的范围之内：但
不同结构的器件，其发光的色坐标ＣｌＥ随亮度的变
化也会有小的改变。三基色光强峰值的比例可以通
度与时间的关系（ｃ）光强度与波长的关系
降为其起始值（Ｌ。）的８０％时，工作电流为
１０ｍＡ／ｃｍ 所对应的ＣｌＥ值和亮度为Ｌｏ的相同。但
是，当亮度降到原来的５０％后，工作电流同样是
１０ｍＡ／ｃｍ ，但ＣｌＥ的值会由（０．４６，０．４５）变为
过调整材料中三种磷光发射体的比例或改变另外两
种发射层（ＥＭＬｓ）的厚度来实现。经过计算，当三基
色的辐射率相同时，ＣｌＥ的值为（０．４０，０．４７）。实际工
作时电致发光（ＥＬ）光谱是会有些微变化的。在亮度
（０．４５，０．４６）。当然，这种变化仍在设计规格之内。
ｆ下转第４２页）
现代显示Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｄｉｓｐｌａｙ ７ Ｓｅｐ．，２００７，总第７９期
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作者简介：刘艳春（１ ９７６一），女，工程师，在职研究
生，现就读于陕西科技大学理学院，主要从事物理实 【８】杨开霞，黄劲松，刘式墉等。有机／聚合物白光电
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（上接第７页）
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Ｌｉｕｙａｎｃｈｕｎ＠ｓｕｓｔ．ｅｄｕ．ｃｎｏ
为了使用图４（ｃ）所示的发射光谱去产生全彩色
显示的三基色光，我们使用一个短波长的带通滤光
片过滤掉波长在４９５ｎｍ以上的光，而得到ＣＩＥ值为
（０．１Ｏ，０．１５）的蓝光；也可以采用长波长的带通滤光片
ｃｉｅｎｃｙ）至少可以提高到原来的１．５倍，而单色
ＰＨＯＬＥＤ的ＥＱＥ方面已有所报道了。
结论
随着平板电视屏幕尺寸不断增大，功耗仍然是
一
获得ＣｌＥ值为（０．６８，０．３２）的红光，或者用另一种波长
的带通滤波片，获得所希望的绿光。显然，进一步完
善ＷＯＬＥＤ电致发光的光谱，将强烈地依赖于这些
个需要持续关注的问题。如上所述，含全磷光发射
滤光片与Ｗ０ＬＥＤ组合的性能。
目前为获得图４（ａ）ｇ１］４（ｃ）中的亮度，器件的工作
体的ＷＯＬＥＤ不仅能降低功耗，还能保持图像的色
彩不受影响。因此，应用ＷＯＬＥＤ在平板电视以及其
在固态照明设备中作为光源具有很好的发展前景。
参考文献
电压需要控制在８～１ １Ｖ之间，因为这些器件中所使
用的传输电子和孔穴的传导层电阻率还比较大。鉴
于现在正在研究的导电传导层材料的工艺水平［ＳＪ，如
果能够把高电导的传输层材料应用到器件中，则器
件所需的ｔｌ，￣ａ电压就可以降低２～３倍。而且如果
【１】一【１２】略
（杭力 译自
ＩＱＥ也提高到１ ００％，那么功率效率（ｐｏｗｅｒ ｅｆｆｉ—
（Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｄｉｓｐｌａｙ｝２００７／０２）
４２现代显示Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｄｊｓｐｌａｙ Ｓｅｐ．，２００７，总第７９期