OLED器件结构与发光机理【行业荟萃】

1、，光电显示技术b，教材：液晶与平板显示技术，作者：高弘进，北京邮电大学出版社，第一版2007参考书：1，平板显示技术应勤裕后文博秋勇，人民邮件和通信出版社2002年10月2日，2002 公司和论坛，中国电子技术集团第55研究所国家平面显示工程研究中心南京国县电子公司东南大学显示技术研究中心陕西科技大学电气与电子工程学院京东技术集团有限公司OLED中国论坛机械，3，产业参考，评价方法，平时成绩：30%期末考试：70%考试方法OLED设备结构2。OLED发光机制3。OLED能量转移，5，工业参考，OLED是将有机薄膜层嵌入两个电极(至少一个电极是透明电极)之间的中间层结构。为了适应对材料特性和设备

2、性能的要求，研究了各种设备结构，对提高设备发光效率和性能稳定性起到了非常重要的作用。有机电致发光器件的主要有机功能层包括孔传输层(Hole Transport Layer，HTL)、电子传输层(Electron Transport Layer，ETL)、发光层(Emitting Layer，EML)，1 .有机/聚合物电致发光器件的结构，第6，行业参考，在器件的正极和负极之间形成一个或多个物质组成的发光层。单层装置的发光层厚度一般为100nm。单层EL装置结构图，优点：简单的准备方法。缺点：a .复合发光区接近金属电极，金属电极附近有很多缺陷，不发射的复合可能性高，高电场容易产生发光淬火。b

3、.由于两个载体注入的不平衡，载体复合概率低，影响设备的发光效率。用途：一般不用于发光器件，主要用于测量有机物电气和光学特性的单层器件结构在聚合物电致发光器件(PLED)中很常见，聚合物的分子量较大，可以作为自旋涂层的薄膜，但由于双层聚合物薄膜的制造难度较大，因此从处理角度来看，聚合物器件只能使用单层结构。聚合物的长分子链结构确保了聚合物薄膜的平整度和均匀性，同时可以引入空心基元、发光基元和电子基元，因此单层聚合物元件性能也可能更好。(1)单层结构，1 .有机/聚合物电致发光器件结构，7，行业参考，阳极材料选择中，材料本身由于高工作函数(High work function)和透射率，使用4.5

4、eV-5.3eV的高工作函数，稳定、半透明的ITO透明导电薄膜，广泛应用于阳极。在阴极部分注入电子和腔通常需要用低功能函数(Low work function)的Ag、Al、Ca、In、Li、Mg等金属或低功能函数的复合金属(如Mg-Ag镁银)制作阴极，以提高组件的发光效率。OLED电极材料，8，行业参考，(2)双层器件结构柯达建议双层有机膜结构，首先有效解决电子和孔的复合区电极和平衡载体注入速度问题，有机EL的研究进入了新阶段。他们的装置结构也称为DL-A型双层结构。主要特征：发光层材料具有电子传输性，为了调整孔和电子注入发光层的速度，需要添加气穴传输材料层，该孔传输材料还起到阻止电子的作用

5、，注入的电子和孔在发光层合成。，DL-A型双层EL元件结构，1 .有机/聚合物电致发光器件的结构，9，行业参考，DL-B型双层EL器件结构，发光层材料具有孔传递特性的情况下，DL-B双层结构，即需要添加电子传输层以控制电流器的注入速度的电子和孔在发光层中合成。1 .有机/聚合物电致发光器件的结构，10，工业参考，中空传输材料必须满足要求：具有良好的中空传输特性，即高孔迁移率；具有较低的电子亲和力，有利于孔注入。这里的能量高于发光层的激发能量。不能与发光层形成冲击矩阵复合体。优良的成膜和高玻璃化温度，优良的热稳定性，真空蒸发形成致密的成膜，不易结晶。OLED孔传输材料，11，工业参考，常用孔传输

6、材料分子结构，TPD是最古老的孔材料之一，但由于热稳定性差(Tg=65C)，设备稳定性差，寿命短。为了提高热稳定性，将TPD分子中的甲苯基替换为萘基，可以显着提高NPD、NPD的热稳定性(Tg=96C)，提高孔迁移率，这是目前使用最广泛的有机小分子中空转移材料。星形三芳胺包封是理想的包封，因为其玻璃化温度高，可以形成高品质的无定形薄膜。OLED孔传输材料，12，工业参考，小分子发光材料必须满足的要求：高效荧光量子效率；具有良好的化学稳定性和热稳定性，与电极和载体传递材料没有反应。形成致密的非晶膜，不易结晶。具有适当的发光波长。具有一定的载波传输功能。发光材料是典型的小分子荧光有机电致发光材料，

7、如DCM红色、香豆素C540绿色光，是最大类型的有机金属配合物，根据分子结构特性进行区分。OLED小分子发光材料，13，工业参考，和掺杂小分子荧光材料，如卢伯伦。有机复合物是最先使用的有机电致发光材料，载体传输特性和成膜特性优秀，一般有8-羟基喹啉铝(Alq3)和有铍的复合Bebq2。OLED小分子发光材料，14，工业参考，1990年，剑桥大学的J. A. Burroughes等报道了用聚合物薄膜制造的电致发光材料研究。聚合物发光材料的特性：短波光照射下，聚合物粉末或溶液在可见光范围为390 nm 780 nm的情况下具有高效荧光。具有高电导率，表现出优秀的半导体特性。良好的成膜特性，数百或数

8、十纳米薄膜基本上没有针孔；稳定性好，一般具有优良的加工性能。OLED聚合物发光材料，15，行业参考，共轭聚合物对电致发光的优点：可以用自旋涂层方法制作大面积薄膜；共轭聚合物的电子结构，发光颜色可以通过化学结构的变化或变形进行调整。聚合物的电导率低，但发光层厚度薄(10nm到100n m)，因此在极低的外部电压下添加到聚合物薄膜的电场强度也足以产生发光设备所需的电流密度。缺点：稳定性不足。寿命不长。低发光效率；膜技术不成熟。OLED聚合物发光材料，16，参考行业，电子传输材料必须满足电子传输特性，即电子迁移率高的要求；具有很高的电子亲和力，很容易通过阴极进行电子注入。相对高的离子化能量有助于切断

9、气穴。不能与发光层形成冲击矩阵复合体。成膜和热稳定性好，不易结晶。OLED电子传输材料，17，工业参考，三层EL设备结构，(3)三层设备结构由孔传输层(HTL)、电子传输层(ETL)和将能量转换为光能的发光层组成。HTL控制腔的注入速度和注入量，ETL控制电子的注入速度和注入量。优点：提供了三层功能层，以优化当前有机EL设备中最常用的设备结构之一：材料选择和设备结构性能。1 .有机/聚合物电致发光器件的结构，18，工业参考，多层EL设备结构，(4)多层设备结构，提高了OLED的发光亮度和发光效率。主要形式：a .在两个电极内部添加缓冲层，增加电子和孔的注入量。b .为了提高设备的发光效率，使用

10、了气穴层HBL。1 .有机/聚合物电致发光器件的结构，19，工业参考，(5)染料掺杂型在单个离合器中引入染料分子，改变器件的亮度、寿命和效率。兴奋剂主要有三种：d-1。cathode/ETL EML/HTL/ITO d-2:cathode/ETL/HTL EML/ITO d-3:cathode/ETL EML/HTL EML/有机/聚合物电致发光器件的结构，20，工业参考，向上发光OLED结构渗透OLED结构反向IOLED结构串行OLED结构，公司名称，(6)特殊设备结构，1。有机/聚合物电致发光元件结构，21，工业参考，向上发光OLED结构，低发光实际发光区域限制开放速率阴极：高透射率的导电

11、金属Mg:Al/ITO 70%非金属CuPc/Li/ITO 85%阳极：中发光高功率函数在显示信息时引入两侧信息透明的OLED设备结构，使OLED应用程序与平板显示(如汽车、飞机等)、公司名称、穿透设备、23、行业参考、倒置结构(IOLED)、常规OLED组件制作过程相反的主要优点：n通道a-SSS 也就是说，驱动器电压随元件连接数量增加了一倍，传统和串行OLED技术比较，25，行业参考，能量带理论模型：相对决定固体带模型：在分子最高占用分子轨道(HOMO)引线带底部LUMO(分子最低占用轨道)带隙Eg与HOMOOLED的发光机制，26，行业参考，OLED的三层能量带图，2 .OLED的发光机

12、制，27，产业参考，1 .在外部电场作用下注入载体：电子和空孔分别从阴极和阳极注入到夹在电极之间的有机功能薄膜。2.载体移动：注入的电子和孔分别从电子传输层和孔传输层转移到发光层。载体复合：电子和霍尔复合生成激子。4.激子的移动：激子在电场的作用下移动，能量传递给发光分子，电子刺激从基态转移到激发态。5.电致发光：激发态能量通过辐射转移产生光子并释放能量。，机械和电发光过程分为以下5个阶段：28，工业参考，电子孔传输过程图(m，n分别表示孔和电子传输材料分子)，29，工业参考，发光过程，30，工业参考，2。OLED的发光机制，31，产业参考，OLED装置发光过程1)载体注入2)载体传输3)激光

13、形成4)辐射发光，3。OLED工作原理，32，行业参考(1)载体注入，载体注入是电子和孔通过电极/有机接口注入有机半导体材料分子轨道能量水平的过程。载波注入效率直接影响OLEDs设备的启动电压、发光效率和寿命。正负电极的功与有机物质的分子轨道能量准位不一致，存在能量水平差异，如上图所示，有机层和电极之间形成了界面屏障。因此，电子和腔的注入必须克服接口障碍，注入有机功能层。有机功能层和电极之间的屏障是影响载体注入、设备亮度和效率的重要因素。关于载体注入机制，目前有两种理论。一个是隧道，另一个是热电子发射注入。Ef金属的费米级EVC 真空级m 金属的功率函数EA 有机半导体材料的电子亲和力IP 电

14、离势B 电子金属电极上注入有机半导体材料的注入障碍， m=EVC-ef，B=m-EEMOLED的发光机制，33，业内参考，热发射注入(Richardson-Schottky(RS)，RS热电子发射模型中，电子通过吸收热声子获得能量，超过接口的障碍(如图流程1中所示)，在RS热电子发射模型中，电流密度JRS与场强e b 没有外部电场时注入屏障高度/eV；E单位电荷/c；M*电子的有效质量/g；KB玻耳兹曼常量/JK-1；H普朗克常数/js；材料的相对介电常数；0真空电导率/Fm-1。2 .OLED的发光机理，34，见工业，e-场强；B-表示词典元素。在隧道注入(Fowler-Nordheim(FN) FN隧道模型中，电子在场作用下按一定概率进行隧道，通过三角形注入壁垒，如图2所示。在FN隧道模型中， b 没有电场时注入屏障高度/ev；E单位电荷/c；M*电子的有效质量/千克；H普朗克常数/Js。2 .OLED的发光机制，35，在工业中，通常在电场强度低、注入障碍高度小的情况下，以RS热电子发射模式穿越障碍物，在电场强度大或壁垒高度高的情况下，以FN隧道方式通过障碍物。2 .OLED的发光机制，36，行业参考，(2)