2. OLED的发光机理
能带理论模型： 相对晶体固体的能带模型来说： 价带顶 HOMO （分子最 高占据分子轨道 ） Ea Ip LUMO HOMO
量能 导带底 LUMO（分子最低 未占据轨道 ） 带隙Eg是HOMO与LUMO 之间的宽度，离化能 Ip是真空能级与HOMO之间 的能量差, 电子亲和势Ea是真空能级与 LUMO之间的能量差
单层EL器件结构图
用途： 一般不用于发光器件，主要用于测量有机材料的电学和光学性质 单层器件结构在聚合物电致发光器件（PLED）中常见
OLED电极材料
在阳极材料的选择上，材料本身必需是具高功函数（High
work function）与可透光性，所以具有4.5eV-5.3eV的高功
函数、性质稳定且透光的ITO透明导电膜，便被广泛应用 于阳极。 在阴极部分，为了增加元件的发光效率，电子与空穴的 注入通常需要低功函数（Low work function）的Ag、Al、
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1. 有机/聚合物电致发光器件的结构
（1）单层结构
在器件的正极和负极间，制作有 一种或多种物质组成的发光层。单层 器件的发光层厚度通常在100nm。
聚合物分子量大，可通过旋涂方式 优点：制备方法简单。 既作发光层(EML)， 成膜，但制备双层聚合物薄膜较为困难， 有机半导体层 又兼作电子传输层 (ETL) 因此，从加工角度讲，聚合物器件只能 缺点： A.复合发光区靠近金属电极而靠近 和空穴传输层(HTL)。 采用单层结构。 金属电极处缺陷多，非辐射复合几率大， 而且该处的高电场容易产生发光淬灭； 聚合物的长分子链结构保证了聚合物 薄膜的平整、均匀性，而且可以同时引入 B.由于两种载流子注入不平衡，载流 空穴基元、发光基元和电子基元，因此 子的复合几率比较低，因而影响器件的发 单层聚合物器件也可以有较好的性能。 光效率。
器件中增加载流子阻挡层
1. 有机/聚合物电致发光器件的结构
（6） 特殊器件结构
上发光型OLED结构 穿透式OLED结构 倒臵式IOLED结构
串联式OLED结构
Company name
• 上发光型OLED结构
下发光型实际发光面积受限
需提高开口率 ♦阴极：高透射率 良好的导电度 阴极 OLED
考核方式
平时成绩：30％ 期末考试：70％ 考试方式：闭卷 记分方式：百分制
OLED显示技术
OLED器件结构与发光机理
1. OLED器件结构 2. OLED发光机理 3. OLED能量传递
1. 有机/聚合物电致发光器件的结构
OLED 属于注入型发光器件，其基本结构是将有机薄膜层夹在两个电极 （至少其中一个电极为透明电极）间形成的夹层式结构。 为了适应材料性能和器件性能的要求，人们又研究开发了多种器件结构， 这些结构在提高器件发光效率和性能稳定性方面起到了非常重要的作用。 有机电致发光器件中的主要有机功能层包括： 空穴传输层（Hole Transport Layer, HTL）、 电子传输层（Electron Transport Layer, ETL）、 发光层（Emitting Layer, EML）、 空穴注入层（Hole Injection Layer, HIL）、 空穴阻挡层（Hole Blocking Layer, HBL）等。
OLED电子传输材料
电子传输材料应满足的要求：
• • • • 具有良好的电子传输特性，即电子迁移率高； 具有较高的电子亲和能，易于由阴极注入电子； 相对较高的电离能，有利于阻挡空穴；
• 不能与发光层形成激基复合物；
成膜性和热稳定性良好，不易结晶。
1. 有机/聚合物电致发光器件的结构
（3）三层器件结构
聚合物发光材料的特性:
• 当短波光照射时，在390nm～780nm的可见光范围内， 聚合物粉末或溶液具有高效率的荧光； • 具有较高的导电率，呈现良好的半导体特性；
• 具有良好的成膜特性，在几百甚至几十纳米的薄膜 内基本无针孔；
• 稳定性强，一般都具有良好的机械加工性能。
OLபைடு நூலகம்D聚合物发光材料
共轭聚合物用于电致发光的优点:
Ca、In、Li与Mg等金属，或低功函数的复合金属来制作阴
极（例如：Mg-Ag镁银）。
1. 有机/聚合物电致发光器件的结构
（2）双层器件结构
柯达公司首先提出了双层有机膜结 构，有效地解决电子和空穴的复合区 远离电极和平衡载流子注入速率问题， 使有机EL的研究进入了一个新阶段。 他们的器件结构也叫DL-A型双层结 构。
OLED小分子发光材料
小分子发光材料应满足的要求：
• 具有高效率的荧光量子效率；
• 具有良好的化学稳定性和热稳定性，不与电极和载流子传输材 料发生反应；
• 易形成致密的非晶态膜，不易结晶； • 具有适当的发光波长； • 具有一定的载流子传输能力。 发光材料按分子结构特性分为有机小分子荧光材料和有机金属配合 物材料，前者种类最多，典型的小分子荧光有机电致发光材料如DCM 发红光，香豆素C540发绿光。
由空穴传输层（HTL）、电子传 输层（ETL）和将电能转化成光能 的发光层组成。HTL负责调节空穴 的注入速度和注入量, ETL负责调节 电子的注入速度和注入量。
优点: 使三层功能层各行其职，对于选 择材料和优化器件结构性能十分方 便，是目前有机EL器件中最常采用 的器件结构之一。
三层EL器件结构图
ITO透明阳极
金属 Mg:Al/ITO 70%
非金属 CuPc/Li/ITO 85% ♦阳极: 上发光型 高功函数 高反射率 Al/ITO Ag/ITO
玻璃基板
下 发 光 型 器 件
半透明阴极
OLED 反射阳极 玻璃基板
♦适于采用主动矩阵设计
上 发 光 型 器 件
• 穿透式OLED结构
透明阴极极，透明度很高 （85%），光线能双向通过 使得上下两边出光量一致 优势在于不显示信息时面板 是半透明的，显示信息时从 两边都可以接受到信息 透明OLED器件结构的引入， 拓展了OLED的应用范围运 用与汽车、飞机等的平板显 示
入的电子和空穴是在
发光层处复合。
DL-B型双层EL器件结构图
OLED空穴传输材料
空穴传输材料应满足的要求：
• 具有良好的空穴传输特性，即空穴迁移率高； • 具有较低的电子亲和能，有利于空穴注入； • 激发能量高于发光层的激发能量； • 不能与发光层形成激基复合物； • 具有良好的成膜性和较高的玻璃化温度，热稳定性好， 可以用真空蒸发法形成致密的薄膜，不易结晶。
OLED
反射阳极
基板
倒置式的OLED结构示意图
• 串联式结构
I
利用透明的连接层，将数个 发光元件串联起来 比传统的OLED发光效率高 … I …
寿命比传统OLED更长
选择、设计、制作合适的连 接层材料是该技术的关键 缺点：驱动电压随着元件串 联的数目而成倍增加增加
传统与串联式OLED技术比较
1. 有机/聚合物电致发光器件的结构
（4）多层器件结构
可提高OLED的发光亮度和发光效率。
主要形式：
A.在两电极内侧加缓冲层，以增加电子和空穴的注入量； B.为提高器件的发光效率，使用了空穴阻挡层HBL。
多层EL器件结构图
1. 有机/聚合物电致发光器件的结构
（5）染料掺杂型
在单杂基础上引入染料分子以改变器件的亮度、寿 命和效率。掺杂型主要有三种 D－1：Cathode/ETL+EML/HTL/ITO D－2：Cathode/ETL/HTL +EML /ITO D－3：Cathode/ETL+EML/HTL +EML /ITO 采用分散复合膜制作OLED
OLED小分子发光材料
另外，还有掺杂用小分子荧光材料如Rubrene。 有机配合物是最早使用的有机电致发光材料，具有优良的载流 子传输特性和成膜性能，典型的有8-羟基喹啉铝（Alq3）及铍的 络合物Bebq2。
OLED聚合物发光材料
1990年，剑桥大学的J. A. Burroughes等人首次报道了 用聚合物薄膜制备的电致发光材料研究。
Eg
2. OLED的发光机理
三层结构的OLED的能带图
LUMO

HTL
EML
ETL

阴极
阳极

HOMO
有机电致发光过程由以下五个步骤完成:
1．在外加电场的作用下载流子的注入： 电子和空穴分别从阴极和阳极向夹在 电极之间的有机功能薄膜注入。
2．载流子的迁移：注入的电子和空穴 分别从电子输送层和空穴输送层向发 光层迁移。 3．载流子的复合：电子和空穴复合产 生激子。 4．激子的迁移：激子在电场的作用下 迁移，能量传递给发光分子，并激发 电子从基态跃迁到激发态。 5．电致发光：激发态能量通过辐射跃 迁，产生光子，释放出能量。
Company name
半透明阴极
OLED
ITO透明阳极
穿 透 式 器 件
玻璃基板
• 倒臵式结构（IOLED)
与一般OLED元件的制作流
程相反 主要优势：适合于n-沟道a-Si 反射阳极
HIL OLED
透明阳极 基板
ITO透明阴极
溅射保护层/HIL
薄膜晶体管结合 ，便于制作