势垒
+ 阴 极
载流子注入
发光层兼 电子传输层
阳 极
空穴 传输层
发光层兼 电子传输层
阴 极
阳 极
空穴 传输层
载流子传输 激子形成 复合发光
（c）
（d）
+
+
激 子
发光
10.4 有机发光二极管的器件结构
阴极 阴极 阴极 发光材料 ITO 空穴传输层 玻璃衬底 ITO 玻璃衬底 ITO 玻璃衬底 电子传输层 发光层
分子轨道
LUMO LUMO
分 子 轨 道 能 量 分 子 轨 道 能 量
HOMO HOMO
能态密度
空间位置
在有机分子组成的体系中，多个原子组成一个分子，分子之间是通过 较弱的范德华力作用而形成的固体。 组成有机体系的众多分子形成了多个分子轨道 。 有机材料有两种特殊的分子轨道，HOMO和LUMO。
10.1有机发光显示的特点
材料广泛，有机材料按照材料的结构和分子量的大小，可以分为
有机小分子和高分子，每种材料种类繁多；
能耗低、成本低，不需要背光源、制作工艺简单； 厚度薄、重量轻，在衬底上制作发光材料的薄膜型自发光器件； 响应速度快，更适合视频播放及动画游戏； 可以实现柔性显示，成膜温度低，可制作在柔性衬底上。 OLED一出现被认为是一类先进的平板显
-
激子，激子复合时发射光。
电子和空穴分别处于相邻的分子链
+ + + + + + + + + + + +
处于相邻分子链时，形成电子-空穴
+
对，电子-空穴对的束缚能比激子的束
缚能低，比较容易分离形成自由的电
-
子和空穴，也可以发生电子或者空穴
-
- -
- -
-
-
- -
- -
-
-
的分子链间的跳跃转换成激子。
能量转移
能量转移是有机发光二极管重要的发光机制之一。注入的电子和空穴形成激子 后，除了直接复合发光外，激子复合还可以将能量转移给其他有机分子。
ⅰ.辐射能量转移
主体材料 客体材料
ⅱ. Fö rster能量转移
ⅲ. Dexter能量转移
10.3 有机发光二极管的发光原理
LED的发光过程
内建电场
+ + + +
10.6 聚合物电致发光器件的工作原理
电子和空穴处于相同的分子链
+ + + + + + + + + + + +
PLED的发光原理是从阴极和阳极注 入的电子和空穴，在电场作用下沿聚 合物分子链相向运动。当电子和空穴 相遇时，受到库仑力的作用相互吸引。 处于同一分子链时，电子和空穴形成
+
-
- -
- -
Ec EF Ev
p
n
qVD
δ δ
2 1
p
n
pn结的正向注入； 载流子的迁移率高； 自由载流子复合发光；
q(VD-V)
EFp EFn
空间电荷区
扩散区 中性区
+ + + +
p
中性区
n
EFn
p
n
EFp
势垒区
Ln
Lp
10.3 有机发光二极管的发光原理
OLED的电致发光
（a ） 势垒 （b）
界 面
势垒 势垒
第10章 有机发光显示原理
主讲人：王丽娟
长春工业大学
2013年02月10日
平板显示技术基础，2013年，北京大学出版社
本章主要内容
10.1 有机发光显示特点
10.2 有机材料的半导体性质
10.3 有机发光二极管的发光原理 10.4 有机发光二极管的器件结构 10.5 有机小分子发光二级管 10.6 聚合物发光二极管
10.2 有机材料的半导体性质
无机半导体
原子1 原子2 原子3 禁带 能量 半满带 禁带 满带 价带 导带
禁带宽度
导带
禁带
价带
导体
半导体
绝缘体
能带理论：晶体中的电子在整个晶体的周期性势场内作共有化运动，
原本能量相同的能级分裂成很多个准连续的能级，构成了能带。
有价带和导带，二者之间为禁带。
10.2 有机材料的半导体性质
10.6 聚合物发光二极管的结构
有机发光显示是一种主动发光显示器 有机材料有LUMO和HOMO轨道
发光过程可以概括为载流子注入、载流子传输、激
子形成和复合发光四个过程 有机发光二级管属于夹层式结构 有机发光二极管分为小分子OLED和聚合物PLED
本章小结
有机发光显示器是采用有机材料制成的电致发光显示器。由于具有驱动 电压低、发光亮度高、响应速度快、对比度高、厚度薄、成本低、可以 制作成大尺寸、柔性显示等优点，很有可能成为新一代显示的主流。本 章通过有机和无机对比的方式，介绍有机发光显示的材料、发光原理和 器件结构。
10.6 聚合物发光二极管的结构
聚合物阻隔层 PEDOT/PPS 红光聚合物 绿光聚合物 蓝光聚合物
阴极
SiO2 SiNx
TFT
ITO阳极
玻璃基板 蓝光
红光
绿光
日本的Seiko-Epson公司用喷墨打印方法制备的PLED器件
PEDOT作为空穴传输层
红、绿、蓝三种颜色的聚合物材料作为发光层 打印精度在为1μm左右
——————
阴极 电子传输层
——————
电子传输层
++++++
——————
++++++ ++++++ 发光层 空穴传输层 ITO 玻璃衬底
发光层
空穴传输层
单层器件
双层器件结构
三层有机发光器件
有机发光二极管器件属于夹层式结构，发光材料夹在两侧的电极内。 阳极材料一般使用ITO作透明电极，上面用蒸镀法或者旋涂法制备单层或者多 层有机薄膜。再制作功函数低的金属作为阴极。 有机薄膜辐射的光经由透明电极一侧射出，可以获得面发光。 按照有机薄膜的功能，可以分为单层、双层、三层、多层及堆叠结构的器件。
荧光和磷光
S0是基态，HOMO能级； T2 S2 ② ② S1 ① ① ② 荧光 S0 ④ ② ③ T1 ⑤ ⑥ S1是单重激发态，LUMO能级； S2是单重激发态； T1三重激发态；T2三重激发态； ①吸收；②内转换； ③系间跨越；④荧光； ⑤磷光；⑥再吸收
磷光
10.3 有机发光二极管的发光原理
10.2 有机材料的半导体性质
跳跃式导电
有机材料中分子与分子之间传递是一
种跳跃式传输的方式 。
LUMO能级 得到的电子 跳跃前 跳跃后
跳跃前
HOMO 能 级 失去的电子
跳跃后
10.2 有机材料的半导体性质
π键上的电子在整个能级做共有化运动。
LOMO 电极
跳跃
离域π电子e键 e-
10.3 有机发光二极管的发光原理