OLED有机电致发光材料与器件
有机电致发光器件OLED技术介绍

有机电致发光器件OLED技术介绍有机电致发光器件OLED(Organic Light Emitting Diode)是一种新型的发光器件技术,由有机材料制成。
OLED技术结合了有机材料的特性和发光器件的的特性,可以在不需要背光的情况下发出颜色丰富、亮度较高的光。
它具有响应快、发光效率高、能耗低等优点,因此在显示技术领域具有广阔的应用前景。
OLED技术是基于有机材料中的发光现象。
有机材料是一种由碳元素构成的化合物,具有很强的光致发光特性。
与传统的LED器件相比,OLED器件不需要外部的背光源,而是利用有机材料自身的特性直接发光,因此OLED器件可以制作得非常薄,达到几个纳米的厚度。
OLED器件由四个不同的部分组成:一层有机发光层、两层电极和一层衬底层。
其中,有机发光层是OLED器件的最关键部分,它薄至仅几纳米,通过在该层中注入电荷,有机分子发生电致发光现象。
电荷分为正电荷和负电荷,它们在有机发光层内重组,释放出能量并发出光。
有机发光层的材料通常采用芳香族化合物以及有机金属配合物等。
OLED的工作原理是由电流经过电极进入有机发光层时,电流携带着电子和正孔进入有机发光层,电子和正孔在该层中相遇并发生复合。
在复合的过程中,电荷之间的能量被释放成光能,发出可见光。
而且,由于电荷可以自由运动,OLED器件具有快速的响应速度,可以实现高频率的图像刷新,扩大了其在电视和显示器领域的应用。
OLED技术具有许多优势。
首先,它可以制造出非常薄、灵活的器件。
由于有机材料可以制造成非常薄的膜,因此OLED显示器可以做到薄如蝉翼,并且可以弯曲、折叠,实现更灵活的设计。
其次,OLED器件具有高亮度和鲜艳的颜色。
由于OLED器件可以直接发光,而不需要背光源,因此可以实现更高的亮度,并且颜色更加鲜艳,对比度更高。
此外,OLED 器件的发光效率也比传统的LED器件高,能耗更低。
最后,OLED器件具有非常快速的响应速度。
由于电荷在有机材料中的运动速度非常快,因此OLED器件可以实现高频率的图像刷新,不会出现拖影现象。
2-OLED基础知识-2-器件物理

Electronic Processes in Organic Crystals and Polymers by M. Pope and C.E. Swenberg
Frenkel 激子:电子和空穴束缚在一 个分子上,相互作用较强,电子和空 穴作为一个整体在有机半导体内移 动,电子空穴距离1nm,束缚能1eV。 Wannier激子:电子和空穴间的距离远大 于两个分子之间的间距,束缚能小,电 子和空穴容易分离,很不稳定,电子空 穴距离10nm,束缚能10meV 。 Charge transfer (CT)激子:半径约为 分子大小的几倍,束缚能较大,可以作 为一个整体运动,也可以被限制在陷阱
低电压、厚膜,欧姆传导:
电压上升(没有陷阱的情况):
适用于理想绝缘体即无陷阱的有机系统
体限制---陷阱限制电流
Trapped-charge-limited current (TCLC)
陷阱:拥有比母体更容易接受 电子或空穴的能级的位置
电压升高,注入电子密度增加,电子准费米能级移向LUMO能 级。准费米能级以下的陷阱被填满,空陷阱的密度减小,电 子有效迁移率升高。
注入限制电流
隧穿模型(Fowler-Nordheim tunneling model ) 热电子发射模型(Thermionic emission model)
热电子发射模型
电子和空穴必须拥有足够的热能,克服了电子与有 机层的势垒,才能注入到有机层。
隧穿模型 (Fowler-Nordheim tunneling model )
ITO/TPD/Alq3(Gaq3,Inq3)/MgAg
JAP 79(1996)7991
发光层厚度的影响
载流子的迁移
迁移率定义:单位电场强度下,载流子 的平均漂移速度,单位:cm2.V-1.S-1
有机电致发光材料及器件导论

有机电致发光材料及器件导论引言:近年来,由于有机电致发光材料及器件的研究和应用取得了巨大的进展,成为光电领域的研究热点之一、有机电致发光材料及器件具有很高的发光效率、易于制备、柔性可折叠等特点,被广泛应用于平板显示、照明、生物传感等领域。
本文将介绍有机电致发光材料及器件的基本原理、制备方法以及应用前景。
一、有机电致发光材料的基本原理有机电致发光材料是一种能够通过施加电场来实现发光的材料,其基本原理是在有机半导体材料中注入载流子,通过载流子在材料中的扩散和再组合过程中释放出能量,从而产生发光。
一般来说,有机电致发光材料包括发光层、载流子注入层和电极层等。
载流子注入层用于实现载流子从电极注入到发光层,电极层用于提供足够的电场以驱动载流子在发光层中运动。
二、有机电致发光材料的制备方法1.分子设计法:有机电致发光材料的制备通常需要合成复杂的有机分子,具有特殊的分子结构和能级分布。
通过分子设计法,可以设计出具有良好光电性能的有机分子,进而制备出高效的电致发光材料。
2.整体法:整体法是一种将有机分子溶解在溶剂中,通过溶液沉积、旋涂等技术制备电致发光材料的方法。
这种方法制备的电致发光材料结构均匀、制备成本较低,但是光电转换效率较低。
3.蒸发法:蒸发法是一种将有机分子在真空条件下蒸发沉积在基板上的方法。
这种方法制备的电致发光材料具有较高的光电转换效率和较好的膜层质量,但是制备过程较为复杂。
三、有机电致发光器件的制备方法1.有机电致发光二极管(OLED):OLED是一种采用有机电致发光材料制备的光电器件,具有高亮度、广色域、快速响应等特点。
OLED器件由ITO透明导电玻璃基板、有机电致发光层、载流子注入层和金属电极等组成。
制备OLED器件的方法主要有真空蒸发法、旋转涂敷法和喷墨印刷法等。
2.有机电致发光场效应晶体管(OFET):OFET是一种利用有机电致发光材料制备的场效应晶体管。
OFET器件由基底、源极、漏极和门极等组成,其中源极和漏极之间的有机电致发光材料层起到了发光的作用。
电致发光及场致发光器件OLED

5.3、OLED
图5.3 柯达L633数码相机显示屏
❖ 有机发光显示器(OLED)又称有机EL,是以有 机薄膜作为发光体的自发光显示器件。
❖ 它是固体自发光器件,可适应恶劣工作环境;它 响应时间短、发光效率高、视角宽、对比度高; 它可在5V~10V的低电压下工作,功耗低,工艺简 单;制造成本低、有机发光材料众多、覆盖发光 光谱从红外到紫外,适合全彩色显示;价廉、易 于大规模生产;OLED的生产更近似于精细化工 产品,可在塑料、树脂等不同的材质上生产,产 品的机械性能好,不仅可以制造出笔记本电脑、 台式机适用的显示器,还有可能创造出墙壁大小 的屏幕、可以弯曲折叠的屏幕。人们预言,随着 规模量产的到来,OLED可以比LCD成本低20%。
▪ 低能电致发光是指某些高电导荧光粉在低能电 子注入时的激励发光现象。
5.1、高场交流电致发光显示
图5.1 ACEL结构图
❖ 交流电致发光显示是目前高场电致发光显示的主 流。ACEL结构如图5.1所示。
❖ 它是将电致发光粉ZnS:CuCl或(ZnCd)S:CuBr 混合在环氧树脂和氰乙基醣的混合物的有机介质 中,两端夹有电极,其中一个为透明电极。另一 个是真空蒸镀铝或银电极,构成一个EL。
图5.2 ACTFEL结构示意图 1金属电极;2绝缘层;3发光层;4绝缘层;5透明电极;玻璃衬底
❖ACTFEL优点是寿命长(大于2万小时), 亮度高,工作温度宽(-55℃~+125℃), 缺点是只有掺Mn的发光效率高,且为橙黄 色,对全色显示要求三基色研制高效的发 光材料是当今研究的课题。EL器件目前已 被应用在背光源照明上,在汽车、飞机及
有机电致发光器件(OLED)课件

OLED技术的创新与突破
提高效率和稳定性
通过材料和工艺的改进,提高OLED的发光效率和 稳定性,延长使用寿命。
柔性显示技术
进一步研究柔性OLED显示技术,实现更轻薄、可 弯曲的显示产品。
多功能集成
探索将触摸功能、传感器等集成到OLED显示面板 中,实现更多功能。
OLED产业的发展趋势与展望
市场规模持续增长
随着OLED在更多领域的应用,市场规模将持续增长,带动产业的 发展。
技术竞争加剧
随着技术的不断进步,OLED产业将面临激烈的技术竞争,促使企 业加大研发投入。
产业布局优化
随着全球产业格局的变化,OLED产业将进一步优化布局,形成更 加合理的产业链结构。
感谢观看
有机电致发光器件( OLED课件
• OLED基础知识 • OLED器件结构与性能 • OLED制造工艺与设备 • OLED市场与技术发展趋势 • OLED的未来展望
01
OLED基础知识
OLED的定义与特点
总结词
OLED是一种有机电致发光器件,具有自发光的特性,能够实现高对比度、广 视角、快速响应等优点。
OLED在未来的应用前景
显示器技术
随着显示技术的不断进步,OLED 有望成为下一代主流显示技术, 广泛应用于电视、电脑、手机、 平板等电子产品。
照明领域
OLED具有自发光的特性,可以做 成柔性的照明产品,为室内外照明 提供新的解决方案。
可穿戴设备
随着可穿戴设备的普及,OLED的轻 薄、柔性特点使其在智能手表、健 康监测器等设备上具有广阔的应用 前景。
OLED技术的挑战与机遇
挑战
OLED技术的成本较高,良品率较低,且寿命相对较短,这些 问题制约了OLED技术的进一步普及和应用。
有机电致发光材料及器件导论(精)

1. 电致发光(EL):发光材料在电场作用下,受到电流和电场的激发而发光的现象,是一个将电能直接转化为光能的一种发光过程(非热转换即不是通过热辐射实现的)。
2. FED,PDP,LCD都存在问题,不能满足时代需求,所以研究更为高效的有机电致发光器件(OLED)。
OLED特点:材料选择有机物,高分子,因而选择范围宽;驱动电压低;发光亮度和发光效率高,发光视角宽,相应速度快;器件可弯曲,不受尺寸限制,分辨率高等。
3. 基态:分子的稳定态即能量最低状态;激发态:被激发后,分子的电子排布不遵循构造原理。
激发态分子内的物理失活:辐射跃迁和非辐射跃迁。
而辐射跃迁:释放光子而从高能激发态失活到低能基态的过程。
导致电子运动轨道界面减少;在势能面上跃迁是垂直发生的。
4. 有机半导体:在外电场作用下,电子和空穴在LUMO和HOMO间的跳跃产生电流。
而掺杂半导体中的载流子浓度大于本征半导体(电子和空穴浓度相同),所以导电性更好5. 直流注入式有机电致发光:在有机EL器件的两端电机上加上直流电源,通电后发光器件受电激发的作用而发光的现象。
过程:载流子注入,载流子传输,电子和空穴碰撞形成激子(激子是彼此束缚在一起的电子和空穴对),激子辐射退激发发出光子。
6. 单线态激子是总自旋为0的激发状态;注入的电子和空穴形成的单线态和三线态激子的比例正比于其状态数,有机电致发光的量子效率最大为25%;Forster能量转移:能量从主体向掺杂材料的传递方式,能在较远距离内实现,为单线态激子;Dexter能量转移:只能在紧邻分子间实现,为三线态激子。
7. 单层器件:单层有机薄膜被夹在ITO阴极和金属极之间,形成的是单层有机电致发光器件。
但是单层器件的载流子的注入不平衡,器件发光效率低。
三层器件是目前OLED中最常用的一种。
在实际的器件中,在发光层往往采用掺杂的方式提高器件性能8. 器件制备过程:刻蚀好的ITO玻璃—清洗—臭氧/氧等离子体处理—基片置于真空腔体—抽真空—蒸发沉积有机薄膜和阴极—取出器件并封装—测试表征9. 有机小分子发光器件通常用真空蒸发沉积的方法制备构成器件的薄膜,整个过程要在真空腔内完成(真空度高于10^-4Pa)。
OLED有机电致发光材料与器件
OLED有机电致发光材料与器件摘要本文概述了OLED的发展简史,并简单介绍了OLED有机电致发光器件的基本结构与发光机理。
此外,还对比了OLED与PLED,这两种系列材料只是材料特性和成膜方法不同,本质上却无异。
相较于LCD,OLED具有很大优势,但仍面临寿命短等技术瓶颈。
随着研发力度的加大,其技术瓶颈将会被逐渐解决,可以预见在未来的显示市场,OLED必将是绝对主流产品。
关键词:有机电致发光器件;OLED显示器OLED (Organic Light Emitting Device)全名叫做有机电致发光器件,是指有机半导体材料和发光材料在电场驱动下,通过载流子注入和复合导致发光的现象。
其原理是用ITO透明电极和金属电极分别作为器件的阳极和阴极,在一定电压驱动下,电子和空穴分别从阴极和阳极注入到电子和空穴传输层,电子和空穴分别经过电子和空穴传输层迁移到发光层,并在发光层中相遇,形成激子并使发光分子激发,后者经过辐射弛豫而发出可见光。
辐射光可从ITO一侧观察到,金属电极膜同时也起了反射层的作用。
根据这种发光原理而制成显示器被称为有机发光显示器,也叫OLED显示器[1]。
1.OLED有机电致发光显示器件的发展简史1963年New York University的Pope[2]等第一次发现有机材料单晶蒽的电致发光现象。
1982年Vincett[3]的研究小组制备出厚度0.6 蒽的薄膜,并观测到电致发光。
1987年Kodak公司的邓青云等采用了夹层式的多层器件结构,开创了有机电致发光的新的时代[4]。
1990年,英国剑桥大学Cavendish实验室的Burroghes[5]等人首次采用共轭聚合物聚对苯撑乙烯(PPV,polyphenylene vinylene)制作了高分子发光二极管,简化了制备工艺,开辟了发光器件的又一个新领域—聚合物薄膜电致发光器件。
1997年,Princeton Univ. Forrest S R的小组发现磷光的有机电致发光材料,使得有机电致发光器件的内量子效率可能到达100%。
有机电致发光器件(OLED) 的结构和发光机理
摘要OLED 具有全固态、主动发光、高对比度、超薄、低功耗、无视角限制、响应速度快、低电压直流驱动、工作温度范围宽、易于实现柔性显示和3D 显示等诸多优点,将成为未来20 年最具“钱景”的新型显示技术。
同时,由于OLED 具有可大面积成膜、功耗低以及其它优良特性,因此还是一种理想的平面光源,在未来的节能环保型照明领域也具有广泛的应用前景。
本文将系统介绍OLED的发展背景、发展史、制备及应用,介绍了有机电致发光器件(OLED) 的结构和发光机理。
典型的传统OLED是生长在透明的阳极例如ITO玻璃上的,发射出来的光是由最底层衬底透出,这使得它与其他电子元件如硅基显示驱动器的集成变得非常复杂。
因此,理想的做法是研发一种OLED,其光的发射由器件顶部的透明电极透出。
重点介绍一种具有阴极作为底层接触层,阳极ITO薄膜作为顶部电极的表面发射型或者说有机“反转”的LED(OILED)。
介绍了该器件的制备工艺,对该OILED的I一V特性及EL谱进行了测试,发现与传统的OLED相类似,而工作电压有所升高,效率一定程度上降低。
为了进一步改善器件性能,我们对器件增加了保护层(PL),研究了PL对OILED器件性能的影响。
最后概述了器件的技术进展和应用前景, 并展望了未来OLED 发展的方向。
关键词:有机电致发光器件,有机反转电致发光器件,发光机理,保护层(PL),阳极ITO 薄膜AbstractOLED has a solid state, self-luminous, high contrast, ultra-thin, low power consumption, viewing angle, fast response, low-voltage DC drive, the operating temperature range, easy to implement many of the advantages of flexible displays and 3D displays future20 years of the most "money scene" of the newdisplay because OLED has a large-area film, low power consumption, and other fine features, so an ideal plane light source, also has broad application prospects in the future of energy saving lighting in the area. In this paper, the systematic introduction of OLED development background, history of the development, preparation and application, the structure of the organic electroluminescent devices (OLED) and the luminescence mechanism.Typical traditional OLED is growth in transparent anode ITO glass, for example, the light is emitted by bottom gives fully substrate, this makes it and other electronic components such as that the integration of the silica based drive become very complex. Therefore, the ideal way is developing a OLED, its light emission from the top of the device gives fully transparent electrodes. Focuses on a cathode as the bottom contact layer, the anode of ITO films as the top electrode surface emission or organic LED of the "reverse" (OILED). Of the device preparation process, the OILED I-V characteristics and EL spectra of the test, found that similar to the conventional OLED, the working voltage was increased efficiency to a certain extent on the lower. To further improve the device performance of the device to increase the protective layer (PL), PL OILED device performance. Finally an overview of the technical progress and prospects of the device, and looked to the future OLED, the direction of development.Keywords:Organic Electroluminescent Devices,Organic reverse electroluminescent devices, Luminescence mechanism,Protective layer (PL), the anode of ITO films.目录摘要 (I)Abstract........................................................... I I 目录.............................................................. I II 1.绪论.. (1)1.1课题背景 (1)1.2 OLED技术的发展概况 (2)1.2.1 全球OLED发展史 (4)1.2.2 中国OLED发展状况 (5)1.2.3 OLED的应用 (6)1.2.3 OLED的制备 (6)2.有机电致发光器件 (8)2.1 引言 (8)2.2 有机电致发光器件 (8)2.3 有机电致发光器件的结构 (9)2.4 OLED发光机理 (10)2.5 我国发展OLED产业存在的问题及发展趋势 (13)2.5.1 存在的问题 (13)2.5.2 发展趋势 (14)2.6 结论及建议 (14)3.有机反转电致发光器件 (16)3.1 引言 (16)3.2 器件制备工艺 (17)3.2.1 基片的清洗及表面处理 (17)3.2.2 阴极的蒸镀 (17)3.2.3 有机层的成膜 (18)3.2.4 阳极的溅射 (18)/ PVK:TPD/PTCDA/ITO结构的有机反转电致发光器件的研究3.3 Si/Al/Alq3 (19)3.3.1 OILED的I一V特性及亮度测试 (19)3.4 保护层(PL)对器件性能的影响 (26)3.4.1 PL厚度对器件j一V特性的影响 (26)的影响 (28)3.4.2 PL对器件的最大驱动电流Im ax的影响 (28)3.4.3 PL对器件外量子效率qe3.4.4 PL对EL发射谱的影响 (29)3.4.5 顶电极(阳极)面积对载流子注入效率的影响 (30)3.4.6 PL层对器件最表面状态的影响 (31)4.OLED与OILED的特性及存在的问题 (32)4.1 与目前占主流地位的CRT及LCD技术相比,OLED与OILED具有以下更多的优点: (32)4.2 与OLED相比OILED的不同 (34)4.3 OLED与OILED 急待解决的问题和未来发展趋势 (34)结论 (37)5.致谢 (38)6.参考文献: (39)1.绪论1.1课题背景信息显示是信息产业的核心技术之一, 而信息显示技术及显示器件多种多样, 到目前为止,有四种发光物理机制完全不同的固态场致发光形式。
OLED结构及发光原理
OLED结构及发光原理OLED(有机发光二极管)是一种采用有机材料作为发光材料的显示技术。
它不同于传统的液晶显示技术,具有更大的发展潜力和优越的显示效果。
OLED结构简单、制作过程简便,还具有自发光、可柔性制造等独特优点。
它的发光原理基于电致发光效应,通过电流激发有机材料产生发光。
下面将详细介绍OLED的结构及发光原理。
OLED的结构主要包括:阳极、有机发光材料层、电子传输层、发光层、空穴传输层和阴极。
其中,阳极和阴极由传导性较好的金属材料制成,如铝或银,阳极通常使用透明导电材料,如氧化铟锡(ITO)。
有机发光材料层则是采用能够发光的有机材料,如聚合物或小分子,作为发光介质。
电子传输层和空穴传输层分别提供电子和空穴的传输路径,以便于材料中电子空穴对的再组合,实现发光效果。
OLED的发光原理主要基于电致发光效应。
当在OLED器件施加电压时,电子从阴极流入发光层,而空穴从阳极流入发光层,通过电子传输层和空穴传输层的导电性,电子和空穴在发光层中相遇,形成电荷复合。
在电荷复合的过程中,能量会以光子的形式释放出来,产生光电效应。
OLED的有机发光材料分为小分子和聚合物两种类型。
小分子OLED主要由四个层组成,即碰撞层、电子传输层、发光层和空穴传输层。
其中,碰撞层旨在提供电子和空穴之间的最大复合机会,电子和空穴通过电传输层和空穴传输层的导电性更容易相互碰撞复合。
而聚合物OLED则是将电子传输层和空穴传输层融合成一层,将发光材料溶解于其中,整个结构更简单。
OLED的发光原理可以通过能带结构理解。
在OLED中,能带是指电子和空穴能量水平的分布。
当施加电压时,电子从阴极流向发光材料层,空穴从阳极流向发光材料层,电子将降至低能级,空穴将升至高能级,随后电子空穴对发生复合,形成发光效果。
OLED的发光原理还与有机材料的分子结构有关。
有机材料通常是由碳、氢、氮、氧等元素组成的复杂有机分子,它们可以通过不同的化学结构和有机化合物进行调控。
OLED器件结构与发光机理解读
OLED器件结构与发光机理解读OLED(Organic Light Emitting Diode)是一种有机发光二极管,利用有机半导体材料在电场作用下产生电致发光的现象。
OLED器件具有以下结构:有机发光层、阳极、阴极和电荷传输层。
OLED器件的结构非常简单,由多层有机材料和金属电极构成。
在这些层的相互作用下,电子和空穴在有机发光层中复合,生成光子而发光。
阳极(正极)是由透明导电材料制成的,通常使用氧化铟锡(ITO)薄膜;阴极(负极)则是由有良好导电性能的金属材料制成,如铝(Al)或钙(Ca)。
电荷传输层(Charge Transport Layer)的作用是传输电子和空穴至发光层。
OLED器件中最重要的是有机发光层,它是由有机半导体材料构成的。
有机半导体分为电子传输材料和空穴传输材料两种。
在有机发光层中,电荷从阳极和阴极注入,分别由电子传输材料和空穴传输材料载流。
当电子和空穴在发光层内相遇时,通过复合过程会释放能量。
这种能量释放过程很特殊,充满了奇妙的物理现象,被称作电致发光。
OLED器件的发光机理可用头肩模型(TADF)来解释。
头肩模型认为,在有机发光层中存在一些分子能级相近的激发态能级与基态能级之间的跃迁。
这种能级跃迁发生时,光子会以电致发光的方式释放出来。
头肩模型解释了头肩效应的产生原因和机制,也为OLED器件的设计和性能改进提供了理论依据。
OLED器件的发光机理还可以通过能带理论来解释。
有机半导体在外加电场的作用下,形成了空穴和电子输运层及其价带和导带。
空穴在阳极处注入,电子在阴极处注入,经发光层的输运而相遇发生复合,导致释放出光子。
不同有机发光材料的能带结构不同,所以对应的电致发光机理也有所不同。
总之,OLED器件的结构与发光机理解读可以简单概括为:通过有机发光层中电子和空穴的注入和复合,释放出光子产生发光现象。
通过头肩模型和能带理论的解释,我们可以了解到电致发光产生的机制,这为OLED器件的设计和性能改进提供了理论基础。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
1、有机材料中载流子输运(纵波、孤子)P16~P17与无机半导体或单晶材料不同的是,有机半导体中并没有延续的能带,有机半导体的结构中都会有去定域化的π电子,这些电子比较自由,但也只被局限在分子之内,因此,跳跃式的理论最常被用来说明电荷在有机分子间传递的现象,即在一电场的驱动下,电子在被激发或被注入至分子的LUMO能级后,经由跳跃至另一分子的LUMO能级,以达到传递的目的。
需要特别指出的是,电荷并不只是简单地以电子或空穴存在于这些有机分子中,而是带电荷的位置会伴随化学键长和结构而变形。
因此,一个电子或空穴加上变形区形成一个单位一起移动,此单位称为极化子。
有机半导体由于电子或空穴的移动往往伴随着结构的变形(核的运动),所以有机半导体中的自由电子或空穴的迁移率一般比无机半导体或金属中的低。
2、OLED结构(从能级匹配分析)P27~P29发光层(EML)、电子/空穴输运层(E/HTL)、阻隔层(BL)、电子/空穴注入层(E/HIL)、激子幽禁层(ECL)激子:在光跃迁过程中,被激发到导带中的电子和在价带中的空穴由于库仑相互作用,将形成一个束缚态,称为~。
而激子的复合导致发光。
淬灭:在这里,淬灭是指在荧光过程中,光子产生的数量在很短的时间内衰减或者消失。
PS:空穴阻隔是因为阻隔层的HOMO能级比发光层高,因此在EML和BL间会产生很大的能垒,空穴的传递会被阻挡在发光层与阻隔层的界面,增加了空穴在界面的浓度,如此可增加电子、空穴在发光层发生复合的几率。
而这些阻隔层的三重态激发态的能隙也要比发光层大,才可防止能量转移至电子输运层而消光。
3、OLED发光原理(主发光、掺杂、主客体关系)P23、P14步骤一:当施加一正向外加偏压,空穴和电子克服界面能垒后,经由阳极和阴极注入,分别进入空穴输运层(HTL)的HOMO能级和电子输运层(ETL)的LUMO能级;步骤二:电荷在外部电场的驱动下,传递至空穴输运层和电子输运层的界面,因为界面的能级差,使得界面会有电荷的累积;步骤三:当电子、空穴在有发光特性的有机物质内复合,形成处于激发态的激子,此激发态在一般的环境中是不稳定的,能量将以光或热的形式释放出来而回到稳定态的基态,因此电致发光是一个电流驱动的现象。
处于高激发能态的分子,可以把能量传给低能态的分子,此过程称为能量转移,此机制在多成分掺杂系统时常常发生,含有较高能态的主发光体可以将能量转移到客发光体,又可叫掺杂剂中。
掺杂客放光体作用:(1)修改电致发光的颜色;(2)增加整个OLED器件的发光效率;(3)增加器件的寿命。
4、OLED发光效率与发光颜色(色度坐标)P30~P35:外部量子效率与内部量子效率之比。
出光率ηc外部量子效率:在观测方向,射出器件表面的光子数目与注入电子输入的比率。
内部量子效率:排除波导效应后发光层实际的发光效率。
(电流效率):AL / I OLED= 光强/电流密度,其中A为OLED的发光效率ηL有效面积,L为OLED的光强度(亮度)[cd/m2],I OLED为OLED电流。
发光功率效率η:L p / I OLED V =π×发光效率/电压,L p为OLED的发光功率,PV为OLED获得I OLED的驱动电压。
CIE色度坐标:OLED的发光颜色可以用CIE x·y1931色度坐标来判别与定义,说明一光源的颜色与在给定照明情况下物体表面所反射的光的颜色。
在色度坐标图中马蹄型范围内为可见光谱的所有颜色,马蹄型边缘则为饱和的单色波长。
此系统以光色坐标(x,y,z)标示,图上仅有x及y坐标,由恒等式x+y+z=1可导出z。
(例如,CIE x·y=0.4476,0.4075)中央部分通称白光,因为大部分光源所发出的光皆通称白光,以光源的色表温度或相关色温度指称其光色相对白的程度,从而量化白光源的光色表现。
色温:黑体加热到出现与光源相近或接近光色时的温度,定义为该光源的相关色温度,简称~,以热力学温度K为单位(K=℃+273.15)。
色域:在显示器的应用上,一般会先定义出R、G、B三原色在CIE x色度·y坐标上的位置,三角形内灰色的区域即是显示器可以表现的色彩或称为~,其优劣可由色彩饱和度来判定。
色彩饱和度:通常是用显示器的色域面积除以NTSC色彩规范定义的色域面积所得到的百分比,数字越高越好。
5、阴极材料(能级、代表性材料)P37~P40由于大部分应用于电致发光的有机材料的LUMO能级在 2.5~3.5eV,及HOMO能级在5~6eV,因此阴极必须是一个低功函数的金属;同理,阳极则需要用一个高功函数的材料去配合,才可能得到最低的注入势垒。
当金属功函数越小时,与高分子LUMO能级的能垒愈小,注入能垒愈小的器件,其起始电压愈低。
且功函数与金属的晶面也有很大的关系。
代表性材料:低功函数的如碱金属跟碱土族金属或镧系元素(2.63~4.70eV)都可用来作为有机发光二极管的阴极材料。
为了克服低功函数金属具有高度化学活性的问题,利用各种低功函数金属与抗腐蚀金属的合金(如Mg:Ag及Li:Al)来作为阴极材料,而且此类合金一般具有较好的成膜性与稳定性。
6、阳极材料(能级、代表性材料)P41~P43先决条件:(1)良好的导电性;(2)良好的化学及形态的稳定性;(3)功函数需与空穴注入材料的HOMO能级匹配。
当用作下发光或透明器件的阳极时,另一个必要条件就是在可见光区的透明度要高。
氧化铟锡(ITO):最常被当做阳极导电体的金属氧化物,功函数一般在4.5~4.8eV,相当稳定、导电性优良而且透光性好。
利用氧等离子体、紫外光臭氧处理清洁ITO表面,可使ITO的功函数增加至5eV以上,并增进与有机层界面间的接合性质,增加空穴的注入,降低驱动电压,更重要的是可以增加器件的稳定性与寿命。
氧化铟锌(IZO):5.1~5.2eV。
7、空穴注入与输运材料(空穴的特点,代表性材料)P43~P47空穴注入材料:介于ITO/HTL能级之间加入一层空穴注入材料,将有利于增加界面间的电荷注入,最后还能改进器件的效率与寿命。
有机的空穴注入材料主要是引入HOMO能级与ITO功函数最匹配的结构,因此有时会与空穴输运层材料混合采用,有机的空穴注入材料常常也具有空穴输运能力。
常见的空穴注入材料:CuPc、TNATA、polyaniline、PEDOT、HAT帮助空穴注入的方法:(1)利用能级的匹配;(2)将空穴输运层掺杂氧化剂可以造成p型掺杂效果,此p型掺杂层可以当作有效的空穴注入层;(3)在ITO 上蒸镀一层非常薄(0.5~2nm)的绝缘物质(缓冲层)。
空穴输运材料:要求:(1)高的耐热稳定性;(2)在HTL/阳极界面中要减少能垒;(3)自然形成好的薄膜形态。
常见空穴输运材料:以联苯为核心的三芳香胺,最广为使用的是NPB。
8、电子注入与输运材料(电子在有机材料中输运)P48~P70电子注入材料(EIM):帮助电子从阴极注入有机层的材料,以便能使用抗腐蚀的高功函数金属,如最常用的Al和Ag作为阴极。
常见电子注入材料:碱金属化合物,0.3~1.0nm,如氧化锂(Li2O)、氧化锂硼(LiBO2)、硅氧化钾(K2SiO3)或碳酸铯(Cs2CO3)及碱金属醋酸盐类(CH3COOM)。
还有碱金属氟化物(MF),1.0nm,常用LiF。
电子注入机制:(1)隧道贯穿效应;(2)界面偶极子;(3)水分子的存在会降低铝的功函数;(4)水分子存在时的化学反应;(5)LiF在Alq3、LiF及Al 共存下解离;(6)热力学可行的分解反应电子输运材料:P52电子在有机材料中输运:电子在非晶态的有机薄膜中传递,主要是靠电子在各分子间的LUMO能级间跳跃,而这些能级的分布,往往属于高斯分布,分布半高宽约在0.1eV左右。
如果电荷是在具有陷阱的材料中传递时,此种电荷传递模式也会表现出分散式的特性。
所谓陷阱指的是拥有比母体更容易接受电子或空穴的能级位置,此陷阱可以是材料本质上拥有的,也可以是外来的。
9、荧光发光材料(红、蓝、绿)(荧光的概念)P81、P134发光系统的核心理念:利用主、客发光体的分子设计,能级与界面的合理搭配,将载流子的输送、导电功能与其发光机制分开,并个别地改善并使之最佳化,最终的目的是使OLED发光体能够达到最好的电功能与发光效率。
当电子、空穴在有机分子中发生复合后,会因电子自旋对称方式的不同,产生两种激发态的形式。
一种是非自旋对称的激态电子形成的单重激发态形式,会以荧光的形式释放出能量回到基态。
而由自旋对称的激发态电子形成的三重激发态形式,则是以磷光的形式释放能量回到基态。
(常温下很难观察到磷光)10、三重态发光机制与代表性材料(R、G、B)(三重态的概念)P135~P137根据理论推测,由电荷的复合而引起的单重激发态与三重激发态的比例为1:3。
能量转移的方式:(1)Főrster能量转移:由较长距离的偶极子-偶极子感应的方式来传递能量;(2)Dexter能量转移:由较短距离的电子交换的方式来传递能量,只发生在单重态对单重态和三重态对三重态间的能量转移,且该程序是较缓慢的。
在磷光器件的发光层中,主发光体的单重激发态与三重激发态的能量可以分别由Főrster能量转移和Dexter能量转移传递到磷光发光体的单重激发态和三重激发态中,再经由磷光发光体内部快速的系间跨越将单重激发态的能量转换到三重激发态,进而放出磷光,因此内部量子效率可将近100%。
载流子捕捉方式:激发的能量除了由主发光体转移到客发光体的方式外,也可经由载流子捕捉的方式来激发客发光体,就是电子与空穴直接在客放光体上复合形成Frenkel形式的激子(Frenkel激子是指电子-空穴对是在同一个分子内),进而激发客发光体来放光。
通常能量转移与载流子捕捉这两种方式是同时存在的,只是依照情况的不同,某一机制会成为主要的发光机制。
11、载流子平衡P168~P172电子、空穴的复合率(γ)是影响OLED器件发光量子效率因素中一个极为重要的因素。
尽量使电子、空穴注入平衡,让γ值趋近于1.0,是提高量子效率的最佳手段之一。
目前,对于增进OLED器件载流子平衡的方法主要可以分为三大方向:(1)使用适当的电子、空穴注入材料来平衡注入的载流子;(2)电子、空穴输运材料的改良,进而改变载流子在有机输运材料的迁移能力,来达到平衡;(3)由器件的结构的改善来达到载流子平衡。
提升器件效率最有效且最经济的做法:减缓空穴到达发光区域或是加速电子到达发光区域,具体做法:(1)提高电子注入效率:引入适当的电子注入层;(2)良好的电子输运材料:稳定并有高电子迁移率的材料,所谓稳定包括热稳定与可逆的氧化还原;(3)元件结构的改善:多层OLED结构或在元件内加入缓冲层或是阻隔层。