第10章 有机发光显示原理要点
有机发光二极管原理
有机发光二极管原理有机发光二极管（Organic Light Emitting Diode，简称OLED）是一种特殊的发光二极管，其工作原理是基于有机半导体材料的电致发光现象。
相比传统的LED，OLED具有更高的亮度、更宽的视角和更好的色彩表现力，因此在显示技术领域得到了广泛应用。
OLED的工作原理可以简单地描述为：在有机半导体材料中，通过施加电压使正负极之间形成电场，当电子和空穴在电场的作用下相遇并复合时，就会释放出能量并发光。
这种发光现象称为电致发光现象，是OLED实现显示的基础。
在OLED中，有机材料起到了关键的作用。
有机材料通常是由碳、氢、氮、氧等元素组成的高分子化合物，其特点是柔软、可塑性强、容易加工，因此能够制成薄膜状，便于制造各种形状和尺寸的显示器件。
此外，有机材料还具有较低的功率消耗、快速响应、高对比度等优点。
OLED的结构包括多个层次，其中最基本的是发光层。
发光层是由有机材料构成的，其能带结构决定了不同颜色的发光效果。
通过控制电场的强度和方向，可以调节发光层中电子和空穴的相遇概率，从而实现对发光颜色的控制。
除了发光层，OLED还包括其他关键层次，如电子传输层和空穴传输层。
电子传输层和空穴传输层分别用于电子和空穴的输运，以确保它们能够有效地到达发光层并发生复合。
此外，还有电极层用于提供电流，以及载流子注入层用于提高电子和空穴注入效率。
在OLED中，电子和空穴的注入和复合是通过两个不同的电极完成的，分别是阴极和阳极。
当施加正向电压时，电子从阴极注入，而空穴从阳极注入，它们在发光层相遇并复合时会产生光子，从而发光。
通过调节电压的大小和极性，可以控制电子和空穴的注入量，从而调节发光的亮度和颜色。
OLED的工作原理和结构使得它具有许多优点。
首先，OLED可以实现自发光，不需要背光源，因此可以实现更薄、更轻、更柔性的显示器件。
其次，OLED具有较高的亮度和更宽的视角，使得显示效果更加清晰和逼真。
有机发光材料的应用原理
有机发光材料的应用原理简介有机发光材料（Organic Light Emitting Materials，简称OLED材料）是一种能够在电场或电流作用下发出可见光的材料。
这种材料的应用在显示技术、照明、传感器等领域都有广泛的应用。
本文将介绍有机发光材料的工作原理以及其应用原理。
有机发光材料的工作原理有机发光材料是一种半导体材料，其工作原理基于电子与空穴的复合过程。
下面将详细介绍有机发光材料的工作原理：1.载流子注入 OLED材料中，电流首先通过一层电子注入层和一层空穴注入层注入，使得电子和空穴进入有机发光材料的共同作用层。
2.电子与空穴的复合有机发光材料的共同作用层是由电子供体和空穴供体构成的。
当电子和空穴注入共同作用层时，它们开始发生复合过程。
复合可以分为两种类型：激子复合和极化子复合。
–激子复合：当电子与空穴复合时，它们具有相反的电荷。
它们在共同作用层中形成激子（电子与空穴之间的束缚态）并发射光子。
–极化子复合：当电子与空穴复合时，如果它们在共同作用层中距离很近，它们形成的复合态称为极化子。
极化子可以通过分离为不同的电子和空穴而发射光子。
3.光子发射在复合过程中，电子与空穴的复合在有机发光材料中释放出能量，从而使得有机分子激发到激发态。
当有机分子从激发态跃迁回基态时，会发出光子。
有机发光材料通过调整分子结构和化学成分，可以实现在不同波长区域的发光。
通过控制激子和极化子的复合过程，可以调整发光材料的亮度和效率。
有机发光材料的应用原理有机发光材料的独特性能使得它在多个领域有广泛的应用。
下面将介绍有机发光材料在显示技术、照明和传感器领域的应用原理：1.显示技术有机发光材料在平面显示和柔性显示领域中得到广泛的应用。
通过使用多种有机发光材料，可以实现多种颜色的发光，从而实现彩色的显示效果。
此外，OLED显示屏具有高对比度、广视角和快速响应等优点。
2.照明有机发光材料在照明领域的应用也越来越受关注。
OLED照明具有较高的能效和可调光性能，可以实现室内照明的舒适度和环保性。
有机发光二极管原理及应用
有机发光二极管原理及应用梁亮5030209282有机发光二极管诞生于1979年，由柯达公司罗切斯特实验室的邓青云博士及同事范斯莱克所发明。
⑴有机发光二极管(OLED)的原理有机发光二极管(OLED)同普通发光二极管（LED）发光的原理相同，即利用半导体经过渗透杂质处理后形成PN结，电子由P型材料引入，当电子与半导体内的空穴相遇时，有可能掉到较低的能带上，从而放出能量与能隙相同的光子，从而形成发光二极管。
发光二极管的光线波长取决于发光材料的能隙大小。
若要使二极管产生可见光，就要使材料的低能带与高能导带之间的能隙大小必须落在狭窄的范围内，大约2至3电子伏特。
能量为一电子伏特的光子波长为1240纳米，处于红外区，当能量达到3电子伏特时，发出光子的波长约为400纳米左右，呈紫色。
有机发光二极管与传统发光二极管的区别在于，有机发光二极管所采用的半导体材料为有机分子材料。
按照分子大小区分，可分为两大类：小分子的称之为低分子OLED,大分子的称为高分子OLEDP型有机分子。
当P型有机分子和N型有机分子接触时，在两者的接触面就会产生类似发光二极管一样的发光现象。
此外，采用氧化铟锡作为P型接触材料。
由于氧化铟锡为透明导电材料，易于载流子注入，而且具有光线传播还需要有透明性能，非常适合做P型接触材料。
OLED的典型结构非常简单：玻璃基板（或塑料基衬）上首先有一层透明的氧化铟锡阳极，上面覆盖着增加稳定性的钝化层，再向上就是P型和N型有机半导体材料，最顶层是镁银合金阴极。
这些涂层都是热蒸镀到玻璃基板上的，厚度非常薄，只有100到150纳米，小于一根头发丝的1%，而传统LED的厚度至少需要数微米。
在电极两端加上2V到10V的电压，PN结就可以发出相当明亮的光。
这种基本结构多年来一直没有太大的变化，人们称之为柯达型。
由于组成材料的分子量很小，甚至小于最小的蛋白质分子，所以柯达型的OLED 又被称为低分子OLED。
第二种有机发光材料为高分子聚合物，也称为高分子发光二极管(PLED)，由英国剑桥大学的杰里米伯勒德及其同事首先发现。
第10章 有机发光显示原理分析
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
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
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
有机发光原理
有机发光原理
有机发光原理是指有机材料在外界电场或光场的作用下产生发光现象的物理过程。
有机发光是一种电致发光（Electroluminescence）现象，它利用有机材料的特性，在外
界电压的激励下，通过电子和空穴的复合过程，发射出可见光。
有机发光的关键是有机发光材料。
一般来说，有机发光材料是一种以碳为主要成分的有机化合物，其分子具有特殊的结构和能级分布。
在有机发光材料中，通常包含一个共轭结构的电子传输区域和一个空穴传输区域。
这两个区域之间存在能级差，当施加电场时，电子和空穴可以在这两个区域之间移动。
在有机发光过程中，首先需要施加电压。
当电场作用于有机发光材料时，电子从低能级跃迁到高能级的传输区域，而空穴从高能级跃迁到低能级的传输区域。
由于电子和空穴的相遇，会发生电子和空穴的复合过程，能量的释放形成了光子，即光的发射。
有机发光原理的核心是通道能级的调控。
通过设计有机发光材料的分子结构，可以调整能级差和传输区域的能带结构。
这种调控能够控制光的颜色和效率，从而实现不同颜色的有机发光材料的制备。
有机发光具有许多优点，比如制备工艺简单、成本较低、发光效率较高、柔性性能好等，因此在显示技术、照明、光电子学等领域有广泛的应用前景。
尽管有机发光在某些方面还存在一些挑战，如光稳定性和长期稳定性等问题，但随着技术的不断
发展和进步，相信有机发光技术将会得到更加广泛的应用和推广。
有机发光材料、器件及其平板显示——一种新型光电子技术PPT模板
11
Part One
第10章有机EL平板显示技术
第10章有
1
术
10.2无源矩阵与有源矩阵
显示屏
2
10.3有机EL彩色显示屏技
3
术
10.4有机EL显示屏应用前
的各种试验
4
10.5有机EL显示屏的开发
5
10.6小分子和高分子有机
EL显示屏
6
第10章有机EL平 板显示技术
有机发光材料、器件及其平板显 示——一种新型光电子技术
演讲人
202X-11-11
01
Part One
目录
目录
02
Part One
第1章概论
第1章概论
1.1发光与光电子 1.2发光与显示技术 1.3有机化合物发光和无机化合物发光
03
Part One
第2章有机发光基础
第2章有机发光基础
2.1有机化合物发 光
8.7聚合物光发射电化学器件 （LEC:Polymerlightemittingelectrochemicalcells）
10
Part One
第9章有机EL器件制作技术
第9章有机EL器件 制作技术
9.1引言 9.2有机EL器件的制作 9.3高分子有机EL器件制作 9.4制作技术对有机EL器件性能 影响
09
Part One
第8章有机EL应用领域的扩展
第8章有机EL应用领域的扩展
8.1光→光转换器件方面
1
的应用（光放大器件） 8.2光放大
2
8.3从有机EL二极管膜的
3
侧面实现EL发射
8.4具有光学微腔结构的
有机EL二极管
4
8.5有机量子阱结构EL器
OLED发光原理和OLED面板结构及OLED关键技术深度图文解析
OLED发光原理和OLED面板结构及OLED关键技术深度图文解析深度解析OLED结构及发光原理关键技术。
OLED的原文是Organic Light Emitting Diode，中文意思就是“有机发光显示技术”。
其原理是在两电极之间夹上有机发光层，当正负极电子在此有机材料中相遇时就会发光，其组件结构比目前流行的TFT LCD简单，生产成本只有TFT LCD的三到四成左右。
除了生产成本便宜之外，OLED还有许多优势，比如自身发光的特性，目前LCD都需要背光模块（在液晶后面加灯管），但OLED通电之后就会自己发光，可以省掉灯管的重量体积及耗电量（灯管耗电量几乎占整个液晶屏幕的一半），不仅让产品厚度只剩两厘米左右，操作电压更低到2至10伏特，加上OLED的反应时间（小于10ms）及色彩都比TFT LCD出色，更有可弯曲的特性，让它的应用范围极广。
OLED结构及发光原理OLED的基本结构是在铟锡氧化物（ITO）玻璃上制作一层几十纳米厚的有机发光材料作发光层，发光层上方有一层低功函数的金属电极，构成如三明治的结构。
OLED的基本结构主要包括：基板（透明塑料、玻璃、金属箔）——基层用来支撑整个OLED。
阳极（透明）——阳极在电流流过设备时消除电子（增加电子“空穴”）。
空穴传输层——该层由有机材料分子构成，这些分子传输由阳极而来的“空穴”。
发光层——该层由有机材料分子（不同于导电层）构成，发光过程在这一层进行。
电子传输层——该层由有机材料分子构成，这些分子传输由阴极而来的“电子”。
阴极（可以是透明的，也可以不透明，视OLED类型而定）——当设备内有电流流通时，阴极会将电子注入电路。
OLED是双注入型发光器件，在外界电压的驱动下，由电极注入的电子和空穴在发光层中复合形成处于束缚能级的电子空穴对即激子，激子辐射退激发发出光子，产生可见光。
为增强电子和空穴的注入和传输能力，通常在ITO与发光层之间增加一层空穴传输层，在发光层与金属电极之间增加一层电子传输层，从而提高发光性能。
有机电致发光的过程
有机电致发光的过程有机电致发光（Organic Electroluminescence，简称OEL）是一种利用有机材料在电场作用下发光的现象。
它是一种新兴的发光技术，具有极高的亮度、广泛的颜色选择、超薄、高效能等特点，被广泛应用于显示和照明领域。
有机电致发光的基本原理是通过在带有正负电极的有机材料层中施加电场，使得电子从低能级的分子轨道跃迁到高能级的分子轨道，产生激子（exciton）。
激子在电场的作用下分离成为正电荷和负电荷，当正电荷和负电荷再次相遇时会发生复合，释放出光子，从而产生发光现象。
有机电致发光的关键在于有机材料的选择和设计。
有机材料的发光机制可以分为热致发光和电致发光两种。
热致发光是指有机材料在受热后，分子内部的电子跃迁导致的发光现象；而电致发光是指有机材料在电场作用下，通过激子的形成与复合而产生的发光现象。
电致发光具有更高的效率和更广泛的应用前景，因此在研究和应用中更为重要。
有机电致发光的工作原理可以用能带结构来解释。
有机材料一般由电子给体和电子受体组成，其能带结构决定了材料的电导性和发光性能。
在有机电致发光材料中，电子给体的能带通常是导带，而电子受体的能带通常是价带。
当施加电场时，正电荷从阴极流向阳极，负电荷从阳极流向阴极。
电子给体受到电场的作用，从导带跃迁到价带，形成激子。
激子在电场的作用下分离成为正电荷和负电荷，正电荷和负电荷再次相遇时发生复合，能量释放为光子，产生发光。
有机电致发光材料的设计和合成对于发光效率和颜色纯度的控制至关重要。
通过调控材料的分子结构和能带结构，可以实现不同颜色的发光。
例如，通过引入不同的取代基或共轭结构，可以调节电子给体和电子受体之间的能带间隙，从而改变发光颜色。
此外，优化材料的电荷传输性能、激子的稳定性等也对发光效果有重要影响。
有机电致发光技术在显示和照明领域有着广泛的应用前景。
相比传统的液晶显示技术，有机电致发光显示（OLED）具有更高的对比度、更宽的视角、更快的响应速度和更低的功耗等优点。
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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。
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
-
-
- -
- -
-
-
-
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
-
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-
-
的分子链间的跳跃转换成激子。
——————
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。
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
10.2 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
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
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示技术。
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
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
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
+
-
- -
- -
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
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。