第10章 有机发光显示原理

荧光有机分子的发光原理是基于分子的电子能级结构和激发态的自发辐射。

当荧光有机分子吸收光能时，其电子从基态（低能级）跃迁到激发态（高能级），形成激发态分子。

随后，激发态分子通过非辐射性过程（如振动松弛、内部转换等）逐渐回到基态。

在这个过程中，一部分激发态分子会通过自发辐射的方式释放出多余的能量，产生发光现象。

具体而言，荧光有机分子的发光原理可以描述如下：
1. 吸收激发：当荧光有机分子处于基态时，它的电子位于最低能级。

当分子吸收与分子能级之间的能量差相匹配的光子时，其中一个电子会被激发到一个较高的能级上。

2. 激发态分子：吸收光能后，荧光有机分子中的电子进入激发态，处于一个较高的能级。

这个激发态可能是单重态或三重态，取决于电子的自旋状态。

3. 非辐射性过程：激发态分子在短时间内会经历一系列非辐射性过程，如振动松弛和内部转换。

这些过程使得分子的能量逐渐下降，并且电子返回到基态的低能级。

4. 自发辐射：在非辐射性过程中，一部分激发态分子通过自发辐射
的方式释放出余下的能量。

这个过程中，电子从激发态跃迁回到基态，同时释放出光子。

这些光子的能量与分子吸收时吸收的光子能量相等或略小，形成可见光的发光现象。

需要注意的是，荧光有机分子的发光强度和寿命与分子的结构、环境和外界因素（如温度、溶剂等）密切相关。

通过调控分子结构和环境条件，可以实现对荧光有机分子发光性质的调控和优化，从而在生物成像、光电器件等领域有广泛应用。

OLED的结构原理及其发光过程解析有机发光二极管（Organic Light-EmitTIng Diode，UIV OLED）又称为有机电激光显示、有机发光半导体（Organic Electroluminesence Display，UIV OLED）。

与液晶显示（Liquid Crystal Display，LCD）是不同类型的发光原理。

OLED由美籍华裔教授邓青云（Ching W. Tang）1979年在实验室中发现，由此展开了对OLED的研究。

OLED 显示技术具有自发光、广视角、几乎无穷高的对比度、较低耗电、极高反应速度等优点。

但是，在价格（较大显示面板）、寿命、分辨率暂无法与液晶显示器匹敌。

有机发光二极管依色彩可分为单色、多彩及全彩等种类，其中全彩有机发光二极管的制备最为困难；依驱动方式可分为被动式（Passive Matrix，PMOLED）与主动式（AcTIve Matrix，AMOLED）。

oled的原理OLED是指在电场驱动下，通过载流子注入和复合导致发光的现象。

其原理是用ITO玻璃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，然后分别迁移到发光层，相遇形成激子使发光分子激发，后者经过辐射后发出可见光。

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。

oled的结构基层（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）。

有机层有机层由有机物分子或有机聚合物构成。

导电层该层由有机塑料分子构成，这些分子传输由阳极而来的空穴。

可采用聚苯胺作为OLED的导电聚合物。

发射层该层由有机塑料分子（不同于导电层）构成，这些分子传输从阴极而来的电子;发光过程在这一层进行。

可采用聚芴作为发射层聚合物。

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。

白光有机电致发光显示器件的研制白光有机电致发光显示器件的研制随着科技的不断发展，显示技术也在不断进步和创新。

有机电致发光显示器件（OLED）作为一种新型显示技术，因其优异的性能和广泛的应用前景备受瞩目。

而其中的白光有机电致发光显示器件更是备受关注。

本文将介绍白光有机电致发光显示器件的研制过程，并讨论其应用前景。

白光有机电致发光显示器件的研究主要分为以下几个方面：发光原理研究、材料选择、器件结构设计和性能优化。

首先是发光原理研究。

有机电致发光原理是指在电场作用下，电子从阴极注入有机薄膜中，其中的带电荷的活性分子通过与带自由孔的电极接触转化为激发态。

当活性分子返回基态时，会辐射出光子。

在白光OLED中，要实现红、绿、蓝三种颜色的混合发光，需要调节不同颜色的材料比例。

因此，研究人员需要深入探索这一原理，以实现白光的产生。

其次是材料选择。

在白光OLED中，常用的有机发光材料有荧光材料和磷光材料。

荧光材料具有较高的发光效率，但其颜色纯度较低，很难达到纯白光的要求。

而磷光材料具有较高的颜色纯度，但其发光效率相对较低。

因此，研究人员需要根据实际需求选择合适的材料，并通过材料的混合使用来实现白光的发射。

第三是器件结构设计。

器件结构的设计直接影响到器件的发光效率和稳定性。

常用的白光OLED结构包括单层结构、共射结构和透射结构。

单层结构简单易制备，但难以实现高亮度和长寿命的要求。

共射结构通过引入辅助层，可以提高发光效率和颜色纯度，但制备工艺较为复杂。

透射结构具有较好的颜色均匀性，但制备过程相对复杂。

因此，研究人员需要根据实际需求选择合适的器件结构，并通过优化制备工艺来提高器件性能。

最后是性能优化。

白光OLED的发光效率和颜色纯度等性能指标对其应用的影响很大。

因此，研究人员通过改进材料的配方、优化器件结构和调节工艺参数等方式来优化器件性能。

例如，改变材料的配比和掺杂量，可以调节发光的光谱分布和色度均匀度，进而提高白光的质量。

有机电致发光器件工作原理1.1 有机材料的电子跃迁过程有机电致发光的发光机理：在外电场作用下，空穴和电子分别注入到有机材料中，在有机层中相遇复合形成激子，释放出能量，同时将能量传递给有机发光材料的分子，使其从基态跃迁到激发态，由于激发态很不稳定，受激分子发生辐射跃迁从激发态回到基态产生发光现象。

一般将有机物质分子的状态分为基态与激发态。

基态是指分子的稳定态，即能量最低状态，其分子中的电子的排布完全遵从能量最低原理，泡利不相容原理和洪特规则。

激发态是指物质分子受到光或其他的辐射使其能量达到一个更高的值时，变为一个不稳定的状态，被激发后称分子处于激发态。

通常将分子的不稳定的存在状态用单重态S表示,基态单重态用S0表示，三重激发态用T1表示。

当有机分子被激发时，分子处于激发单重态，依据它们能量的高低表示为S1、S2、S3。

在电致发光的过程中，单重态激子和三重态激子被认为是同时产生的。

其中荧光是电子从最低单重激发态到基态的跃迁发光，这种现象又称为电致荧光。

电子从最低三重态回到基态的跃迁产生的发光称为磷光。

但在室温下，从最低三重激发态回到基态的电子跃迁产生的发光是极微弱的，其能量绝大部分以热的形式损失掉了，所以这个过程被认为是无辐射过程。

图1.1为有机材料分子内部电子的主要跃迁过程：a过程：从S0—S1、S2是在外界激励下发生跃迁；f过程：从S1—S0是以辐射的形式发射了光子产生了荧光；P过程：从T1—S0是一个辐射跃迁的磷光发光；从S2—S1是通过内转换过程（IC）；从S1—T1是通过系间内转换过程（ISC），且S1发生了自旋反转；从S2—S0是辐射跃迁的荧光发光。

图1.1 电致发光能级图1.2有机电致发光器件的结构有机电致发光器件常见的器件结构：OLED器件多采用夹层式三明治结构：由一薄而透明具有半导体性质的铟锡氧化物(ITO玻璃)透明电极为正极与低功函数的金属为阴极如同三明治般将有机材料层夹在其中，有机材料层包括发光层(EML)、空穴传输层(HTL)、与电子传输层(ETL)。

有机发光和无机发光有机发光与无机发光。

一、基本概念。

1. 有机发光。

- 有机发光是指有机材料在受到能量激发后产生发光现象。

有机发光材料通常是由碳、氢、氧、氮等元素组成的有机化合物。

这些有机化合物分子具有特定的结构，能够吸收外界能量，如电能、光能等，然后将其转化为光能释放出来。

例如，在有机发光二极管（OLED）中，有机发光层中的小分子或聚合物材料在电场作用下，电子和空穴复合，从而产生激子，激子辐射跃迁时就会发光。

- 有机发光的颜色可以通过改变有机材料的分子结构来调节。

不同的分子结构具有不同的能级差，当激子从高能级跃迁到低能级时，释放出的光子能量不同，对应的光的颜色也就不同。

2. 无机发光。

- 无机发光则是无机材料产生的发光现象。

无机发光材料包括金属氧化物、硫化物、卤化物等。

例如，常见的无机发光材料有氧化锌（ZnO）、硫化镉（CdS）等。

无机发光的激发方式也多种多样，如通过电子束轰击、光激发等。

- 以荧光粉为例，在阴极射线管（CRT）显示器中，电子枪发射的电子束轰击荧光屏上的荧光粉，荧光粉吸收电子的能量后被激发，然后发出可见光。

无机发光材料的发光特性往往取决于其晶体结构和组成元素。

二、发光机制。

1. 有机发光机制。

- 在有机发光材料中，主要的发光机制是基于分子内的电子跃迁。

当有机分子吸收能量后，电子从基态跃迁到激发态。

激发态是不稳定的，电子会通过辐射跃迁或非辐射跃迁回到基态。

- 辐射跃迁过程中，电子从激发态跃迁到基态时会发射出光子，这就是有机发光的过程。

而在非辐射跃迁过程中，电子将能量以热能等其他形式释放，不产生发光现象。

例如，在OLED中，当在电极间施加电压时，电子和空穴分别从阴极和阳极注入到有机发光层，它们在发光层中复合形成激子，激子的辐射跃迁产生发光。

- 有机分子的发光效率受到多种因素的影响，如分子结构的共轭程度、分子间的相互作用等。

共轭程度高的分子，其电子离域性强，更容易实现电子跃迁，发光效率相对较高。

有机发光显示(OLED)技术原理柯达LS633数码相机是世界上采用有机发光显示(OLED)技术的第一台设备。

有机发光显示屏可以让消费者和亲友一起观赏和分享更加清晰、更加亮丽的数码照片。

有机发光显示（OLED）技术提供了浏览照片和视频的最佳方式，而且对相机的设计造成的限制较少。

有机发光显示技术由非常薄的有机材料涂层和玻璃基板构成。

当有电荷通过时，这些有机材料就会发光。

有源阵列有机发光显示屏具有内置的电子电路系统，因此每个像素都由一个对应的电路独立驱动。

有机发光显示技术的主要优点有机发光显示屏不需要背光源就能够显示生动逼真的照片和清晰流畅的视频，因此比传统的显示屏更薄、更轻。

更薄、更轻：有源阵列OLED显示屏的屏幕只有1.5毫米厚—厚度相当于液晶显示屏的四分之一多一点。

更清晰、更艳丽：有源阵列OLED显示屏的刷新率比液晶显示屏快1000倍，更加胜任流畅、清晰的视频显示。

OLED的亮度范围远远超过人眼的观察范围，因此显示屏的亮度可以在保持影像对比度、阴影和高光不变的情况下进行调整。

可视面积更广：OLED显示屏的观看角度比液晶显示屏大（最高可达165度），即使在强光下仍然如此。

耗电量低：OLED显示屏的工作电压一般在2至10伏之间。

由于OLED显示屏的像素只有在打开的时候才消耗电能，OLED显示屏可以比液晶显示屏更有效率，因为液晶显示屏的背光源需要一直处于完全开启状态。

有机发光显示技术的市场前景OLED技术是第一种能够直观地表现出设备的高级处理能力（如更加鲜艳、比真的影像和视频）的显示屏。

OLED显示屏的市场预期将出现迅速增长。

根据市场调研公司DisplaySearch预测，OLED 显示屏的市场（包括数码相机的应用）规模将于2007年达到30亿美元。

柯达期望到2005实现5亿美元的OLED销售收入。

OLED技术将推动高质量电子影像显示市场的发展，从而促进整个信息影像市场的发展。

信息影像是一个由设备、基础设施以及服务和媒介构成、价值达3850亿美元的新行业。

有机电致发光显示器件基本原理与进展副标题:有机电致发光显示器件基本原理与进展发表日期： 2006-2-14 21:33:35 作者：佚名点击数5224摘要：本文对有机电致发光显示器件的发展历史，器件结构、工作特征、获得彩色显示的方法以及所具有的优缺点、发展现状和趋势等都做了简要的概括。

详细比较了小分子OLED与聚合物PLED、OLED与LCD性质上的比较，对OLED显示的发光机理进行了详细的综述。

此外，对获得彩色显示的无源驱动电路和有源驱动电路的结构进行了总结，认为有源驱动将是最终发展趋势。

最后总结了国内外OLED技术的发展状况。

关键词：小分子有机电致发光有机聚合物电致发光无源驱动有源驱动(作者：姚华文，上海华嘉光电技术有限公司，上海市嘉定区招贤路928号，201821)有机电致发光显示（organic electroluminesence Display）技术被誉为具有梦幻般显示特征的平面显示技术，因其发光机理与发光二极管（LED）相似，所以又称之为OLED（organic light emitting diode）。

2000年以来，OLED受到了业界的极大关注，开始步入产业化阶段。

1．发展历史1936年，Destriau将有机荧光化合物分散在聚合物中制成薄膜，得到最早的电致发光器件。

20 世纪50年代人们就开始用有机材料制作电致发光器件的探索，A. Bernanose等人在蒽单晶片的两侧加上400V的直流电压观测到发光现象，单晶厚10mm～20mm，所以驱动电压较高。

1963年M. Pope等人也获得了蒽单晶的电致发光。

70年代宾夕法尼亚大学的He eger探索了合成金属[1]。

1987年Kodak公司的邓青云首次研制出具有实用价值的低驱动电压（<10V，>1000cd/m2）OL ED器件（Alq作为发光层）[2]。

1990年，Burroughes及其合作者研究成功第一个高分子EL（PLED）(PPV作为发光层)，更为有机电致发光显示器件实用化进一步奠定了基础。