电致发光的器件结构与器件物理

电致发光材料电致发光概述电致发光(Electroluminescence, EL)是指发光材料在电场作用下而发光的现象。

用有机发光材料制作的发光器件,一般统称作OLEDs(Organic Light-emitting Devices),用聚合物为发光层的器件,称作PLEDs(Polymeric Light-emitting Devices)。

有机电致发光器件多采用夹层式(三明治)结构,即将有机层夹在两侧的电极之间。

空穴和电子分别从阳极和阴极注入,并在有机层中传输,相遇之后形成激子,激子在电场的作用下迁移,将能量传递给发光分子,并激发电子从基态跃迁到激发态,激发态能量通过辐射失活产生光子,释放出光能。

ITO透明电极和低功函数的金属(Mg、Li、Ca、Ba、Ce等)常被分别用作阴极和阳极。

根据材料特性和器件要求,主要有单层器件、双层器件、三层器件、多层器件、带有掺杂层的器件、三像素垂直层叠式器件等器件结构。

早在1963年,美国纽约大学的Pope 等首次发现有机材料单晶蒽的电致发光现象,直到1987年,美国柯达(Eastern Kodak)公司邓青云等用苯胺-TPD做空穴传输层(HTL)、八羟基喹啉铝(Alq3)作为发光层(EML)成功研制出一种有机发光二极管,其工作电压小于10 V,亮度高达1000 cd/m2,这样的亮度足以用于实际应用。

1990年Friend课题组[3]采用聚对苯撑乙烯(Poly-phenylene vinylene, PPV)为发光材料制成聚合物发光器件(PLED),打开了PLED研究的新局面。

近十多年来,聚合物发光材料受到各国科学家的高度重视,研究工作非常活跃。

相继合成并研究了种类繁多的共轭高分子,涉及聚对苯撑乙炔(PPE)、聚乙炔(PA)、聚对苯撑(PPP)、聚噻吩(PT)、聚芴(PF)以及它们的衍生物等等。

PPV及其衍生物是目前电致发光研究中最为成熟、最具商业化前景的一类电致发光材料,通过结构修饰、复合/共混来控制分子结构以及调节光电性能是当前研究的主要方向。

光致发光和电致发光物体依赖外界光源进行照射，从而获得能量，产生激发导至发光的现象，它大致经过吸收、能量传递及光发射三个主要阶段，光的吸收及发射都发生于能级之间的跃迁，都经过激发态。

而能量传递则是由于激发态的运动。

紫外辐射、可见光及红外辐射均可引起光致发光。

如磷光与荧光。

产生激发态的分布按能量的高低可以分为三个区域。

低于禁带宽度的激发态主要是分立中心的激发态。

关于这些激发态能谱项及其性质的研究，涉及到杂质中心与点阵的相互作用，可利用晶体场理论进行分析。

随着这一相互作用的加强，吸收及发射谱带都由窄变宽，温度效应也由弱变强，特别是猝灭现象变强，使一部分激发能变为点阵振动。

在相互作用较强的情况下，激发态或基态都只能表示中心及点阵作为一个统一系统的状态。

通常用位形坐标曲线[1]表示。

电子跃迁一般都在曲线的极小值附近发生。

但是，近年关于过热发光的研究，证明发光也可以从比较高的振动能级起始，这在分时光谱中可得到直观的图像，反映出参与跃迁的声子结构。

接近禁带宽度的激发态是比较丰富的，包括自由激子、束缚激子及施主-受主对等。

当激发密度很高时,还可出现激子分子，而在间接带隙半导体内甚至观察到电子－空穴液滴。

激子又可以和能量相近的光子耦合在一起,形成电磁激子(e某citonicpolariton)。

束缚激子的发光是常见的现象，它在束缚能上的微小差异常被用来反映束缚中心的特征。

在有机分子晶体中，最低的电子激发态是三重激子态，而单态激子的能量几乎是三重态激子能量的两倍。

分子晶体中的分子由于近邻同类分子的存在,会出现两种效应：“红移”(约几百cm)及“达维多夫劈裂”。

这两种效应对单态的影响都大于对三重态的影响。

能量更高的激发态是导带中的电子，包括热载流子所处的状态。

后者是在能量较高的光学激发下。

载流子被激发到高出在导带（或价带）中热平衡态的情况，通常可用电子（或空穴）温度（不同于点阵温度）描述它们的分布。

实验证明，热载流子不需要和点阵充分交换能量直至达到和点阵处于热平衡的状态即可复合发光，尽管它的复合截面较后者小。

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％。

电致发光的原理和应用一、电致发光的基本原理电致发光是指通过施加电压或电场，将电能转化为光能的一种现象。

其基本原理是当某些材料在被电压激发后，能够产生电子与空穴的复合，从而释放出光子。

电致发光的原理可以由以下几个方面来解释：1.能级跃迁：当材料中出现能级跃迁时，光子将被激发并发射出来。

这种跃迁可以是由于电子与空穴复合或电子在能带间跃迁引起的。

例如，半导体材料中的电子通过与空穴复合的方式释放出光子。

2.发射激活：某些材料只有在被激活后才能发光。

电场激活和电压激活是电致发光的两种常见激活方式。

在电场激活中，施加电场使得材料中的电子被激发，从而产生发光。

而在电压激活中，施加电压会改变材料的能带结构，使电子跃迁释放出光子。

3.能量转换：电场或电压施加在特定材料上，将电能转化为光能。

这种能量转换过程可以通过电子行为、能带结构变化及电子与空穴复合来解释。

二、电致发光的应用电致发光技术广泛应用于各个领域，以下是一些常见的应用：1. 电子显示器电致发光技术是现代平面显示器的关键技术之一。

例如，液晶显示器背光模块中使用的LED背光源，以及有机发光二极管（OLED）显示屏都是基于电致发光原理。

这些显示器具有高亮度、广色域和低功耗等特点，被广泛应用于电视、手机、电脑等消费电子产品。

2. 照明LED照明是电致发光技术的重要应用之一。

由于LED具有高效率、长寿命和低功耗等特点，被广泛应用于室内外照明。

LED灯泡、灯管、路灯等产品在照明领域有着广泛应用，并逐渐取代传统的白炽灯和荧光灯。

3. 汽车照明电致发光技术在汽车照明领域也有广泛应用。

例如，LED大灯在汽车前照灯和尾灯中被广泛采用，其高亮度和耐用性使得驾驶者在夜间或恶劣天气条件下获得更好的视觉效果。

此外，车内阅读灯、仪表盘背光灯等也都基于电致发光技术。

4. 光电器件电致发光技术在光电器件中应用广泛。

例如，激光二极管（LD）和近红外二极管（NIR）等器件在通信、医疗、工业和科学研究等领域发挥着重要作用。

OLED器件结构与发光机理OLED（Organic Light Emitting Diode）是一种由有机材料组成的发光二极管。

它的器件结构和发光机理相互关联，共同组成了OLED技术的基础。

下面将详细介绍OLED器件结构和发光机理。

1.OLED器件结构1.1基底层：位于最底部的是基底层，通常是由玻璃或塑料制成。

它提供了OLED器件的物理支撑。

1.2透明导电层：位于基底层上方的是透明导电层，通常由氧化铟锡（ITO）等材料组成。

它起到电子传输和光透过的作用，是电荷注入层的一部分。

1.3 电荷注入层：位于透明导电层上方的是电荷注入层，由电子传输层和空穴传输层组成。

电子传输层通常使用低能隙的有机材料，如Alq3；空穴传输层通常使用高能隙的有机材料，如N,N'-二苯基-N,N'-二甲基苯基-4,4'-联苯胺（TPD）。

1.4发光层：位于电荷注入层上方的是发光层，也被称为电荷复合层。

它是由有机发光材料组成的，根据不同的颜色可以选择不同的有机材料。

1.5 电荷输运层：位于发光层上方的是电荷输运层，它帮助电子和空穴在器件中自由移动，增强电子与空穴的复合，提高发光效率。

常用的电荷输运层材料有TPD和Alq3等。

1.6透明导电层：位于电荷输运层上方的是另一个透明导电层，与底部的透明导电层形成电极。

两个透明导电层必须保证电流均匀分布。

2.OLED发光机理OLED的发光机理是基于电荷注入和电荷复合的过程。

2.1电荷注入：在电极上施加电压时，正电压施加在透明导电层上，负电压施加在另一个透明导电层上。

这样正电荷（空穴）经过正电压传输层注入到发光层，负电荷（电子）经过负电压传输层注入到发光层。

透明导电层主要起到了电流引导和光透过的作用。

总结起来，OLED通过在电极上施加电压实现电子和空穴在发光层内的注入，然后通过电荷复合释放能量并发光。

而器件中的各个层次共同工作，起到传输电荷、发光和光透过的作用。

OLED器件结构和发光机理的研究和改进对于改善器件的效率和寿命至关重要。

电发光的原理电发光是一种通过电流作用下导体或半导体材料中的电子发生跃迁，从而释放能量并产生光的现象。

它广泛应用于照明、显示、通信和光学器件等领域。

电发光的原理可以分为两类：电致发光和电解发光。

一、电致发光电致发光是指在外加电场或电流的作用下，导体或半导体中的电子在特定跃迁能级之间发生跃迁，从而产生光的现象。

导体和半导体材料中的电子能级结构决定了其电发光的特性。

导体的电发光是由于自由电子从高能级跃迁到低能级时，电子释放出的能量以光的形式发出。

导体材料中的电子处于连续能带结构中，能带上的电子可任意跳跃到其他能级上。

当外加电场或电流作用下，电子能被激发到高能级，当电子由高能级跃迁到低能级时，通过光子的形式发出能量，从而产生电发光现象。

半导体的电发光是由于电子在带隙中发生跃迁而产生的。

半导体材料的能带结构相较于导体是离散的，包括导带和价带。

在原子尺度上，半导体的原子核与价带中电子形成共价键，使得带隙较小，相对于导体，半导体的带隙更适合电子跃迁，从而产生光发射。

当半导体材料被激发时，电子从价带跃迁到导带，形成载流子。

由于载流子在导带中运动时会损失能量，当它们重新回到价带时，会通过光子的形式释放出多余的能量，产生光。

二、电解发光电解发光是指由于电解液中存在可发光的物质，在电解过程中通过化学反应释放能量，从而产生光的现象。

在电解发光中，通过电流的作用下，电解质中的离子或分子发生电解，产生光和其他化学反应。

这种现象常见于电解池、蓄电池和化学发光器件等。

典型的电解发光现象是电化学发光。

电化学发光是指通过电化学反应，在电解质中产生活化控制产生光发射的离子或分子。

其中，最常见的一种电解发光现象是氧化磷光发射。

在电解过程中，阳极上由金属氧化物催化产生超氧离子并被还原为氢氧根离子。

然后，超氧离子与产生的有机光谱试剂发生反应，产生五环幺嗪离子和激发态的超氧离子，随后发生荧光发射，释放出能量并转化为可见光。

综上所述，电发光的原理可以分为电致发光和电解发光两种方式。

OLED器件结构与发光机理解析OLED（Organic Light-Emitting Diode）是一种利用有机物作为发光材料的发光二极管。

OLED器件结构一般包括发光层、载流子注入层、电子传输层、空穴传输层和电极等几个主要部分。

首先是发光层，也称为有机发光材料层。

发光层由有机小分子或聚合物构成，它们能够通过电流的注入而产生发光。

常见的有机发光材料有聚芴（Polyfluorene）、聚苯胺（Polyaniline）和聚苯乙烯（Polystyrene）等。

这些材料具有良好的空穴和电子传输特性，能够够有效地将电子和空穴注入到载流子注入层中。

载流子注入层是位于电极和发光层之间的一层材料，其作用是将电子和空穴引导到发光层中。

载流子注入层可以通过掺杂等方法调控材料的导电性能，提高载流子的注入效率，并降低注入电流。

常见的载流子注入层材料有多聚苯胺（Polyaniline）和多聚噻吩（Polypyrrole）等。

电子传输层（ETL）位于发光层的一侧，其主要功能是引导电子在发光层和电极之间进行传输。

ETL通常使用导电的无机材料，如金属氧化物等。

其物理性质应能够实现高电导率、适当的能级排布和界面特性等。

空穴传输层（HTL）位于发光层的另一侧，其作用是引导空穴在发光层和电极之间进行传输。

HTL一般采用有机材料，如聚苯胺（Polyaniline）和多聚芳香胺等。

HTL的性能应能够实现高电导率和适当的能级排布。

电极是OLED器件的两个端口，一个用于注入电子，另一个用于注入空穴，并通过在发光层激发载流子形成光辐射。

一般情况下，OLED器件的电极一侧采用透明电极材料，如氧化锡（ITO），使得通过OLED器件的光线可以通过电极从上方辐射出来。

OLED器件的发光机理主要包括载流子注入和复合、发光衰减以及外部量子效率等方面。

当电流通过电极注入OLED器件时，载流子（电子和空穴）被注入到发光层中，然后在发光层中发生复合。

在载流子复合的过程中，能量被释放出来，并在发光层中激发有机发光材料的分子或涨落态，从而产生发光。