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电致发光及原理电致发光ElectroluminescenceEL是物质在一定的电场作用下被相应的电能所激发而产生的发光现象。
电致发光EL是一种直接将电能转化为光能的现象。
早在20世纪初虞瑟福就发现了SiC晶体在电场作用下的发光。
电致发光作为一种平面光源引起了人们的极大爱好。
人们企图实现照明光源从点光源、线光源到面光源的革命。
自从无机发光板硫化锌和磷砷化镓化合物发明以来电致发光已被广泛应用在很多领域取得了令人瞩目的成就。
尽管粉末电致发光现象早在1937年就被发现但直到50年代将硫化锌和有机介质涂敷在透明导电玻璃上再做上第二电极加上交流电压才实现稳定的电致发光。
人们逐渐把目光投向了性能更为优良的新一代平板显示器件工艺更简单的新型有机电致发光器件OLED。
1.电致发光材料从发光材料角度可将电致发光分为无机电致发光和有机电致发光。
无机电致发光材料一般为等半导体材料。
有机电致发光材料依占有机发光材料的分子量的不同可以区分为小分子和高分子两大类。
小分子OLED材料以有机染料或颜料为发光材料高分子OLED材料以共轭或者非共轭高分子聚合物为发光材料典型的高分子发光材料为PPV及其衍生物。
有机电致发光材料依据在OLED器件中的功能及器件结构的不同又可以区分为空穴注进层HIL、空穴传输层HTL、发光层EML、电子传输层ETL、电子注进层EIL等材料。
其中有些发光材料本身具有空穴传输层或者电子传输层的功能这样的发光材料也通常被称为主发光体发光材料层中少量掺杂的有机荧光或者磷光染料可以接受来自主发光体的能量转移和经过载流子捕捉carriertrap的机制而发出不同颜色的光这样的掺杂发光材料通常也称为客发光体或者掺杂发光体英文用Dopant表示。
从发光原理角度电致发光可以分为高场电致发光和低场电致发光。
2.电致发光的原理和器件结构从发光原理电致发光可以分为高场电致发光和低场电致发光。
高场电致发光是一种体内发光效应。
发光材料是一种半导体化合物掺杂适当的杂质引进发光中心或形成某种介电状态。
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％。
Optoelectronics 光电子, 2015, 5(3), 33-39Published Online September 2015 in Hans. /journal/oe/10.12677/oe.2015.53006The Approaches to Achieving HighOut-Coupling Organic Light-Emitting DiodesMing Li1,2, Yang Lin2, Hao Zhang2, Bin Wei21School of Materials Science and Engineering, Shanghai University, Shanghai2Key Laboratory of Advanced Display and System Application, Ministry of Education,Shanghai University, ShanghaiEmail: bwei@Received: Aug. 14th, 2015; accepted: Aug. 28th, 2015; published: Sep. 1st, 2015Copyright © 2015 by authors and Hans Publishers Inc.This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY)./licenses/by/4.0/AbstractOrganic light-emitting diodes (OLED) attracted many interests for their excellent performance. In this article, we enhance out-coupling devices with three methods: 1) Modified substrate; 2) Coated sphere-substrate outside the glass; 3) Pasting PVA film outside the glass. Through the observation of the appearance of them by microscope, SEM and AFM, all devices have high out-coupling efficiency, in which rough devices have slight improvement and different devices have different appearance.Sphere-substrate devices have great improvement and different devices have similar appearance.Devices with PVA film are simple and stable.KeywordsHigh Efficiency, Spectrum, OLED, Out-Coupling有机电致发光器件外耦合的方法研究李明1,2，林洋2，张浩2，魏斌21上海大学，材料科学与工程学院，上海2上海大学，新型显示技术与应用集成教育部重点实验室，上海Email: bwei@收稿日期：2015年8月14日；录用日期：2015年8月28日；发布日期：2015年9月1日李明等摘要高出光效率有机电致发光器件(OLED)以其优越的性能逐渐受到越来越多人的关注。
文章编号:100525630(2006)0620078206
有机电致发光器件的研究进展Ξ
何修军1,蒋孟衡1,肖子剑2,涂小强1(1.成都信息工程学院光电技术系,四川成都610225;
2.电子科技大学光电信息学院,四川成都610054)
摘要:系统介绍了有机电致发光器件(OLED)
的结构和发光机理,从有机半导体的能带
结构和OLED的能带结构,分析了OLED发光过程,指出了如何提高器件的发光效率。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;能带结构;发光机理中图分类号:TH383 文献标识码:A
Researchontheorganiclight-emittingdevicesHEXiu2jun1,JIANGMeng2heng1,XIAOZi2jian2,TUXiao2qiang1(1.ChengduUniversityofInformationTechnology,Chengdu610225,China
;
2.SchoolofOptoelectronicInformation,UniversityofElectronicScienceandTechnologyofChina,Chengdu610054,China
)
Abstract:Thestructureandthelightemittingmechanismoftheorganiclight2emittingdevices
(OLED)isintroduced.Thebandstructureoftheorganicsemiconductorandthebandstructureofthe
OLEDisanalyzedandthesubstanceoftheOLEDluminescenceprocessisgiven.Intheend,therecentadvancesintechnologyandtheapplicationforegroundonthedevicesaresummarized,andfuturedevel2opmentsaregiven.Keywords:OLED;bandstructure;lightemittingmechanism
1 引 言随着科学技术的不断进步,显示器也在迅速地更新换代。有机电致发光器件(organiclight2emitting
devices,OLED)以其优越的性能脱颖而出,具有如下优点
[1～3]
:
(1)结构简单,体积小,重量轻,成本低,易进行大规模、大面积生产,具有超薄、大面积、便于携带、平板
显示等特点。(2)主动发光,视角范围大,接近于180°;响应速度快,图像稳定,图像刷新率比液晶显示器快100倍～
1000倍;发光效率高,亮度大,可实现全色显示。(3)有机材料的机械性能好,易加工成各种形状;可以采用树脂作为基板,制备可折叠的柔性显示器。
(4)驱动电压低,能耗低,能与半导体集成电路的电压相匹配,使大屏幕平板显示的驱动电路容易实
第28卷 第6期2006年12月 光 学 仪 器OPTICALINSTRUMENTSVol.28,No.6December,2006
Ξ收稿日期:20062012
06
基金项目:四川省科学基金资助项目(04JY0292104
)
作者简介:何修军(19722),男,四川仪陇人,讲师,硕士,主要从事发光材料与器件方面的研究。现。(5)全固态结构,抗震性能好,因而可以适应巨大的加速度和剧烈振动等恶劣环境。
OLED的应用前景非常诱人,它完全可以代替阴极射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)、发光二极管
(LED),实现显示器件的轻量化、薄型化、高亮度、快速响应、高清晰度、低电压化、高效率化和低成本化。
另外,它还可以作为新型光源使用。现从OLED的结构和发光原理、种类、发光效率以及存在的问题和发展方向等方面作一概述,以期能对国内外学者在此方面的研究有所帮助。
2 OLED器件的结构及发光机理2.1 OLED器件的结构[4]OLED器件的基本结构属于夹层式结构,发光层被两侧电极像三明治一样夹在中间,一侧为透明电极以便获得面发光输出。阳极一般使用功函数较高的材料即氧化铟-氧化锡(ITO)。在ITO上再用蒸发蒸
镀法或旋转涂层法制备单层或多层有机膜,膜上面是金属阴极。由于金属的电子逸出功函数影响电子的注入效率,因此要求其功函数尽可能低。大多数有机电致发光材料是单极性的,同时具有均等的空穴和电子传输性质的有机材料很少,一般只具有良好传输空穴的性质或传输电子的性质。为了增加空穴和电子的复合几率,提高器件的效率和寿命,
OLED的结构从简单的单层器件发展到双层器件、三层器件甚至多层器件,如图1。
图1 有机电致发光器件结构图EL2发光材料;HTL2空穴传输层;ETL2电子传输层;ELL2空穴传输层;HIL2空穴注入层;EIL2电子注入层。因为采用单极性的有机物质作为单层器件的发光材料,会使电子与空穴的复合自然地靠近某一电极,
当复合区越靠近这一电极,就越容易被该电极所淬灭,而这种淬灭有损于有机物的有效发光,从而使OLED发光效率降低。采用双层、三层甚至多层结构的OLED,能充分发挥各功能层的作用,调节空穴和电子注入到发光层的速率,使注入的电子和空穴限制在发光层处发生复合,可提高器件的发光效率。只有使注入的电子和空穴最大限度地在发光层处复合,才能提高器件的发光效率。由于大多数有机材料导电性能较差,只有在很高的电场强度下才能使载流子从一个分子流向另一个分子,因此有机膜的总厚度不宜超过几百纳米,否则器件的驱动电压太高,失去了OLED的实际应用价值。2.2 OLED的发光机理OLED的发光机理一般认为是在外界电压的驱动下,由电极注入的电子和空穴在有机物中相遇,并将能量传递给有机发光分子,将电能转换为分子内能,使其受到激发,从基态跃迁到激发态,当受激发分子从激发态回到基态时辐射跃迁而产生发光现象。OLED的发光过程可以看作是分以下四个过程完成的,如图2:(1)载流子的注入,电子和空穴分别从阴极和阳极注入夹在电极之间的有机功能薄膜层;(2)载流子的传输,载流子分别从电子传输层和空穴传输层向发光层迁移;(3)复合,空穴和电子在发光层中相遇而复合;(4)激子产生,并通过辐射和非辐射过程释放能量,同时发光。
・97・第6期何修军等: 有机电致发光器件的研究进展 为了提高器件的效率和寿命,研究工作者们不仅进行了如图1中宏观的器件结构改进,制作出从单层到多层的OLED,而且近年来将研究热点集中在从微观上对构成OLED的层与层内表面的相互作用进行研究,提高有机材料功能层与无机ITO玻璃表面、阴极表面及各有机功能层间的附着性,使得来自阳极和阴极的载流子更容易注入到有机功能薄膜中。
图2 OLED的发光过程3 OLED的能带结构3.1 有机半导体的能带结构制造高效OLED的一个重要的研究内容是OLED的发光机制,它首先要解决的就是有机发光材料的能带结构。绝大多数有机电致发光材料属于有机半导体,它们普遍具有长程无序、短程有序的特点,分子间的相互作用是范德瓦尔斯力,分子内电子的局域性强,属于非晶固体,这种结构对电子的输运不利。但考虑到有机半导体具有光吸收边及其电导率与温度成反比的关系,表明有机半导体也存在能带结构。熟知无机半导体的能带结构,但无机半导体材料的结构特征是原子周期性排列,即长程有序。通过原子轨道的强相互作用形成导带和价带,外层电子可在整个晶体中运动,电荷输运容易。上述分析表明有机半导体的能带结构不能直接套用无机半导体的能带结构,这里借用无机半导体的能带理论来进行分析。有机半导体的能带结构可以这样考虑,每个分子由多个原子组成,各原子轨道配对组合形成分子轨道时,轨道的数目不变,但能级发生变化。两个能级相近的原子轨道组合成分子轨道时,通过自旋相反的电子配对形成能级低于原子轨道的成键轨道,多个成键轨道之间交叠、简并,从而形成了一系列扩展的电子态,即电子能带。同时,分子的空穴能级对应生成分子的反键成键轨道。其中电子成键轨道中最高的被占据分子轨道(highestoccupiedmolecularorbits)被称为HOMO,空穴成键轨道(反键)中
最低的未被占据分子轨道(lowestunccupiedmolecularorbits)被称为LUMO,与无机半导体晶体的能带
相比较,可以把有机半导体中的电子成键轨道比作无机半导体的价带,反键成键轨道比作导带,LUMO是导带底,HOMO则是价带顶,如图3,这就是有机半导体的能带结构[5]。
图3 有机半导体的能带结构 图4 OLED的能级结构图3.2 OLED的能级结构图及分析图图4为OLED双层器件的基本能级结构图。将材料按照其功能分为:空穴传输层、发光层和电子传输层。有机光电材料分别通过最高占有分子轨道(HOMO)和最低空分子轨道(LUMO)
传输空穴和电子。在
OLED中,各层的能级匹配对于提高器件的效率和寿命来说是非常重要的。因此,有机光电材料的能带结构(HOMO和LUMO)的表征对优化选择合成材料,提高和完善器件的性能以及设计多层结构的电致发
・08・ 光 学 仪 器第28卷
