有机电致发光器件

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电致发光材料

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。

有机电致发光器件(OLED)的封装技术研究

０引言
自从１８成功研制薄膜型有机发光器件以来，有９７机电致发光器件（ＬＤＯＥ）的发展就一直引起人们的关注。１９年，英国剑桥大学Ｆｉｄ９０ｒｎ等人以聚对苯乙烯ｅ
水汽和氧气也就极为紧迫和重要。
圜圈固蕊
元器件制造与材料》 ≯
到侵蚀，特别是在含有水汽的环境中，更容易发生电
玻璃或金属盖
化学腐蚀。ＯＥＬＤ阴极材料的制作一般采用物理气相沉积法，微小的灰尘颗粒粘附在有机功能层上，都极
机功能层及电极材料发生反应而影响器件寿命。为此．文中根据ＯＥＬＤ器件对封装材料的要求，分析了
ＯＥＬＤ器件封装技术，重点介绍了薄膜封装技术的研究现状。关键词：有机电致发光显示器；ＯＥＬＤ；薄膜封装技术；老化机理
１ＯＥＬＤ的发光原理及老化机理
ＯＥ器件由ｎ有机材料、ｐｄ机材料、阳极ＬＤ型Ｐ有
（Ｐ１为发光层材料制成了聚合物电致发光器件，开ＰＶ辟了聚合物薄膜电致发光器件（ＬＤＰＥ）的新技术时代。有机电致发光器件具有高亮度、宽视角、主动发
２４３１Ｍｇ：ＣａｈｏｄＡｇ足的发展，红、绿、蓝３颜色的发光材料均已开发种
成功，寿命也得到提高，发光强度和效率已达到实用

有机电致发光器件及其发光机理

ｌ１Ｏ（Ｔ正极）ｌｌＩＯ（柑）ＴＩ
是注入势垒高朗克常数．实验结果较好地符合ｌ（／和ｎｊＦ）
１Ｆ的线性关系．／这一理论后来又进一步进行了修
正．
２２载流子传输．
图１电致发光器件的单层结构
通过从接触电极的电子和空穴发射过程而注入到有机半导体中的载流子或者暂时地俘获在俘获中心或者通过复合中心永久地消失因为不存在完美的完全没有缺陷的有机材料所以目前的有机材料都会有定域态这些定域态可能限制在模糊不圈清的分立能级内或分布在禁带能隙内形成所谓的图6有机电致发光的四个过程示意图俘获和复合中心
维普资讯
膜．
２有机电致发光的基本原理
有机电致发光器件很薄，电极间仅５０Ｖ两～１的电压就能产生足够的电场，有机电致发光可以看作是分以下四个过程完成的： ①载流子的注入，电子
Ｃ有机聚合物材料：．聚合物作为一类发光材料是目前研究最多的电致发光材料，主要有聚对苯乙炔ｐｌ（ —ｐｅｙｎＶｉｌｅ（Ｐ及其衍生物ｏＰｈｎｌｅｎｅ）ＰＶ）ｙｅｙｎ
第１第１６卷期
２００６年３月
湖南工程学院学报ＪｕａｏｎｎｉｓｔｔｏｎｉｅｒｇｏｒｌｆｎＨｕａｎｔｕｅｆｇｎｅｉｉＥｎ
Ｖ１１．ｏ１０ｌ．６Ｎ．
Ｍａ．０６ｒ２０
有机电致发光器件及其发光机理
入这个领域，，目前已获得了高发光效率的红、、绿蓝
三色器件，器件的最大发光亮度已超过ｌｄｍ，０ｃ／最高外量子效率和发光效率分别达到了１％和６９０

有机电致发光器件薄膜封装研究进展

Ａｂｓｒｃ：Ｏｒａｉｉｈｔｅｉｔｎｖｃｓ（ＩＥＤｓａｅｅｔｅｅｙｓｎｉｉｅｔａｏｒａｘｔａｔｇｎｃｌｇ — ｍｔｉｇｄｅｉｅＯ）ｒｘｒｍｌｅｓｔｖｏｖｐｎｄｏｙ—
ＲｅｅｒｈＰｒｇｅｓｏｓａｃｏｒｓｆＴｈｉｌｎＦｉｍＥｎｃｐｓｌｔＯｆａｕａｉｎ０ＯｒａｃＬｉｈ — ｇｎｉｇｔＥｍｉｔｎｖｃｓｔｉｇＤｅｉｅ
ＧＡＯＳｈｕｙ，ＫＯＮＧａｇｚｏ —ａＸｉｎ — ｈａ，ＺＨＡＮＧｎｈｕ。ＬＶｉＦａｇ— ｉ，Ｌｅ
第２７卷
第２期
液晶与显示
１ＣｈｎｓｏｒａｑｄＣｒｓａｓａｓｌｙｉｅｅＪｕｎｏｆＬｉｕｉｙｔｌｎｄＤｉｐａｓ
Ｖｏ＿７．Ｏ２ｌ２Ｎ．Ａｐ．，０１ｒ２２
２１０２年４月
２ｃｏｌＪＥｅｔｉａ．Ｓｈｏｏｌｃｒｃｌ＆ＩｆｒａｉｎＥｇｎｅｉｇ，ＳａｎｉｎｖｒｉｆＳｉｎｅ＆Ｔｅｈｏｏｙ． ’ ７０２，ＣｉａｎｏｍｔｎｉｅｒｎｏｈａｘｉｅｓｙｏｃｅｃＵｔｃｎｌｇＸｉｎ１０１ｈｎ）ａ
摘
要：机电致发光器件（ＬＤｓ对水汽和氧气非常敏感，入ＯＬＤ有ＯＥ）渗Ｅｓ内的水汽和氧气会腐蚀有机功能

第3章有机电致发光器件结构和工作原理

第三章有机电致发光器件结构和工作原理
有机电致发光器件分为小分子型和高分子型，小分子型器件一般为多层型，高分子型器件大多为单层器件。
3.1有机小分子器件结构
1.单层器件结构单层器件具有结构简单、制作方便的优点，但是由于大多数有机材料都是单极性的，同时具有均等的传输空穴和电子性能的材料很少，这种结构的器件性能较差。主要原因： a.两种载流子注入不平衡，载流子复合几率较低，影响器件的发光效率。 b.厚度较大，引起驱动电压高。 c.由于两个电极之间只隔了一个发光层，复合发光区靠近金属电极，该处缺陷较多，非辐射复合几率大，载流子很容易从一个电极进入另一个电极，引起效率降低。
金属阴极
电子传输 — 发光层
金属阴极电子传输层空穴传输—发光层 ITO阳极
空穴传输层 ITO阳极
DL-A型含有空穴传输层（HTL）和集电子传输功能和受激发光的发光层(EML)。
DL-B型含有电子传输层（ETL）和集空穴传输功能和受激发光的发光层(EML)
3 . 三层器件结构三层器件结构由空穴传输层(HTL)、电子传输层（EML）和发光层（EML）组成。在此结构中，三层功能层各行其职，有利于器件的性能的优化。这种结构是目前应用较多的结构。
相对于无机半导体材料来说，有机材料的载流子迁移率较低，一般在10-4－10-8cm2/VS量级。低载流子迁移率不利于载流子在有机材料内有效传输。由于OLED器件采用的是薄膜结构，通常在低电压下便可在发光层内产生104－106V/cm的高电场。在高电场作用下，载流子在有机材料中的传输基本不成问题。
对于有机材料来说，难以实现电子和空穴从两极的等速率注入，因为有机材料的禁带宽度较大，很难同时使低功函数的阴极和高功函数的阳极与有机材料的导带和价带相匹配。同时，电子和空穴的迁移率也不一样。一般来说，空穴注入相对容易，而电子注入却较困难。为解决载流子注入不平衡问题，通常在金属电极和发光层之间引入电子亲和势和离化势都较大的电子传输层；在发光层与阳极之间引入电子亲和势和离化势较小的空穴传输层。

有机发光二极管器件

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有机发光显示技术发展过程
1963年美国纽约大学的Pope首次实现了有机晶体蒽单晶的电致发光； 1987年美国Kodak公司的C.W. Tang制备成功双层结构低电压、高效率的小分子OLED器件，从而引起了OLED研究热潮；
1990年英国剑桥大学的Friend制备成功共轭高分子有机电致发光器件。
有机发光二极管器件
主讲教师：
基本概念
OLED(Organic Light Emitting Diodes) (Organic Light Emitting Display)
邓青云教授——OLED之父
Organic EL(Electroluminescence)
2
基本概念
有机电致发光是指有机半导体发光材料在电场驱动下，通过载流子注入、传输、电子和空穴结合形成激子、进而辐射复合导致发光的现象。
表面洁净
表面平整
酸碱处理
紫外线-臭氧处理
功函数较高
O2 plasma处理
离子束处理
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பைடு நூலகம்
有机发光显示器件工艺技术
ITO表面特性分析表面电阻 AFM测试ITO的表面形貌
XPS分析ITO的表面成份
根据F-N公式推算ITO的能级
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2002年以前的产品一般为单色和多色无源OLED， 2002年以后开始出现全彩色产品，接着有源 OLED也开始进入市场。
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有机发光显示器件工艺技术
固体有机化合物的提纯方法小结重结晶分区升华
萃取
柱层析（包括液相色谱半制备）
薄层板层析
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有机发光显示器件工艺技术
ITO基片处理 OLED对ITO的要求： ITO表面处理方法：

无机和有机电致发光材料

无机和有机电致发光材料
电致发光技术是一种通过电场激发材料发光的技术，它已经成为制造高质量平面显示器和照明设备的关键技术之一。

无机和有机材料是目前应用最广泛的电致发光材料，以下是它们的详细介绍。

一、无机电致发光材料
1.磷光体
磷光体是由氧化物或氟化物等高熔点材料和稀有金属离子组成的复合材料，具有较高的耐高温性和抗氧化性。

目前，磷光体已被广泛应用于LED照明和显示器行业。

其中，红色磷光体的发光效率较高，已经成为了LED照明产业中应用最广泛的颜色之一。

2.氮化物LED
氮化物LED是由镓铝氮化物等材料制成的发光二极管，具有发光效率高，颜色纯度度高等特点。

目前，氮化物LED已被广泛应用于绿色、蓝色和紫色LED照明以及RGB LED显示器中。

3.硅基LED
硅基LED是由硅材料和硅基异质结构组成的发光器件，具有低电压、高效率、长寿命等特点。

硅基LED已经成为了微电子学、生命科学、航空航天等领域的关键设备。

二、有机电致发光材料
1.聚合物LED
聚合物LED是由导电聚合物或导电聚合物复合材料制成的发光器件。

它具有发光效率高、颜色范围广等优点，目前已被广泛应用于照明、显示、可穿戴等领域。

2.小分子有机LED
小分子有机LED是由有机荧光分子制成的发光器件，具有可调颜色、发光亮度高等特点。

它已经被广泛应用于OLED电视、OLED照明等领域。

总体来说，无机和有机电致发光材料都具有各自的特点和优缺点。

未来，随着材料科学和控制技术的不断发展，电致发光材料的性能将
得到进一步提高和改善。

有机电致发光( electroluminescence,EL )

2020/9/12

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TFEL器件工作原理（碰撞激发）
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有机OLED与无机LED的基本区别：
①无机LED中可通过掺杂，形成稳定的p型和n型半导体及稳定的pn结，而有机材料不可能通过掺杂得到重复性很好的p和n型半导体及真正意义上不受化学反应和扩散影响的稳定pn结。
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2．阳极材料
➢ 注入空穴，要求阳极的真空能级与HTL的空穴真空能级 (HOMO)相匹配或相近，亦即阳极功函数与HTL的HOMO 相匹配。
➢ 用作空穴注入的阳极材料，需满足以下条件： ①高电导率； ②优良的化学及形态稳定性； ③高功函数； ④良好的透光率。
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②无机LED中，在加电场之前就存在自由的正负载流子；而OLED中，载流子完全是由电场注入所致，在没有外加电场时是不存在自由载流子的。
③在无机LED中，载流子以较快的能带模式输运，有较大的流动性，电子与空穴在pn结处的复合产生能带之间的光辐射；OLED中由于薄膜的无序性，载流子以迁移率极低的跃进方式输运，倾向于定域化和极化，正负载流子的复合产生相对定域化的激子，光辐射是激子型的。
厚度薄
柔性
低电压驱动功耗低
工作温度范围宽
自主发光
响应速度快易大面积加工
制造成本低
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3.2有机电致发光器件机理 3.2.1 电致发光种类
➢ 电致发光(electroluminescence，EL)：活性物质在电场的作用下，产生光辐射的过程；如果中间的活性物质是有机物，则称为有机电致发光(Organic electroluminescence, OEL) ➢ EL的类型划分可从三个角度考虑：

第二章-有机电致发光的基本原理

第二章有机电致发光的基本原理2.1 有机电致发光器件的发光机理有机电致发光材料均为共轭有机分子，依据休克尔分子轨道理论（HMO ），并结合半导体理论中的能带理论，可将有机共轭分子中的最高分子占有轨道HOMO 类比为能带理论中的价带顶，最低空轨道LUMO 为导带底，这样就可以用半导体理论模型对有机电致发光进行理论研究。

有机电致发光和无机电致发光相似，属于载流子双注入型发光器件，所以又称为有机发光二极管，其发光机理一般认为是:在外界电压驱动下，从阴极注入的电子与从阳极注入的空穴在有机层中形成激子，并将能量传递给有机发光物质的分子，使其受到激发，从基态跃迁到激发态，当受激分子从基态回到基态时辐射跃迁而产生发光。

具体发光过程可分以下几个阶段：(1) 载流子的注入：在外加电场的条件下，空穴和电子分别从阳极和阴极向夹在电极之间的有机功能薄膜层注入，即空穴向空穴传输层的HOMO 能级(相当于半导体的价带)注入，而电子向电子传输层LUMO 能级(相当于半导体的导带)注入。

电子的注入机理比较复杂，可分为电场增强热电子发射；场致发射，其过程是在强电场作用下，电子通过势垒从金属至半导体的量子力学隧穿。

在低温时，大多数电子是在金属的费米能级上隧穿势垒的，这形成场致发射（F 发射），在中等温度时，大多数电子是在能级Em （高于金属的费米能级）上隧穿势垒的，这形成所谓的热电子场致发射或热助场致发射（T-F 发射），在极高温度时，主要贡献是热电子发射；隧穿发射，如果绝缘体足够薄或者含有大量的缺陷，或者两者兼有，则电子可直接从电极注入到有机层。

(2) 载流子的迁移：载流子在有机分子薄膜中的迁移被认为是跳跃运动和隧穿运动[9,10]，并认为这两种运动是在能带中进行的。

当载流子一旦从两极注入到有机分子中，有机分子就处在离子基(A ＋、A －)状态，（见下图）并与相邻的分子通过传递的方式向对面电极运动。

此种跳跃运动是靠电子云的重叠来实现的，从化学的角度来说，就是相邻的分子通过氧化-还原方式使载流子运动。

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