加入收藏 联系我们 网站地图

欢迎光临深圳市宇祥兴光电有限公司!

10年行业专注 · 欧美出口质量 工控TFT液晶显示屏专业制造商

全国咨询热线+8613322983205

宇祥液晶显示屏远销国外

OLED部件的结构与发光原理

作者: 编辑: 来源: 发布日期: 2017.12.19
信息摘要:
想要了解有关OLED的结构和发光的原理,那么应该从这三个方面着手了解:1、OLED器件结构;2、OLED发光机理;3、OLED能量传递。下面…

        部件结构:

        (1)单层结构:在器件的正极和负极间,制作有一种或多种物质组成的发光层。单层器件的发光层厚度通常在100nm。 优点:制备方法简单。 缺点:A.复合发光区靠近金属电极而靠近金属电极处缺陷多,非辐射复合几率大,而且该处的高电场容易产生发光淬灭;B.由于两种载流子注入不平衡,载流子的复合几率比较低,因而影响器件的发光效率。 用途:一般不用于发光器件,主要用于测量有机材料的电学和光学性质,单层器件结构在聚合物电致发光器件(PLED)中常见

        聚合物分子量大,可通过旋涂方式成膜,但制备双层聚合物薄膜较为困难,因此,从加工角度讲,聚合物器件只能采用单层结构。 聚合物的长分子链结构保证了聚合物薄膜的平整、均匀性,而且可以同时引入空穴基元、发光基元和电子基元,因此单层聚合物器件也可以有较好的性能。

微信图片_20171221085148

        (2)双层器件结构:柯达公司首先提出了双层有机膜结构,有效地解决电子和空穴的复合区远离电极和平衡载流子注入速率问题,使有机EL的研究进入了一个新阶段。他们的器件结构也叫DL-A型双层结构。

        主要特点:

        发光层材料具有电子传输性,需要加入一层空穴传输材料去调节空穴和电子注入到发光层的速率,这层空穴传输材料还起着阻挡电子的作用,使注入的电子和空穴在发光层处发生复合。

微信图片_20171221085624

        如果发光层材料具有空穴传输性质,就需要使用DL-B型双层结构,即需要加入电子传输层以调节载流子的注入速率,使注入的电子和空穴是在发光层处复合。

微信图片_20171221085836

        (3)三层器件结构:由空穴传输层(HTL)、电子传输层(ETL)和将电能转化成光能的发光层组成。HTL负责调节空穴的注入速度和注入量, ETL负责调节电子的注入速度和注入量。

        优点:

        使三层功能层各行其职,对于选择材料和优化器件结构性能十分方便,是目前有机EL器件中最常采用的器件结构之一。

微信图片_20171221090352

        (4)多层器件结构:可提高OLED的发光亮度和发光效率。

        主要形式:A.在两电极内侧加缓冲层,以增加电子和空穴的注入量; B.为提高器件的发光效率,使用了空穴阻挡层HBL。

        (5)染料掺杂型:在单杂基础上引入染料分子以改变器件的亮度、寿命和效率。掺杂型主要有三种

                D-1:Cathode/ETL+EML/HTL/ITO

                D-2:Cathode/ETL/HTL +EML /ITO

                D-3:Cathode/ETL+EML/HTL +EML /ITO

          采用分散复合膜制作OLED 器件中增加载流子阻挡层



        (6)  特殊器件结构:

                ①上发光型OLED结构

                ②穿透式OLED结构

                ③倒置式IOLED结构

                ④串联式OLED结构


        发光机理

        能带理论模型:相对晶体固体的能带模型来说:价带顶         HOMO (分子最高占据分子轨道 );导带底         LUMO(分子最低未占据轨道 );带隙Eg是HOMO与LUMO之间的宽度,离化能;Ip是真空能级与HOMO之间的能量差,电子亲和势Ea是真空能级与LUMO之间的能量差

        有机电致发光过程由以下五个步骤完成

        1.在外加电场的作用下载流子的注入:电子和空穴分别从阴极和阳极向夹在电极之间的有机功能薄膜注入。

        2.载流子的迁移:注入的电子和空穴分别从电子输送层和空穴输送层向发光层迁移。


        3.载流子的复合:电子和空穴复合产生激子。




        4.激子的迁移:激子在电场的作用下迁移,能量传递给发光分子,并激发电子从基态跃迁到激发态。





        5.电致发光:激发态能量通过辐射跃迁,产生光子,释放出能量。

微信图片_20171221092315

        OLED部件发光过程:(1)载流子注入(2)载流子传输(3)激子的形成(4)辐射发光

        (1)载流子注入

        载流子的注入是指电子和空穴通过电极/有机界面注入到有机半导体材料的分子轨道能级的过程。载流子的注入效率直接影响着OLEDs器件的启亮电压、发光效率和寿命。由于正负电极的功函数与有机材料的分子轨道能级不匹配,存在能级差,导致有机层和电极之间形成界面势垒,如上图所示。因此,电子和空穴的注入需要克服界面势垒,才能注入到有机功能层。有机功能层和电极间的势垒是影响载流子注入、器件亮度和效率的重要因素。关于载流子注入机制,目前主要有两种理论:一种为隧穿注入,另一种为热电子发射注入。

          (2)热发射注入(Richardson-Schottky(RS))

        RS热电子发射模型中,电子通过吸收热声子获得能量从而翻越注入界面的势垒(如图过程1所示) ,RS热电子发射模型中,电流密度JRS是电场强度E和绝对温度T的函数,可以用下式表示:

微信图片_20171221093851

        (3)隧穿注入(Fowler-Nordheim(FN) )

        在FN隧穿模型中,电子在外场的作用下依照一定的几率隧穿通过三角形注入势垒(如图过程2所示)。在FN隧穿模型中,

微信图片_20171221094447

        一般认为,在电场强度较小而且注入势垒高度较小的情况下,载流子主要以RS热电子发射模式越过势垒,而在电场强度较大或者势垒高度较高的情况下,载流子主要以FN隧穿的方式穿过势垒。 

        (4)载流子传输

        将注入至有机层的载流子运输至复合界面处。载流子在有机薄膜内的迁移被认为是跳跃运动,跳跃运动依靠电子云的重叠来完成。衡量有机薄膜载流子传输能力的一个主要指标是载流子迁移率。

        目前所使用有机小分子空穴传输材料的迁移率一般在10cm2/V.s左右,而电子传输材料的迁移率相对低两个数量级。

        因此,开发新型高迁移率的电子传输材料是平衡载流子注入和提高载流子复合效率最有效的方法。

        (5)研究载流子传输过程有许多重要意义:增强材料对电子、空穴的传输效果,降低器件工作电压;增加器件内载流子密度,能增加形成激子的概率,提高器件的亮度;调整电子、空穴传输的平衡,避免或减少因器件中一种载流子数量过剩导致载流子通过器件内部传输到与注入电极相对的另一个电极而形成的漏电流,从而提高器件的效率。

        (6)激子复合和辐射发光

微信图片_20171221095705

        (7)分子的多重态

        单重态 一个所有电子自旋都配对的分子的电子状态。大多数有机物分子的基态是单重态。当基态一对电子中的一个被激发到较高能级,其自旋方向不会立刻改变,分子仍处于单重态。三重态 有两个电子的自旋不配对而平行的状态。激发三重态能量较激发单重态低。

        对于荧光材料,它只能通过单线态单线态能量转移的方式来利用形成的单线态激子,因此其最高内量子效率为20%,最高外量子效率为5%。

        对于磷光材料,它即能通过三线态三线态能量转移的方式来利用形成的三线态激子,又能通过单线态单线态能量转移方式,然后经过单线态三线态的系间窜越来利用形成的三线态激子,因此其最高内量子效率可达100%,最高外量子效率为25%。

        OLED能量传递

        1989年C.W.Tang等人首次报道了荧光染料DCM1、DCM2和C540掺杂主体材料Alq3的OLEDs器件,其器件的效率是没有掺杂器件的2倍左右,实现了发光颜色从蓝绿光到橙红光的调节。从此,染料掺杂技术成为改善器件发光效率和调节器件发光颜色的主要方法。1998年,Forrest等人发现了磷光电致发光现象,突破了有机电致发光材料量子效率低于25 %的限制,单线态激子和三线态激子都得到了利用,都参与辐射发光。在掺杂的OLEDs器件中,主体材料与掺杂染料之间的能量传递是个很重要的物理过程,了解染料掺杂体系中的能量传递过程对于合理地设计器件结构、提高器件性能具有指导性意义。在有机电致发光器件中,主要涉及以下几种能量传递过程:Förster能量传递、Dexter能量传递以及载流子俘获发光。

         Förster能量传递是通过给体激发态分子与受体基态分子间的库伦作用而发生的,包括激发态给体与基态受体之间动量交换的偶极-偶极相互作用。激发态给体发生弛豫时,通过强的库仑作用把能量传递给受体,库仑作用是通过空间的电磁场传递的,是非接触型的诱导作用,因此,是一种长程的能量传递,作用距离一般发生在5~10 nm。Förster能量传输半径越大,掺杂客体材料的浓度越高,相应的能量传递的效率越高。当然,这要求主体材料要与客体染料具有很好的相容性,不会发生相分离。

        在OLEDs器件中,能量传递是普遍存在的,由于在荧光染料掺杂的器件中,掺杂染料的浓度一般较低(高浓度容易引起浓度淬灭),无法满足Dexter方式的短程能量传递,所以主要通过长程的Förster机理传递能量。而在磷光染料掺杂的器件中,掺杂燃料的浓度一般较高(大于5 %),主体材料形成的单线态和三线态激子都能传递给磷光染料分子而发光,从而充分利用了主体材料中的所有激子,大大改善了器件的发光效率。 

推荐资讯
浅谈TFT彩屏

浅谈TFT彩屏

屏幕的颜色实质上指的是色阶的概念,即表示手机液晶屏亮度强弱的指数标准,也就是通常所说的色彩指数。目前色阶指数从低到高可以分为三个层次:最低单色,其次是256色、4096色、65536色,目前最高的为26万色。
2017-12-29
如何熟读电容触摸屏IC-Data-Sheet

如何熟读电容触摸屏IC-Data-Sheet

电容触摸屏的IC型号都有属于自己的DataSheet,从IC的设计、规格、应用实例、封装技术到适用范围,在DataSheet中的都会清楚的交待,每一家公司所生产的IC在DataSheet中的内容安排都是不一样,但应用方向和功能上基本一样。
2017-12-21
OLED部件的结构与发光原理

OLED部件的结构与发光原理

想要了解有关OLED的结构和发光的原理,那么应该从这三个方面着手了解:1、OLED器件结构;2、OLED发光机理;3、OLED能量传递。下面详细介绍一下这方面的内容。
2017-12-19

咨询热线

+8613322983205
深圳市光明新区公明街道楼村鲤鱼河工业区红银路32号(特发产业园)C栋7楼 备案号:粤ICP备14016804号
服务热线:+8613322983205  E-Mail:sales@yuxiang-lcd.com  传真号码:0755-27910136  技术支持: 牛商网(830770)
公司地址:深圳市光明新区公明街道楼村鲤鱼河工业区红银路32号(特发产业园)C栋7楼  百度统计

宇祥兴底部手机站