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OLED的简介和结构原理及发光过程解析

发布时间: 2012-12-23 22:16:26   作者:本站编辑   来源: 转载
摘要:

OLED(Organic Light-Emitting Diode,有机发光二极管)又称为OEL(Organic Electro Luminescence,有机电激发光),是指有机半导体材料和有机发光材料在电场的驱动下,通过载流子注入和复合导致发光的技术。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传输层和空穴传输层,然后分别迁移到发光层,相遇后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的起源:

OLED的历史比无机材料电致发光(LED)要晚。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等人在蒽单芯片的两侧加上400V的直流电压观测到发光现象,由于单晶厚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。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)OLED器件(Alq3作为发光层)。1990年,英国剑桥大学的Burroughes及其合作者研究成功第一个高分子有机电致发光器件(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矗1998年Forrest课题组采用掺杂重金属化合物的方法获得了电致磷光,及利用了激发态的三线态激子使电致发光的内量子效率得到很大提高。

目前,全球已经有100多家的研究单位和企业投入到OLED的研发和生产中,包括目前市场上的显示巨头,如三星、LG、飞利浦、索尼等公司。整体上讲,OLED的产业化目前已经开始,其中单色,多色和彩色器件已经达到批量生产水平,大尺寸全彩色器件量产仍存在困难。

OLED的结构、原理

OLED的基本结构是由一薄而透明具半导体特性之铟锡氧化物(ITO),与电力之正极相连,再加上另一个金属阴极,包成如三明治的结构。整个结构层中包括了:空穴传输层(HTL)、发光层(EL)与电子传输层(ETL)。当电力供应至适当电压时,正极空穴与阴极电荷就会在发光层中结合,产生光亮,依其配方不同产生红、绿和蓝RGB三原色,构成基本色彩。OLED的特性是自己发光,不像TFT LCD需要背光,因此可视度和亮度均高,其次是电压需求低且省电效率高,加上反应快、重量轻、厚度薄,构造简单,成本低等,被视为 21世纪最具前途的产品之一。

有机发光二极体的发光原理和无机发光二极体相似。当元件受到直流电(Direct Current;DC)所衍生的顺向偏压时,外加之电压能量将驱动电子(Electron)与空穴(Hole)分别由阴极与阳极注入元件,当两者在传导中相遇、结合,即形成所谓的电子-空穴复合(Electron-Hole Capture)。而当化学分子受到外来能量激发後,若电子自旋(Electron Spin)和基态电子成对,则为单重态(Singlet),其所释放的光为所谓的荧光(Fluorescence);反之,若激发态电子和基态电子自旋不成对且平行,则称为三重态(Triplet),其所释放的光为所谓的磷光(Phosphorescence)。

当电子的状态位置由激态高能阶回到稳态低能阶时,其能量将分别以光子(Light Emission)或热能(Heat Dissipation)的方式放出,其中光子的部分可被利用当做显示功能;然有机荧光材料在室温下并无法观测到三重态的磷光,故PM-OLED元件发光效率之理论极限值仅25%。

PM-OLED发光原理是利用材料能阶差,将释放出来的能量转换成光子,所以我们可以选择适当的材料当做发光层或是在发光层中掺杂染料以得到我们所需要的发光颜色。此外,一般电子与电洞的结合反应均在数十纳秒(ns)内,故PM-OLED的应答速度非常快。

P.S.:PM-OLED的典型结构。典型的PM-OLED由玻璃基板、ITO(indium tin oxide;铟锡氧化物)阳极(Anode)、有机发光层(Emitting Material Layer)与阴极(Cathode)等所组成,其中,薄而透明的ITO阳极与金属阴极如同三明治般地将有机发光层包夹其中,当电压注入阳极的空穴(Hole)与阴极来的电子(Electron)在有机发光层结合时,激发有机材料而发光。

而目前发光效率较佳、普遍被使用的多层PM-OLED结构,除玻璃基板、阴阳电极与有机发光层外,尚需制作空穴注入层(Hole Inject Layer;HIL)、空穴传输层(Hole Transport Layer;HTL)、电子传输层(Electron Transport Layer;ETL)与电子注入层(Electron Inject Layer;EIL)等结构,且各传输层与电极之间需设置绝缘层,因此热蒸镀(Evaporate)加工难度相对提高,制作过程亦变得复杂。

由于有机材料及金属对氧气及水气相当敏感,制作完成後,需经过封装保护处理。PM-OLED虽需由数层有机薄膜组成,然有机薄膜层厚度约仅1,000~1,500A°(0.10~0.15 um),整个显示板(Panel)在封装加干燥剂(Desiccant)後总厚度不及200um(0.2mm),具轻薄之优势。

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