有机电致发光材料与器件导论

有机电致发光显示器件基本原理与进展

姚华文1 汪光裕

(上海华嘉光电技术有限公司，上海市嘉定区招贤路928号，201821)

摘要

本文对有机电致发光显示器件的发展历史，器件结构、工作特征、获得彩色显示的方法以及所具有的优缺点、发展现状和趋势等都做了简要的概括。详细比较了小分子OLED与高分子PLED、OLED与LCD性质上的比较，对OLED显示的发光机理进行了详细的综述。此外，对获得彩色显示的无源驱动电路和有源驱动电路的结构进行了总结，认为有源驱动将是最终发展趋势。最后总结了国内外OLED技术的发展状况。

关键词：小分子有机电致发光，高分子有机电致发光，无源驱动，有源驱动

有机电致发光显示（organic electroluminesence Display）技术被誉为具有梦幻般显示特征的平面显示技术，因其发光机理与发光二极管（LED）相似，所以又称之为OLED（organic light emitting diode）。2000年以来，OLED受到了业界的极大关注，开始步入产业化阶段。

1．发展历史

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

有机电致发光器件载流子注入效率的研究

王丽辉，徐 征，孙 力，陈小红

摘 要： 文章从电极材料、结构、处理方法等角度出发，详细介绍了提高有机电致发光(EL)器件载流子注入效率的研究现状。

关键词： 有机电致发光器件； 载流子注入； 阴极； 阳极 中图分类号： TN383.1 文献标识码： A

Study on carrier injection efficiency of OEL devices

WANG Li-hui,XU Zheng,SUN Li,CHEN Xiao-hong

(Institute of Optoelectronic Technology,Northern Jiaotong University,Beijing

100044,China)

Abstract:Progress in study on carrier injection efficiency of OEL (Organic Electroluminescence) devices is presented in this paper,with the emphasis on factors such as electrode materia

第31卷,第4期 光谱学与光谱分析Vol 131,No 14,pp 871-876

2011年4月 Spectro sco py and Spectr al Analysis

A pril,2011

有机电致发光器件光取出效率增强研究进展

刘 默,李 同,王 岩,张天瑜,谢文法*

吉林大学电子科学与工程学院,集成光电子学国家重点联合实验室吉林大学实验区,吉林长春 130012

摘 要 有机电致发光器件(OL ED)经过近三十年的发展,已经在照明和显示上得到一定程度的应用。OL ED 具有全固态、响应速度快、易于实现柔性显示等优点。由于磷光材料的应用,其内量子效率几乎达到

了理论的极限值100%,但其外量子效率却只有20%左右,制约外量子效率进一步提高的主要因素是器件的光取出效率。本文从提高OL ED 光取出效率的方法入手,综述了国内外关于顶发射和底发射有机发光器件光取出效率增强的研究现状、最新进展及以后的研究方向。关键词 有机发光;光取出效率

中图分类号:T N383 文献标识码:A DOI :1013964/j 1issn 11000-0593(2011)04-0871-06

收稿日期:2010-09-15

有机电致发光发展历程及TADF材料的发展进展

1.1引言

有机光电材料（Organic Optoelectronic Materials），是具有光子和电子的产生、转换和传输等特性的有机材料。目前，有机光电材料可控的光电性能已应用于有机发光二极

[1,2,3]管（Organic Light-Emitting Diode，OLED），有机太阳能电池（Organic Photovoltage，

OPV）[4,5,6]，有机场效应晶体管（Organic Field Effect Transistor，OFET）[7,8,9]，生物/化学/光传感器[10,11,12]，储存器[13,14,15]，甚至是有机激光器[16,17]。和传统的无机导体和半导体不同，有机小分子和聚合物可以由不同的有机和高分子化学方法合成，从而可制备出大量多样的有机半导体材料，这对于提高有机电子器件的性能有十分重要的意义。

其中，有机电致发光近十几年来受到了人们极大的关注。有机电致发光主要有两个应用：一是信息显示，二是固体照明。在信息显示方面，目前市面上主流的显示产品是液晶显示器（Liquid Crystal Display，LCD），它基本在这个世纪初取代了阴极射线管显示，被广泛

光致发光和电致发光

光致发光

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，

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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

从本质上来说，表面等离激元是指由于与导体中的自由电子相互

作用而被导体表面俘获的光波。导体

表面的自由电子集体振荡与光的电磁场之间的共振相互作用就构成了SPPs

SPPs同时具有电磁波和表面电荷的特性。导体表面的电荷与电磁场相互作用产生的SPPs有两个特点。一、由于SPPs

是被束缚在表面上的，SPPs模的动量ASP比相同频率下自由空间的光子动量}0 大(ko= W /c，为自由空间的波矢)。在合适的边界条件下解Maxwell方程可获得

SPP:色散关系[n6}，即依赖于频率的 由于SPPs的波矢比光波的波矢大，如果要用光波来产生SPPs，必须得补偿

光与SPPs在相同频率下的动量失配。二、虽然SPPs会沿着界面传播，但是在垂 直于界面的方向上，SPPs的强度随着离开界面的距离而指数衰减，如图2.14(b) 所示。垂直于界面方向的场被称作近场或消逝场，这是SPPs的束缚特性与非辐 射特性的结果，能阻止SPPs的能量离开界面。SPPs在介质材料中的衰减长度凡 与光波波长的二分之一在同一个数量级;而在金属中的衰减距离}m则由透入深

度(skin depth)决定。

SPPs波矢ksP}，为金属等离子体频率，。为金属的电子密度，

量，m为电子有效质量。根据以上

《发光学与发光材料》课程教学大纲

一、《发光学与发光材料》课程说明

（一）课程代码：08131106

（二）课程英文名称：Luminescence and Luminescent Materials （三）开课对象：材料物理专业 （四）课程性质：

《发光学与发光材料》是材料物理专业的一门专业任意选修课。本课程的目的在于介绍发光的基本理论和基本知识，掌握发光这一过程中的物理原理和规律，对目前发光材料在生产生活中的应用和发展有较深入的了解。 （五）教学目的

通过发光学与发光材料的教学，使学生了解发光的定义及分类、掌握发光基本物理过程及现象，对半导体发光、分立中心发光、特殊结构物质的发光有所了解，了解发光在照明、灯源、显示、探测领域的应用，了解发光材料制备、表征、测量、分析的基本方法。

（六）教学内容

本课程主要包括发光的定义及分类、基本物理过程及现象、半导体的发光、分立中心的发光、特殊结构物质的发光、发光动力学问题的计算机模拟、发光在照明和其他光源中的应用、显示技术、发光在探测中的应用、主要发光材料、发光材料的制备、发光材料的表征及测量技术、视觉与颜色、发光分析、同步辐射原理与应用简介等几个部分。通过教学的各个环节使学生达到各章中所提的基本要

1. 什么是有机发光显示技术(5分，P4) ? 和LCD、PDP、LED相比， 简述OLEDs优 点。(15分，P16-17)

2. 简述有机电致发光器件的工作原理(10分 ，P41-47),器件结构及其分类？ (10分 ，P32-40)3. 简述影响OLEDs器件效率的因素(5分， P54),和 OLEDs器件的老化机制(15分 ，P55-58) 4. 有机薄膜的形态结构对器件性能的影响( 20分，P59-63)1

有机发光显示技术(OLED)王 振

§1 有机电致发光显示简介

§2 有机电致发光基本理论§3 有机电致发光材料

§1 有机电致发光显示简介有机电致发光显示：又称有机电致发光二极管或者有机发光显示( Organic Light Emitting Diodes,OLEDs) 20世纪中期，一种基于纳米技术和材料科学的新 型平板显示技术。

有机电致发光：指有机材料在电流或者电场的激发作用

下发光的现象。4

显示技术背景CRT(阴极射线管) PDP(等离子显示器) 发光型 FED(场发射显示器) LED(发光二极管)

显 示 器受光型

OLED(有机发光显示器)VFD(真空荧光显示器) LCD(液晶显示器) ECD

第一章 光电材料与器件基础

非平衡载流子：注入方法、准费米能级；

PN结：PN结空间电荷区的形成过程；加偏压的PN结的能带图画法；PN结击穿（齐纳击穿、雪崩击穿）

金属-半导体结：肖特基势垒的形成过程；加偏压的肖特基势垒的能带图；欧姆接触

半导体异质结构：异质结定义；异质结的特性；量子阱；超晶格；量子阱和超晶格的异同

第二章 光电材料的生长与器件制备

外延生长；分子束外延；MBE系统的主要特点；MBE外延生长机理；MOCVD系统的主要特点；MOCVD生长过程的主要阶段；

第三章 LED

辐射复合与非辐射复合：辐射复合、非辐射复合；间接辐射复合的5种主要形式；等电子陷阱；俄歇复合；

LED的基本原理：LED的发光过程

LED的特性参数：I-V特性；外量子效率，内量子效率；LED设计成在P侧发光较为有利的原因；提高注射效率的途径；

LED的光取出原理及方法：减少材料吸收而产生的损失采取的措施；增加光取出效率的方法（增加内部量子效率、改进内部结构、改变表面结构及外形、基本

结构的改变）；

可见光LED：提高红光LED效率通常采用的方法；提高蓝光及绿光LED效率通常采用的方法；FC LED（结构如何，为什么要采用倒装技术）

考试题型：填空题20分；简答题50分；论述题30分

考题分布：汤昊老师60分（10，30，20）；胡友根老师40分（10，20，10） 汤昊老师考题全在网络教学平台试题库中，胡友根老师划定重点。

I汤昊老师部分

一．填空题

1.超载吸附只能改变紧密层和分散层电势差的大小或符号，改变电势分布，但不能改变整个相间电势差。

2.扩散双电层理论认为，溶液一侧的剩余电荷一部分排在电极表面形成紧密层，其余部分按照玻耳兹曼分布规律分散于表面附近一定距离的液层中，形成分散层

3.在有电流通过电极时，电极电势偏离可逆（平衡）电势值的现象称为电极的极化。

4.超电势或电极电势与电流密度之间的关系曲线称为极化曲线，它的形状和变化规律反映了电化学过程的动力学特征。

5.电极反应的基本动力学参数“对称系数α和β”主要决定于电极反应的类型而与反应粒子浓度关系不大。

6.电极电势越小，越容易失去电子，越容易氧化，是较强的还原剂。电极电势越大，越容易得到电子，越容易还原，是较强的氧化剂。 7.电池电动势是通过原电池电流为零时(电池反应达平衡)的电池电势，用E表示，单位为伏特。

8.燃料电池的寿命是指输出电压降至初始值的90%时的运行时间。 9.在PAFC中有3种冷却方式：