有机电致发光器件及器件界面特性

有机电致发光器件OLED技术介绍有机电致发光器件OLED（Organic Light Emitting Diode）是一种新型的发光器件技术，由有机材料制成。

OLED技术结合了有机材料的特性和发光器件的的特性，可以在不需要背光的情况下发出颜色丰富、亮度较高的光。

它具有响应快、发光效率高、能耗低等优点，因此在显示技术领域具有广阔的应用前景。

OLED技术是基于有机材料中的发光现象。

有机材料是一种由碳元素构成的化合物，具有很强的光致发光特性。

与传统的LED器件相比，OLED器件不需要外部的背光源，而是利用有机材料自身的特性直接发光，因此OLED器件可以制作得非常薄，达到几个纳米的厚度。

OLED器件由四个不同的部分组成：一层有机发光层、两层电极和一层衬底层。

其中，有机发光层是OLED器件的最关键部分，它薄至仅几纳米，通过在该层中注入电荷，有机分子发生电致发光现象。

电荷分为正电荷和负电荷，它们在有机发光层内重组，释放出能量并发出光。

有机发光层的材料通常采用芳香族化合物以及有机金属配合物等。

OLED的工作原理是由电流经过电极进入有机发光层时，电流携带着电子和正孔进入有机发光层，电子和正孔在该层中相遇并发生复合。

在复合的过程中，电荷之间的能量被释放成光能，发出可见光。

而且，由于电荷可以自由运动，OLED器件具有快速的响应速度，可以实现高频率的图像刷新，扩大了其在电视和显示器领域的应用。

OLED技术具有许多优势。

首先，它可以制造出非常薄、灵活的器件。

由于有机材料可以制造成非常薄的膜，因此OLED显示器可以做到薄如蝉翼，并且可以弯曲、折叠，实现更灵活的设计。

其次，OLED器件具有高亮度和鲜艳的颜色。

由于OLED器件可以直接发光，而不需要背光源，因此可以实现更高的亮度，并且颜色更加鲜艳，对比度更高。

此外，OLED 器件的发光效率也比传统的LED器件高，能耗更低。

最后，OLED器件具有非常快速的响应速度。

由于电荷在有机材料中的运动速度非常快，因此OLED器件可以实现高频率的图像刷新，不会出现拖影现象。

有机电致发光器件OLED技术介绍有机电致发光器件(Organic Light-Emitting Diode, OLED)是一种新型的发光器件技术，由有机材料构成。

与传统的液晶显示技术相比，OLED具有更高的亮度、对比度、响应速度和视角范围。

它也具有更薄、更轻、更柔性以及更低的功耗特性。

因此，OLED被广泛运用于电视、手机、平板电脑和显示屏等各种领域。

以下是OLED技术的介绍。

首先，OLED的工作原理是通过在有机材料中注入电流来激发有机分子发光。

它由四个主要的组成部分构成：有机发光层、电子传输层、空穴传输层和电子注入层。

当电流通过电子传输层和空穴传输层时，电荷载流子在发光层中结合并释放出能量，产生光子。

这一发射光子的过程是受电流调控的，因此可以随时调整亮度。

OLED的一个重要特点是可以实现主动矩阵驱动，这意味着每个像素点都能够独立控制。

这种能力使得OLED在显示领域非常有优势。

与传统的液晶显示技术相比，液晶显示技术需要背光源才能产生光亮的像素。

而OLED每个像素都能够自己发光，因此具有更高的对比度和更广的视角范围。

此外，OLED还具有高亮度和真实色彩的优势。

有机材料可以发射出非常鲜艳和纯净的颜色，而且亮度更高，使得OLED在显示领域表现出色。

在电视和手机等大屏幕设备上，OLED可以提供更丰富、逼真的视觉体验。

另外，OLED的柔性特性也为其应用提供了更多可能。

传统的液晶显示器需要通过切割和粘贴的方式来制作大屏幕设备，而OLED可以在柔性底板上制作，从而实现超薄和弯曲的显示器。

这使得OLED可以应用于可穿戴设备、卷曲屏幕和可折叠设备等领域。

尽管OLED在显示技术中有着许多优势，但也存在一些挑战。

其中之一是有机材料的寿命问题。

有机材料在使用过程中会逐渐降解和失去发光性能，从而影响显示质量和寿命。

为了解决这个问题，研究人员一直在努力开发新的有机材料以提高稳定性。

另一个挑战是制造成本。

目前，OLED 的制造成本相对较高，限制了其在大规模应用中的普及。

1、有机材料中载流子输运（纵波、孤子）P16~P17与无机半导体或单晶材料不同的是，有机半导体中并没有延续的能带，有机半导体的结构中都会有去定域化的π电子，这些电子比较自由，但也只被局限在分子之内，因此，跳跃式的理论最常被用来说明电荷在有机分子间传递的现象，即在一电场的驱动下，电子在被激发或被注入至分子的LUMO能级后，经由跳跃至另一分子的LUMO能级，以达到传递的目的。

需要特别指出的是，电荷并不只是简单地以电子或空穴存在于这些有机分子中，而是带电荷的位置会伴随化学键长和结构而变形。

因此，一个电子或空穴加上变形区形成一个单位一起移动，此单位称为极化子。

有机半导体由于电子或空穴的移动往往伴随着结构的变形（核的运动），所以有机半导体中的自由电子或空穴的迁移率一般比无机半导体或金属中的低。

2、OLED结构（从能级匹配分析）P27~P29发光层（EML）、电子/空穴输运层（E/HTL）、阻隔层（BL）、电子/空穴注入层（E/HIL）、激子幽禁层（ECL）激子：在光跃迁过程中，被激发到导带中的电子和在价带中的空穴由于库仑相互作用，将形成一个束缚态，称为~。

而激子的复合导致发光。

淬灭：在这里，淬灭是指在荧光过程中，光子产生的数量在很短的时间内衰减或者消失。

PS：空穴阻隔是因为阻隔层的HOMO能级比发光层高，因此在EML和BL间会产生很大的能垒，空穴的传递会被阻挡在发光层与阻隔层的界面，增加了空穴在界面的浓度，如此可增加电子、空穴在发光层发生复合的几率。

而这些阻隔层的三重态激发态的能隙也要比发光层大，才可防止能量转移至电子输运层而消光。

3、OLED发光原理（主发光、掺杂、主客体关系）P23、P14步骤一：当施加一正向外加偏压，空穴和电子克服界面能垒后，经由阳极和阴极注入，分别进入空穴输运层（HTL）的HOMO能级和电子输运层（ETL）的LUMO能级；步骤二：电荷在外部电场的驱动下，传递至空穴输运层和电子输运层的界面，因为界面的能级差，使得界面会有电荷的累积；步骤三：当电子、空穴在有发光特性的有机物质内复合，形成处于激发态的激子，此激发态在一般的环境中是不稳定的，能量将以光或热的形式释放出来而回到稳定态的基态，因此电致发光是一个电流驱动的现象。

摘要OLED 具有全固态、主动发光、高对比度、超薄、低功耗、无视角限制、响应速度快、低电压直流驱动、工作温度范围宽、易于实现柔性显示和3D 显示等诸多优点，将成为未来20 年最具“钱景”的新型显示技术。

同时，由于OLED 具有可大面积成膜、功耗低以及其它优良特性，因此还是一种理想的平面光源，在未来的节能环保型照明领域也具有广泛的应用前景。

本文将系统介绍OLED的发展背景、发展史、制备及应用，介绍了有机电致发光器件(OLED) 的结构和发光机理。

典型的传统OLED是生长在透明的阳极例如ITO玻璃上的，发射出来的光是由最底层衬底透出，这使得它与其他电子元件如硅基显示驱动器的集成变得非常复杂。

因此，理想的做法是研发一种OLED，其光的发射由器件顶部的透明电极透出。

重点介绍一种具有阴极作为底层接触层，阳极ITO薄膜作为顶部电极的表面发射型或者说有机“反转”的LED(OILED)。

介绍了该器件的制备工艺，对该OILED的I一V特性及EL谱进行了测试，发现与传统的OLED相类似，而工作电压有所升高，效率一定程度上降低。

为了进一步改善器件性能，我们对器件增加了保护层(PL)，研究了PL对OILED器件性能的影响。

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，有机反转电致发光器件，发光机理，保护层（PL）,阳极ITO 薄膜AbstractOLED has a solid state, self-luminous, high contrast, ultra-thin, low power consumption, viewing angle, fast response, low-voltage DC drive, the operating temperature range, easy to implement many of the advantages of flexible displays and 3D displays future20 years of the most "money scene" of the newdisplay because OLED has a large-area film, low power consumption, and other fine features, so an ideal plane light source, also has broad application prospects in the future of energy saving lighting in the area. In this paper, the systematic introduction of OLED development background, history of the development, preparation and application, the structure of the organic electroluminescent devices (OLED) and the luminescence mechanism.Typical traditional OLED is growth in transparent anode ITO glass, for example, the light is emitted by bottom gives fully substrate, this makes it and other electronic components such as that the integration of the silica based drive become very complex. Therefore, the ideal way is developing a OLED, its light emission from the top of the device gives fully transparent electrodes. Focuses on a cathode as the bottom contact layer, the anode of ITO films as the top electrode surface emission or organic LED of the "reverse" (OILED). Of the device preparation process, the OILED I-V characteristics and EL spectra of the test, found that similar to the conventional OLED, the working voltage was increased efficiency to a certain extent on the lower. To further improve the device performance of the device to increase the protective layer (PL), PL OILED device performance. Finally an overview of the technical progress and prospects of the device, and looked to the future OLED, the direction of development.Keywords:Organic Electroluminescent Devices,Organic reverse electroluminescent devices, Luminescence mechanism,Protective layer (PL), the anode of ITO films.目录摘要 (I)Abstract........................................................... I I 目录.............................................................. I II 1.绪论.. (1)1.1课题背景 (1)1.2 OLED技术的发展概况 (2)1.2.1 全球OLED发展史 (4)1.2.2 中国OLED发展状况 (5)1.2.3 OLED的应用 (6)1.2.3 OLED的制备 (6)2.有机电致发光器件 (8)2.1 引言 (8)2.2 有机电致发光器件 (8)2.3 有机电致发光器件的结构 (9)2.4 OLED发光机理 (10)2.5 我国发展OLED产业存在的问题及发展趋势 (13)2.5.1 存在的问题 (13)2.5.2 发展趋势 (14)2.6 结论及建议 (14)3.有机反转电致发光器件 (16)3.1 引言 (16)3.2 器件制备工艺 (17)3.2.1 基片的清洗及表面处理 (17)3.2.2 阴极的蒸镀 (17)3.2.3 有机层的成膜 (18)3.2.4 阳极的溅射 (18)/ PVK:TPD/PTCDA/ITO结构的有机反转电致发光器件的研究3.3 Si/Al/Alq3 (19)3.3.1 OILED的I一V特性及亮度测试 (19)3.4 保护层(PL)对器件性能的影响 (26)3.4.1 PL厚度对器件j一V特性的影响 (26)的影响 (28)3.4.2 PL对器件的最大驱动电流Im ax的影响 (28)3.4.3 PL对器件外量子效率qe3.4.4 PL对EL发射谱的影响 (29)3.4.5 顶电极(阳极)面积对载流子注入效率的影响 (30)3.4.6 PL层对器件最表面状态的影响 (31)4.OLED与OILED的特性及存在的问题 (32)4.1 与目前占主流地位的CRT及LCD技术相比，OLED与OILED具有以下更多的优点: (32)4.2 与OLED相比OILED的不同 (34)4.3 OLED与OILED 急待解决的问题和未来发展趋势 (34)结论 (37)5.致谢 (38)6.参考文献： (39)1.绪论1.1课题背景信息显示是信息产业的核心技术之一, 而信息显示技术及显示器件多种多样, 到目前为止，有四种发光物理机制完全不同的固态场致发光形式。

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。

有机电致发光材料学院：化工学院专业:应化姓名：000 学号：20111130152随着信息时代的来临，作为人机界面的新型显示器件的研制，越来越引起人们的重视，特别是各类平板显示器件(FPD)以其体积小、重量轻、能耗低、屏幕大等特点，引发了一股强劲的平板显示器件研制热潮。

作为新一代平板显示器件，有机电致发光器件(OLED)具有如下优点：(1)设计方面：结构简单，成品率高成本低；不需要背景光源和滤光片，因而可以制造出超薄、重量轻、易于携带的产品。

(2)显示方面：主动发光、视角范围大；响应速度快，图像稳定；亮度高、色彩丰富、分辨率高。

(3)工作条件：驱动电压低、能耗低，可与太阳能电池、集成电路等相匹配。

(4)适应性广：采用玻璃衬底可实现大面积平板显示；如用柔性材料做衬底，能制成可折叠的显示器(5)由于OLED是全固态、非真空器件，具有抗震荡、耐低温(一40℃)等特性，在军事方面也有十分重要的应用，如用作坦克、飞机等现代化武器的显示终端。

由于上述优点，有机电致发光器件在手机、个人电子助理(PDA)、数码相机、车载显示、笔记本电脑壁挂电视以及军事领域都具有广阔的应用前景，是一种可刚来替代液晶显示器(LCD)的新型平板显示器件。

因此，OLED是近几年来新材料及显示技术领域研究、开发的一大热点，其产业化势头卜分迅猛。

一、有机电致发光原理有机电致发光是载流子从阳极和阴极双注入式的发光过程，是将电能转化为光能的能量转移过程．有机电致发光机制：在外加电场作用下，电子和空穴分别从两电极注入有机层的导带(反键轨道)和价带(成键轨道)，经过有机层的电子传输和空穴传输，在发光层复合形成激子，激子通过辐射发光(荧光或磷光)从激发态跃迁回基态．有机物电荷传输大部分以∏-电子为基础，分子之间仅仅具有弱的分子间作用力——范德华力，具有可吸收和发射紫外可见光、产生和传输电荷、非线性光学性能等性质；其导电过程可用分子轨道理论解释，即电荷传输是靠载流子在不同分子轨道的最高占据轨道(HOMO)和最低空轨道(LUMO)能级之间的跃迁完成的；发光是受激发电子从LUMO能级跃迁到HOMO能级产生的。

1.电致发光（EL）：发光材料在电场作用下，受到电流和电场的激发而发光的现象，是一个将电能直接转化为光能的一种发光过程（非热转换即不是通过热辐射实现的）。

2. FED,PDP,LCD都存在问题，不能满足时代需求，所以研究更为高效的有机电致发光器件（OLED）。

OLED特点：材料选择有机物，高分子，因而选择范围宽；驱动电压低；发光亮度和发光效率高，发光视角宽，相应速度快；器件可弯曲，不受尺寸限制，分辨率高等。

3.基态：分子的稳定态即能量最低状态；激发态：被激发后，分子的电子排布不遵循构造原理。

激发态分子内的物理失活：辐射跃迁和非辐射跃迁。

而辐射跃迁：释放光子而从高能激发态失活到低能基态的过程。

导致电子运动轨道界面减少；在势能面上跃迁是垂直发生的。

4.有机半导体：在外电场作用下，电子和空穴在LUMO和HOMO间的跳跃产生电流。

而掺杂半导体中的载流子浓度大于本征半导体（电子和空穴浓度相同），所以导电性更好5.直流注入式有机电致发光：在有机EL器件的两端电机上加上直流电源，通电后发光器件受电激发的作用而发光的现象。

过程：载流子注入，载流子传输，电子和空穴碰撞形成激子（激子是彼此束缚在一起的电子和空穴对），激子辐射退激发发出光子。

6.单线态激子是总自旋为0的激发状态；注入的电子和空穴形成的单线态和三线态激子的比例正比于其状态数，有机电致发光的量子效率最大为25%；Forster能量转移：能量从主体向掺杂材料的传递方式，能在较远距离内实现，为单线态激子；Dexter能量转移：只能在紧邻分子间实现，为三线态激子。

7.单层器件：单层有机薄膜被夹在ITO阴极和金属极之间，形成的是单层有机电致发光器件。

但是单层器件的载流子的注入不平衡，器件发光效率低。

三层器件是目前OLED中最常用的一种。

在实际的器件中，在发光层往往采用掺杂的方式提高器件性能8.器件制备过程：刻蚀好的ITO玻璃一清洗一臭氧/氧等离子体处理一基片置于真空腔体一抽真空一蒸发沉积有机薄膜和阴极一取出器件并封装一测试表征9.有机小分子发光器件通常用真空蒸发沉积的方法制备构成器件的薄膜，整个过程要在真空腔内完成（真空度高于10八-4Pa）。

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。