第10章 有机发光显示原理

主讲人：王丽娟长春工业大学2013年02月10日

平板显示技术基础，2013年，北京大学出版社

本章主要内容10.1 有机发光显示特点

10.2 有机材料的半导体性质10.3 有机发光二极管的发光原理 10.4 有机发光二极管的器件结构 10.5 有机小分子发光二级管 10.6 聚合物发光二极管

10.1有机发光显示的特点

材料广泛，有机材料按照材料的结构和分子量的大小，可以分为

有机小分子和高分子，每种材料种类繁多； 能耗低、成本低，不需要背光源、制作工艺简单； 厚度薄、重量轻，在衬底上制作发光材料的薄膜型自发光器件； 响应速度快，更适合视频播放及动画游戏； 可以实现柔性显示，成膜温度低，可制作在柔性衬底上。 OLED一出现被认为是一类先进的平板显示技术。

10.2 有机材料的半导体性质 无机半导体原子1 原子2 原子3禁带 能量 半满带 禁带 满带 价带 导带禁带宽度

导带

禁带

价带

导体

半导体

绝缘体

10.2 有机材料的半导体性质 分子轨道LUMO LUMO分 子 轨 道 能 量 分 子 轨 道 能 量

HOMO HOMO

能态密度

空间位置

10.2 有机材料的半导体性质 跳跃式导电LUMO能级 得到的电子 跳跃前 跳跃后

跳跃前

HOMO 能 级 失去的电子

跳跃后

10.2 有机材料的半导体性质π键上的电子在整个能级做共有化运动。

LOMO 电极

跳跃离域π电子e 键 e-

10.3 有机发光二极管的发光原理 荧光和磷光 S0是基态，HOMO能级； T2 S2 ② ② S1 ① ① ② 荧光 S0 ④ ② ③ T1 ⑤ ⑥ S1是单重激发态，LUMO能级； S2是单重激发态； T1三重激发态；T2三重激发态； ①吸收；②内转换； ③系间跨越；④荧光； ⑤磷光；⑥再吸收

磷光

10.3 有机发光二极管的发光原理 能量转移辐射能量转移主体材料 客体材料

Fö rster能量转移

Dexter能量转移

10.3 有机发光二极管的发光原理 LED的发光过程内建电场+ + + +

Ec EF Ev

p

n

qVDδ δ2 1

p

n

pn结的正向注入； 载流子的迁移率高； 自由载流子复合发光；q(VD-V)EFp EFn

空间电荷区

扩散区 中性区+ + + +

p中性区

n

EFn

p

n

EFp

势垒区

Ln

Lp

10.3 有机发光二极管的发光原理 OLED的电致发光(a ) 势垒 (b)

界 面势垒 势垒

势垒

+ 阴 极

载流子注入发光层兼 电子传输层

阳 极

空穴 传输层

发光层兼 电子传输层

阴 极

阳 极

空穴 传输层

载流子传输 激子形成 复合发光

(c)

(d)

+

+

激 子

发光

10.4 有机发光二极管的器件结构

阴极 阴极 阴极 发光材料 ITO 空穴传输层 玻璃衬底 ITO 玻璃衬底 电子传输层 发光层——————

阴极 电子传输层———

———

电子传输层

++++++——————

++++++ ++++++ 发光层 空穴传输层 ITO 玻璃衬底

发光层

空穴传输层

ITO玻璃衬底

单层器件

双层器件结构

三层有机发光器件

10.6 聚合物电致发光器件的工作原理+ + + + + + + + + + + +

电子和空穴处于相同的分子链+

-

电子和空穴分别处于相邻的分子链

- + +

- + +

+

+

- + +

- + +

+

+

-

+

- - - - -

-

10.6 聚合物发光二极管的结构聚合物阻隔层 PEDOT/PPS 红光聚合物 绿光聚合物 蓝光聚合物

阴极

SiO2 SiNx

TFT

ITO阳极

玻璃基板 蓝光

红光

绿光

日本的Seiko-Epson公司用喷墨打印方法制备的PLED器件

PEDOT作为空穴传输层 红、绿、蓝三种颜色的聚合物材料作为发光层 打印精度在为1μm左右

10.6 聚合物发光二极管的结构

有机发光显示是一种主动发光显示器 有机材料有LUMO和HOMO轨道

发光过程可以概括为载流子注入、载流子传输、激子形成和复合发光四个过程 有机发光二级管属于夹层式结构 有机发光二极管分为小分子OLED和聚合物PLED

本章小结