有機電致發光器件研究

徐海楠 張春玉 胡良斌

摘 ?要：有機發光顯示器是一種高亮度、寬視角、全固化的主動發光型平板顯示器件。隨著科技的發展，將是未來信息時代真正理想的顯示器。本文簡述了有機電致發光器件（OLED）的結構、發光原理及研究進展。

關鍵詞：有機電致發光器件;平板顯示器

在21世紀的今天，隨著信息時代的來臨，各種電子產品層出不窮，作為人機界面的新型顯示器件的研制，越來越引起人們的重視，特別是各類平板顯示器以其體積小、重量輕、能耗低等特點，引發了一股強勁的研制熱潮。有機電致發光器件（OLED）又稱有機發光二極管，是近年來發展非常迅速的一種新型平板顯示技術。

1 有機電致發光器件結構

大部分的OLED的組成結構是金屬陰極、有機發光層、銦錫氧化物ITO和玻璃襯底，ITO做陽極。在加入其它功能薄膜材料后，又可分為單、雙、三和多層結構，而單、雙層結構比較簡單，單層結構與雙層結構二者的區別之處在于正負極之間夾雜的有機發光材料并且還相當于電子傳輸層或空穴傳輸層。圖1.1為單層結構圖，圖1.2為雙層結構圖。

圖1.3和圖1.4分別為三層結構和多層結構的示意圖，由于加入了電子和空穴傳輸的功能層，所以器件的發光效率獲得了顯著增強，也使得大部分OLED顯示屏都會選擇使用三層結構。多層結構盡管會使得性能更加優良，但也會使其內部結構變得愈加復雜，所以三層結構的應用比多層結構的應用市場更大。

OLED除了按照結構的方法分類外還可以根據有機發光材料的不同分類，可以分為小分子OLED和高分子PLED，除此之外還可以根據驅動電壓不同分類，分為無源矩陣和有源矩陣。

2 有機電致發光器件工作原理

有機電致發光器件是基于有機材料的一種將電能直接轉化為光能的電注入型半導體。大多是用一層幾十納米厚的有機發光材料在ITO玻璃上制作發光層，金屬電極在發光層上方。當陰極和陽極上加有電壓時，發光層就產生了光輻射。為了增強空穴和電子的傳輸和注入能力，人們通常又在發光層與金屬電極之間增加一層電子傳輸層，在發光層和ITO間增加一層有機空穴傳輸材料，提高了發光效率。

發光過程通常按照先后順序，由下面幾個階段完成。（1）空穴和電子的注入：在陽極和陰極加有電壓時，載流子從兩級注入到陰極和陽極之間的有機功能薄膜層。（2）空穴和電子的遷移：注入的空穴和電子分別從空穴傳輸層和電子傳輸層向發光層遷移。（3）空穴和電子復合：空穴和電子結合產生激子。（4）激子的遷移：在電場作用下，激子發生遷移，遷移激子將能量傳給發光分子。（5）激子復合發光：由于激發態能量輻射失活，產生了光子，光子再釋放出能量。

實際上，釋放激發態能量可以通過以下的幾種方式：（1）輻射躍遷的單重態熒光發光和三重態的磷光發光方式。（2）熱效應、振動馳豫等，導致體系能量衰減;（3）非輻射的躍遷導致了能量衰減，就像系間，內部的轉換等形式。此為小分子材料發光過程。

還有就是聚合物發光過程，可以認為是在電場的作用下，空穴和電子分別從陰極和陽極注入到共軛高分子的最高占有軌道和最低空軌道，于是就產生了正、負極化子，聚合物鏈段上極化子轉移，單重態激子產生，產生的單重態激子通過輻射、躍遷，就發出了光。

3有機電致發光器件研究進展

經過多年的發展，有機電致發光器件性能及理論研究都取得了長足的進步。各種單色光發光器件技術日趨成熟，器件性能不斷得到提高。文獻報道三線態綠光發光器件效率已超過60Im/W，有機綠色磷光二極管的發光效率已達到110 Im/W。紅光和藍光器件超過10%的外量子效率。與此同時，對有機電致發光全色顯示的要求與日俱增。已提出多種全色顯示的實現方案，其中用OLED白光器件作背光源加上彩色濾光片技術實現全色顯示的方案已有數家公司推出了超過l0英寸的樣屏。OLED 也可以構建在柔性襯底上，實現軟屏顯示。此外，在固體照明領域的應用也是待開發的領域。因此，高效白光器件的研究也已成為有機光領域的熱點方向之一。在2009年，白光電致發光器件的功率效率得到了突破，達到了124 lm/W，KarlLeo課題組的工作使有機電致發光器件在白光照明的應用更加有吸引力。2012年，OLED的發光機理再次得到了拓展，日本九州大學Adachi教授利用某些材料單線態-三線態能級差較小的特點，使得三線態激子實現反系間穿越轉變成單線態激子發光，這樣就彌補了之前熒光材料無法利用的75%的三線態激子，內量子效率同樣可以達到100%，該類材料稱為熱激活延遲熒光材料。

2015年，OLED大型研發廠家三星推出了首款OLED彎曲屏手機，自此宣告了OLED創新時代的來臨。同樣，次年新產品三星Note7智能手機無論在設計上，功能上都別出心裁，讓人耳目一新，同時從消費數據來看，手機的創新帶來的則是大眾的喜愛。三星Note7可謂是當年爆款。

通過新發光材料以及新技術的研究和使用，器件結構和工藝的不斷完善，OLED的發展已經取得了長足的進步。目前，國內面板產商也在盡力擴張OLED產業鏈布局，政策的優勢使得行業優秀產品日益倍增，我國在OLED領域的競爭力可大幅提升，足以加入國際競爭行列。

參考文獻

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注：吉林省大學生創新創業項目（編號201810191110）