第3章有机电致发光器件结构和工作原理

2.载流子传输 在外电场作用下载流子传输就是注入的源自文库子和空穴分别向阳极
和阴极迁移。 载流子的迁移可能发生三种情况：(1)两种载流子相遇；(2)两种
载流子不相遇；(3)载流子被杂质或缺陷俘获而失活。只有正负载流 子相遇才有可能复合而发光。
正极
空穴注入
h
传输
h
e
电子/空穴复合
负极 电子注入
e
激子
25%S
辐射跃 迁
基态
75%T
无辐射跃 迁
OLED载流子注入、传输、复合而发光示意图
有机电致发光一般有5个阶段完成： （1）载流子的注入：在直流低压高电场驱动下，空穴和电子 分别从阳极和阴极注入到夹在两电极间的有机层中。
（2）载流子的迁移：注入的空穴和电子分别由空穴传输层和 电子传输层迁移到发光层中。
平衡电子和空穴的注入与传输可通过在电极和发光层之间加入 载流子输运层或限制层制作多层器件的途径来实现。
2.双层器件结构 双层器件结构是为了平衡空穴和电子的注入量，提高载流子
的注入速率，提高其发光效率和量子效率。
另外传输层还起着阻挡载流子的作用，这样更有利于控制空 穴和电子在发光层中的复合。
金属阴极
电子传输 — 发光层
空穴传输层
ITO阳极
DL-A型 含有空穴传输层（HTL） 和集电子传输功能和受激 发光的发光层(EML)。
金属阴极
电子传输层
空穴传输—发光层 ITO阳极
DL-B型 含有电子传输层（ETL） 和集空穴传输功能和受激 发光的发光层(EML)
3 . 三层器件结构
三层器件结构由空穴传输层(HTL)、电子传输层（EML）和发光 层（EML）组成。在此结构中，三层功能层各行其职，有利于器件 的性能的优化。这种结构是目前应用较多的结构。
第三章 有机电致发光器件结构 和工作原理
有机电致发光器件分为小分子型和高分子型，小分子型器件一 般为多层型，高分子型器件大多为单层器件。
3.1有机小分子器件结构
1.单层器件结构
单层器件具有结构简单、制作方便的优点，但是由于大多数有 机材料都是单极性的，同时具有均等的传输空穴和电子性能的材料 很少，这种结构的器件性能较差。
能级差，导致有机材料和电极之间形成界面势垒，电子和空穴的注 入需要克服界面势垒△Ee和△Eh，才能进入发光层。
通过调节有机层和电 极之间的势垒，可以调控 载流子的注入，从而改变 OLED器件的光电特性，如 发光效率和驱动电压等。
OLED的发光机理
关于载流子注入机制，目前有两种理论：隧道贯穿及热电子发 射理论。
金属阴极 缓冲层 电子传输层 空穴阻挡层 发光层
空穴传输层
缓冲层 ITO阳极
多层器件结构
针对不同的材料，通过设计多层结构，确保注入到发光 层的空穴和电子的数量以及平衡性。
3.2 有机高分子（聚合物）器件结构
聚合物电致发光器件通常采用单层结构。聚合物分子量大， 可通过旋涂方式成膜，制备双层聚合物薄膜较为困难。聚合物长 分子链结构保证了聚合物薄膜的平整、均匀性，单层聚合物器件 可以有较好的性能。
主要原因：
a.两种载流子注入不平衡，载流 子复合几率较低，影响器件的发光 效率。
b.厚度较大，引起驱动电压高。
c.由于两个电极之间只隔了一 个发光层，复合发光区靠近金属电 极，该处缺陷较多，非辐射复合几 率大，载流子很容易从一个电极进 入另一个电极，引起效率降低 。
金属阴 极 发光层 ITO阳极
要使发光层中具有高的载流子复合效率，两种载流子的注入及 传输能力应相当，否则传输快的一方就会直接穿过发光层到达对电 极而引起猝灭。
对于有机材料来说，难以实现电子和空穴从两极的等速率注入， 因为有机材料的禁带宽度较大，很难同时使低功函数的阴极和高功 函数的阳极与有机材料的导带和价带相匹配。同时，电子和空穴的 迁移率也不一样。一般来说，空穴注入相对容易，而电子注入却较 困难。
为解决载流子注入不平衡问题，通常在金属电极和发光层之间 引入电子亲和势和离化势都较大的电子传输层；在发光层与阳极之 间引入电子亲和势和离化势较小的空穴传输层。
发光效率决定于界面势垒的大小及界面层间电荷积累的多少。 OLED器件的发光效率不但取决于载流子的有效注入，而且取决于注 入的电子和空穴数量是否平衡。
为实现注入平衡，要求两种载流子以同样的速率进行注入，即 发光层和阴阳电极之间形成的能带势垒高度相等，而且运动的速度 相近，否则就会导致一种载流子注入流量多，另一种流量少。这种 情况下，不但载流子复合几率小，而且其复合不是发生在发光中心 区域，而是偏向电极的一侧。
多层结构不但保证了OLED功能层与玻璃间的良好 附着性，而且还使得来自阳极和阴极的载流子更容易注 入到有机功能薄膜中。但是多层结构在改善器件的同时， 也会给各层之间带来复杂的界面效应。
缓冲层：提高界面间的稳定性
金属阴极与有机层间亦称介质 层，促进电子注入。
ITO阳极与有机层间，阻碍或 减缓空穴注入，使阳极表面平整， 亦称空穴阻挡层。
（3）载流子的复合：空穴和电子在发光层中相遇，并产生激 子。
（4）激子的迁移：激子在电场作用下将能量传递给有机发光 分子，并激发有机分子中的电子从基态跃迁到激发态。
（5）电致发光：激发态能量通过跃迁，将能量以光子的形式 释放出来，产生电致发光。
1.载流子的注入 在OLED器件中，由于有机材料与阴阳两极的能级不匹配，存在
为了进一步提高发光效率和亮度，人们也在不断研究多层结 构的聚合物电致发光器件。
金属阴 极
发光层
ITO阳极
3.3 有机电致发光显示器的工作原理
OLED是一种电流注入型发光显示器件，一般认为其 发光机理是：在外界电压驱动下，空穴和电子分别从正极 和负极注入到有机材料中，空穴和电子在有机层中相遇、 复合，释放出能量，将能量传递给有机发光物质的分子， 使其从基态跃迁到激发态。激发态很不稳定，受激分子从 激发态回到基态，辐射跃迁而产生发光现象。
金属阴极 电子传输层
发光层 空穴传输层
ITO阳极
金属阴极
电子传输 — 发光层
激子限制层 空穴传输—发光层
ITO阳极
含有激子限制层的三层 器件，通过调节激子限制层 的厚度控制发光位置。
4 . 多层器件结构
在实际应用中，为了降低驱动电压，提高对比度， 增加量子效率，提高发光亮度，一般采用多层器件结 构。