OLED的結構原理及其發光過程解析

2020-12-08 電子發燒友

　　有機發光二極體（Organic Light-Emitting Diode， UIV OLED）又稱為有機電雷射顯示、有機發光半導體（Organic Electroluminesence Display， UIV OLED）。與液晶顯示（Liquid Crystal Display， LCD）是不同類型的發光原理。OLED由美籍華裔教授鄧青雲（Ching W. Tang）1979年在實驗室中發現，由此展開了對OLED的研究。OLED顯示技術具有自發光、廣視角、幾乎無窮高的對比度、較低耗電、極高反應速度等優點。但是，在價格（較大顯示面板）、壽命、解析度暫無法與液晶顯示器匹敵。

　　

　　有機發光二極體依色彩可分為單色、多彩及全彩等種類，其中全彩有機發光二極體的製備最為困難；依驅動方式可分為被動式（Passive Matrix， PMOLED）與主動式（Active Matrix， AMOLED）。

　　oled的原理

　　OLED是指在電場驅動下，通過載流子注入和複合導致發光的現象。其原理是用ITO玻璃透明電極和金屬電極分別作為器件的陽極和陰極，在一定電壓驅動下，電子和空穴分別從陰極和陽極注入到電子和空穴傳輸層，然後分別遷移到發光層，相遇形成激子使發光分子激發，後者經過輻射後發出可見光。輻射光可從ITO 一側觀察到，金屬電極膜同時也起了反射層的作用。

　　oled的結構

　　基層（透明塑料，玻璃，金屬箔）——基層用來支撐整個OLED。

　　陽極（透明）——陽極在電流流過設備時消除電子（增加電子「空穴」）。

　　有機層——有機層由有機物分子或有機聚合物構成。

　　導電層——該層由有機塑料分子構成，這些分子傳輸由陽極而來的「空穴」。可採用聚苯胺作為OLED的導電聚合物。

　　發射層——該層由有機塑料分子（不同於導電層）構成，這些分子傳輸從陰極而來的電子;發光過程在這一層進行。可採用聚芴作為發射層聚合物。

　　陰極（可以是透明的，也可以不透明，視OLED類型而定）——當設備內有電流流通時，陰極會將電子注入電路。

　　

　　oled的發光過程及原理

　　OLED發光的方式與LED類似，有一個稱為電磷光的過程。

　　

　　OLED發光的具體過程如下：

　　1、OLED設備的電池或電源會在OLED兩端施加一個電壓。

　　2、電流從陰極流向陽極，並經過有機層（電流指電子的流動）。

　　3、陰極向有機分子發射層輸出電子。

　　4、陽極吸收從有機分子傳導層傳來的電子。（這可以視為陽極向傳導層輸出空穴，兩者效果相等。

　　5、在發射層和傳導層的交界處，電子會與空穴結合。

　　6、電子遇到空穴時，會填充空穴（它會落入缺失電子的原子中的某個能級）。

　　7、這一過程發生時，電子會以光子的形式釋放能量。

　　8、OLED發光。

　　9、光的顏色取決於發射層有機物分子的類型。生產商會在同一片OLED上放置幾種有機薄膜，這樣就能構成彩色顯示器。

　　10、光的亮度或強度取決於施加電流的大小。電流越大，光的亮度就越高。

　　

　　OLED技術可以分為小分子和高分子兩種主要類型，其結構也並不相同。但是，無論是小分子OLED，還是高分子OLED在薄而透明的具有導電性能的氧化銦錫（ITO膜）陰極與金屬陽極之間都有一個有機發光材料層——這是一種類似於漢堡包的夾心蛋糕式的結構。這個結構層中包括了：空穴傳輸層（HTL）、發光層（EL）與電子傳輸層（ETL）。

　　其中，陰陽兩極構成的結構式一個標準的晶體二極體的結構，具有單向導電性，適度電壓下的電流驅動。OLED發光本質是電流驅動的。當電力供應至適當電壓時，正極空穴與陰極電荷就會在發光層中結合，產生光亮，依其發光層配方不同產生紅、綠和藍RGB三原色，構成基本色彩。

　　

　　具體而言，當組件受到直流電（Direct Current；DC）所衍生的順向偏壓時，外加之電壓能量將驅動電子（Electron）與空穴（Hole）分別由陰極與陽極注入組件，當兩者在傳導中相遇、結合，即形成所謂的電子-空穴複合（Electron-Hole Capture）。——實際上真正移動的是電子，電子對空穴的填充，可以看做是空穴的移動：這也是典型的PN結電晶體工作方式。

　　電子移動過程中，電子填充到空穴位置的整個過程，相當於電子獲得能量（電能）並飛離原來原子的附屬，然後被空穴捕獲，並釋放出原來獲得的能量（光能）。這一過程中若電子自旋（Electron Spin）和基態電子成對，則為單重態（Singlet），其所釋放的光為所謂的螢光（Fluorescence）；反之，若激發態電子和基態電子自旋不成對且平行，則稱為三重態（Triplet），其所釋放的光為所謂的磷光（Phosphorescence）。

　　

　　無論是螢光還是磷光狀態，當電子的狀態位置由激態高能階回到穩態低能階時，其能量將分別以光子（Light Emission）或熱能（Heat Dissipation）（OLED物質分子團的震動）的方式放出，其中光子的部分可被利用當作顯示功能。

　　Oled的發光過程可以分為以下幾步：1、OLED設備的電池或電源會在OLED兩端施加一個電壓。　2、電流從陰極流向陽極，並經過有機層（電流指電子的流動）。3、陰極向有機分子發射層輸出電子。4、陽極吸收從有機分子傳導層傳來的電子。（這可以視為陽極向傳導層輸出空穴，兩者效果相等。5、在發射層和傳導層的交界處，電子會與空穴結合。6、電子遇到空穴時，會填充空穴（它會落入缺失電子的原子中的某個能級）。7、這一過程發生時，電子會以光子的形式釋放能量。8、OLED發光。

　　其中，光的顏色取決於發射層有機物分子的類型；光的亮度或強度取決於施加電流的大小。電流越大，光的亮度就越高。OLED分子是依靠接收的空穴電子對的數目來發光，電流大意味著同時移動的電子和空穴數目多——這是一種典型的電流驅動模式。

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