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硅基OLED微显示器

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OLED发展和发光基本过程
2018/8/17 15:26:07 浏览次数:6080

熙泰科技技术总监  李文连

. OLED被发现过程和发光机制



1.六十年代:无机晶体发光

有机发光器件仿照无机晶体薄片蒸镀电极

仿照无机晶体薄片的有机发光弊端:

1.晶体厚度大;2.驱动电压高;3.发光效率低;


2.八十年代:有机发光二极管(OLED)发展

1987年邓青云(C.W.Tang)先生利用常用感光材料,不再采用单晶,而是采用薄膜形态,研制出OLED器件,这是OLED发展中里程碑式的进展。

国际OLED之父--邓青云先生

里程碑发展的论文题目:有机电致发光二极管,发表杂志:应用物理快报,1987年,51卷 第12期,21页。这种发光二极管具有双层结构,都是真空热沉积有机薄膜。在直流电压驱动下空穴和电子分别从阳极和阴极界面(发射区)注入和复合成激子而发光。

 

Alq3结构图

 

 

 

 


 

3.九十年代:磷光OLED的开发

1999年,美国普林斯顿大学的S.R. Forrest小组率先开发出了磷光OLED,使OLED的内量子效率在理论上可达100%。

 

Stephen R. Forrest

国际上首次研制出基于金属铱配合物的磷光器件

 

磷光OLED发光原理


 

 

磷光OLED发射机制:单重态(SINGLET:S)和三重态(TRIPLET:T)同时被激发,但只有三重态发光

(荧光则是单重态和三重态同时被激发,但只有单重态发光)。

 

见下图

 

 

荧光和磷光发光原理对比图

 

 


. OLED 器件结构&工作机制


OLED 多采用夹层式三明治结构,就是将有机层夹在阳极和阴极之间。

有机“PN结”结构
(理论上OLED不存在无机半导体的PN结结构,但是ETL/HTL界面可以类比于无机OLED的PN结。)


 

典型的 OLED 器件结构示从阳极( ITO)到金属阴极( Electrode)之间的有机层依次为空穴注入层(HIL)、空穴传输层(HTL)、发光层(EML)、电子注入层(EIL)和电子传输层(ETL)。有些发光材料具有一定的载流子传输能力,在器件结构设计时就不必再加入相应的载流子传输层。为了优化器件的性能,器件结构中引入的各种功能层,对改善 OLED 的性能是非常有效的



 

OLED工作机制的各种表示方法:


OLED 属载流子双注入型发光器件,空穴和电子分别从阳极和阴极注入,在发光层内复合产生发光。

电子:带负电荷,空穴:带正电荷,在正电场作用下:


1.电子和空穴分别从阴极(负极)和阳极(正极)经过电子注入层和空穴注入层注入到电子传输层和空穴传输层,然后进入发射层(EML)。


2. 电子和空穴形成激子,激子实际是中性激发态,激子辐射衰减产生发光。


3. 两种电荷注入只有在小的注入势垒(即:小的台阶)下,才能完成高效过程。




 

 

 复杂结构OLED工作动态图

 

 

 


结         语


1. OLED的发现和进展的了解对于OLED机理的认识很有帮助;


2. 硅基OLED微显示芯片主要由硅单晶及其硅上CMOS IC电路、硅上阳极反射电极和阳极上面的OLED器件构成。其中优化OLED器件结构的设计、阳极上像素和半透明共阴极及其加在中间的各种功能层的能级排列对于AMOLED性能影响至关重要;


3. 除了上述内容,本部分给出了OLED各种表示方法和动态微观工作过程,这些对理解硅基OLED微显示芯片工作原理能够更加形象的理解:空穴从反射阳极注入和电子从半透明阴极注入,电子和空穴在发射层复合而发光。


 
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