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硅基OLED微顯示器

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OLED發展和發光基本過程
2018/8/17 15:26:07 瀏覽次數:6246

熙泰科技技術總監  李文連

. OLED被發現過程和發光機制



1.六十年代:無機晶體發光

有機發光器件仿照無機晶體薄片蒸鍍電極

仿照無機晶體薄片的有機發光弊端:

1.晶體厚度大;2.驅動電壓高;3.發光效率低;


2.八十年代:有機發光二極管(OLED)發展

1987年鄧青云(C.W.Tang)先生利用常用感光材料,不再采用單晶,而是采用薄膜形態,研制出OLED器件,這是OLED發展中里程碑式的進展。

國際OLED之父--鄧青云先生

里程碑發展的論文題目:有機電致發光二極管,發表雜志:應用物理快報,1987年,51卷 第12期,21頁。這種發光二極管具有雙層結構,都是真空熱沉積有機薄膜。在直流電壓驅動下空穴和電子分別從陽極和陰極界面(發射區)注入和復合成激子而發光。

 

Alq3結構圖

 

 

 

 


 

3.九十年代:磷光OLED的開發

1999年,美國普林斯頓大學的S.R. Forrest小組率先開發出了磷光OLED,使OLED的內量子效率在理論上可達100%。

 

Stephen R. Forrest

國際上首次研制出基于金屬銥配合物的磷光器件

 

磷光OLED發光原理


 

 

磷光OLED發射機制:單重態(SINGLET:S)和三重態(TRIPLET:T)同時被激發,但只有三重態發光

(熒光則是單重態和三重態同時被激發,但只有單重態發光)。

 

見下圖

 

 

熒光和磷光發光原理對比圖

 

 


. OLED 器件結構&工作機制


OLED 多采用夾層式三明治結構,就是將有機層夾在陽極和陰極之間。

有機“PN結”結構
(理論上OLED不存在無機半導體的PN結結構,但是ETL/HTL界面可以類比于無機OLED的PN結。)


 

典型的 OLED 器件結構示從陽極( ITO)到金屬陰極( Electrode)之間的有機層依次為空穴注入層(HIL)、空穴傳輸層(HTL)、發光層(EML)、電子注入層(EIL)和電子傳輸層(ETL)。有些發光材料具有一定的載流子傳輸能力,在器件結構設計時就不必再加入相應的載流子傳輸層。為了優化器件的性能,器件結構中引入的各種功能層,對改善 OLED 的性能是非常有效的



 

OLED工作機制的各種表示方法:


OLED 屬載流子雙注入型發光器件,空穴和電子分別從陽極和陰極注入,在發光層內復合產生發光。

電子:帶負電荷,空穴:帶正電荷,在正電場作用下:


1.電子和空穴分別從陰極(負極)和陽極(正極)經過電子注入層和空穴注入層注入到電子傳輸層和空穴傳輸層,然后進入發射層(EML)。


2. 電子和空穴形成激子,激子實際是中性激發態,激子輻射衰減產生發光。


3. 兩種電荷注入只有在小的注入勢壘(即:小的臺階)下,才能完成高效過程。




 

 

 復雜結構OLED工作動態圖

 

 

 


結         語


1. OLED的發現和進展的了解對于OLED機理的認識很有幫助;


2. 硅基OLED微顯示芯片主要由硅單晶及其硅上CMOS IC電路、硅上陽極反射電極和陽極上面的OLED器件構成。其中優化OLED器件結構的設計、陽極上像素和半透明共陰極及其加在中間的各種功能層的能級排列對于AMOLED性能影響至關重要;


3. 除了上述內容,本部分給出了OLED各種表示方法和動態微觀工作過程,這些對理解硅基OLED微顯示芯片工作原理能夠更加形象的理解:空穴從反射陽極注入和電子從半透明陰極注入,電子和空穴在發射層復合而發光。


 
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