有機電致發(fā)光器件簡介ppt課件

.,有機電致發(fā)光器件簡介,郝玉英,太原理工大學物理與光電工程系,2009.9.16,.,.,有機電致發(fā)光研究的背景及主要應用,.,1987，C.W.Tangetal.Alq3wasusedasemittingmaterialanddiaminederivativeasholetransportmaterial.,1963，Popeetal.Anthracenewasusedasemittingmaterial,C.W.Tang,有機電致發(fā)光的發(fā)展歷程,1990J.H.Burroughsetal.PPVwasusedasELmaterial,1998S.R.Forrestetal.PtOEPdopedinAlq3wasusedasELmaterial,StephenR.Forrest,.,Visible-OLED：DisplaysandLightingUV-OLED:OpticalSensoranddetectorIR-OLED:OpticalCommunication,有機電致發(fā)光器件(OLED)的主要應用領域,.,用于顯示和照明OLED產品,.,31-inchOLEDTVprototype(Samsung，2005),.,有機微顯示器件,800lines/inch，30line/mm;硅CMOS驅動，4V工作電壓;要求頂發(fā)射；工藝難度大，國際上只有兩個公司能做彩色微顯示器件；,尺寸小分辨率高功耗低,可穿戴電腦,頭戴式DVD影院,.,.,液晶上下兩層玻璃主要是用來夾住液晶，下層玻璃長有薄膜晶體管(Thinfilmtransistor,TFT)，而上層玻璃則貼有彩色濾光片(Colorfilter)。這兩片玻璃在接觸液晶的那一面并不是光滑的，而是有鋸齒狀的溝槽。這個溝槽的主要目的是希望長棒狀的液晶分子沿著溝槽排列，如此一來，液晶分子的排列才會整齊。因為如果是光滑的平面，液晶分子的排列便會不整齊，造成光線的散射，形成漏光的現象。但是在實際的制造過程中，并無法將玻璃做成如此的槽狀分布，一般會先在玻璃表面涂布一層PI(polyimide)，再用布磨擦(rubbing)，使PI的表面分子不再雜散分布，依照固定而均一的方向排列。而這一層PI就叫做配向膜(alignmentfilm)，提供液晶分子呈均勻排列的介面條件，讓液晶依照預定的順序排列。,.,.,日本sony發(fā)明的世界第一款OLEDTV只有3mm（2008年）,.,.,OLEDvs.LED,OLED:AreaSourceSoftLight,LED:PointSourceBrightLight,.,OLEDefficiency,CFL：70-90lm/WLED:50-130lm/WOLED已獲得大于100lm/W的效率，已與無機LED相抗衡,.,有機電致發(fā)光光源,面光源,不刺眼,適于室內照明,車內照明,景觀照明等,.,傳統(tǒng)OLED的結構,.,GlassSubstrate,ITO,EML,Cathode,GlassSubstrate,ITO,EML,Cathode,HTL,GlassSubstrate,ITO,EML,Cathode,ETL,GlassSubstrate,ITO,EML,Cathode,Lightout,HTL,ETL,雙層結構,三層結構,單層結構,Appl.phys.Lett.1987,51:913;Appl.Phys.Lett.1989,55(15):1489;Jpn.J.Appl.Phys.1988,27(4):L713,Lightout,Lightout,Lightout,雙層結構,.,HIL:空穴注入層HTL:空穴傳輸層EML:發(fā)光層ETL:電子傳輸層EIL:電子注入層,OLED的多層結構,.,Anode：透明、導電、高功函數HIL:適合的能級、空穴傳輸、改善界面接觸HTL:高空穴遷移率、高的玻璃化溫度、小空穴注入勢壘，大的電子注入勢壘EML:高發(fā)光效率，限制載流子在發(fā)光層，高的玻璃化溫度ETL:高電子遷移率，小的電子注入勢壘，大的空穴注入勢壘，高的玻璃化溫度EIL:電子注入Cathode：低功函數,OLED功能層材料要求,.,Appl.phys.Lett.1987,51:913,.,.,非摻雜式OLED的發(fā)光機理,.,OLED的發(fā)光機理,雙注入式復合發(fā)光,.,Electroluminescentmechanism,OLED的發(fā)光機理,雙注入式復合發(fā)光,載流子注入,載流子傳輸,激子的形成,激子的遷移,發(fā)光,exciton:singletandtriplet(1:3),.,HOMO-LUMOenergygapdetermineswavelengthofemittedradiation.,.,主客發(fā)光體系統(tǒng)（摻雜器件）的發(fā)光機理,.,1、Frster能量轉移（庫侖作用力方式）,由dipole-dipole作用，距離較長(50-100)，此種轉移方式只能使客體轉移成singletstate。,.,電子交換，需要電子云重疊或分子接觸，分子間的距離最多只能是幾個埃。須符合Wigner-Witmer選擇定則(交換前后自旋不變，即只發(fā)生單重態(tài)對單重態(tài)和三重態(tài)對三重態(tài)的能量轉移),2、Dexter能量轉移,.,.,.,3、主客發(fā)光體系統(tǒng)的另一發(fā)光機制-載流子捕陷的方式,當客發(fā)光體摻雜在能隙較大的主發(fā)光體中，且客發(fā)光體的HOMO和LUMO或其中之一被包含在主發(fā)光體的HOMO/LUMO能級內，電子和空穴不易注入到主發(fā)光體，而容易直接注入到客發(fā)光體，在客發(fā)光體上復合形成Frenkel激子，進而產生客發(fā)光體發(fā)光。,.,traps,.,OLED結構的優(yōu)化設計,.,OLED的結構設計-優(yōu)化器件性能,設計原則：載流子注入平衡、傳輸平衡各功能層能級匹配,單層結構：電子與空穴的注入勢壘接近，發(fā)光材料為雙極傳輸材料，電子遷移率與空穴的遷移率接近,ITO,陰極,.,OLED雙層結構,發(fā)光材料具有電子傳輸性能，插入空穴傳輸層，電子在界面處被阻擋并積累，而空穴容易注入發(fā)光層，電子和空穴在界面處復合,發(fā)光材料具有空穴傳輸性能，插入電子傳輸層，空穴在界面處被阻擋并積累，而電子容易注入發(fā)光層，電子和空穴在界面處復合,.,OLED三層結構,ITO,陰極,HTL,EML,ETL,電子受到空穴傳輸層的阻擋，空穴受到電子傳輸層的阻擋，使電子與空穴限制在發(fā)光層中，提高電子與空穴復合的幾率,.,EML,n-ETL,pinOLED結構,.,-改善電子的注入和傳輸能力-在電子傳輸層中摻雜活潑金屬如Li,Cs-易氧化，擴散采用氧化物如Cs2O,Al2O3,TiO2作為電子注入層采用堿金屬鹵化物如LiF作為電子注入層MnO-電子注入和傳輸材料-在空氣中穩(wěn)定（絕緣體），避免了活潑摻雜物易氧化的問題,電子的遷移率遠小于空穴的遷移率：1/1000,.,電子傳輸,電子注入,Appl.Phys.Lett.,2008,93：133301,.,電流密度，亮度電子傳輸Alq3:MnO器件Alq3器件電子注入-MnO器件LiF器件,.,.,功率效率電子傳輸Alq3:MnO器件Alq3器件電子注入-MnO器件LiF器件,.,微腔OLED能有效提高色純度和效率,.,.,PrincipleoftandemOLEDwithp-njunctionCGL,p-dopedHTL,n-dopedETL,p-dopedHTL,n-dopedETL,p-dopedHTL,n-dopedETL,.,.,.,2010年報道的串聯式OLED,.,.,由于有機層的折射率（1.7-1.85），玻璃的折射率（1.49左右）比空氣的折射率大的多，所以發(fā)光層產生的光有很大一部分以波導形式限制在這兩層中。根據各層膜折射率的不同可以把發(fā)光層產生的光分成如圖的四個模式。另外，由于發(fā)光層的位置靠近金屬陰極，激子能量也會有一部分以非輻射躍遷的形式傳遞給金屬而損耗掉。,根據射線光學計算出只有約20%的光耦合到器件外部。,.,Highlightout-couplingbysubstratemodification,通過改變原有光的傳播途徑，可以提高OLED器件的光取出效率。,.,激子的有效利用-磷光OLED,.,.,激發(fā)態(tài)的多重性,在激發(fā)三重態(tài)中，電子和電子之間的排斥作用小于激發(fā)單重態(tài)的電子，所以激發(fā)三重態(tài)的能量小。,.,光致熒光和磷光,Singlet:Triplet=1:3Max（FL）:Max（PL）=1:3,singletlifetime(10-9s10-7s)tripletlifetime(10-3s100s),.,Holeinjection,Electroninjection,Electron-holerecombination,Transporting,Exciton,25S,75T,Radiation,Groundstate,IC,Electrophophorence,EF(Electro-fluorescence)andEP(Electro-phosphorence),Electro-fluorescence,100,Radiation,.,電子/空穴復合形成singletandtriplet激子,ExperimentallydeterminedsingletfractionforAlq3basedOLEDs=223%M.A.Baldo,et.al.,Phys.Rev.B(1999),Dopant,Emission,Expectedsingletfractionbasedonsimplespinstatistics=25%Energytransfersfromhost/matrixexcitonicstatestodopantconservespin.Phosphorescence(tripletemission)isformallyaforbiddenprocess.,!?!,Dopanttrapsexcitonandemits,.,.,.,Heavymetalfacilitatedtripletemission,Strongspin-orbit-couplingmixessingletandtripletMLCTstates,M=Ir,Pt,Os,Re,etc.MLCT=metaltoligandchargetransfer,LC=ligandcentered,S0groundstate,1MLCT,3MLCT,Ligandcenteredtriplet3LC,.,.,400NPD,200Ir(ppy)3inCBP,60BCP,200Alq3,ITO,MgAg,excitonformationregion,Ir(ppy)3,M.A.Baldo,et.al.,Apl.Phys.Lett.,1999,+,OrganometallicIrPhosphor,CBP,BCP,.,ExternalquantumefficiencyofIr(ppy)3inCBP,.,10,-2,10,-1,10,0,10,1,10,2,10,3,0.1,1,10,Externalquantumefficiency(%),Currentdensity(mA/cm2),6%Ir(ppy)3inCBP,ExternalquantumefficiencyofIr(ppy)3inCBP,positionofdopantHOMOleadstocarriertrapping/transportatthedopantcarrierrecombinationatthedopantincreasesOLEDefficiency,6%Ir(ppy)3inCBPNOBCPlayer,-NPD,BCP,Alq3,ITO,MgAg,IrppyLUMO,Irppy,.,有機電致白光器件,.,.,OLEDinnovationsinlight,.,.,Approachestofabricatingahigh-efficientWOLED,.,.,WOLEDwiththreecolormix(multi-QW),.,.,.,HighefficientdeviceschemesforPhosphorescentWOLEDs,ext=(10.80.3)%500cd/,p=(22.10.3)%lm/w,Separateenergytransfer,S.R.Forrest,et.al.,Nature,2006,.,HighefficientdeviceschemesforWOLEDs,Leo,et.al,Nature,2009,Powerefficiencyof90lmW-1at1000cd/m2.(potentialtoberaisedto124lmW-1)AnexcellentCRIof80Abrightnessof1000cdm-2slightlyabove3Vand100