有机电致发光材料课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,有机电致发光材料,有机电致发光材料,基本概念,?,电致发光,(EL),是指发光材料在电场作用下，受到电流电压的激发,而发光的现象，是一种直接将电能转化为光能的过程。,有机电致发光,是指由有机光电功能材料制备成的薄膜器件在电场,的,激发作用下,发光的现象。,根据制备功能薄膜所,采用的发光材料的不同,，可分为：,?,?,?,?,有机电致发光二极管（,OLED,）,聚合物电致发光二极管（,PLED,）,基本概念?电致发光(EL)是指发光材料在电场作用下，受到,电致发光的发展,1).1953,年，,Bernanose,等第一次发现了有机物中的电致发光现象；,1963,年美国纽约大学的,Pope,等人也观察到了晶体蒽薄膜的电致。,蒽,单晶层厚度,20,?,m,，驱动电压,400,V,2).,1982,年,Vincett,的研究小组制备出厚度,0,.,6,?,m,蒽的薄膜，并观测到电,致发光。,驱动电压,30V,，,但是器件的量子效率很低，小于,1,特点：,(1),单层器件；,(2),驱动电压高；,(3),器件效率低,电致发光的发展 1).1953年，Berna,3).1987,年美国,Kodak,公司的邓青云等采用了夹层式的多层器件结构，开创,了有机电致发光的新的时代。,创新点：,(1),多功能有机层的结构；,(2),超薄的有机层厚度,75nm,60nm,驱动电压小于,10V,最大外量子效率,1,最大亮度大于,1000cd/m,2,4).,1990,年，,Burroughs,等人将共轭聚合物聚对苯基乙烯（,PPV,）,制作了高,分子发光二极管，简化了制备工艺，开辟了发光器件的又一个新领域，,即聚合物薄膜电致发光器件。,3).1987年美国Kodak 公司的邓青云等采用了夹层式,有机电致发光二极管,(OLED),近十多年里,OLED,作为一种新型显示技术已经取得了长足的发展，,就器件的发光亮度、发光效率和寿命而言，,OLED,器件已经基本达到了,实用的要求。,发光效率：,10lm/W,；,稳定性：,亮度为,100cd/m,2,时，工作寿命大于,1,万小时；,发光寿命：,绿光器件达,8,万小时，黄光器件达,3,万小时，蓝光器件达,8,千小时；,最大尺寸：,已经超过,40,英寸。,有机电致发光二极管(OLED)近十多年里,OLED,OLED,的特点,1.,全固态器件,自发光型,无真空腔,无液态成分,不怕震动,使用方,便,；,2.,响应,速度快,(,微秒量级,),，,视角宽,(,大于,160,度,),，,工作温度范围宽,(-,40,80,),；,3.,有机电致发光材料可选范围广,容易得到,全色显示,；,4.,亮度，,效率高,；,5.,直流驱动电压低，,能耗少,，可与集成电路驱动相匹配；,6.,制作工艺简单，,成本低,；,7.,可实现超薄的,大面积平板显示,；,8.,良好的机械加工性能,可做成,柔性显示器,。,OLED的特点 1.全固态器件,自发光型,无真空腔,无液态成,聚合物电致发光二极管,(PLED),PLED,即第二种有机发光材料为高分子聚合物，也称为高分子发光,二极管,(PLED),，由英国剑桥大学的杰里米伯勒德及其同事首先发现。聚,合物大多由小的有机分子以链状方式结合在一起，以旋涂法形成高分子,有机发光二极管。,作为一种发光显示材料，聚合物发光二极管,(PLED),材料具有很强的,应用潜力，因为它是一种,自发光的材料,，并且还具有,制作相对容易,的优点。,因此在制作有机发光二极管器件,(OLEDs),时，,PLED,材料是一种很好的基,本材料，因为与小分子,OLED,材料,20,25,的发光效率相比，,PLED,材料的,发光效率则为,30,40,。,聚合物电致发光二极管(PLED)PLED,即第二,器件的结构类型,单层结构,介绍：,在器件的阴极和阳极间，制作有,一种或多种物质组成的发光层。单层器,件的发光层厚度通常在,100nm,。,优点：,制备方法简单。,缺点：,复合发光区靠近金属电极而靠近金属,电极处缺陷多，非辐射复合几率大，,而且该处的高电场容易产生发光淬灭；,由于两种载流子注入不平衡，载流子,的复合几率比较低，因而影响器件的,发光效率。,单层,EL,器件结构图,器件的结构类型 单层结构 介绍：在器件的阴极和阳极间，制作有,双层结构,介绍：,柯达公司首先提出了双层有机膜结构，有效,地解决电子和空穴的复合区远离电极和平衡载流,子注入速率问题，使有机电致发光的研究进入了,一个新阶段。他们的器件结构也叫,DL-A,型双层结,构,。,如果发光层材料具有空穴传输性质，就需要,使用,DL-B,型双层结构,，即需要加入电子传输层以,调节载流子的注入速率，使注入的电子和空穴是,在发光层处复合。,特点,:,发光层材料具有电子传输性，需要加入一层,空穴传输材料去调节空穴和电子注入到发光层的,速率，这层空穴传输材料还起着阻挡电子的作用，,使注入的电子和空穴在发光层处发生复合。,DL-A,型双层,EL,器件结构图,DL-B,型双层,EL,器件结构图,双层结构 介绍：柯达公司首先提出了双层有机膜结构，,三层结构,介绍：,由,空穴传输层,(HTL),、电子传输层,(ETL),和将电能转化成光能的发光层组成。,HTL,负责,调节空穴的注入速度和注入量,ETL,负责调节,电子的注入速度和注入量。,优点,:,使三层功能层各行其职，对于选择材料和,优化器件结构性能十分方便，是目前有机,EL,器件中最常用的器件结构之一。,三层,EL,器件结构图,三层结构 介绍：由空穴传输层(HTL)、电子传输层,多层结构,特点：,可提高,OLED,的发光亮度和发光效率。,形式：,在两电极内侧加缓冲层，以,增加电子和空穴的注入量,；,为,提高器件的发光效率,，使用了空穴阻挡层,HBL,。,多层,EL,器件结构图,多层结构 特点：可提高OLED的发光亮度和发光效率。形式：,器件的发光原理,在外界电压的驱动下，由,电极注入的电子和空穴,在有机物中复合而释放,出能量，并将能量传递给有机发光物质的分子，使其受到激发，从基态,跃迁到激发态，当受激分子从激发态回到基态时辐射跃迁而产生发光现,象。,器件的发光原理 在外界电压的驱动下，由电极注入的电子和空穴在,OLED,器件发光过程,1.,载流子的注入：,在外加电场作用下，电子和空穴分别从阴极和阳极,注入到夹在电极之间的有机功能薄膜层。,2.,载流子的迁移：,注入的电子和空穴分别从电子传输层空穴传输层向,发光层迁移。,3.,载流子的复合：,电子和空穴结合产生激子。,4.,激子的迁移：,激子在电场作用下迁移，将能量传递给光分子，并激,发电子从基态跃迁到激发态。,5.,电致发光：,激发态能量通过辐射失活，产生光子，释放能量。,e,e,金,属阴极,DC,复,合,电,源,有机,层,h,光,发,射,h,透明,阳极,衬,底,OLED器件发光过程 1.载流子的注入：在外加电场作用下，,器件主要性能指标,载流子迁移率,：,载流子迁移率是指载流子（空穴或电子）在单位电场作用下,在给电定材料中的平均漂移速度，是载流子在电场作用下运动速度的量度，,载流子的漂移速度与迁移率成正比关系。,量子效率：,有机电致发光器件的量子效率可用外量子效率和内量子效率来评,价。,外量子效率,是指发光器件输出的光子数与注入的电子数之比；,内量子效率,则是产生于器件内部的光子数与注入的电子数之比。,能量效率与功率效率：,有机电致发光器件的能量效率是指向器件外部辐射的,光功率与外加的电功率之比。,功率效率是指器件每单位面积输出的光通量与输入电功率之比。,器件寿命：,器件寿命是指有机电致发光器件实际能够使用的时间长度，通常,以小时表示。,器件主要性能指标 载流子迁移率：载流子迁移率是指载流子（空,发光材料,介绍：,有机电致发光材料是有机电致发光器件的核心组成部分，材,料的,热稳定性、光化学稳定性、量子效率、成膜性和结晶性,等都对,制作器件有很大的影响。,有机电致发光材料需要满足的条件：,?,良好的半导体性质，有,较高的载流子迁移率,?,固体薄膜状态下应具有,高的荧光量子效率,，荧光激发光谱主要分布,在,400700nm,的可见光区域内，光色要纯,?,良好的,成膜性,，适合真空蒸镀成膜,?,良好的,热稳定性,及,机械加工性能,发光材料 介绍：有机电致发光材料是有机电致发光器件的核心组成,小分子电致发光材料,小分子发光材料应满足的要求,?,具有,高效率的荧光量子效率,；,?,具有,良好的化学稳定性和热稳定性,，不与电极和载,流子传输材料发生反应；,?,易形成,致密的非晶态膜,，,不易结晶,；,?,具有,适当的发光波长,；,?,具有,一定的载流子传输能力,。,发光材料按,分子结构特性,分为,有机小分子荧光材料,和,有机金属配合物材料,，前者种类最多，典型的小,分子荧光有机电致发光材料如,DCM,发红光，香豆素,C540,发绿光。,小分子电致发光材料 小分子发光材料应满足的要求?具有,聚合物材料,聚合物发光材料的特性,:,?,当短波光照射时，在,390nm,780nm,的可见光范围内，聚合物粉末或溶,液,具有高效率的荧光,；,?,具有,较高的导电率,，呈现良好的半导体特性；,?,具有,良好的成膜特性,，在几百甚至几十纳米的薄膜内基本无针孔；,?,稳定性强,，一般都具有良好的机械加工性能。,聚合物材料 聚合物发光材料的特性:?当短波光照射时,金属配合物发光材料,有机配合物是最早使用的有机电致发光材料，具有,优良的载,流子传输特性,和,成膜性能,，典型的有,8-,羟基喹啉铝（,Alq,3,）及铍,的络合物,Bebq,2,。,金属配合物发光材料 有机配合物是最早使用的有机电致发,电荷传输材料,有机电荷传输材料包括,电子传输材料,和,空穴传,输材料,。在外电场作用下，当有载流子（电子或空,穴）注入时，在其分子间可以进行载流子的定向迁,移从而实现电荷传输过程。通常，由于电荷传输材,料具有较大的共轭结构或是有机金属配合物，因此,也具有发光性质。,电荷传输材料 有机电荷传输材料包括电子传输材料和,电子传输材料,应满足的要求：,?,具有良好的电子传输特性，即,电子迁移率高,；,?,具有,较高的电子亲和能,，易于由阴极注入电子；,?,相对较高的电离能,，有利于阻挡空穴；,?,不能,与发光层形成激基复合物；,?,成膜性,和,热稳定性良好,，不易结晶。,?,一般来说，电子传输材料都是共扼平面的芳香族化合物，他们大都有较好的接,受电子能力，同时在一定正向偏压下又可以有效地传递电子。目前己知的性能优,良的电子传输材料并不多，其中一个原因是存在着电子捕获。,?,噁二唑及其衍生物，吡啶，硫酰噻吩等常用作这种材料，许多金属配合物同时,具有发光和电子传输特性，可以兼作电子传输材料，如,8-,羟基喹啉铝（,Alq,3,）。,电子传输材料 应满足的要求：?具有良好的电子传输特,空穴传输材料,常用的空穴传输材料分子结构,空穴传输材料应满足的要求,?,具有良好的空穴传输特性，即,空穴迁移率高,；,?,具有,较低的电子亲和能,，有利于空穴注入；,?,激发能量高于发光层的激发能量,；,?,不能,与发光层形成激基复合物；,?,具有良好的,成膜性,和较高的,玻璃化温度,，,热稳定性,好，可以用真空蒸,发法形成致密的薄膜，不易结晶。,空穴传输材料 常用的空穴传输材料分子结构 空穴传输材料应满足,电荷注入材料,在多层结构的,OLED,器件中，空穴的传输速率要,大于,电子的传输速率，这样就,造成空穴和电子复合形成激子的比例不对等，为了提高载流子的输入效率，而且,需要尽可能地使传输到发光层的载流子比例达到平衡。其方法是在阴极和电子传,输层之间插入电子注入层，在阳极与空穴传输层之间插入空穴注入层。,电子注入材料,可以作为电子注入层材料的有金属盐、金属氧化物或其掺杂的电子传输材料。,其,作用,是提高电子从阴极注入电子传输层和发光层的效率。研究较多的电子注,入材