从结构分析OLED工作原理及其特点

　　纵观消费电子市场，今年的智能手机、平板电脑、显示屏等方面的产品穷出不断，这些产品有一个共同点，就是需要显示器，LED、LCD、OLED是常用的光电显示技术，其中OLED是一种受到有效激发就可以自动发光的有机分子薄片组成的固态设备，它不需其他的能量进行转换成光能，更轻更薄，可视角度更大，更节省电能，凭借有机材料发光的特性，能让电子设备产生更明亮、更清晰的图像。

　　本文主要和介绍OLED工作原理，从它的结构来分析显示原理和发光原理，并分析各种原理的和优缺点(OLED的优点)，希望能给从事光电显示行业工程师学习参考。

　　OLED工作原理及结构

　　它是利用有机半导体材料和有机发光材料在电场的驱动下，通过载流子注入和复合导致发光。结构图如下：

　　基本结构是由一薄而透明具半导体特性之铟锡氧化物(ITO)，与电力之正极相连，再加上另一个金属阴极，包成如三明治的结构。整个结构层中包括了：空穴传输层(HTL)、发光层(EL)与电子传输层(ETL)。各部分的作用如下：

　　基层用来支撑整个OLED;阳极在电流流过设备时消除电子;有机层由有机物分子或有机聚合物构成;导电层由有机塑料分子构成传输由阳极而来的空穴;发射层由有机塑料分子构成，发光过程在这一层进行;阴极当设备内有电流流通时，阴极会将电子注入电路。阴阳极两层提供电子让其可以有效的发光。

　　通过了解了它的结构我们在通过下图来说一下它是如何工作的：

　　首先用ITO玻璃透明电极和金属电极分别作为器件的阳极和阴极，在一定电压驱动下，电子和空穴分别从阴极和阳极注入到电子传输层和空穴传输层，然后分别迁移到发光层，相遇后形成激子使发光分子激发，后者经过辐射后发出可见光。辐射光可从ITO一侧观察到，金属电极膜同时也起了反射层的作用。

　　当电力供应至适当电压时，正极空穴与阴极电荷就会在发光层中结合，产生光亮，依其配方不同产生红、绿和蓝RGB三原色，构成基本色彩，达到全彩的效果。

　　(1)发光原理及特点

　　其发光机理为：在外界电压的驱动下，由电极注入的电子和空穴在有机材料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，后者受到激发，从基态跃迁到激发态，当受激分子回到基态时辐射跃迁而产生发光现象。

　　也可以这样来说，当元件受到直流电所衍生的顺向偏压时，外加之电压能量将驱动电子与空穴分别由阴极与阳极注入元件，当两者在传导中相遇、结合，即形成所谓的电子-空穴复合。而当化学分子受到外来能量激发後，若电子自旋和基态电子成对，则为单重态，其所释放的光为所谓的荧光;反之，若激发态电子和基态电子自旋不成对且平行，则称为三重态，其所释放的光为所谓的磷光。当电子的状态位置由激态高能阶回到稳态低能阶时，其能量将分别以光子或热能的方式放出，其中光子的部分可被利用当作显示功能;然有机荧光材料在室温下并无法观测到三重态的磷光。就可以实现发光的过程。

　　(2)显示原理及特点

　　我们上面分析知道，它可以发出红绿蓝三种基色，也就是可以通过这三种基色的集合，可以得到全彩，也不是很简单的只有几种颜色。按面板的类型通常有下面三种:RGB像素独立发光，光色转换和彩色滤光膜，这三种方法各有特点和优缺点，因而有不同的应用方面，平常我们看到的OLED显示屏就是通过这三种方法中的一个实现的。

　　(1) RGB象素独立发光

　　利用发光材料独立发光是目前采用最多的彩色模式。该项技术的关键在于提高发光材料的色纯度和发光效率，同时金属荫罩刻蚀技术也至关重要。它是利用精密的金属荫罩与CCD象素对位技术，首先制备红、绿、蓝三基色发光中心，然后调节三种颜色组合的混色比，产生真彩色，使三色OLED元件独立发光构成一个像素。

　　发光材料有有机小分子和高分子发光材料两种。有机小分子发光材料AlQ3是很好的绿光发光小分子材料，它的绿光色纯度，发光效率和稳定性都很好，它面临的最大瓶颈在于红色和蓝色材料的纯度、效率与寿命;高分子发光材料的优点是可以通过化学修饰调节其发光波长，现已得到了从蓝到绿到红的覆盖整个可见光范围的各种颜色，但是其寿命更加短只有小分子发光材料的十分之一。

　　(2) 光色转换

　　以蓝光OLED结合光色转换膜阵列，该项技术的关键在于提高光色转换材料的色纯度及效率。首先制备发蓝光器件，然后利用其蓝光激发光色转换材料得到红光和绿光，从而获得全彩色。但它的缺点是光色转换材料容易吸收环境中的蓝光，造成图像对比度下降，同时光导也会造成画面质量降低的问题。

　　这种技术不需要金属荫罩对位技术，只需蒸镀蓝光元件，是未来大尺寸全彩色显示器极具潜力的全彩色化技术之一。

　　(3) 彩色滤光膜

　　此种技术是利用白光结合彩色滤光膜，该项技术的关键在于获得高效率和高纯度的白光。它的制作过程不需要金属荫罩对位技术，可采用成熟的液晶显示器LCD的彩色滤光膜制作技术。制备发白光器件，然后通过彩色滤光膜得到三基色，再组合三基色实现彩色显示。

　　它是未来大尺寸全彩色OLED显示屏具有潜力的全彩色化技术之一，但采用此技术使透过彩色滤光膜所造成光损失高达三分之二。

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