基于有机半导体的有机发光二极管设计

有机发光二极管 (Organic Light Emitting Diode, OLED）是一种基于有机半导体的发光二极管器件。OLED 的发现最早可以追溯到19世纪 50 年代对有机材料在大电压下光发射现象的观察。1983 年，邓青云 ( Ching W. Tang） 等人制备了异质结 OLED，并提出了制造小分子有机荧光材料发射层的方法，自此为OLED 研究热潮揭开了序幕。1990 年，聚对苯乙烯(Polyphenylene Vinylene，PPV）的场致发光效应的发现进一步推动了聚合物 OLED 的研究。1998 年，磷光（Phosphorescent）发光材料的发现极大地提高了 OLED 器件的量子效率，使得聚合物 OLED 的研究取得了重大突破。如今，磷光 OLED 技术已成为节能光源和低功耗平板显示的基础技术。

典型的小分子 OLED 通常在阳极（Anode）和阴极(Cathode）之间夹着两层有机材料，如图 2-98所示。当 OLED处于正偏置时，空穴和电子分别在空穴传输层（Hole Transport Layer, HTL）和电子传输层(Electron TransportLayer，ETL）中向界面处传输后积累于此，复合后形成激子 （Exciton)。当激子回到低能态时将产生光子。单层聚合物 OLED 的结构示意图如图 2-99所示，正偏置下，电子和空穴在聚合物中传输后相遇，复合后产生激发态的激子。

OLED 光源作为新型的节能光源，符合绿色照明的要求。OLED 的一大优势是可采用薄膜沉积工艺制备。此外，OLED 光源是一种面发光光源，因此可以达到更加均匀的光照效果。韩国的IG、日本的住友化学、荷兰的飞利浦等公司均展出过和 OLED 光源相关的产品。在未来的几年中 OLED 光源产品将迎来快速的发展。但是，目前OLED 的发光效率仍然较低，且红、绿、蓝三种颜色的 OLED中，寿命最短的蓝光 OLED 的寿命估计为 10000h 左右。随着技术的发展和材料性能的提高，蓝光 OLED 有望满足 40 000h 的寿命要求。

OLED 的另一个重要应用是平板显示。与传统 LCD 显示面板相比，OLED 显示面板不需要背光源，可以做得更加节能、轻薄和便携，此外还能实现柔性和曲面显示等。近年来，随着 OLED 面板在智能手机、电视等领域的大量应用，OLED 市场正在快速发展。例如，目前虛拟现实 （Virtual Reality, VR）产品Sony Play Station VR、 Oculus Rift 和 HTC Vive 的显示屏幕均采用了 OLED 技术。由于 OLED 需要电流驱动发光，因此要求驱动器件，即薄膜晶体管 (Thin FilmTransistor, TFT) 具有较高的场效应迁移率。当前主流的非晶硅 TFT的场效应迁移率不能满足 OLED 面板的要求，而多晶硅TFT 虽然迁移率较高，但大面积均匀性较差的不足使其主要应用于小尺寸面板中。新一代氧化物TFT 技术可以满足 OLED 面板的要求。

审核编辑：刘清