【看不懂也要收藏的内容】串联式OLED的机制与设计

串联式OLED的概念是由日本山形大学Kido教授首次提出的，他们是利用Cs:dimethyl-diphenyl phenanthroline (BCP)/V2O5当作透明的连接层，将数个发光器件串联起来。

串联式OLED与Kodak发表的传统OLED技术比较(如下图所示)。

它拥有极高的电流发光功率效率(current efficiency)，其发光功率效率可以随着串联器件的个数成倍数增长，而且在相同电流密度下测试时，串联式OLED与传统OLED的老化机制类似。

但由于串联式OLED的初始亮度可以在很小的驱动电流下变得很大，所以适合照明使用(亮度需求大于3 000 cd/m2 )，如换算成同样初始亮度时，串联式OLED的寿命将比传统OLED长很多。

但这种器件的驱动电压也会随着器件串联的数目而倍数增加，所以它的发光功率效率(power efficiency)并不会因为串联而增加。

2004年柯达廖博士与邓青云博士随后也发表以有机材料为主的n型Alq3 : Li/p型NPB: FeCl3作为串联式OLED的连接层。

虽然串联式OLED由于总厚度增加，使得在相同驱动电流下电压变大，但由于在相同驱动电流下，发光亮度的增加使得单位电流的发光功率效率(cd/A)也随着增加，进而导致相同电流密度下器件与材料稳定性的增长。

在廖博士的器件中，如果以多个磷光绿光器件互相堆叠，当堆叠的器件数为3时，可达到130cd/A的效率。但他们发现如果直接以n掺杂层/P掺杂层作为连接层，器件的电压会随着时间而增加。

这可能是n掺杂层与P掺杂层界面因为互相扩散而被破坏所致，因此必须加入一中间层(如氧化物或金属)才可改善，如下图所示。

串联式器件的堆叠层数与效率的关系

(a) CBP:Ir(ppy)3在电流密度为1. 0 mA/cm2下的发光光谱

(b)串联式器件的电流发光效率与电流密度的关系

由此可知如何选择、设计和制作适合的连接层材料是这一技术的关键。

串联式OLED的机制与设计

Novaled公司在2008年SID会议上提出了利用p-n结作为串联式OLED连接层机理的解释。

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图(a)告诉我们将n型以及P型的材料掺杂进人有机传输层后，P型掺杂的费米能级(Fermi level)会较低且接近未掺杂的有机传输层的HOMO;相同地n型掺杂的费米能级会较高且接近未掺杂的有机传输层的LOMO。

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图(b)显示了当p-n结接触的时候，则费米能级会达到一个平衡的等能级状态，所以连同n型和P型的HOMO和LUMO会产生变化。

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图(c)则是当n型以及P型的费米能级结合在一起时，HOMO以及LUMO间的变化会形成一个通道，当外加电场的时候，在P一n结上的电子一空穴的偶极子因为内建电场弱于外加电场，所以将被分开成空穴与电子，利用隧穿效应(tunneling)通过通道后分别注人OLED器件内。

当我们了解了串联式OLED器件的原理后，可以知道一个适合的连接层可以在电学特性上有较好的表现，是以相比于发光层与传输层。

通过掺杂材料形成的势垒通道可让电子空穴有隧穿效应的能量消耗比未掺杂有机层明显降低，这是由于一个良好的连接层可以仅让串联式OLED器件中的能量消耗在发光层，而这也是整个串联式OLED器件的第一个基本设计要求。

除了在电性上的最大要求外，当我们在设计OLED器件，尤其是设计白光OLED时要注意到以下两点:

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连接层对于某特定光波长是否会有吸收的现象;

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如串联式的光学效应所述的，各种光色结合区相对于透明阳极ITO和反射阴极的距离必须在光学增强效应的节点上。

而对于串联式白光的问题，是由于器件中有许多不

同折射率的介质层，而且层数是传统器件的好几倍，因此会有不同程度的共振腔效应，从而颜色也会随着视角的变化而不同困。

似乎至今还没有一个完美的串联式结构，因为各种串联式结构白光都有其优缺点。

接下来OLEDindustry君将继续推送关于

串联式(tandem)白光OLED器件

的内容