串联式WOLED的四大结构剖析

今天是农历腊月二十三

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下面我们接着昨天的

今天为OLEDindustry君为大家准备的是

各种串联式WOLED

单纯原色串联式白光

这类器件可利用不同颜色的器件串联混合出白光。依照需求可以使用荧光或磷光;双波段、三波段或四波段。

而这些制作的方法是效率、光色、显色性指数(color renderingindex, CRI)与工艺难度和成本预算之间的拉锯战。

优点

由于各种波段、光色仅靠连接层串联，所以光学上的设计较容易;另外在各层以最简单的单色光组成，所以器件的膜厚对效率的影响能降到最低。

不足

但这种单纯串联的器件不能调整或补偿个别器件由于老化所造成的光色变化问题，以及各种光色散色角度不同、器件内部发光层距离的不同、所有有机层和连接层对于各光色的折射率与吸收度不同引起的，在视角改变后的光色会有很大的差异。

Ping Chen等人在2008年提出了蓝光和黄光器件串联的白光，由于界面和复合区的问题，导致在不同电流密度下光色会有所变化。

(a)不同电流密度下蓝光和黄光器件串联的白光器件光色变化

(b)白光和白光器件串联器件随驱动电流改变的光色变化

在同一年，Tae-Woo Lee等人也提出这样的观点，个别单色发光层可以发挥个别颜色最大的效率，但是在一个白光器件中需要考虑两个发光层间的载流子平衡与淬灭效应。

目前在荧光方面，以2008年SID会议上Kido教授提出的以两层蓝光串联两层橘光的4层串联白光OLED，在亮度5 000 cd/m2时效率为20 lm/W为最好。

Kido教授所提出的4层串联式白光

白光与白光串联系统

这种结构恰好与第一种设计相反，可以说单色光串联式白光的优点恰是串联式白光较难实现的地方，相对地，单色光串联式白光的缺点也是串联式白光可以解决的问题。

2004年IDW会议中，台湾交大OLED研究团队发表以天蓝色串联黄色器件时，随着视角不同，发光颜色会有很大的改变，但如果以两个白光器件互相串联时，情况可以大大改善，然而CIE色坐标随视角的漂移还是比单一层OLED器件稍大。

在2006年的IMID会议中，柯达公司发表了以两个白光与三个白光串联的白光器件,同一年，Forrest教授的团队与三洋电机各自发表了串联多个磷光双波段白光的器件。

3x单个发光单元的光强度

多个白光器件串联结构图

Forrest教授发表的串联多个磷光双波段白光的结构与使用材料

荧光器件与磷光器件串联系统

此器件结构和Hybrid系统式白光类似，重点在于充分运用绿、红光磷光器件的高效率以及蓝光荧光器件比磷光蓝光器件有较佳寿命的特点

不同的是运用连接层串联两个器件的设计较为容易，也不需要考虑复杂的单重态与三重态激子相互间能量转换的问题，并且让磷光与荧光各自优化以达到最高的效率。

若将蓝光荧光放至串联式第二节点处，则光学效应能增进蓝光的效率，在光色上会较Hybrid系统更接近白光CI Ex·y坐标(0.33, 0.33)0 2007年SID会议上日本HITACHI公司就提出了这样的结构下图所示。

Hitachi在2007 SID会议上发表的荧光器件与磷光器件串联白光结构图

该器件在亮度为1 000 cd/m“时有20. 7 cd/A的电流发光功率效率、4. 6 lm/ W的发光功率效率、CIE值为(0. 26, 0. 34)与11000小时的半衰期寿命。

针对此结构，柯达公司在2008年的SID会议，Panasonic公司在2008年的IDW会议上均发表了由此架构组成的白光器件;其发表的器件效率如下表所示。

(a)柯达公司在2008年S1D发表的器件效率

(b) Panasonic公司在2008年SID发表的器件效率

而在SID2009最新进展上，LG公司利用了绿光与红光同时掺杂磷光层组成黄光器件与荧光蓝光器件串联组合成白光。

LG公司在2009年提出的荧光器件与磷光器件

(a)串联结构

(b)光谱

此器件在亮度为1 000 cd/m2时有56. 5 cd/A的电流效率、30 lm/W的功率效率、CIE值为(<0. 37, 0. 39)与31 000小时的半衰期寿命。

而日本出光兴业公司也在会议上发表了新颖的红光与绿光的磷光主发光体，并应用于白光结构的磷光发光层，器件在亮度为1 000 cd/m2时有35. 2 I耐W的能量效率、CIE值为(0. 32, 0. 42)与94000小时的半衰期寿命。

Hybrid系统式白光串联

其实这个器件的关键就是Hybrid系统。在同一年(2006年)Forrest教授的研究团队发表了两个Hybrid白光串联起来的白光。

但是过于复杂的工艺与结构，以及在光学上磷光荧光发光层的内连接层需要谨慎的设计，使得在2006年以后就没有团队再去对它进行研究与改善。

Forrest教授发表的串联多个H ybrid系统式白光结构

两种不同组合的白光串联

最先提出这个构想的研究人员来自于柯达公司，他们在2007年的SID会议上发表了利用两种不同结构的白光发光层作串联。

柯达公司在2008年SID发表的两种不同组合的白光串联结构与光谱图

在2008年的SID会议上便衍生出利用光色填补达到接进CIE值(0. 33, 0. 33)的D65色温的高效率白光。

这个构想来源于，目前单一层白光的光色纯度和效率的平衡往往难以兼顾，所以可利用光谱中所欠缺或较弱的光色，再通过一层器件串联证明效率和白光光色纯度有大幅提升。

另外，一些器件的设计也可以利用两个OLED串联产生四波段白光，且工艺与器件设计都较将光色做在一个器件上来得简单.

因此，该白光系统可用作全彩显示搭配RGBW彩色滤光片的背光源。在表6一2中将列出从2007年至今在此器件上的效率改进。

串联式结构是白光照明的一大热门主题，其原因是可以根据不同的需要采用不同的设计方法，并且这些方法对于OLED的设计和工艺都比较容易实现。

串联式白光还可以通过光学设计去提升器件的引出光效率，并且其寿命在相同的流密度下，尤其在高亮度白光照明的需求下，将比单一OLED器件具有更显著的优势。可实现商品化的特征是串联式白光结构将成为未来WOLED照明不可忽略的发展趋势。