摘要
本文主要探讨了OLED中不同层对器件性能的影响，并发现空穴和电子阻挡层对器件发光性能和效率的提升有重要作用。同时，内部器件分析揭示了改进的原因在于电荷载流子浓度的增加和载流子的限制。这些发现有助于深入理解OLED的工作机制和性能优化。
一、介绍
在过去的几十年里，有机电子已成为研究人员的选择，以补充传统的硅基技术。这些设备之所以被青睐，是因为它们具有重量轻、薄、柔韧、易于制造且制造成本低廉等优点。由于这一领域的研究非常深入，近年来已经出现了基于有机晶体管的不同应用，如记忆和数字电路等，并表现出良好的性能。由于这种改进，其他应用如OLED、RFID等也正在涌现并不断改进。
目前，有机发光二极管（OLED）已成为显示技术研究的顶峰。其主要原因在于其柔韧性、低温和低成本制造以及大表面制造能力。此外，其良好的性能特点也为其增色不少，如可发出大色域的颜色、低功耗、宽视角等。这也是苹果和三星等公司将其应用于显示应用的主要原因之一。然而，其应用不仅限于显示器。这些设备还表现出良好的发光性能，发出均匀颜色的光。这些性能可以用于其他应用，如传感器、OLED灯泡、可见光通信（VLC）和其他便携式应用。
二、OLED体系结构
无论是传统的LED还是OLED，其发光都是由于电子和空穴的复合产生的。尽管如此，它们之间存在许多差异，从结构到载流子传输以及控制复合速率的工艺都有所不同。在有机半导体（OSC）中，迁移率较低，且无法进行掺杂。此外，少数载流子不存在，因为它们的迁移率更低。而且，复合不是由复合速率控制，而是由朗格文理论中电荷载流子的概率决定。因此，给出的OLED的基本结构由两层OSC组成，其中一层为p型，另一层为n型，如图1所示。
图1 OLED的基本架构
OLED的基本结构包括阳极和阴极，它们周围有两个OSC，其中一个为p型，负责空穴传输（HTL），另一个为n型，负责电子传输（ETL）。当给电路施加适当的偏置时，空穴从阳极进入HTL，电子从阴极进入ETL。理想情况下，如图1所示，这些电荷载体应在HTL和ETL的界面上相遇并发生复合。
1、排放层（EML）
它是OLED中负责发光的光发射层。在OLED中，最好所有的复合都发生在这里。它可能是一个单层或多个层，如图2所示，QAD与Alq3共同作为发射层。EML负责OLED的发光特性，如颜色和发光。
图2 图2多层OLED显示不同层的结构
2、孔隙注入层和电子注入层（HIL/EIL）
有机半导体的HOMO和LUMO能级在电荷载体的注入中起着重要作用。如果这些能级与相邻电极的功函数相匹配，则OLED中的电荷注入将得到改善，这将导致更高的电荷载体，最终导致复合。HIL层用于此目的。这些层的选取取决于它们的轨道能级，即HIL的HOMO和EIL的LUMO，以及这些能级与相应电极的功函数的匹配程度。这两个能级越接近，电荷注入越好。这些层有助于越来越多的电荷载体到达各自的传输层，因为传输层与电极功函数之间的能量障碍减小了。这如图3所示的能带图所示。因此，更好的电荷注入提高了复合速率。
图3 多层OLED的能带图
三、实验设置和制作程序
本文分析了向多层结构添加不同层时对OLED性能的影响。为此目的使用的工具是Silvaco的Atlas。它使用Poole和Frenkel迁移率模型分析有机设备的特性。
分析过程从获取已制造的设备并使用Atlas进行模拟开始。此设备将是参考设备，即Device A。在此工作中，多层的OLED被作为基本参考设备。该设备的结构如图4a所示，清楚地显示了设备架构中每个层的位置。图4a中还标记了每个层使用的尺寸，并在表1中给出。接下来简要描述了可以通过这些层的沉积来制造设备的不同过程。
(a) (b) (c)
图4 a多层OLED的结构，器件a，b制造OLED的基本流程图和器件a的特定和完整的制造流程
四、结果与讨论
可以看到空穴阻挡层和电子阻挡层可以改善OLED的性能。对四个设备（Device A-D）进行了分析，并比较了它们的性能。发现双HBL设备，即Device C，性能最好，而EBL发生变化的Device D的发光性能与Device C相当。表4总结了分析结果。除了这些结果外，表4还给出了这些OLED的发光功率效率，这是通过以下方程计算得出的。
图5显示了所有四个分析设备的电子和空穴浓度。从图中可以清楚地看出，Device C和D的电子和空穴浓度最高，其次是Device B。这三个设备都有空穴阻挡层。此外，可以注意到，与另外两个设备相比，特别是在Device A中，Device C和D的载流子在发射层附近的限制更好。在Device C和D中，空穴浓度被限制在靠近发射层的一个更小的区域内。而Device A的空穴浓度分布更广。此外，与Device A相比，Device B、C和D的电荷浓度在0.12 lm标记处最高。这是发射层的区域，因此该区域较高的电荷浓度有助于提高OLED的复合速率和发光性能。
图5 装置A-D的内部装置分析。a空穴浓度和b电子浓度
五、结论
本文分析了不同层对性能的影响。众所周知，多层OLED的性能优于单层和双层OLED。这种性能的改善是由于其架构中包含的不同层。本文比较了四种设备，从多层设备Device A（由HIL、EIL和EML组成）开始，然后向Device B（单HBL）、Device C（双HBL）和Device D（HIL更改为EBL）中添加了空穴阻挡层和电子阻挡层。分析这些设备后发现，与Device A相比，Device B、C和D的发光性能分别提高了16%、37%和38%。此外，这些设备的发光功率效率分别为6.73、11.32、11.70和11.34（Device A-D）。
增强设备中电荷载流子浓度的原因在于HBL和EBL层，它们也是性能提升的原因。对每种设备进行了内部设备分析，从结果中可以看出，由于阻挡层，电荷浓度得到了改善，因此记录了性能提升。此外，在具有双HBL（Device C和D）的设备中，与其他设备相比，载流子更加限制在发射层附近。因此，这些设备的发光记录最高。因此可以得出结论，阻挡层有助于提高设备的性能。进一步说，如果选择得当，它们可以帮助在不增加设备尺寸的情况下提高设备性能。
