为什么说OLED是电流驱动，而不是电压驱动?(OLED解惑系列)

OLED有机发光二极管（organic light emission diode），发光的原理是激励自主发光。

OLED发光器件也是由多层材料叠加而成，一般有阳极（Anode)、空穴注入层（HIL，Hole Injection Layer），空穴传输层（HTL，Hole Tranport Layer），发光层（EML，Emission layer），电子传输层（ETL，Electron Transport Layer)和阴极（Cathode）。

产业界经过多方的试验后发现，如果要很好的实现能调整OLED的电光特性，那么有机发光材料层的构成，采用由空穴传输层(Hole Transport Layer，简称HTL）、发光层（ELL）、与电子传输层（ETL）三层有机材料叠加在一起，效果较佳。

（图片来源于网络）

其中HTL负责调节空穴的注入速度和注入量，ETL负责调节电子的注入速度和注入量，而注入的电子和空穴在ELL中相互作用，结合在束缚状态中形成激子，激子衰变辐射出光子发光。

实际上OLED还有另一种有机发光材料层的叠加结构，是在HTL、ETL之间加一层激子限制层(exciton confinement layer简称ECL)，激子限制层的厚度可以调节发光位置，可控制器件的两侧中的一侧发光或两侧发光，若将ECL调整合适，可使激发子同时在HTL及ETL生成，让HTL及ETL变成发光层同时发光，而将发光混成白光，也就是说ECL限制层的主要作用是传输层。

这两种OLED发光机理，前者由日本九州大学的Saito教授组研发出来，后者则是由日本山形大学的Kido教授组研发出来，所以OLED的量产工艺基本上都是由日本产业界完成的。

然而不管是由中间发光层ELL发光，还是由两侧的HTL及ETL同时发光，OLED有机发光层的二极管特性是必须维持的。

比如在以中间发光层ELL激励发光的OLED器件中，HTL负责调节空穴的注入速度和注入量，实际也起到了阻挡电子通过的作用；ETL负责调节电子的注入速度和注入量，同样也起到了阻挡空穴通过的能力。

（图片来源于网络）

也就是说，当各层作为传输层的作用时，从阳极注入的空穴能透过空穴传输层流至发光层，并且阻绝来自阴极的电子使之不直接传输流至阳极；而从阴极注入的电子能透过电子传输层流至发光层，并且阻绝来自阳极的空穴使之不直接传输至阴极。

因此传输层必须使用载子迁移率高且在传输层与发光层之间能形成可以阻绝电子与空穴流动的位能障的材料，如此才能使电子与空穴在发光层中再结合并发光。传输层的材料虽然有空穴与电子传输层之分，但是主要还是以含有氮之烯丙基胺化合物(TPD)为主。

而如何成为发光层，则由组成发光层的材料来决定。发光层的作用是使得注入的电子与空穴产生再结合的激励作用而发光，所以发光层材料通常为发光能力较低的径式8-羟基喹啉铝(Alq3)或铋错化合物(Bebq2)为主体(host)材料，再少量掺杂发光能力高的客体(guest)材料。

掺杂的客体作用除了可以提高发光效率之外，也可以用来改变发光的颜色。所以不同的发光的机制可以由主体材料先呈激励状态再将能量转移至客体分子，使客体分子获得激励而发光。

而采用激子限制层ECL方式的OLED器件，则是电子与空穴直接在HTL及ETL客体分子上再结合而发光。再结合的机制可分为荧旋光性(fluorescence)及磷旋光性(phosphorescence)两种。磷旋光性的发光效率由于比荧旋光性的发光效率高约2～5倍(红光约2倍而绿光约5倍)，因此使用磷旋光性发光层可以降低功率消耗并提高寿命。

实际上，虽然看起来电子的移动速度很快，但由于阳极的空穴数量远远大于电子数量，所以一般都需要HTL传输层有较强的绝缘作用，才能有效控制发光层的发光效率与持续时间。而传输层能通过多少电子和通过多少空穴，则是整个OLED发光器件的设计思路核心。

而传输层和发光层的电子、空穴通过效率与结合效率，其实就是体现了OLED器件通过电流的大小，如果传输层和发光层的电子、空穴通过效率太低，就是给OLED器件加再大的电压也没有用。

而在实际OLED器件工作过程中，控制传输层和发光层的绝缘值以适应OLED器件的正常工作电压，才是OLED器件设计成功的关键。

而当传输层和发光层的有机材料空余度有限的情况下，要保证OLED正常工作，一般就只有调整阳极和阴极材料了。其中由于阳极材料的空穴都比较富余，所以调节阴极材料参数，也成为了产业界实现不同发光机制OLED器件设计的实用手段。

这也是产业界在生产OLED显示器件时，会有不同背板技术区别的原因。如为了提高OLED的刷新频率，就可以采用电子迁移率较高的LTPS材料背板；为了让驱动电路在节能低频率模式下OLED的发光时间延长，则可以采用电子迁移率较低的IGZO材料背板；为了同时满足两种工况需求，则可以采用LTPS+IGZO两种材料复合驱动的LTPO背板技术。

另外，不管是OLED的传输层还是绝缘层的绝缘值都较高，所以电子迁移率你的a-Si材料背板技术在尺寸较大，驱动线路线径较窄的高分辨率OLED器件中效果不好，因此业界一般认为a-Si材料背板技术不适用于OLED显示器。但实际在一些小尺寸、低分辨率的单色、伪彩OLED显示器件上，仍有部分OLED显示器产品是采用a-Si材料背板技术来设计与量产。