高效复合电子注入层结构的有机电致发光器件研究

摘要

在有机电致发光器件（OLEDs）的性能指标体系中，发光效率是一个非常重要的因素。OLEDs中将电能转换为光能的时候，效率越高其能量的损失就越小。提高OLEDs器件效率的一个有效的方法就是增加电子的注入。实验已经证明，基于Ag:Al、Al:Ni、Cs:Al等复合阴极的OLEDs器件，电子注入明显增加。但由于阴极材料性质活泼，很难得到纯净的阴极薄膜，又因为熔点相对较高，需用磁控溅射等大型仪器设备进行制备，在一定程度上也限制了相关科研小组的研究。除了采用复合阴极之外，还可以设计不同的电子注入层，与阴极配合，降低电子注入势垒。我们在传统的氧化铯(Cs2O)、碳酸铯(Cs2CO3)作为电子注入层的基础上，首次采用在其中掺杂氧化银(Ag2O)的方法，作为新的电子注入层(EIL)，有效的提高了基本器件的性能，并依此制备了高性能的单色和白色OLEDs。本研究主要内容包括：
　　⑴制备了结构为ITO/NPB/Alq3/EIL/Al的绿光基本器件。将Cs2O掺杂Ag2O薄层结构作为EIL并与LiF、Cs2O作为EIL的器件进行了比较。结果表明，以Cs2O:Ag2O作为EIL，当掺杂的质量分数为17 wt.％，厚度为1 nm时，器件的性能要明显高于单独以Cs2O和LiF做电子注入层的器件。其最大效率达到了3.36 cd/A，比Cs2O的2.26cd/A和LiF的1.86 cd/A分别提高了1.49倍和1.86倍。将Cs2CO3掺杂Ag2O的薄层结构作为EIL，并与Cs2CO3作为EIL的器件进行比较。结果表明，以Cs2CO3:Ag2O作为EIL，器件的效率和亮度都有有很大提高。器件的最大电流效率提高了1.80倍，从3.59 cd/A(Cs2CO31 nm/A l)提高到6.45 cd/A(Cs2CO3:Ag2O20 wt.%2 nm/Al)；最大亮度提高了2.36倍，从9870cd/m2提高到23320 cd/m2。器件性能的提高归因于掺杂结构比单层具有更好的电子注入能力和电子传输性能。
　　⑵以Cs2CO3:Ag2O作为电子注入层制备了几种单色的OLEDs器件：制备了CBP掺杂Ir(piq)3的红色磷光OLEDs。通过调节掺杂浓度和厚度，提高了器件的性能。器件的最大亮度为10990 cd/m2，最大效率为11.91 cd/A，对应的色坐标为（0.63，0.31），接近标准红色。；制备了MCP掺杂FIrPic高效率的蓝色磷光OLEDs。当发光层的掺杂质量分数为10 wt.%，厚度为20 nm时，器件的性能较好。最大电流效率为10.35 cd/A；最大亮度为21950 cd/m2；制备了基于DMPPP的非掺杂的深蓝色OLEDs。DMPPP的厚度越薄，器件的蓝光颜色越深。当DMPPP的厚度为3 nm时，CIEy的值都小于0.10，完全处于深蓝光的区域。当厚度增加时，色度向天蓝光的方向变化。所以，对于以DMPPP为单发光层的器件来说，厚度越小，深蓝的色纯度越高。在此基础上，制备了DMPPP掺杂 BCzVBi高效率、高亮度深蓝色有机电致发光器件。通过调节掺杂浓度和厚度，提高了器件的性能。最大电流效率为3.53 cd/A，最大亮度为16570 cd/m2，分别是非掺杂器件最大电流效率和最大亮度的1.91倍和2.17倍；制备了结构为ITO/NPB/DPAVBi/CBP:Ir(ppy)3/TAZ/Alq3/Cs2CO3:Ag2O/Al的双空穴传输层、高效率的黄绿光OLEDs器件。当DPAVBi层的厚度为25 nm时，器件性能最好，最大电流效率为68.13 cd/A，最大亮度为21250 cd/m2。
　　⑶在单色器件的基础上，我们制备了几种高效率、高亮度的白色OLEDs器件：制备了Rubrene为橙黄光层，以DOPPP为蓝发光层的白色有OLEDs器件。通过调整DOPPP层的厚度，研究了器件的发光性能。当DOPPP层的厚度为25 nm时，器件的性能最好，最大亮度为9232 cd/m2，最大电流效率为4.68 cd/A。随着驱动电压的升高，器件的色坐标从（0.366，0.365）变化到（0.384，0.399），都在白光的范围内。在此基础上，我们又制备了一个双蓝光和黄光相结合的白光器件，其结构为：ITO/NPB/Rubrene/DPAVBi/DOPPP/TAZ/Alq3/LiF/Al；一个黄光掺杂与蓝光单层相结合的白光器件，其结构为：ITO/NPB/DPAVBi:Rubrene/DOPPP/TAZ/Alq3/LiF/Al。结果表明，非掺杂器件的色度最好，色坐标基本都在白光范围内，最大亮度为12750cd/m2，最大效率为8.55 cd/A。而黄光掺杂结构中，器件的最大亮度为16570 cd/m2，最高效率为10.47cd/A。说明掺杂结构能有效的实现能量转移，提高器件的性能；制备了结构为 ITO/NPB/Rubrene/CBP:BCzVBi/Bphen/Cs2CO3:Ag2O/Al的白光OLEDs器件，综合利用了发光层中主客体之间的能量转移和空穴阻挡层的空穴阻挡特性，得到了高效率、高亮度的白色有机电致发光器件。当BCzVBi的掺杂质量分数为10 wt.%时，获得最大电流效率为4.61 cd/A，最大亮度为21240 cd/m2。当驱动电压从4 V增加到9 V时，色坐标从（0.36，0.38）变化到（0.27，0.29），均处于白光区域；利用磷光敏化方法制备了结构为 ITO/m-MTDATA/NPB/CBP：BCzVBi/CBP/CBP:Ir(ppy)3:DCJTB/Bphen/Cs2CO3:Ag2O/Al的器件。蓝光层CBP：BCzVBi的掺杂质量分数为10wt.%，磷光敏化层的质量分数为Ir(ppy)3(10wt.%)，DCJTB(1wt.%)，厚度为10nm。当蓝光层的厚度为25nm时，器件的性能最佳，最大的亮度达到20260cd/m2，最大效率为11.70cd/A。

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第一章 绪 论

1.1引 言

1.2有机电致发光器件的基本原理

1.3 OLEDs的发光过程

1.4 OLEDs的主要参数

1.5 OLEDs器件中增强电子注入的研究

1.6论文研究的主要内容

第二章 不同电子注入层对有机电致发光器件性能的影响

2.1 引言

2.2 实验

2.3 Cs2O掺杂Ag2O的薄层结构作为电子注入层对有机电致发光器件性能的影响

2.4 Cs2CO3掺杂Ag2O的薄层结构作为电子注入层对有机电致发光器件性能的影响

2.5 本章小结

第三章Cs2CO3:Ag2O薄层结构的单色有机电致磷光和荧光器件

3.1基于Ir(piq)3的红色磷光OLEDs器件

3.2基于FIrPic的蓝色磷光OLEDs器件

3.3基于DMPPP的深蓝色OLEDs器件

3.4 基于Ir(ppy)3的高效率、高亮度黄绿光OLEDs器件

3.5本章小结

第四章Cs2CO3:Ag2O薄层结构的白色有机电致发光器件

4.1多发光层白光OLEDs器件概述

4.2基于DOPPP的非掺杂双发光层荧光白光OLEDs器件

4.3基于DOPPP的荧光掺杂双发光层白光OLEDs器件

4.4基于BCzVBi荧光染料掺杂的白光OLEDs器件

4.5利用磷光敏化制备的高效率、高亮度白光OLEDs器件

4.6 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

致谢

参考文献

攻读博士期间的学术成果