高效白光有机发光二极管的器件结构与性能优化

摘要

作为新兴的照明显示技术，有机发光二极管（OLED）自1987年发明以来，终于走进了人们的日常生活中。OLED具有许多其他现有照明显示技术所无法比拟的优势，如超薄结构、低功耗、可绕性、广色域、超大可视角度、对人眼无害以及环保等优点。然而，OLED仍有许多亟待解决的关键问题，如蓝光材料的稳定性、光提取效率、生产成本等问题。从有机发光材料的角度，我们可以将OLED的发展历程分为三个主要阶段。最早的有机发光材料都是荧光材料。由于该材料本身的特性，只有单线态激子能被捕获从而进行辐射跃迁，因此其最高内量子效率（IQE）被限制在25％。之后，在1998年Forrest教授发明了磷光材料。该材料中的重金属原子使得常温下三线态激子的辐射跃迁成为了可能。基于磷光材料的OLED器件的内量子效率可接近100%。再到前几年，日本九州大学Adachi教授成功使基于热激活延迟荧光（TADF）材料的荧光OLED器件的IQE突破了25%。通过该材料内在的TADF过程，三线态激子可以通过反系间窜越上转换为单线态激子，因此基于TADF发光材料的OLED器件的IQE也可以接近100%。
　　然而，对于一种光源而言，实际应用中衡量其效能的主要物理参数并非是量子效率，而是功率效率。提高器件功率效率最关键的就是要降低器件的驱动电压。根据之前报道的工作，改善电压最常用的方法是通过降低载流子的注入传输势垒和提高材料的载流子迁移率，如寻找合适的电荷注入材料和传输材料、对有机材料或电极界面进行修饰、对器件结构进行优化等方法。目前为止，绿光OLED器件的功率效率已经突破100lm W-1，而白光OLED器件的最高功率效率却仍处于80-90lm W-1之间（不含光提取结构）。为了提升OLED产品在照明显示市场的竞争力，必须寻找新的方法来提高功率效率。同时，通过简化器件结构等方法来降低OLED的生产成本。
　　基于以上问题，我们在本论文中介绍了两种方法以简化器件结构和提高白光OLED的功率效率。
　　首先，我们就基于超薄发光层结构的OLED器件提出了一种新型的无间隔层结构。在传统的超薄发光层之间，常常需要插入额外的间隔层以起到调节器件光谱以及优化器件性能的作用。然而，额外的间隔层不仅产生会更多的界面、增加器件的复杂性，也会使器件的制备过程更加耗时耗力。为了解决这些问题，我们首次提出了一种无间隔层的超薄发光层结构。基于该新型结构的双色白光OLED器件的最高电流效率（CE）、功率效率和外量子效率分别为56cd A-1、55.5lm W-1和19.3%，且器件的开启电压仅为3.2V。而基于该结构的三色白光OLED器件的最高电流效率（CE）、功率效率和外量子效率则分别为45.5cd A-1、42lm W-1和17.6%。该新型结构不仅进一步简化了OLED器件的结构，同时还节约了器件制备的成本与时间。因此，我们认为该新型发光层结构在未来实际应用中将会有巨大的潜力。
　　其次，为了进一步提升白光OLED器件的功率效率，我们选取了两种有机材料构建了一种新型的蓝光激基复合物主体。基于该主体的器件具有良好的激子限制能力，且具有超低的载流子注入与传输势垒。相应的，基于该主体的蓝光OLED器件的最高功率效率、电流效率和外量子效率分别达到了48.0lm W-1、41.3cd A-1和17.3%。除此之外，基于该新型激基复合物主体的暖白光OLED器件更是获得了高达105lm W-1的功率效率。需要指出的是，该效率为正向效率（forward-viewing efficiency）且器件中不含任何光提取结构。基于我们的了解，该白光OLED器件的功率效率是目前最高的，也是首个突破100lm W-1的白光OLED器件。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 有机发光二极管发光机理

1.3 常见的白光 OLED 器件结构

1.4 有机发光二极管中常用的发光材料

1.5 有机发光二极管的主要性能参数

1.6 OLED器件的制备方法

1.7 本论文的研究目的和实施方案

1.8 参考文献

第二章 基于无间隔层的超薄发光层结构的 OLED 器件的制备与研究

2.1 引言

2.2 器件的制备与表征

2.3 实验结果与分析

2.4 实验总结

2.5 参考文献

第三章 基于新型蓝光激基复合物主体的超高效暖白光有机发光二极管的制备与研究

3.1 引言

3.2 器件制备与表征

3.3 实验结果与分析

3.4 实验总结

3.5 参考文献

第四章 全文总结与展望

攻读学位期间本人出版或公开发表的论文与专利

致谢