高性能磷光有机电致发光器件的结构设计及性能研究

摘要

有机电致发光二极管(OLED)是一种新型照明、显示器件，它具有可弯曲、响应速度快、色彩丰富、功耗低等优点，已经成为当今平面显示和固态照明领域的研究热点。OLED又分为荧光器件和磷光器件两种。其中磷光器件与荧光器件相比，既可以利用单线态激子，又可以利用三线态激子，将激子利用率从理论极限的25%提高到了100%，极大地提高了OLED的发光效率，因此备受关注。然而，磷光OLED却存在一个非常严重的问题，即随着电流密度增加，器件效率会急剧下降。在实际应用中，磷光OLED本身固有的这种效率滚降现象极大地影响了器件在高亮度时的性能。本论文从以上问题出发，围绕如何降低磷光OLED的效率滚降开展了一系列研究。具体研究内容如下： 1、以避免发光层中局部三线态激子浓度过高为出发点，提出了采用质量百分比为8%的Ir(ppy)3掺杂层[CBP:8%Ir(ppy)3]与质量百分比为4%的Ir(ppy)3掺杂层[CBP:4%Ir(ppy)3]交替堆叠构建同质结堆叠发光层，制备的堆叠发光层结构器件，同时获得了高效率和低效率衰减。器件的最大电流效率为48.8 cd/A，最大外量子效率为19.6%，并在亮度达1×103 cd/m2时，依然能保持此效率水平。当亮度从1×103 cd/m2进一步增加到1×105 cd/m2时，电流效率仅下降了25.1%，外量子效率仅下降了25.5%。并设计了磷光探针实验，对三线态激子的扩散过程进行了探讨。证实了堆叠发光层器件能够同时获得高效率和低效率衰减的原因在于：堆叠发光层结构能够促进磷光染料掺杂浓度高的区域内产生的三线态激子扩散到相邻的磷光染料掺杂浓度低的区域，进而减少了三线态激子聚集，抑制了三线态激子猝灭。 2、以构建更加平衡的载流子传输体系、调控三线态激子在发光层中的分布、降低三线态激子猝灭为出发点，在发光层中插入不同数量的Bphen薄层，将磷光OLED的发光层分隔成若干个子层，制成不同周期的多量子阱结构器件。周期数经过优化的多量子阱结构器件，亮度和效率均得到了提高，且效率衰减得到了明显抑制。当量子阱数量为6时，器件性能最佳。其最大电流效率、功率效率和外量子效率分别为49.2 cd/A、31.3 lm/W和19.8%，当电流密度从100 mA/cm2增加到200 mA/cm2时，器件的电流效率、功率效率和外量子效率分别只下降了5.53%、12.12%和5.58%。并利用荧光探针实验探测了普通结构器件和多量子阱结构器件中的激子形成区域，证实了在普通结构器件中，激子聚集在靠近CBP:Ir(ppy)3/Bphen界面处的一个狭小区域内，而多量子阱结构器件中，激子形成区域较为均匀地分布在整个发光层中，因此抑制了三线态激子猝灭。 3、以降低器件的效率衰减、提高器件的光耦合效率为出发点，采用操作简单、成本低廉的旋涂工艺，在磷光器件中植入两种粒径的Al2O3纳米微球(粒径为300 nm和500 nm的Al2O3微球按照质量比1:1混合)，并在其表面蒸镀各功能层，制备出具有尺度分布随机的凹凸结构磷光OLED。当Al2O3乙醇溶液浓度为0.08 mg/ml时制得的器件性能最佳，其最大电流效率、功率效率和外量子效率分别为52.1 cd/A、32.7 lm/W和20.9%，分别是平直结构器件的1.52、1.95和1.53倍。同时，凹凸结构抑制了效率滚降。当电流密度从100 mA/cm2增加到200 mA/cm2时，凹凸结构器件的电流效率、功率效率和外量子效率只下降了3.37%、7.05%和3.23%，下降量分别比平直结构器件低83.44%、74.15%和84.35%。凹凸结构能够提高器件效率并降低效率衰减，归因于凹凸结构扩大了载流子复合区域面积，降低了三线态激子浓度，减小了激子猝灭，提高了器件的内量子效率，以及凹凸结构提高了光耦合效率，提高了器件的外量子效率。

目录

声明

主要符号表

第一章 绪 论

1.1 研究背景

1.2 OLED的研究简史

1.3 OLED的发光原理、结构及性能表征

1.4 磷光有机电致发光器件

1.5 本论文的研究目的和主要研究内容

第二章 有机电致发光器件的制备与表征

2.1 实验材料

2.2 器件制备工艺

2.3 器件性能表征

第三章 磷光染料掺杂浓度高低交替堆叠发光层结构的磷光OLED

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

第四章 多量子阱结构的磷光OLED

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

第五章 随机凹凸结构的磷光OLED

5.1 引言

5.2 实验部分

5.3 结果与讨论

5.4 本章小结

第六章 总结和展望

6.1 总结

6.2 创新点

6.3 展望

参考文献

致谢

攻读博士期间科研成果