有机场致发光中界面及阱结构的研究

摘要

相比无机电致发光而言,有机电致发光具有材料选择范围宽、可实现由蓝光区到红光区的全彩色显示、驱动电压低、发光亮度和发光效率高、视角宽、响应速度快、制作过程相对简单、费用低、可实现柔性显示等诸多优点。因此有机电致发光在近些年来得到了迅速的发展,科研工作者们普遍认为有机电致发光将成为下一代显示器件的主流。
　　 本论文主要研究了阱结构对场调制下有机器件光致发光猝灭的影响,阱结构对有机器件电致发光性能的影响,以及有机器件的空穴传输层与电子传输层界面处发光的特性。全文共分为5章,前两章主要介绍了有机电致发光的研究背景和工作机理,后三章重点讨论我们研究的工作内容,并得到了一些新的结果。
　　 首先研究了在反向偏压调制下,两种不同类型的阱结构器件光致发光特性。利用PBD和Alq3制备了四种不同周期数的Ⅰ型阱结构有机器件。不同周期数的Ⅰ型阱结构器件在反向偏压作用下,光致发光猝灭不同。多周期的阱结构器件中光致发光的猝灭要比一个周期的弱。这是因为Ⅰ型阱结构器件的势阱层(Alq3)既是电子的势阱层,又是空穴的势阱层,这样激子离化后产生的部分自由电子和空穴会被限制在势阱层中,可以进行再复合形成激子参与发光。但当阱结构周期数大于2时,在反向偏压调制下,光致发光猝灭随着周期数增大而增强。这主要是因为当阱结构器件的周期增大时,器件的界面数会增多,并且器件中单层材料的厚度也会越来越薄,这两方面会增强器件中的界面态俘获和电极处的载流子猝灭,所以器件的光致发光猝灭会增强。然后我们利用NPB和CBP两种有机材料制备了三种不同周期数的Ⅱ型阱结构有机器件,讨论了这三种器件在反向偏压调制下的光致发光特性。研究结果显示NPB层中激子离化的速度要比CBP层中激子离化的速度快。这主要是因为当器件加上反向电压时,分布在NPB层中的有效电场要比CBP层中的大。当有机阱结构器件的周期数增加时,在相同的反向电压下,NPB和CBP层中的发光猝灭强度都会随之增强,因为激子在Ⅱ型阱结构器件中会随着阱结构周期数的增加而变得越来越不稳定,因此周期数较大的器件猝灭现象比较明显。对比场调制下两种不同类型的阱结构器件的光致发光,分析了两种类型的阱结构对器件发光猝灭影响不同的原因。
　　 接下来我们对五种阱结构有机器件的电致发光特性进行了研究,分析了阱结构的周期数和势垒层的厚度对器件电学性能的影响。实验结果表明:采用适当周期数的阱结构和适当的势阱层厚度能够提高器件的亮度和效率。然后我们分别利用NPB和Alq3两种有机材料构成的阱结构作为器件的空穴传输层,用Alq3和BCP两种有机材料构成的阱结构作为器件的电子传输层,来研究阱结构作为器件的不同功能层时对器件性能的影响。分析了两种阱结构的周期数对器件的发光亮度和效率的影响。实验结果表明当利用阱结构作为器件的电子传输层时要比作为器件的空穴传输层好。
　　 最后通过设计不同的器件结构,并研究其光谱特性,来确定TPD和BCP两种有机材料层界面处发光峰的性质。在不同驱动电压下,器件ITO/TPD/BCP/Alq3/Al的电致发光光谱有四个发光峰,分别位于401、425、452和480 nm处。其中401和425 nm处的两个发光峰是TPD分子的特征发光,而经过研究得知452 nm处的发光峰属于局域的单线态激基复合物发光,480 nm处的发光峰属于电荷转移的单线态激基复合物发光。然后讨论了器件ITO/TPD/BCP/Rubrene/BCP/Alq3/IAF/Al电致发光光谱中出现的两个发光峰590和630 nm的性质,最终得出结论590 nm处的发光峰为三线态的激基复合物发光,而630 nm处的发光峰为电致激基复合物发光。
　　 本文中共有图50幅,表4个,参考文献165篇。

目录

文摘

英文文摘

致谢

序

1 引言

1.1 有机电致发光的研究历史与进展

1.2 有机薄膜电致发光机理

1.3 量子阱结构器件的研究现状和机理

1.3.1 有机量子阱器件的工作原理和分类

1.3.2 量子阱结构在有机发光器件中的应用

1.3.3 有机量子阱结构器件的优势及存在的问题

1.3.4 目前国内外对有机量子阱器件研究的方向

1.4 激基复合物和电致激基复合物发光的研究现状和机理

1.4.1 电荷转移

1.4.2 激基复合物及电致激基复合物的形成过程

1.4.3 两种激基复合物的区分及激基复合物的分类

1.4.4 对于激基复合物发光的研究重点

1.4.5 激基复合物发光存在的问题和未来发展趋势

1.5 本论文的主要工作

2 有机电致发光器件的研究内容和方法

2.1 有机电致发光器件的结构

2.2 有机电致发光材料

2.3 有机电致发光器件的制备

2.3.1 基片的准备

2.3.2 热蒸发方式制备有机小分子薄膜层

2.3.3 旋涂方式制备聚合物薄膜层

2.3.4 阴极的蒸镀

2.3.5 封装

2.4 有机电致发光器件光电特性的表征

2.4.1 器件的光谱及测量

2.4.2 电流-电压曲线及其测量

2.4.3 亮度-电压曲线及其测量

2.4.4 器件的效率及其测量

2.4.5 器件的色度及其测量

3 阱结构对场调制下有机器件光致发光的影响

3.1 引言

3.2 Ⅰ型阱结构体系中场调制光致发光特性的研究

3.2.1 实验部分

3.2.2 不同电压调制下Ⅰ型有机阱结构器件的光致发光

3.2.3 周期数对场调制下Ⅰ型有机阱结构器件光致发光的影响

3.3 Ⅱ型阱结构体系中场调制光致发光特性的研究

3.3.1 实验内容

3.3.2 不同电压下Ⅱ型阱结构器件的光致发光

3.3.3 周期数对场调制下Ⅱ型阱结构器件发光光谱的影响

3.4 Ⅰ型和Ⅱ型阱结构器件场调制光致发光的对比

3.5 本章小结

4 阱结构对有机电致发光器件性能的影响

4.1 引言

4.2 阱结构对器件中载流子传输及发光特性的影响

4.2.1 实验过程

4.2.2 结果与讨论

4.3 利用阱结构作为载流子传输层提高器件性能

4.3.1 实验内容

4.3.2 结果与讨论

4.4 本章小结

5 有机电致发光器件界面处发光特性的研究

5.1 引言

5.2 有机器件界面处激基复合物发光的研究

5.2.1 实验内容

5.2.2 有机电致发光器件中光谱特性的研究

5.3 电致激基复合物发光的研究和应用

5.3.1 实验内容

5.3.2 有机电致发光器件界面处发光峰性质的研究

5.3.3 不同电压下器件发光特性的研究

5.4 本章小结

6 结论

参考文献

作者简历

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