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《吉林大学》 2011年
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基于DPV的蓝色和白色有机发光器件及其效率滚降研究

张天瑜  
【摘要】:21世纪以来,中国,日本,韩国以及一些西方国家等都在不断研究有机发光二极管(OLED),并且迅速地发展以OLED为基础的显示,照明产业和产业链。在平板显示领域,OLED因为其具有化学直流驱动、高效率、自发光、高亮度、功耗低、视角广阔、超薄、造成本低、寿命长、可大面积显示、发光彩色齐全、制耐低温、工作温度范围宽等突出优点,被称为是继液晶显示(LCD)、等离子显示器(PDP)之后的新一代平板显示产品和技术。 随着OLED的技术不断完善与发展,尤其是白色有机发光器件,因其既可以应用于全色显示也可以应用于固态照明等,并且具有许多潜在优势,因此近些年来受到了业界的追捧。其在照明领域已经渐渐地从研发阶段进入广泛地商业化应用阶段,例如应用于柔性基板照明,大面积面光源的照明等等。 蓝色有机发光器件不仅是红绿蓝全彩显示的主要成分,也是白光照明中不可或缺的一部分。有机发光器件引入磷光材料对提高器件的性能有着显著的效果,这是因为磷光材料可以同时收获单线态和三线态激子,使器件的内量子效率达到100%。然而由于磷光材料寿命短,价格高,再加上蓝色磷光材料色纯度低的缺点,因此结合蓝色荧光材料橘黄(或者绿,红)磷光材料可以有效地解决这一问题。我们引入蓝色荧光材料DPV,制作了不同结构的蓝光和白光器件,并对有机发光器件效率滚降问题进行了系统分析。 首先我们介绍了有机发光电致器件效率的定义后,大致分析了一下影响效率的几个因素和提高效率的方法。主要介绍了引起效率滚降的因素:载流子传输不平衡和激子的扩散与湮灭。并细分了激子的三种湮灭方式:三线态-三线态湮灭,三线态极化湮灭,电场引起的三线态激子的解离。并对这些过程用公式进行了表述和分析。了解了器件效率滚降的主要因素后,总结了降低滚降的几个方法:控制载流子传输的平衡;对自由电子、空穴复合区域的调整,以达到形成一个稳定并且增大了的激子复合区域;控制激子的形成机制以及激子的扩散过程;引入寿命较短的有机材料。在这之后用一个具体实验更清晰地解释和分析了在合理控制激子的扩散和载流子传输并且采用适合的发光材料后,器件效率的滚降问题得到了很好的解决。 其次,在对器件效率滚降问题进行研究后,我们制作了基于荧光材料DPV的蓝色有机电致发光器件,器件结构十分简单:ITO/HTL/2-diphenylamino-7-(2,2"-diphenylvinyl)-9,9'-spirobifluorene/ETL/LiF/Al。通过比较不同的空穴传输层和电子传输层的能级以及载流子传输特性后,实现了器件的高效率,滚降小,高亮度,色纯度高等优点。这都归因于很好的控制了器件中载流子传输的平衡,以及扩大了激子的形成区域。其中以4,4',4"-tris(3-methylphenylphenylamino)triphenylamine(NPB)和4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline (Bphen)分别为空穴传输层和电子传输层的器件最为突出。在亮度1000cd/m2下,最大效率达到5.8cd/A,电压也只有4.6V。更为突出的是器件从最大效率时的亮度到10000cd/m2,效率的滚降只有16%。 结合蓝色荧光材料DPV效率高,稳定性好和良好的载流子传输特性,我们希望引用红色荧光材料DCV制作全荧光白色有机电致发光器件。为了对DCV的特性进行分析,我们首先制备了基于DCV的黄光发光器件,结构为ITO/m-MTDATA(30nm)/NPB(20nm)/DCV:Alq3(40nm)/BCP(5nm)/Alq3(30nm)/LiF/A1。此器件的特点是最大效率可达4.8 cd/A,掺杂浓度的增加器件的发光光谱红移,效率下降,这些现象都与传统的红光染料相类似。 接着我们又制备了基于DCV的红光发光器件,结构为ITO/m-MTDATA(30nm)/NPB(20nm)/DCV(xnm)/BCP(5nm)/Alq3(30 nm)/LiF/Al,DCV的厚度分别为40 nm和0.5nm,当DCV的厚度为40nm时,峰值波长为640nm,发出标准的红光;当DCV的厚度为0.5nm时,可以同时观察到DCV和NPB的发光,器件为白光发光。 根据DCV掺杂在Alq3可以得到效率滚降小,且效率较高这一特性,结合蓝色荧光材料DPV,我们制作了四个不同结构的全荧光白色有机电致发光器件。效率最高达到7.2cd/A,更为出色的特性是器件非常稳定,色坐标变化很小。从效率最大时的亮度到10000cd/m2器件的效率滚降只有4.8%。 最后我们希望制作基于蓝色荧光材料DPV的效率更高的荧光/磷光白色有机电致发光器件。在对黄色磷光材料(BT)2Ir(acac)进行分析后,我们利用了DPV三线态能级高,载流子迁移率不受电场影响等特性制作了荧光磷光型白色有机电致发光器件。通过合理的结构设计,器件的载流子复合区域变大,载流子传输平衡,能量损失小。从效率最大(25.1cd/A)时的亮度到10000cd/m2效率滚降到19.5cd/A。在1000cd/m2亮度下,功率效率14.11m/W,色坐标(0.41,0.41)。为了进一步增强效率,我们引入了微透镜阵列(MLA)来增强器件的光输出耦合,在1000cd/m2亮度下,效率升高到18.61m/W。
【学位授予单位】:吉林大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TN383.1

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