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《吉林大学》 2011年
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透明及顶发射白光有机电致发光器件理论分析与实验研究

马健  
【摘要】:透明白光有机电致发光器件(TWOLED)可应用于头盔显示、汽车、飞机等的挡风玻璃显示以及特殊用途的照明。 我们制备了结构为ITO玻璃衬底/m-MTDATA (30 nm)/NPB (15 nm)/rubrene (0.1 nm)/NPB (4 nm)/TPBI (30 nm)/Alq3 (20 nm)/Sm (30 nm)/Alq3 (50 nm)的透明白光器件。器件的透过率可达到60%,在1OV驱动电压下,从两侧出射的光的亮度分别为1242 cd/m2和667.8 cd/m2,器件从阴极一侧和阳极一侧出光的最大电流效率分别为1.63cd/A和3.54cd/A,总的最大电流效率可达5cd/A。器件的色坐标几乎不随电压的变化而变化,且两侧的色坐标也非常接近,如在5V的驱动电压下,器件从阴极一侧和阳极一侧发出的光的色坐标分别为(0.2902,0.3045)和(0.3073,0.3157),而在15 V驱动电压下分别为(0.3007,0.3135)和(0.3134,0.3207)。器件两侧发出的光的色坐标都在白光等能点(0.33,0.33)的附近,为色度较好的白光发射。结果表明Sm可作为透明白光器件的有效阴极。 我们制备了结构为:ITO玻璃衬底/m-MTDATA(40nm)/NPB(7nm)/ rubrene (0.1nm)/NPB(3nm)/TPBI(30nm)/Alq(20nm)/LIF(0.5nm)/Yb:Ag (15nm)的透明白光器件。器件两端出射光在亮度上存在极其微小的差别,例如,在驱动电压为l0v时,从器件顶端和底端发射光的亮度分别为1173和1488cd/m2。器件的透过率大于60%,器件的最大的总发光效率为4.6 cd/A。器件的色坐标几乎不随电压的变化而变化,且两侧的色坐标也非常接近,当电压从4v增大到20v时,器件顶端的色坐标从(0.3587,0.3722)到(0.3657,0.3811),器件底端的色坐标从(0.3628,0.3482)到(0.3657,0.3524)。结果表明Yb:Ag可作为透明白光器件的有效阴极。 顶发射有机电致发光器件(TEOLED),通过一个透明的或者半透明的顶部电极发光,可以制作与任意的基板之上,并且可以提供高孔径比率显示。高导电率并且透明的铟锡氧化物(ITO)通常被用于底发射有机电致发光器件,然而,铟是一种比较稀缺的元素,ITO薄膜又缺少机械稳定性,所以,不用ITO的顶发射有机电致发光器件相对于底发射器件是更加高级的。 白光OLED器件由于在全彩显示和照明方面的应用备受关注,对于照明方面的应用,与底发射有机电致发光器件不同的是,顶发射有机电致发光器件的进展相对落后。关键的问题是顶发射有机电致发光器件中半透明金属顶部阴极中微腔效应的存在。导致了电致发光光谱变窄和角度色不一致性,这对照明装置是不利的。在顶部阴极上加上光输出耦合层可以克服这个问题,可以加强光的传输并减少微腔效应。此外,高显色指数对照明器件也是非常重要的,然而,对于高显色指数顶发射有机电致发光器件的报道很少,也没有关于高显色指数有机电致发光器件的角度特性的报道。 我们用一个低反射率的金属sm(在可见光的范围内,反射率为5%,透射率为45%)作为器件的阴极改善了器件的角度依赖特性,色坐标只是从0—30。时的(0.008,0.009)变化到0—80。时的(0.044,0.024)。 我们用高折射率材料Mo0x(2-2.4)作为顶发射白光有机电致发光器件的光输出耦合层。提高了器件的角色一致性。当角度变化从0到60度时,Mo0x的色移仅为(0.014,0.018)。而且,随着角度的增加,器件的色坐标也十分稳定。 我们对Ag阳极和LiF/Al/Ag(15 nm)阴极的RGB结构的TEWOLED器件进行优化,考虑到器件的角色一致性和辐射功率,我们加入了35nm Mo0x作为光输出耦合层。器件显示出相对稳定的角度色一致性,色坐标在0-60度时(0.027,0.019)。器件正方向的显色指数和相关色温分别为90和6750k。器件的显色指数同样显现出较少的角度依赖,显色指数在可视角为60度时可以达到83,结果表明,颜色稳定的高显色指数的器件可以通过仔细的设计器件结构来获得,这种器件可以用于白光照明。 对于全彩显示应用,白光有机电致发光器件和彩色滤光片的结合是一个很有发展的技术,然而,白光有机电致发光器件通常拥有很宽的光谱,并与彩色滤光片的透射光谱匹配不佳,所以,RGB对于白光有机电致发光器件的颜色过滤通常更少的饱和,显示的色域也很窄,含有三个发射峰的微腔TEWOLEDs的RGB波长与RGB彩色滤光片匹配良好,得到了一个宽色域显示,尤其是对于角度性能不是很重要的近眼显示。然而,现在很少有关于TEWOLED关于色域和色移方面微腔效应的报道。 我们讨论了绝缘层厚度对顶发射白光有机电致发光器件性能的影响,我们用一个双峰的器件,LiF/Al(1 nm)/Ag(20 nm)/Mo0x(35 nm)作为阴极,Ag(150nm)/Alq_3(75 nm)/Ag(20 nm)/A1q3(45 nm)/Ag(20 nm)作为阳极,计算结果与实验结果做了比较,器件的计算光谱和色坐标与实验结果一致性非常好。 我们讨论了金属对MDPC阳极TEWOLED器件性能的影响,通过优化位于器件阴极顶部的光输出耦合层来缓解器件的角度依赖特性。经过优化,这个器件的色移只是0到80度时的(±0.013,0.013)。 我们对三共振峰白光器件优化设计,器件的色坐标在0到30度时仅仅移动为(-0.018,0.009),器件的光谱与RGB结构彩色滤光片的透射光谱相匹配。我们可以得到一个广色域显示的有机电致发光器件。顶发射器件展现了一个大大增强的色域92.3%,与之相比,底发射为84.2%,结果表明拥有MDPC阳极的顶发射有机电致发光器件对于近眼显示器是一个很好的选择。
【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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