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《华中科技大学》 2004年
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有机电致发光器件的研究及优化设计

刘陈  
【摘要】:有机电致发光器件(Organic light-emitting diode, 简称OLED)作为一种新型平板显 示技术,具有主动发光、全固态、亮度高、响应速度快等特点,近年来受到广泛关注 和研究,但器件的发光效率、使用寿命、驱动电压及器件设计等方面仍需加以研究以 使其得到进一步的改善。在学习和吸收前人研究成果的基础上,本文针对如何改进器 件性能进行了研究,同时还对器件的优化设计进行了分析,取得了如下成果: (1) 通过电流–电压实验数据对OLED的电荷注入和传输机理进行了研究,研究发 现:随着器件工作电压的增加除存在电流由电极注入限制向空间电荷电流限制的转 变之外,还存在另外两种转变。低电场时,器件的注入电流由Richardson-Schottky热 电子发射电流提供,当工作电压大于某一电压时,由于电场强度的剧烈增加而引 入Fowler-Nordeim隧穿注入电流,且在器件电流中占主导作用;同时,电流注入由 单注入转变为双注入。另外,通过对器件发光效率–电流密度数据的分析发现: 用F2/J(F为电场强度,J为电流密度)来描述器件量子效率随电流密度的变化趋势 是可行的。 (2) 理论与实验相结合,从器件结构、能级匹配和有机层厚度等方面对器件的优 化设计进行探讨。多层结构在OLED中形成有机异质结结构使载流子复合区域远离电 极,减小了载流子电极淬灭的机会,有助于提高器件的发光效率。器件的能级匹配程 度不能只考虑载流子注入势垒,还应考虑异质结界面载流子跃迁势垒的影响。不同有 机功能层的厚度对器件的发光性能有着不同的影响,必须综合考虑各有机层的厚度进 行优化以使器件的各项性能达到最佳。 (3) 掺杂材料在有机薄膜中的掺杂位置对器件性能影响甚大,仅对发光区域进行 局部掺杂可减小掺杂对载流子迁移率的影响,使器件效率大大提高。采用类似掺杂的 方法,将载流子传输层和发光层混合,可避免在界面附近产生高电场,提高器件的寿 命。另外,将LiF用作阳极缓冲层能够象阴极缓冲层一样促进载流子的注入,因此采 用隧道注入机制来解释无机缓冲层对OLED的电流注入增强作用较为合理。 (4) 利用原子力显微镜从微观角度研究了氧等离子体处理对ITO薄膜的表面性能和 电性能的影响。经氧等离子体处理,ITO薄膜的表面粗糙度减小,平整度提高,提高 了ITO薄膜表面的润湿性能,改善了有机物在其表面的成膜性能。另一方面,氧等离 子体处理使ITO薄膜表面的富Sn氧化物进一步氧化,形成稳定的SnO,减少了ITO薄 膜表面的氧空位和Sn4+数量,使其功函数增大。因此,采用氧等离子体处理的ITO薄 I WP=4 膜作为OLED的阳极将降低发光器件的开启电压,提高其发光效率。 (5) 研究旋涂方法和有机溶剂饱和蒸气后处理对薄膜表面形貌的影响。由于离心 力的差异,传统旋涂方法制备的聚合物薄膜在不同位置存在较大的表面形貌差异,该 差异造成掺杂客体在主体聚合物中不均匀分布,中心位置蜷曲的聚合物分子使掺杂剂 的浓度过高,容易产生掺杂客体的浓度淬灭,减小发光器件的发光效率。采用改进的 旋涂方法有效避免了传统旋涂方法所带来的位置差异,掺杂客体在聚合物主体中均匀 分布,因此器件的性能不存在位置差异性。另一方面,通过选择合适的有机溶剂蒸气 对聚合物薄膜进行后处理可改变聚合物薄膜中聚集体的交互作用程度。非极性芳香溶 剂蒸气处理使得聚合物分子从蜷曲态伸展开来,形成强π ? π耦合聚集体;而极性非 芳香溶剂只能使聚合物分子形成物理堆积。这使得芳香溶剂蒸气处理过的器件具有较 低的开启电压和发光效率,而极性溶剂蒸气处理得到的结果则恰恰相反。此外,通过 控制有机溶剂蒸气后处理的时间可使内部有机层和处理过的表面有机层之间形成异质 结,得到的器件同时具有较低的开启电压和较高的发光效率。
【学位授予单位】:华中科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:TN386

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