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高效率/长寿命蓝色荧光有机发光二极管的研究

王兴华  
【摘要】:有机发光二极管(Organic Light-Emitting Diode,OLED)具备自发光、重量轻、宽视角和工作电压低等优点。近几年来,OLED商业化产品应用多集中在手机屏幕。对于小尺寸的OLED手机屏幕显示而言,器件的效率和寿命是至关重要的性能指标。在全彩色显示研究中,蓝光OLED的发展还比较缓慢,器件的效率和寿命难以保持平衡,产品的设计应用因为蓝光OLED的性能较差无法得到提升。蓝色荧光OLED作为最有研究前景的器件已经吸引了众多关注,如何提升该类器件的性能成为行业内的研究热点。本文首先对目前相对成熟的蓝色荧光OLED的激子复合区进行探究,在此基础上通过合理的器件结构设计和优化实现对激子的高效利用,提升器件效率;进一步通过对电子传输层和空穴阻挡层进行结构优化,实现器件寿命提升。具体内容如下:1)探究并证明蓝色荧光OLED的激子复合区位置主要集中在电子阻挡层和发光层的界面处,且发光层中激子的分布从近电子阻挡层一侧到空穴阻挡层一侧依次减少;进而依据激子排布的规律制备了发光层中客体染料梯度掺杂结构器件。结果表明,在相同亮度条件下,发光层中采用客体梯度掺杂的器件,电流效率达到8.0 cd/A,相比目标器件(7.6 cd/A)提高5%;另外,设计蓝色荧光OLED的双发光层器件结构,提高了激子的利用率,电流效率达到7.93 cd/A,相比目标器件提升了4.5%。2)研究不同电子传输能力的电子传输层对蓝色荧光OLED器件寿命的影响规律。制备基于不同迁移率的电子传输材料的OLED器件,对比测试器件的各项性能。结果表明三种器件的蓝光因子最高达到206,且表现出不同的寿命状况。选择电子迁移率较高的电子传输材料会获得较高的器件效率,而选择电子迁移率较低的电子传输材料,器件的寿命会提升,LT_(97)达到122 h。这主要是因为低电子迁移率的电子传输材料可以防止激子复合区的激子浓度过大,避免引发三重态激子湮灭严重,导致效率滚降。本研究为高效率、长寿命OLED器件电子传输材料的选择提供了方向。3)研究蓝色荧光OLED中空穴阻挡层的作用。首先利用探针器件证明空穴阻挡层对发光层中激子的阻挡作用;其次制备了有/无空穴阻挡层的对比器件,比较两个器件的性能差异发现,当器件中无空穴阻挡层时,器件寿命大幅提升,但效率却比有空穴阻挡层器件低20%。实验结果表现为有/无空穴阻挡层的器件蓝光因子分别为171和142,有空穴阻挡层的器件BI值比无空穴阻挡层的器件蓝光因子高20%左右;寿命方面,无空穴阻挡层的器件寿命更优,LT_(97)可以达到220 h。结果表明,空穴阻挡层可以阻挡发光层中激子外泄,增强电子传输,最终提升器件性能,但会使器件寿命变差。


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