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高性能有机电致发光器件的制备和研究

作　者: 高春红
导　师: 廖良生
学　校: 苏州大学
专　业: 凝聚态物理
关键词: 三氯化铟双激子阻挡层 p-型掺杂激子调控间隔层有机电致白光器件
分类号: TN383.1
类　型: 博士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

有机电致发光器件(OLEDs)在新型显示和固态照明领域虽然已初步进入实用化阶段,但仍然存在某些问题,特别是白光OLEDs的效率和寿命亟待进一步提高。这是一项具有挑战性的工作,也是光电子学等领域研究的热点。本论文从界面物理,特别是器件结构方面入手,首先制备了高效率单色(绿光、黄光和红光)OLEDs,为后面研制高效率的混合色(白光)OLEDs提供了一定的理论基础；然后,利用前面制备高效率单色器件中获得的经验和理论基础,设计新器件结构,制备了高效率的白光OLEDs,系统地研究了器件的光电特性与器件界面物理过程之间的关系。研究工作取得了若干创新性的成果,加深了对OLEDs中界面物理过程的理解,并对研制新型高效长寿命器件及实际开发、应用具有一定的参考价值。本论文的主要研究内容包含以下四个方面：(1)研究了三氯化铟(InCl3)对氧化锡铟(ITO)阳极进行修饰对OLEDs性能的影响,制备了结构简单的高效率和长寿命的绿光器件,为后面进一步制备高效率白光器件提供了一种可行的方法。研究发现,与传统的ITO阳极处理方法(紫外臭氧处理)相比,通过在ITO阳极上热蒸镀一层超薄的InCl3可以更好地提高空穴注入能力,制备出高效率绿光OLEDs。使用InCl3处理后,器件的最大电流效率为82.2cd/A (2000cd/m2),且其效率在20mA/cm2的电流密度驱动下与传统的紫外臭氧处理方法相比提高了36%。更重要的是,其寿命在1000cd/m2初始亮度下相较于传统处理方法制备的器件寿命提高了三倍多。通过对ITO/InCl3界面进行紫外光电子能谱、X射线光电子能谱以及基于该界面的不同温度下电流密度随电压的变化关系测试,发现器件的光电性能的提高是由于使用InCl3修饰ITO可以降低注入势垒,从而很好的提高空穴注入能力的原因所致。(2)研究了在空穴传输层(HTL)与发光层(EML)之间插入双激子阻挡层(d-EBL)对OLEDs’性能的影响,制备了高效率和长寿命的黄光器件,为后面进一步制备高效率白光器件提供了一种可行的方法。研究发现与插入传统的单激子阻挡层(s-EBL)相比,插入d-EBL后器件的效率和寿命都提高到了原来的两倍,器件的最大电流效率和最大功率效率分别是58.5cd/A和50.9lm/W (117cd/m2)。通过对掺杂和非掺杂器件的电致发光光谱的研究,表明d-EBL的插入能更好地阻挡电子和激子的扩散,从而提高器件效率和寿命。(3)比较了无机材料(M003)和有机材料(HAT-CN)作p-型掺杂材料对OLEDs’性能的影响,并制备了高效率和长寿命的红光器件,为后面进一步制备高效率白光器件提供了一种可行的方法。研究表明,在空穴传输材料(NPB)中掺杂有机材料HAT-CN优于无机材料Mo03,不仅能更好地提高器件的效率还能进一步提高器件的寿命。紧接着,对其机理进行了研究：通过对基于这两种不同掺杂材料的空穴注入薄膜吸收谱的研究,发现器件效率的提高与p-型掺杂空穴注入层中是否形成电荷转移化合物并非简单的依赖关系；然后,通过对基于这两种不同掺杂材料的空穴注入层的单空穴器件进行研究,表明p-型掺杂有机材料HAT-CN比掺杂无机材料Mo03能更进一步降低空穴的注入势垒。(4)基于前面三种单色器件的研究,研制了基于激子调控间隔层的高效荧光-磷光白光OLEDs,并研究了器件结构与其光电特性的关系。研究表明,通过调节混合间隔层中具有较好空穴传输能力的CBP与较好电子传输能力的TPBi的比例,不仅可以调制载流子在混合间隔层中的传输性能,而且可以调控激子在荧光发光层和磷光发光层之间产生的位置以及不同发光层俘获单线态激子和三线态激子的能力,从而制备出结构简单的高效白光OLEDs:当CBP:TPBi的比例为3：2时,器件在1000cd/m2下的电流效率和功率效率分别是34cd/A和29lm/W,色坐标为CIE(0.4273,0.4439)。

全文目录

中文摘要  4-6
Abstract  6-12
第一章引言  12-18
  1.1 研究背景  12-14
  1.2 有机电致发光器件(OLEDs)亟待解决的问题  14-15
  1.3 研究内容  15-17
  1.4 论文提纲  17
  1.5 参考文献  17-18
第二章 OLEDs的基本介绍  18-45
  2.1 OLEDs技术简介  18
  2.2 OLEDs的研究进展  18-22
    2.2.1 OLEDs的发展历史  18-20
    2.2.2 OLEDs的产业化现状  20-22
  2.3 OLEDs的器件物理  22-36
    2.3.1 OLEDs的结构  22-24
    2.3.2 OLEDs的工作原理  24-26
    2.3.3 OLEDs的载流子注入  26-29
    2.3.4 OLEDs的载流子传输  29-30
    2.3.5 OLEDs的激子过程  30-33
    2.3.6 衡量OLEDs的重要参数  33-36
  2.4 有机白光OLEDs的实现方法  36-38
  2.5 参考文献  38-45
第三章基于InCl_3的高效绿光OLEDs的研究  45-65
  3.1 引言  45-46
  3.2 实验部分  46-52
    3.2.1 实验材料  46
    3.2.2 器件结构  46-47
    3.2.3 实验表征方法和相关设备  47-52
  3.3 结果与讨论  52-60
    3.3.1 器件光电性能  52-54
    3.3.2 增强的空穴注入  54-58
    3.3.3 器件稳定性  58-60
  3.4 结论  60
  3.5 参考文献  60-65
第四章基于双激子阻挡层的高效黄光OLEDs的研究  65-81
  4.1 引言  65-66
  4.2 实验  66-68
    4.2.1 实验材料  66
    4.2.2 器件结构  66-68
    4.2.3 实验表征方法和相关设备  68
  4.3 结果和讨论  68-77
    4.3.1 用双激子阻挡层提高器件光电性能  68-71
    4.3.2 双激子阻挡层(d-EBL)的功能  71-76
    4.3.3 器件稳定性  76-77
  4.4 结论  77
  4.5 参考文献  77-81
第五章无机材料和有机材料作p型掺杂材料对OLEDs性能影响的比较研究  81-98
  5.1 引言  81-82
  5.2 实验部分  82-86
    5.2.1 实验材料  82
    5.2.2 器件结构  82-84
    5.2.3 实验表征方法和相关设备  84-86
  5.3 结果与讨论  86-93
    5.3.1 电致发光性能比较  86-87
    5.3.2 电子转移(CT)复合物性能比较  87-88
    5.3.3 空穴注入效率比较  88-89
    5.3.4 空穴注入势垒比较  89-92
    5.3.5 器件稳定性  92
    5.3.6 薄膜的表面粗糙度  92-93
  5.4 结论  93
  5.5 参考文献  93-98
第六章含有激子调控间隔层的高效白光OLEDs研究  98-111
  6.1 引言  98-99
  6.2 实验部分  99-101
    6.2.1 实验材料  99-100
    6.2.2 器件结构  100-101
    6.2.3 实验表征方法和相关设备  101
  6.3 结果与讨论  101-106
    6.3.1 电流密度-电压关系  101-102
    6.3.2 混合层间间隔层掺杂比例对器件中激子产生界面的影响  102-103
    6.3.3 混合层间间隔层掺杂比例对器件中激子俘获机制的影响  103-105
    6.3.4 混合层间间隔层掺杂比例对器件中光谱稳定性的影响  105-106
  6.4 结论  106-107
  6.5 参考文献  107-111
第七章总结与展望  111-114
  7.1 总结  111-113
  7.2 展望  113-114
攻读学位期间本人出版或公开发表的论著、论文  114-116
致谢  116

高性能有机电致发光器件的制备和研究

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