有機電致發(fā)光器件性能優(yōu)化及影響因素的研究.pdf

1、作為下一代平板顯示器的有力競爭者，有機電致發(fā)光器件(organic electroluminescence device，OELD)，或稱為有機發(fā)光二極管(organic light-eraitting diode，OLED)，具有其他平板顯示器件不具備的諸多優(yōu)點，如主動發(fā)光，響應(yīng)快，可視角度大等。要進一步提高器件的性能和滿足商業(yè)化生產(chǎn)的要求，需要對涉及有機電致發(fā)光技術(shù)的一些重要基礎(chǔ)性問題作更為深入細致的研究，本文便針對這些問題做了較為

2、系統(tǒng)仔細的研究。文章的主要內(nèi)容如下。 1．氧化銦錫(ITO)導(dǎo)電薄膜由于具有良好的導(dǎo)電性和透明性而廣泛被用作OLED器件的陽極。眾多研究表明，通過對ITO薄膜的表面改性可以明顯提高器件的亮度、壽命和穩(wěn)定性，而氧等離子處理被認為是所有改性手段中最有效的方式。本文采用濃硫酸對ITO表面進行了改性處理，并與NaOH，氧等離子體和乙醇等處理方式做了對比。采用原子力顯微鏡(AFM)，X射線光電子能譜儀(XPS)，接觸角分析儀(contac

3、t angle analyzer)和X射線衍射(XRD)等手段進行了表征；同時測試了各處理后ITO薄膜的表面電阻和透過率。結(jié)果表明濃硫酸、氧等離子體處理后ITO的表面粗糙度和碳污染明顯下降，表面能和表面清潔度明顯提高；各處理后ITO薄膜的結(jié)晶取向、表面電阻和透過率基本沒有變化；對各不同處理ITO基片所制備OLED器件的性能測試表明，濃硫酸處理優(yōu)于氧等離子處理ITO基片的器件性能。 2．對于OLED器件的電流機制人們提出了不同的模

4、型，包括空間電荷限制電流(space charge limited current，SCLC)，陷阱電荷限制電流(trapped charge limited current， TCLC)，電極隧穿注入電流(Fowler-Nordheim tunneling current，F(xiàn)NTC)以及熱發(fā)射注入電流(thermal emission current，TEC)。相對而言，TCLC理論比較完整地描述了OLED器件電流-電壓關(guān)系，其中心內(nèi)

5、容是基于有機層能隙內(nèi)存在按指數(shù)分布的載流子陷阱。當外加電壓逐漸升高時，由于陷阱對注入電荷的捕獲作用使得器件電流與電壓呈高冪指數(shù)關(guān)系，即I∝V<'m>(m>2)。為驗證TCLC理論的正確性，制備了一系列不同厚度的Alq<,3>單層和雙層結(jié)構(gòu)器件并測試了各器件的電流一電壓特性。測試和擬合結(jié)果較好地符合TCLC理論的預(yù)測結(jié)果，但是有機層內(nèi)陷阱分布的復(fù)雜性使得冪指數(shù)m在一定范圍內(nèi)波動而并不是一固定值；同時對比分析了不同厚度OLED器件的光電性能

6、，結(jié)果表明只有在有機層厚度一定的情況下OLED器件才具有較好的發(fā)光性能，因為此時器件內(nèi)發(fā)光層內(nèi)有足夠多的電子和空穴載流子且它們的數(shù)目最為平衡。OLED器件流明效率變化規(guī)律是在較低電壓下到達最大值然后隨電壓升高逐漸下降，這種變化規(guī)律是由器件內(nèi)部的載流子復(fù)合機制所決定。 3．研究了不同電極和溫度下OLED器件的性能。器件電流一電壓關(guān)系的測試結(jié)果進一步證明了TCLC理論在Alq<,3>器件中的普適性；另外測試結(jié)果表明載流子注入水平并不

7、唯一地由電極功函數(shù)決定，金屬電極的制備過程很可能對金屬/有機層界面和有機層本身造成改性和破壞，從而直接影響到載流子的注入水平。同時電極對激子的淬滅作用嚴重惡化了金屬陽極單層OLED的發(fā)光性能，而雙層器件中空穴傳輸層的引入使載流子復(fù)合區(qū)遠離陽極而避免了這種淬滅效應(yīng)，從而提高了器件的發(fā)光亮度；測試了各不同陽極雙層器件的EL光譜，結(jié)果表明金屬電極器件中的微腔效應(yīng)使器件的EL光譜發(fā)生位移，同時光譜變窄；不同溫度下OLED器件的電流隨溫度迅速上升

8、，而器件效率明顯下降。我們認為后者是因為OLED器件中有機層隨溫度升高其劣化加劇造成。 4．研究了三種常用熒光染料DMQA，DCJTB和Rubrene對OLED器件的性能的影響。分析測試了各染料摻雜劑的吸收光譜、PL光譜和其摻雜器件的EL光譜。結(jié)果表明各摻雜劑和Alq<,3>主體材料之間都存在有效的Forster能量傳遞；對于OLED摻雜器件，摻雜位置顯著影響OLED器件內(nèi)載流子的復(fù)合位置，且不同摻雜劑的影響程度也不相同，采用能

9、量傳遞(energy transferring，ET)過程無法解釋所觀察到的現(xiàn)象，而直接載流子俘獲(direct carrier trapping，DCT)過程可以很好地解釋測試結(jié)果；最后采用NPB為主體材料，DCJTB為摻雜劑研究了不同主體材料摻雜器件的發(fā)光機理。吸收譜和PL光譜測試表明NPB到DCJTB的能量傳遞遠不及Alq<,3>到DCJTB的能量傳遞有效，因此推測摻雜DCJTB的NPB主體材料器件的發(fā)光機理是由DCT過程主導(dǎo)。

10、 5．利用NPB材料良好的空穴傳輸和電子阻擋能力制備了顏色可調(diào)OLED器件，其結(jié)構(gòu)為ITO/NPB(30 nm)/BAlq(10 nm)/NPB(x nm)/Alq<,3>(10 nm)/MgAg，通過改變BAlq/Alq<,3>界面處NPB調(diào)控層的厚度可以方便地實現(xiàn)器件發(fā)光從綠色到藍色的轉(zhuǎn)變；同時制備和優(yōu)化了基于NPB的藍色發(fā)光器件，獲得了性能較好且EL譜峰位于440 nm附近的藍色發(fā)光器件，其中結(jié)構(gòu)為ITO/NPB(45 nm

11、)/Alq<,3>(3 nm)/NPB(15 nm)/BCP(3 nm)/Alq<,3>(25 nm)/MgAg的器件具有較好的發(fā)光性能。15 V時器件的亮度達到3328 cd/m<'2>，而100 cd/m<'2>亮度下流明效率為0.17 lm/W，其亮度較普通結(jié)構(gòu)NPB發(fā)光器件均提高了大約兩倍。 總之，本論文從材料科學(xué)與器件工程的角度，較為詳細地探討了陽極改性、有機功能薄膜的厚度優(yōu)化、器件結(jié)構(gòu)的改進等手段對OLED器件性能的