高性能白色磷光有機電致發(fā)光器件的研究.pdf

1、有機電致發(fā)光器件（Organic light-emitting devices，OLEDs）具有體輕質薄、驅動電壓低、視角寬、高亮度、高效率、耐高低溫等優(yōu)點，特別的是OLED技術可以實現(xiàn)柔性和透明顯示。其中，白光OLED在顯示、照明和液晶顯示器背光源方面具有潛在的巨大應用，得到了世界范圍內(nèi)科研機構和企業(yè)的極大重視，是當前的研究熱點之一。在白光OLED器件結構中，有機發(fā)光材料是其中一個最重要的成分。然而，有機發(fā)光材料容易聚集，導致發(fā)光猝滅

2、，從而降低發(fā)光效率。為了解決這個問題，通常將發(fā)光染料摻雜在主體材料中，組成主客體結構。因為主客體的比例難以控制，采用這種結構使得工藝變得復雜，器件重復性低，良品率低，不利于OLED大面積生產(chǎn)。本論文，采用單層、雙層、多層非摻雜超薄層結構的黃色磷光染料bis[2-(4-tertbutylphenyl)benzothiazolato-N,C2’]iridium(acetylacetonate)，即(tbt)2Ir(acac)發(fā)光層，制備一系

3、列白色OLED器件，簡化了器件結構和工藝。從器件的結構設計、性能優(yōu)化和理論分析方面進行深入研究，獲得了高性能白光OLED器件。采用溶液方法制備OLED器件，研究藍色磷光染料bis[(4,6-difluorophenyl)-pyridinato-N,C2’](picolinate) iridium(Ⅲ)（FIrpic）光譜波峰變化的影響因素。本論文的主要內(nèi)容分為以下四個方面：
　　1.采用單層非摻雜超薄層結構（也被稱為Delta發(fā)光

4、層）的(tbt)2Ir(acac)黃光層，從多方面開展器件優(yōu)化工作，研究影響WOLED器件性能的主要因素。其一，改變藍光層摻雜濃度和黃光層厚度。結果表明，當FIrpic摻雜濃度為8％，(tbt)2Ir(acac)厚度為1nm時，器件性能最好。其二，改變藍光層主體材料，比較非摻雜黃光層和摻雜黃光層結構，制備了四種白光OLED器件，即N,N’-dicarbazolyl-3,5-benzene（mCP）:FIrpic/(tbt)2Ir(aca

5、c)和 mCP:FIrpic/mCP:(tbt)2Ir(acac)，以及(tbt)2Ir(acac)/p-bis(triphenylsilyly)benzene（UGH2）:FIrpic和UGH2:(tbt)2Ir(acac)/UGH2:FIrpic。與摻雜結構的器件相比，基于非摻雜黃光層結構的mCP:FIrpic/(tbt)2Ir(acac)和(tbt)2Ir(acac)/UGH2:FIrpic器件，獲得了最好的電學性能：最大亮度分別

6、為41790cd/m2和24700cd/m2，最大電流效率分別為58.8 cd/A和65.3cd/A，最大外量子效率分別為18.77%和19.04%，以及穩(wěn)定的白光發(fā)光。其三，改變藍光層和黃光層的相對位置，結果表明結構為(tbt)2Ir(acac)/mCP:FIrpic和UGH2:FIrpic/(tbt)2Ir(acac)的白光OLED器件，主要為藍色發(fā)光。從而說明，由于藍光層主體材料的載流子傳輸特性不同，黃光和藍光發(fā)光層的相對位置對器

7、件發(fā)光顏色起到重要作用。
　　2.研究了基于雙層非摻雜超薄層結構的(tbt)2Ir(acac)發(fā)光層，結構為4,4’-Cyclohexylidenebis[N,N-bis(4-methylphenyl)benzenamine]（TAPC）/(tbt)2Ir(acac)/mCP:FIrpic/(tbt)2Ir(acac)/4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline（Bphen）的白光OLED器件。分析表明，靠近

8、陽極的黃色發(fā)光層主要是捕獲載流子作用，靠近陰極的黃色發(fā)光層貢獻黃色發(fā)光。通過在陽極加入5 nm薄層金作為修飾層，獲得了色穩(wěn)定好的白光器件。其次，采用多個非摻雜超薄層的黃光和藍光發(fā)光層，制備了量子阱結構的白光OLED，優(yōu)化勢壘層的材料選擇及其厚度來提高器件性能。結果表明，選用6 nm的mCP和2,2’,2’’-(1,3,5-benzenetriyl)-tris(1-phenyl-1-H-benzimidazole)（TPBI）作為勢壘層，

9、能夠獲得較為平衡的黃光和藍光發(fā)光強度，實現(xiàn)白光OLED器件?；谌龑臃菗诫s超薄層的紅綠藍結構的白光器件表明，非摻雜超薄層對器件內(nèi)部載流子傳輸和調(diào)控起到重要作用。
　　3.采用載流子傳輸特性不同的TAPC和TPBI作為黃光(tbt)2Ir(acac)發(fā)光層和藍光FIrpic發(fā)光層的主體材料，制備雙層摻雜結構的白光OLED器件。在雙發(fā)光層之間選擇加入不同的間隔層對器件進行優(yōu)化，并研究了間隔層材料的不同特性對器件性能的影響。當TAPC為

10、主體時，與TPBI、tris(2,4,6-trimethyl-3-(pyridin3-yl) phenyl)borane（3TPYMB）相比，Bphen是最優(yōu)的間隔層。采用Bphen間隔層的器件，獲得最大電流效率11.3cd/A和CIE坐標（0.394，0.435）的穩(wěn)定白光。當TPBI為主體時，與間隔層 TAPC、mCP、tris(4-carbazoyl-9-ylphenyl)amine（TCTA）相比，采用4,4’-bis(carb

11、azol-9-yl)biphenyl（CBP）間隔層的器件獲得了最大電流效率18.1cd/A，以及CIE坐標為（0.284，0.333）的相對穩(wěn)定白光。分析表明，間隔層的載流子遷移率、三線態(tài)能級、能帶寬度是對器件性能起到?jīng)Q定性的重要影響因素。分別采用Bphen和CBP間隔層，能夠促進載流子平衡，擴展激子復合區(qū)域，同時還可以改進發(fā)光層之間的能量傳遞作用，從而獲得性能優(yōu)化的白光 OLED器件。進一步，通過磷光染料敏化方法，研究表明發(fā)光層中主

12、體三線態(tài)激子在無勢壘情況下，會向鄰近有機層擴散。通過引入引入激子阻擋層，將激子限制在發(fā)光層，能夠顯著地提高器件效率。
　　4.溶液方法制備了藍光和白光OLED器件，觀察到FIrpic電致發(fā)光光譜波峰的變化，并探究原因。溶液加工型藍光器件中，改變 FIrpic摻雜濃度和發(fā)光層溶劑，發(fā)現(xiàn)當FIrpic摻雜濃度高于20%和采用極性較高的溶劑時，F(xiàn)Irpic光譜中在長波長處的肩峰強度逐漸增強并高于在短波長處的主峰強度。理論分析可知，F(xiàn)Ir

13、pic分子和極性溶劑分子相互作用產(chǎn)生的溶劑化效應，影響了 FIrpic激發(fā)態(tài)與基態(tài)之間的能量差，從而導致FIrpic光譜中主峰和肩峰的相對強度發(fā)生變化。制備了FIrpic和(tbt)2Ir(acac)的溶液加工型白光OLED器件，分析電致發(fā)光光譜可知，F(xiàn)Irpic光譜波峰變化與發(fā)光層厚度無關，進一步證實了溶劑化效應對 FIrpic光譜波峰的作用。同時，溶液方法也獲得了光電特性較好的白色發(fā)光OLED器件。
　　綜上所述，本論文采用非