藍、白光頂發(fā)射有機發(fā)光二極管中的微腔效應研究及器件高性能化.pdf

1、頂發(fā)射有機發(fā)光二極管（Top-emitting organic light-emitting diode, TEOLED），以其分辨率高、開口率大和襯底選擇靈活等優(yōu)勢在有機平板顯示領域，尤其是微顯示領域受到廣泛關注。然而，TEOLED中的光學微腔效應嚴重抑制了器件的發(fā)光強度和色純度，其對藍色和白色TEOLED的影響尤其嚴重，造成了藍、白光TEOLED制備困難，并嚴重影響了器件性能。因此，開展TEOLED中微腔效應的研究工作，有效設計與調

2、控微腔對于成功制備高性能藍、白光TEOLED至關重要。
　　本文首先將電偶極子理論和傳輸矩陣理論相結合改進了微腔效應的理論模型，并與實驗相結合研究了微腔效應對于藍光TEOLED的影響，設計了優(yōu)化的器件結構，有效增強了藍光強度并改善了藍光的色飽和度；在此基礎上，對白光TEOLED進行了一系列的設計和優(yōu)化，提高了白光中藍光的比例，改善了頂發(fā)射白光的效率和色純度。
　　研究工作主要包括以下幾個方面：
　?。?）采用電偶極子輻

3、射的經典電磁理論分析激子的輻射模式，將偶極矩的取向和輻射電磁波的偏振等因素納入輻射模式的計算中，使理論模型更加完善。采用傳輸矩陣理論分析光波在多層膜系中的傳輸，將多膜層結構的TEOLED等效為單層結構，結合偶極子輻射模式，研究TEOLED中微腔共振效應對激子輻射的影響。運用該理論模型，可以從理論上比較準確地計算TEOLED的微腔共振光譜、發(fā)光光譜，并進而計算色坐標、色溫、顯色指數等器件的色度參數。
　　（2）常規(guī)TEOLED中的微

4、腔共振效應抑制了藍光的出射，使藍光的效率和色度都比較差。為了改善藍光TEOLED的性能，本文引入了“金屬/Ag”雙層陰極結構，增強電子的注入效率和藍光耦合輸出效率。首先計算了金屬材料的折射率實部和虛部對雙層陰極反射率和反射相位的影響，確定“釤/Ag（Sm/Ag）”雙層陰極結構能實現(xiàn)較低的反射。然后計算了不同Sm、Ag厚度對藍光TEOLED光譜和色坐標的影響，發(fā)現(xiàn)減小Ag厚度，增加Sm厚度有利于改善藍光色純度。最后，制備了具有不同Sm/A

5、g雙層陰極的藍光TEOLED，驗證了理論計算的結果，同時改善了頂發(fā)射藍光的色純度。最優(yōu)化藍光TEOLED的光譜接近藍光材料本征光譜，而且器件在0-75°視角范圍內光譜幾乎沒有變化，實現(xiàn)了很好的色純度和角度穩(wěn)定性。
　　（3）TEOLED中微腔效應對藍光的抑制使頂發(fā)射白光中藍光的強度不夠，白光色度偏紅。本文利用微腔效應中的多光束干涉增強藍光輸出強度，改善頂發(fā)射白光色度。首先，理論計算了具有不同空穴傳輸層（NPB）厚度TEOLED的微

6、腔共振波長，并制備了相應器件驗證理論計算結果。理論和實驗結果表明，當NPB厚度為100 nm時，微腔的共振波長與藍光比較匹配，器件中的藍光輸出較強，能與紅光混合獲得比較平衡的白光。接著，通過在紅光和藍光層之間插入載流子/激子阻擋層，穩(wěn)定了主體材料CBP中的激子復合區(qū)域，使白光在不同電壓下的色漂移減弱，改善了白光的穩(wěn)定性。
　　（4）微腔效應中的干涉過程分為多光束干涉和寬角干涉。本文對白光TEOLED中的寬角干涉因子和多光束干涉因子

7、分別進行了計算和分析，以提高器件的效率和色度。首先計算了TEOLED中電極和激子位置對多光束干涉、寬角干涉強度的影響，發(fā)現(xiàn)增強陽極反射并減弱陰極反射可以減弱多光束干涉，而使發(fā)光激子靠近陽極可以增強寬角干涉，均能增強器件中的藍光輸出。接著，從實驗上制備了高反射陽極和低反射陰極的白光TEOLED，并在此基礎上，利用δ摻雜器件和藍/紅、紅/藍結構的白光TEOLED重點研究了寬角干涉對頂發(fā)射白光性能的影響，并利用寬角干涉進一步增強藍光輸出。最終

8、得到的白光TEOLED效率高于具有相同有機層結構的底發(fā)射器件，同時色度更加接近標準白光。
　?。?）在白光TEOLED中，引入異質結結構的雙藍光發(fā)光層，使激子復合區(qū)域位于藍光層內，有效提高了藍光的發(fā)光強度。為了優(yōu)化白光的色純度和穩(wěn)定性，對發(fā)光層中激子的行為進行了研究。首先制備單載流子器件研究客體的載流子傳輸行為，發(fā)現(xiàn)藍光客體充當空穴傳輸通道和電子陷阱，而紅光客體則充當電子傳輸通道和空穴陷阱，其中紅光客體的陷阱效應對低壓下的紅光強度

9、有貢獻；然后利用δ摻雜器件研究激子的分布，確定了激子在主體材料SPPO1中的擴散長度，由此確定了藍光和紅光層的厚度；接著利用阻隔層研究了藍、紅客體之間的能量轉移，發(fā)現(xiàn)存在較弱的Dexter能量轉移，有助于提高白光的穩(wěn)定性。根據以上研究結果，設計了優(yōu)化的白光TEOLED結構，獲得了高效、穩(wěn)定的頂發(fā)射白光，效率為13.3 cd/A，在10-104 cd/m2亮度范圍內，色坐標漂移僅(0.009,0.001)。最后從激子擴散、能量轉移和陷阱效