高性能白色磷光有機(jī)電致發(fā)光器件的研究.pdf

1、有機(jī)電致發(fā)光器件（Organic light-emitting devices，OLEDs）具有體輕質(zhì)薄、驅(qū)動(dòng)電壓低、視角寬、高亮度、高效率、耐高低溫等優(yōu)點(diǎn)，特別的是OLED技術(shù)可以實(shí)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(yīng)用，得到了世界范圍內(nèi)科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)的極大重視，是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)之一。在白光OLED器件結(jié)構(gòu)中，有機(jī)發(fā)光材料是其中一個(gè)最重要的成分。然而，有機(jī)發(fā)光材料容易聚集，導(dǎo)致發(fā)光猝滅

2、，從而降低發(fā)光效率。為了解決這個(gè)問(wèn)題，通常將發(fā)光染料摻雜在主體材料中，組成主客體結(jié)構(gòu)。因?yàn)橹骺腕w的比例難以控制，采用這種結(jié)構(gòu)使得工藝變得復(fù)雜，器件重復(fù)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(jié)構(gòu)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(jiǎn)化了器件結(jié)構(gòu)和工藝。從器件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、性能優(yōu)化和理論分析方面進(jìn)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(lán)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(gè)方面：
　　1.采用單層非摻雜超薄層結(jié)構(gòu)（也被稱(chēng)為Delta發(fā)光

4、層）的(tbt)2Ir(acac)黃光層，從多方面開(kāi)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(lán)光層摻雜濃度和黃光層厚度。結(jié)果表明，當(dāng)FIrpic摻雜濃度為8％，(tbt)2Ir(acac)厚度為1nm時(shí)，器件性能最好。其二，改變藍(lán)光層主體材料，比較非摻雜黃光層和摻雜黃光層結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)的器件相比，基于非摻雜黃光層結(jié)構(gòu)的mCP:FIrpic/(tbt)2Ir(acac)和(tbt)2Ir(acac)/UGH2:FIrpic器件，獲得了最好的電學(xué)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(lán)光層和黃光層的相對(duì)位置，結(jié)果表明結(jié)構(gòu)為(tbt)2Ir(acac)/mCP:FIrpic和UGH2:FIrpic/(tbt)2Ir(acac)的白光OLED器件，主要為藍(lán)色發(fā)光。從而說(shuō)明，由于藍(lán)光層主體材料的載流子傳輸特性不同，黃光和藍(lán)光發(fā)光層的相對(duì)位置對(duì)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(jié)構(gòu)的(tbt)2Ir(acac)發(fā)光層，結(jié)構(gòu)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(yáng)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(xiàn)黃色發(fā)光。通過(guò)在陽(yáng)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(gè)非摻雜超薄層的黃光和藍(lán)光發(fā)光層，制備了量子阱結(jié)構(gòu)的白光OLED，優(yōu)化勢(shì)壘層的材料選擇及其厚度來(lái)提高器件性能。結(jié)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(shì)壘層，

9、能夠獲得較為平衡的黃光和藍(lán)光發(fā)光強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)白光OLED器件。基于三層非摻雜超薄層的紅綠藍(lán)結(jié)構(gòu)的白光器件表明，非摻雜超薄層對(duì)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(lán)光FIrpic發(fā)光層的主體材料，制備雙層摻雜結(jié)構(gòu)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(duì)器件進(jìn)行優(yōu)化，并研究了間隔層材料的不同特性對(duì)器件性能的影響。當(dāng)TAPC為

10、主體時(shí)，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(biāo)（0.394，0.435）的穩(wěn)定白光。當(dāng)TPBI為主體時(shí)，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(biāo)為（0.284，0.333）的相對(duì)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(jí)、能帶寬度是對(duì)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(jìn)載流子平衡，擴(kuò)展激子復(fù)合區(qū)域，同時(shí)還可以改進(jìn)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(jìn)一步，通過(guò)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(wú)勢(shì)壘情況下，會(huì)向鄰近有機(jī)層擴(kuò)散。通過(guò)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(lán)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(lán)光器件中，改變 FIrpic摻雜濃度和發(fā)光層溶劑，發(fā)現(xiàn)當(dāng)FIrpic摻雜濃度高于20%和采用極性較高的溶劑時(shí)，F(xiàn)Irpic光譜中在長(zhǎng)波長(zhǎng)處的肩峰強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)并高于在短波長(zhǎng)處的主峰強(qiáng)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(yīng)，影響了 FIrpic激發(fā)態(tài)與基態(tài)之間的能量差，從而導(dǎo)致FIrpic光譜中主峰和肩峰的相對(duì)強(qiáng)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(wú)關(guān)，進(jìn)一步證實(shí)了溶劑化效應(yīng)對(duì) FIrpic光譜波峰的作用。同時(shí)，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