基于Ir(ppy)3的綠色電致磷光器件性能的優(yōu)化研究.pdf

1、基于磷光染料的有機電致發(fā)光器件(PHOLED: phosphorescent organiclight-emitting diodes)可以同時捕獲電致激發(fā)的單線態(tài)和三線態(tài)的激子，使器件的內(nèi)量子效率有望實現(xiàn)100％，因而近年來得到了廣泛的研究和關(guān)注。PHOLED的研究熱點主要集中在如何有效地提高器件發(fā)光效率、抑制高電流密度下效率的快速衰減（roll-off）、延長器件的工作壽命。為了提高磷光器件的效率，一方面，要提高載流子的注入和傳輸，

2、構(gòu)建平衡的電子與空穴傳輸系統(tǒng)，降低漏電流，提高激子的形成幾率;另一方面，要將具有較長壽命的三線態(tài)激子有效地限制在發(fā)光層中。為了實現(xiàn)載流子注入、傳輸?shù)钠胶?，也為了將激子有效地限制在發(fā)光層中，常需要構(gòu)建能級結(jié)構(gòu)匹配的有機異質(zhì)結(jié)。但是有機異質(zhì)結(jié)也帶來了負面效應，有機異質(zhì)結(jié)界面常常會產(chǎn)生正電荷積累，形成化學不穩(wěn)定的陽離子，導致器件的劣化;此外，異質(zhì)結(jié)器件高的驅(qū)動電壓產(chǎn)生高的焦耳熱也加速了有機材料的劣化。為了延長器件的壽命，應盡可能減少異質(zhì)結(jié)界面

3、，阻止載流子在界面的積累，降低驅(qū)動電壓，但又會導致載流子復合幾率減少，激子容易擴散到載流子傳輸層而淬滅?；诖?，本文在一個多異質(zhì)結(jié)器件A: ITO/NPB/CBP:Ir(ppy)3/Bphen/Alq3/LiF/Al的基礎(chǔ)上，對其載流子傳輸層及發(fā)光層進行優(yōu)化設(shè)計，目的是減少或取消異質(zhì)結(jié)界面仍可以實現(xiàn)載流子傳輸和復合的有效調(diào)控，仍可以將三線態(tài)激子有效地限制在發(fā)光層內(nèi)，從而使器件的發(fā)光效率和壽命同時得到提高。本文完成的主要工作如下:

4、　　 (1)選擇一種既可以作為激子和空穴阻擋層，又能有效傳輸電子的有機功能材料，取代Alq3作為電子傳輸層，消除位于阻擋層和電子傳輸層間的異質(zhì)結(jié)界面，同時提高電子的傳輸能力，以改善器件的性能。本文從TPBi/BAlq/Bphen/BCP四種常用的激子阻擋材料中進行篩選，通過查閱文獻和實驗探究，最終確定利用Bphen代替Alq3作為電子傳輸材料，制備了器件B: ITO/NPB/CBP:Ir(ppy)3/Bphen/LiF/Al。經(jīng)過電子

5、傳輸層的優(yōu)化，使器件的性能得到了一定的提高，其最大亮度為50002 cd/m2，獲得最大電流效率和功率效率分別為25.0 cd/A和10.6 lm/W。器件的亮度得到了大幅地提升，而效率提升幅度有限。此外，器件的壽命得到了很大的改善，封裝之后在恒定電流密度的驅(qū)動下，器件初始亮度為500 cd/m2時，器件的壽命為340 h，而在相同的測試條件下，參考器件A的壽命為76 h。
　　 (2)在上述器件B的基礎(chǔ)上，通過應用合適的P型C

6、BP傳輸結(jié)構(gòu)代替NPB作為空穴傳輸層，消除位于NPB/CBP間的異質(zhì)結(jié)界面，進一步改善器件的性能。本文分別研究了以MoO3和FeCl3作為摻雜劑，在不同摻雜濃度下，P-CBP體系的空穴傳輸性能，最終確定以CBP:MoO3(15％)的P型結(jié)構(gòu)作為空穴傳輸層，制備了單異質(zhì)結(jié)器件C:ITO/CBP:MoO3(15％)/CBP/CBP:Ir(ppy)3/Bphen/LiF/Al。器件C進一步消除了空穴傳輸層/發(fā)光層的異質(zhì)結(jié)界面，而且有效地提升了

7、器件的空穴傳輸能力，使器件性能得到進一步提升。器件C獲得最大亮度為69000 cd/m2;最大電流效率和功率效率分別為29.2 cd/A和17.6 lm/W，是參考器件A的1.3倍和1.7倍。在封裝的情況下，器件初始亮度為500 cd/m2時，器件的壽命為836 h，大約為參考器件A壽命的11倍。
　　 (3)在器件C的基礎(chǔ)上，利用N型摻雜劑對Bphen進行化學修飾，來進一步提高器件的電子傳輸能力，最終形成以N型Bphen與P型

8、CBP為載流子傳輸體系的高效、平衡的載流子傳輸系統(tǒng)，使器件的性能得到更大的提升。本文分別將一些常用的N型摻雜劑Alq3、LiF和CsF摻雜到Bphen中，研究了在不同摻雜濃度下，N-Bphen結(jié)構(gòu)的電子傳輸能力。實驗發(fā)現(xiàn)，當Alq3、LiF作為N型摻雜劑時，會使Bphen的傳輸能力變得更差，而將CsF摻雜在Bphen中，能有效地提高其電子傳輸性能。特別地，當摻雜濃度為33％時，N-Bphen結(jié)構(gòu)的電子傳輸與P-CBP(MoO3摻雜濃度為

9、15％)結(jié)構(gòu)的空穴傳輸能力實現(xiàn)了較完美的匹配。最終利用Bphen:CsF(33％)代替Bphen制備了器件 D: ITO/CBP:MoO3(15％)/CBP/CBP: Ir(ppy)3/Bphen:CsF(33％)/LiF/Al。經(jīng)過電子傳輸層的優(yōu)化之后，器件D的載流子傳輸性能更加平衡，使器件的性能獲得了更大幅度地提高，其最大亮度為109004 cd/m2;最大電流效率和功率效率分別為40.9 cd/A和32.1 lm/W，是參考器件的

10、1.8倍和3倍。在封裝的情況下，器件初始亮度為500 cd/m2時，器件的壽命為1184 h，約為參考器件壽命的16倍。
　　 (4)在單異質(zhì)結(jié)器件C的基礎(chǔ)上，通過引入雙發(fā)光層和混合主體結(jié)構(gòu)優(yōu)化發(fā)光層來提高器件的性能。首先制備了以CBP和Bphen為主體的雙發(fā)光層器件E:ITO/CBP:MoO3(15％)/CBP/CBP:Ir(ppy)3(20nm)/Bphen:Ir(ppy)3(10nm)/LiF/Al。器件E獲得的最大電流效