白光有機電致發(fā)光器件的光學仿真與性能研究.pdf

1、有機電致發(fā)光器件（Organic light-emitting device, OLED）以其全固態(tài)、響應快和可柔性等優(yōu)異特性，成為21世紀最具發(fā)展?jié)摿Φ墓腆w照明和顯示設備。與目前其他傳統(tǒng)的器件比較，OLED器件還具有電流驅動、主動發(fā)光、超薄厚度、工作環(huán)境適應度高和器件可優(yōu)化程度高等的特點。其中，白光OLED器件由于可以作為面光源、顯示的特性，成為目前研發(fā)的重點與焦點。但是，目前白光OLED器件中還存在著發(fā)光性能不足、器件功能單一和發(fā)光

2、顏色易漂移的缺點。針對這些問題，本工作采用超薄發(fā)光層結構和兩發(fā)光層中間設置間隔層結構的方式，提升白光OLED器件性能，實現(xiàn)功能多樣化，并且還獲得高色穩(wěn)定性白光發(fā)射器件。同時從量子理論入手，對白光OLED器件的光學性能，包括外量子效率，光譜分段模擬和變色能力值進行數(shù)學算法實現(xiàn)和模擬仿真，進一步幫助分析與解釋高性能特性、多功能特性和高色穩(wěn)定性特性。本論文的具體內容包括：
　　1．通過光學量子理論以及器件性能參數(shù)，對白光OLED器件的光

3、學特性進行計算與仿真，并利用數(shù)學工具進行算法實現(xiàn)。
　　基于量子理論的光子能量計算公式，引入OLED器件的電壓-亮度特征值，電壓-光譜特征值，得到器件發(fā)光光子數(shù)目?；谠摂?shù)值，引入OLED器件的電學屬性特征值，推導出器件外量子效率的計算公式。由于該計算出的外量子效率通過了與物理器件積分球實際測試值的驗證，說明了推導原理與算法實現(xiàn)的正確性。同樣基于光子數(shù)目的理論公式，對任意光譜進行了分段光子數(shù)目的模擬，提升了光譜的應用范圍。根據(jù)數(shù)學

4、的絕對誤差理論，創(chuàng)新性地提出了對變色 OLED器件的光譜差異性表征的變色能力值概念，采用數(shù)學工具進行了算法實現(xiàn)與模擬，為變色OLED器件的設計、構建打下了理論基礎。
　　2．研究了新型bis[2-(4-tert-butylphenyl)benzothiazolato-N,C2’]iridium(acetyl-acetonate)[(t-bt)2Ir(acac)]黃光發(fā)光材料在OLED器件內的最優(yōu)存在形式，并基于其超薄層形態(tài)，制備并

5、深入研究了高性能的白光OLED器件。
　　通過采用超薄層、等厚摻雜層、等量摻雜層的制備方式，對(t-bt)2Ir(acac)發(fā)光材料在OLED器件中的存在形式進行了細致研究，通過性能比較，分析出超薄層結構不僅具有連續(xù)層形成能級凹陷利于載流子聚積的特質，還具有摻雜層高效能量傳遞的特質，使得器件性能表現(xiàn)優(yōu)異。通過對(t-bt)2Ir(acac)發(fā)光材料的0.5nm厚度，1nm厚度和1.5nm厚度的器件性能比較，分析出1nm的(t-bt

6、)2Ir(acac)薄層的厚度，在電學方面可以對器件內部空穴載流子和電子載流子比例實現(xiàn)很好的控制，在光學方面還可以對器件內部三線態(tài)激子的自捕獲與能量遷移實現(xiàn)很好的調控。通過數(shù)學工具的計算，高效白光OLED器件展示出最高40.5 lm/W的能量效率和最高22.01％的外量子效率，為后期高效白光OLED器件的制備提供了結構支持。
　　3．通過改變白光OLED器件內間隔層的種類與厚度，實現(xiàn)了具有變色功能的OLED器件，并進行了多項光學性

7、能的計算與模擬仿真。創(chuàng)新性地提出激子雙向遷移模型和變色能力理論，并進行了變色OLED器件的深入理論分析。
　　當設置N,N’-dicarbazolyl-3,5-benzene(mCP)間隔層的厚度為8nm、16nm和24nm時，OLED器件表現(xiàn)出了不同的光學特性。對于未加入mCP間隔層的器件和加入8nm的mCP間隔層的器件，激子的受阻能力不強，導致大部分的激子遷移到黃光發(fā)光層中，并且發(fā)光顏色幾乎不變。而對于16nm的mCP間隔層器

8、件，卻表現(xiàn)出了優(yōu)異的變色特性，從低電壓的藍光，變?yōu)檫m度電壓下的白光，到高電壓下的黃光，顏色變化明顯。這是由于恰當厚度的mCP層，可以很好的控制激子在器件內部的分布。對于24nm的mCP間隔層，已經超過了激子擴散長度距離，并不能對激子的遷移進行調控。基于此，本文提出了激子雙向遷移模型理論，當激子雙向遷移區(qū)域處于藍光發(fā)光層與間隔層界面附近時，電壓的變動會導致藍光與黃光的光子數(shù)目之比產生劇烈變動，達到變色效果。為了體現(xiàn)變色器件的變色能力，本文

9、創(chuàng)新性的提出并開發(fā)了變色能力值的概念與公式，得到了最高的mCP間隔層器件的變色能力值為41.2%?；谖宸N不同間隔層的最高占有分子軌道能級和三線態(tài)能級，生成的變色能力預估模擬方程對理想的間隔層進行了仿真。最后本工作討論了器件中激子反躍遷現(xiàn)象與器件性能的模擬關系，為高性能器件的間隔層選取，做了理論鋪墊和模型指導。
　　4．通過引入bis[(4,6-difluorophenyl)-pyridinato-N,C2’](picolinat

10、e) iridium(III)(FIrpic)藍光磷光染料，利用mCP間隔層厚度的調控手段，進行對(t-bt)2Ir(acac)黃光染料和iridium(III)bis(4’,6’-difluorophenylpyridinato)tetrakis(1-pyrazolyl)borate(FIr6)藍光染料組合的白光OLED器件光學顏色修正，得到并系統(tǒng)研究了三發(fā)光層體系的白光OLED器件的高穩(wěn)定性白光光譜特性。
　　首先對基于(t-

11、bt)2Ir(acac)黃光染料和FIr6藍光染料的白光OLED器件進行深入的光學顏色研究，發(fā)現(xiàn)隨著電壓的增加，激子復合區(qū)域，由藍光發(fā)光層向黃光發(fā)光層移動。隨后，對(t-bt)2Ir(acac)黃光染料和FIrpic藍光染料的白光OLED器件進行研究，發(fā)現(xiàn)隨著電壓的增加，激子復合區(qū)域由黃光發(fā)光層向藍光發(fā)光層移動?；谝陨瞎ぷ?，設計并制備了三發(fā)光層發(fā)光體系的白光OLED器件，通過mCP間隔層的厚度調整與優(yōu)化，對器件的載流子與激子進行控制，