高效稳定的蓝光与白光有机电致发光器件的制备与研究

发布时间：2018-01-14 18:09

本文关键词：高效稳定的蓝光与白光有机电致发光器件的制备与研究　出处：《长春理工大学》2016年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：有机电致发光现象(Organic electroluminescence,OEL)是指由电能激发有机材料而发射光能量的现象,人们依据此原理研究并制备了有机电致发光二极管(Organic Light-emitting Diodes,OLEDs),OLEDs因具有自发光,高分辨率,工作温度范围宽,响应速度快,功耗低,可实现柔性显示等优点,近年来已逐步实现商业化生产,已在小面积平板显示终端广泛应用,目前OLEDs平板显示终端的色域已经100%达到了NTSC的国际显示标准,具有巨大的市场商业价值。但为了满足大范围推广应用的需求,还需要进一步提高其性能,研究人员不断从器件制备方法,研发高效,低成本光电材料等角度进行深入的研究,从而制备出性能更高、成本更低廉的OLEDs器件,使其广泛应用于大面积的显示终端,来满足大规模市场化要求。该技术的研究涉及到光学,有机电子学,材料学等多学科的研究领域。本论文旨在设计出高效稳定的蓝光、白光OLEDs,利用新型的荧光有机材料,设计不同的实验方案来制备OLEDs,研究其发光特性,利用其性能特点制备出高性能的蓝光、白光OLEDs。主要研究内容包括:1.首先研究了一种新型的荧光有机材料(phenanthren-9-yl)phenyl)-1H-phenanthro[9,10-d]imidazol-2-yl)-N,N-diphenyl-[1,1'-biphenyl]-4-amine(PTPAPI)的热学特性与光电特性,结果表明PTPAPI具有良好的热稳定性与发光特性,进一步研究了其载流子传输特性,实验结果表明PTPAPI的空穴传输特性优于电子传输特性;为了研究其电致发光特性设计了以下结构的器件:ITO/NPB(40 nm)/PTPAPI(20 nm)/Alq3(40 nm)/LiF(0.5 nm)/Al,器件的电致发光光谱在414 nm处有明显的发射峰,属于蓝光发射,CIE色坐标为(0.17,0.08),得出结论该新型荧光材料属于蓝光发射。基于其蓝光发射特性,制备了性能较好的有机电致蓝光器件,结构为:ITO/MoO_3(10 nm)/NPB((60 x)nm)/TCTA(5 nm)/PTPAPI(x nm)/TPBi(10 nm)Alq3(40 nm)/Al,器件实现了蓝光发射,当x值为30 nm时,器件整体性能最佳,在驱动电压为11 V时,得到了最大亮度7123cd/m2。器件最大效率为3.51 cd/A,对应电流密度为15.13 mA/cm2,色坐标变化范围从(0.18,0.08)到最后的(0.17,0.07),波动范围小,具有很稳定的蓝光发射效果。鉴于PTPAPI较好的蓝光发射效果,以PTPAPI为蓝光发射层,Rubrene为黄光发射层,制备了非掺杂型的白光OLEDs,结构为ITO/MoO_3(10 nm)/NPB(40 nm)/TCTA(5nm)/Rubrene(x=0.1,0.3,0.5,0.7 nm)/PTPAPI(30 nm)/TPBi(10 nm)/Alq3(40 nm)/Al,当Rubrene的厚度为0.1 nm时,其性能效果最佳,在驱动电压为15 V时,得到最大亮度6941 cd/m2,色坐标为(0.31,0.34),属于较好的白光发射,最大发光效率达到2.31cd/A。2.研究了一种D-A型的新型荧光有机电致发光材料N,N-diphenyl-4'-(1-phenyl-1H-benzo[d]imidazol-2-yl)-[1,1'-biphenyl]-4-amine(TPABI)的物理光电特性及其热学特性,该材料具有较好的发光特性与热稳定性、成膜性,经过单载流子传输实验证明TPABI既具有传输空穴的能力,同时具有传输电子的能力,电子传输性能要优于空穴的传输性能。研究其电致发光特性设计了以下结构的器件:ITO/NPB(40 nm)/TPABI(20 nm)/Alq3(40 nm)/LiF(0.5 nm)/Al,器件的电致发光光谱显示在450 nm处有明显的发射峰,来自TPABI的光发射,属于蓝光发射,CIE坐标为(0.16,0.13)。利用TPABI的发光特性制备出性能较好的蓝光OLEDs,根据TPABI的能级关系与带隙,选用与之匹配的有机电致发光材料,设计基于TPABI为发光层的蓝光OLEDs器件:ITO/MoO_3(10 nm)/NPB((60-x)nm)/TCTA(5 nm)/TPABI(x nm)/TPBi(10 nm)/Alq3(40nm)/Al当x值为20 nm时,蓝光器件的整体性能最好,在驱动电压11V时得到其最大亮度17700 cd/m2,对应CIE色坐标为(0.16,0.15),属于蓝光发射,同时也得到最大效率5.46 cd/A,色坐标变化范围从6V时的(0.17,0.17)到11V时的(0.16,0.15),实现了色度稳定的蓝光发射。3.研究了一种喹啉类锌金属配合物的有机电致发光材料Bis(2-thiophene-8-quinolinolato)zinc(BTQZn)的电致发光特性。经过单载流子传输实验表明BTQZn具有较好的传输电子能力。为了研究其电致发光特性设计了以下结构的器件:ITO/NPB(40nm)/BTQZn(20 nm)/Alq3(40 nm)/LiF(0.5 nm)/Al,其最大亮度达到1341 cd/m2,其电致发光光谱显示出在600 nm附近有明显的发射峰,来自BTQZn的光发射,属于黄光发射波长范围。器件色坐标稳定,从6 V启亮时的(0.45,0.47)到13 V的(0.49,0.45),属于黄光发射范围,色度较为稳定。4.基于BTQZn的黄光特性,采用蓝光发射材料TPABI,制备了非掺杂的高效白光OLEDs,TPABI作为为蓝光发光层,BTQZn为黄光发光层,其结构为:ITO/Mo O_3(10nm)/TCTA(5 nm)/NPB(40 nm)/TPABI(20 nm)/BTQZn(x=10,20,30,40 nm)/Alq3(40nm)/Al的双发光区白光OLEDs器件。BTQZn厚度为20nm的器件性能最佳,在14V驱动电压下,获得了四组器件中的最大亮度10370cd/m2。电流效率最大值为6.79 cd/A,对应电流密度为6.24 mA/cm2,色坐标为(0.36,0.40)属于较好的暖白光发射。5.采用NPB掺杂石墨烯作为空穴传输层,研究石墨烯对提高OLEDs器件效率的影响,制备了一组OLEDs,器件结构:ITO/NPB:Graphene(20 wt.%)(50 nm)/Alq3(80nm)/LiF(0.5 nm)/Al。将其与标准器件ITO/NPB(50 nm)/Alq3(80 nm)/LiF(0.5 nm)/Al作比较,结果表明,在NPB中掺杂石墨烯薄层作为空穴传输层的器件,在同等条件下性能最佳,当电流密度为90 mA/cm2时,器件电流效率达到最大值3.40 cd/A,与标准器件最高效率相比增大1.49倍;亮度在15 V时达到最大值10070 cd/m2,比标准器件最大亮度增大5.16倍。6.利用Cs_2CO_3与石墨烯这两种在光电器件设计中常见的材料,首次将石墨烯掺杂到Cs_2CO_3中,研究了Cs_2CO_3:Graphene的复合结构作为电子注入层对OLEDs性能的影响。结果表明,基于Cs_2CO_3:Graphene结构作为电子注入层的器件的效率要高于LiF作为电子注入层的OLEDs,其最大电流效率达到2.02 cd/A,是标准器件的2.59倍;亮度也高于LiF作为电子注入层的OLEDs,在10 V时达到最大值7690 cd/m2,是标准器件最大亮度的2.07倍。性能得到提高的主要原因是由于Cs_2CO_3:Graphene的引入提高了电子注入效率。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：长春理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN383.1

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