多色OLED器件及设备研究

论文摘要

自1987年Tang等人首次报道高效率有机发光二极管（OLED）以来，由于OLED在未来的平板显示领域显示了诱人的应用前景，使得对它的研究倍受关注。近些年来有机发光二极管的显示性能已经取得了显著进展。然而对研究工作者来讲，对高性能OLED器件，例如饱和色度、高发光效率和长寿命器件的探求却是无止境的。采用简单结构ITO／N，N’-bis（1-naphthyl）-N，N’-diphenyl-1，1’-biphenyl-4，4’diamine（NPB）（80 nm）／发光层（30 nm）／tris-（8-hydroxy-quinoline）aluminum（Alq3）（20 nm）／LiF（1 nm）／Al（120 nm），通过共掺杂方法制备了一组蓝光OLED器件，发光层分别采用了1∶9，10-di（2-naphthyl）anthracene（ADN）∶4，4′-（1，4-phenylenedi-2，1-ethenediyl）bis[N，N-bis（4-methylphenyl）-benzenamine]（DPAVB）（1 wt％），2∶ADN∶2，5，8，11-tetra-（t-butyl）-perylene（TBPE）（1 wt％），和3∶ADN∶DPAVB（0.3wt％）∶TBPE（0.7 wt％）。结果发现共掺杂器件具有最好的峰值亮度、电致发光量子效率和色饱和度。相对光致发光量子效率的测量表明1、2和3薄膜的荧光量子效率分别为15.6％、19.3％和24％。这说明共掺杂方法本征地提高了电致发光效率。共掺杂方法中的异种发光分子可以降低同种分子在相同总掺杂浓度时导致的发光自淬灭的发生几率。而且降低同种掺杂分子相互作用抑制了分子聚积态发光，进而使器件发光光谱变窄得到更加饱和的蓝色发光。引入一个配体为香豆素6（C6）加乙酰丙酮的铱化合物Ir（C6）2（acac）制备了高效OLED器件。Ir（C6）2（acac）具有良好的电子传输特性并且做为掺杂体表现出高发光效率。它在氯仿稀溶液中的光致发光量子效率接近70％。通过在Alq3中掺杂Ir（C6）2（acac）构成器件ITO／4，4’，4”-tris（N-（2-Naphthyl）-N-phenyl-amino）triphenylamine（T-NATA）（40 nm）／NPB（40 nm）／Alq3∶Ir（C6）2（acac）（1 wt％）（40nm）／Alq3（40 nm）／LiF（1 nm）／Al（120 nm），获得了一个绿色（CIE坐标为x=0.23；y=0.63），峰值亮度为33000 cd／m2，发光效率为12cd／A的OLED器件。更进一步在Alq3中共掺Ir（C6）2（acac）（0.5 wt％）和C545T（0.5 wt％），获得了一个绿色（CIE坐标为x=0.21；y=0.62），峰值亮度为42000 cd／m2，发光效率为20 cd／A的OLED器件。更重要的是该器件在高注入电流密度下显示出平稳的发光效率，这主要归属于T-NATA的载流子平衡作用和低掺杂浓度对Ir（C6）2（acac）的电致磷光的抑制和电致荧光增强作用。研究BAlq和Alq3中Rubrene和Ir（C6）2（acac）共掺器件发现，通过引入少量（0.3 wt％）的磷光Ir（C6）2（acac）敏化剂，Alq3作为主体Rubrene做为掺杂体的橙光OLED器件的发光性能得到了显著提升。器件结构为ITO／T-NATA（40 nm）／NPB（40 nm）／Alq3∶Rubrene（0.7 wt％）∶Ir（C6）2（acac）（0.3 wt％）（40 nm）／Alq3（40 nm）／LiF（1 nm）／Al（120 nm）。该器件保持13.9 cd／A的高电流效率，即使此时器件亮度由0.1增加到37000 cd／m2。器件CIE坐标为x=0.46；y=0.44橙光。该器件在高亮度下的高电流效率被推断为：Ir（C6）2（acac）可以对Alq3中形成的单线态和三线态激子产生Harvest效应然后将能量有效传递给Rubrene。Alq3掺杂4-（dicyanomethylene）-2-t-butyl-6-（1，1，7，7-tetramethyljulolidyl-9-enyl）-4H-pyran（DCJTB）的红光OLED系统当加入少量磷光敏化剂（0.3 wt％）Ir（C6）2（acac）时，发光性能提升显著。器件具有简单结构ITO／T-NATA（40 nm）／NPB（40 nm）／Alq3∶DCJTB（0.7 wt％）∶Ir（C6）2（acac）（0.3 wt％）（40 nm）／Alq3（40nm）／LiF（1 nm）／Al（120 nm）。尽管发光亮度由0.1 cd／m2升高到了20000 cd／m2，器件电流效率仍保持13.8 cd／A。器件发光CIE坐标x和y分别为0.60，0.37。高亮度下的高电流效率同样被推断为：Ir（C6）2（acac）可以对Alq3中形成的单线态和三线态激子产生Harvest效应然后将能量更为有效的传递给DCJTB。本文设计了一款OLED专用设备。设计思想主要涉及几个方面：1将等离子清洗腔与真空腔体连通以保护清洗过的ITO基片不受二次污染；2通过对膜厚的实时精确测量，调控不同材料的蒸发速率，实现不同蒸发材料相对掺杂浓度的精确控制；3设计系统可以在一次获得真空氛围下，制备16片不同制备条件的OLED器件。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪言
• 1.1 有机发光的基本原理
• 1.1.1 π电子云及能级分布
• 1.1.2 有机光致发光基本原理
• 1.1.3 有机电致发光原理
• 1.2 评价OLED器件性能的主要参数
• 1.2.1 发光颜色
• 1.2.2 发光色度
• 1.2.3 发光亮度
• 1.2.4 发光效率
• 1.2.5 器件的稳定性
• 1.2.6 电压—电流—亮度曲线
• 1.3 OLED器件结构
• 1.4 OLED器件的常用材料
• 1.4.1 电极材料
• 1.4.2 传输材料
• 1.4.3 电致发光材料
• 1.5 论文的基本设计思想
• 参考文献
• 第二章 用共掺杂方法优化蓝光OLED的效率和色坐标
• 引言
• 2.1 实验理论基础
• 2.2 实验部分
• 2.3 实验结果与讨论
• 2.4 本章小结
• 参考文献
• 2（acac）掺杂的绿光OLED器件'>第三章 磷光材料Ir（C6）₂（acac）掺杂的绿光OLED器件
• 引言
• 3.1 实验理论基础
• 3.2 实验部分
• 3.3 结果与讨论
• 3.4 本章小结
• 参考文献
• 2（acac）敏化的高效橙色OLED器件'>第四章 Ir（C6）₂（acac）敏化的高效橙色OLED器件
• 引言
• 4.1 实验理论基础
• 4.2 实验部分
• 4.3 实验结果与讨论
• 4.4 本章小结
• 参考文献
• 2（acac）敏化的高效红色OLED器件'>第五章 Ir（C6）₂（acac）敏化的高效红色OLED器件
• 引言
• 5.1 实验理论基础
• 5.2 实验部分
• 5.3 实验结果与讨论
• 5.4 本章小结
• 参考文献
• 第六章 实验型OLED专用镀膜设备设计
• 引言
• 6.1 实验型OLED专用镀膜设备总体结构及各部分功能
• 6.2 气路系统设备构成及工作原理
• 6.3 等离子清洗腔设备构成及工作原理
• 6.4 真空热阻蒸发镀膜室主要部件及工作原理
• 6.5 过渡仓主要部件及工作原理
• 6.6 本章小结
• 参考文献
• 第七章 结论
• 发表文章
• 参研的项目
• 致谢
• 作者简历