磷光OLEDs的效率和效率roll-off特性的影响因素及改进方法

论文摘要

本文致力于研究影响磷光OLEDs的效率及磷光OLEDs目前最突出的问题——效率roll-off-的一些因素及改善方法,并对影响器件效率的一些重要的物理过程及其机理进行了研究和分析。磷光OLEDs的发光层基本为荧光主体-磷光客体掺杂型,本文首先研究了在这种发光层中影响效率的几个基本发光过程,包括主、客体上激子的形成,主客体间能量传递,载流子在发光层内的传输等。将延迟荧光的技术应用到磷光OLEDs中,系统研究了即时磷光与延迟磷光中激子复合和发光机制受客体掺杂浓度及主体能级的影响,并比较了两种发光方式的异同；同时证明了延迟磷光技术是研究磷光OLEDs中物理过程（激子复合及载流子俘获等）的一个有效手段。研究了温度对效率的影响与发光机制的关系,证明了温度的升高（从25℃到45℃）,释放了部分被陷阱俘获的载流子,从而改变了载流子平衡及激子复合几率,在基于不同发光机制的器件中引起了发光效率的不同改变；同时也证明了温度的升高增大了激子的扩散,而增大了界面对激子的猝灭；这些结果为磷光OLEDs在不同温度下的应用提供了一些参考。研究了发光层厚度对效率的影响,证明了发光层厚度对效率的改变是由发光层内载流子传输及激子复合机制的改变引起的；并提出了一个新的、载流子传输机制对发光层厚度依赖的模型。对磷光OLEDs中最常采用的器件结构里引起效率roll-off的猝灭原因给出了更直观的、基于真实的电致发光（EL）器件的证明（而非前人工作中采用的理论模型的计算或光致发光的推论）,发现极化子（电荷）对激子的猝灭（TPQ）是引起效率roll-off的主要原因,并证明了主体-主体三线态激子猝灭（TTA）的存在,分析了它对效率roll-off的可能影响。通过采用与客体不同能级差的主体材料,研究了发光层内客体引起的电荷俘获对器件效率及效率roll-off性能的影响；采用双主体材料对发光层结构进行了优化,提高了器件的效率,并探讨了电荷俘获与发光层优化设计的关系。为了抑制发光层内TPQ过程以减少效率roll-off,首次提出了引入其他材料代替部分发光客体材料成为电荷俘获中心以降低TPQ的设想,并通过对器件效率等性能的测试初步证实了这一想法。界面电荷的堆积对激子的猝灭及激子向界面的扩散也是引起效率下降的两个重要因素。我们通过在发光层界面插入宽禁带半导体材料CBP、以阻挡部分空穴并隔离界面堆积的电荷与激子的距离,证明了界面电荷对激子的猝灭作用及其随着界面堆积电荷增多而增强的关系,并发现这种猝灭作用在CBP为6nm时依然很明显,亦即是一种长程的猝灭作用。为了减少界而电荷的堆积、提高载流子注入,我们探索并得到了两个简单有效的方法,即采用C60对ITO界面修饰对空穴电荷注入的提高以及采用混合掺杂的电子传输层/空穴阻挡层界面结构对电子注入的提高等。另一方面,为了减少界面电荷堆积对激子的猝灭引起的效率roll-off并同时利用扩散到界面的激子对绿光磷光材料Ir（ppy）3的发光进行补偿,我们利用在传输层/界面掺杂的方法,采用高效率荧光材料C545T掺杂传输层材料,并证明了此方法对效率及效率roll-off性能的改善。减少猝灭过程及效率roll-off的一个根本的途径是缩短三线态激子的寿命。我们发现改变金属电极到发光层距离可以改变三线态激子寿命,并证明了这是对激子辐射寿命的改变；激子辐射寿命的缩短提高了器件的量子效率,并在EL器件中,利用高迁移率的电子传输材料Bphen:Cs证明了ETL厚度变薄对器件的效率的提高及效率的roll-off源于激子寿命的缩短,而非载流子平衡的改变。这些发现为效率的提高及效率roll-off的抑制提供了新的思路。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 序
• 1 引言
• 1.1 磷光OLEDs的研究综述
• 1.2 磷光OLEDs发光的基本原理及性能参数
• 1.3 器件的制备、所用的材料及性能测试手段
• 1.4 本论文主要研究内容
• 2 主客体掺杂型发光层的发光机制及对效率的影响
• 2.1 电致磷光及延迟电致磷光发光机制研究
• 2.2 温度对EL效率的影响与发光机制的关系
• 2.3 发光层厚度的影响
• 2.4 本章小结
• 3 磷光OLEDs发光层内引起效率下降的原因及其改善
• 3.1 高电流密度下磷光OLEDs效率roll-off的主要原因
• 3.2 客体引起的电荷俘获对器件效率的影响
• 3.3 发光层中电荷俘获材料的掺杂对器件效率的改善
• 3.4 本章小结
• 4 界面电荷堆积及激子扩散引起的效率降低及改善方法
• 4.1 发光层界面电荷堆积对效率及效率roll-off的影响
• 4.2 利用ITO界面修饰层及混合界面对电荷注入的提高
• 4.3 EML/传输层界面掺杂对发光性能及效率roll-off的影响
• 4.4 本章小结
• 5 三线态激子寿命的缩短及其对器件效率特征的改进
• 5.1 金属电极对激子寿命的影响
• 5.2 缩短激子寿命、改善器件效率
• 5.3 本章小结
• 6 结论
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集