有机电致发光器件的界面性能及激子复合特性的研究

论文题目: 有机电致发光器件的界面性能及激子复合特性的研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 材料物理与化学

作者: 许雪梅

导师: 彭景翠

关键词: 有机电致发光器件,界面性能,激子复合,密度泛函理论,模型,无序跳跃理论模型,复合区域宽度

文献来源: 湖南大学

发表年度: 2005

论文摘要: 有机电致发光器件(OLED)不仅是新一代平板显示技术中的一个亮点,而且是21世纪首选的绿色照明光源之一。目前阻碍OLED走上大批量实用化的关键性问题在于其工作寿命短,稳定性差。而OLED的界面性能直接影响到它们的稳定性和工作寿命,它是目前OLED研究的重点,全面而系统地研究界面特性包括界面形成机制是非常重要的,它的研究对OLED的应用开发和有机发光材料的设计具有理论和实际指导意义。 本博士论文介绍和总结了本人在读博期间所作的关于OLED的主要研究成果,其主要内容和结论如下: 1.首先详细研究了金属/有机界面(MOI)和金属/聚合物界面(MPI)的性能。 (1)建立了器件界面达到平衡态后的MOI内秉势的理论模型。把在光照下所产生电流与暗电流相等时所加的电压称为补偿电压,得出了内秉势与补偿电压之间关系是斜率为1的一次函数,且内秉势只与材料本身参数和温度有关。在温度较低时,内秉势即为补偿电压;在室温情况下,因受扩散运动的影响,补偿电压低于内秉势。 (2)通过芯电子XPS谱测量了器件开启后的MOI变化情况,以此研究界面上偶极层的形成对能级排列的影响。发现AIq3/A1与Alq3/Mg的O(1s)、C(1s)和N(1s)的结合能比裸Alq3膜的结合能要低,表明了界面上存在大量的电荷转移;Al(2p)XPS谱中新肩峰的出现表明Al已渗入到有机层中,与O和C发生了化学反应并生成了金属碳化物或金属—氧—碳的复合物。Alq3/A1偶极层宽度范围大约为5nm,偶极势的大小由金属功函数变化值与芯电子能级差决定,偶极层的负极指向有机层Alq3而正极指向金属,它的存在使金属费米能级升高,并且通过减少静电势能使有机层的LUMO能级降低,表明了偶极层的形成使电子注入势垒高度降低,形成了良好的电子注入界面。 (3)利用密度泛函理论和芯电子轨道在自洽场中逐步逼近法计算了Alq3/A1界面由于吸附引起的能级改变和金属功函数之间的关系:物理吸附引起的金属偶极势能△Dmet总是负值,化学偶极势Dchem是决定总偶极势方向的唯一重要因素。电荷转移较多时,化学偶极势|Dchem|大于金属表面偶极的变化△Dmet,偶极层产生的总效果使金属功函数升高,不利于电子的注入;当电荷转移份额较少时,Dchem<|△Dmet|,偶极层的存在使金属功函数降低,有利于电子的注入。 (4)采用蒸发法制备了4种器件:ITO/Alq3/A1,ITO/Alq3/LiF(1nm):Al,ITO/Alq3/LiF(1.5nm):Al,ITO/Alq3/LiF(2nm):Al,详细探讨了LiF缓冲层的插入对器件界面形貌、界面能级和发光特性的影响;建立了较为符合实际情况的金属+缓冲层/有机层界面的载流子隧穿理论模型,首次考虑了因电荷转移形成的偶极层对界面能级的改变和漏电流对注入电流的影响。采用WKB近似方法,得出了缓冲层的厚度、有机材料与缓冲层的电阻率之比,有机材料的最低电子未被占有轨道与缓冲层导带能级最小值之差是影响器件性能的主要参数,理论与实验结果非常接近。 (5)建立了载流子在金属/聚合物界面(MPI)的广义Monte-Carlo理论模型,载流子的注入效率与有机材料陷阱电荷密度及其空间和能量的无序度等参数有关,注入势垒

论文目录:

摘要

Abstract

插图索引

附表索引

第1章 绪论

1.1 有机薄膜电致发光的研究进展及其技术特点

1.2 有机电致发光材料与器件结构

1.2.1 有机发光材料

1.2.2 有机电致发光的器件结构

1.3 有机电致发光的基本原理

1.3.1 载流子注入

1.3.1.1 有机半导体能带模型

1.3.1.2 载流子注入机理

1.3.2 载流子传输

1.3.3 双分子复合

1.3.4 激子的形成及辐射衰减

1.4 有机电致发光器件的制备

1.4.1 小分子材料器件的制备

1.4.2 聚合物器件的制备

1.5 评价有机电致发光器件性能的主要参数

1.5.1 发射光谱

1.5.2 发光亮度

1.5.3 发光效率

1.5.4 发光颜色和亮度

1.5.5 工作寿命

1.6 提高有机EL器件发光效率的几个有效途径

1.7 单色光与白光OLEDs的获得及全色显示

1.7.1 实现各种单色光所用的有机发光材料

1.7.2 白光的获得

1.7.3 全色显示

1.8 本论文的主要工作和意义

1.8.1 本论文研究背景和意义

1.8.2 本论文的主要工作

1.8.3 本论文的章节安排

第2章 金属/有机层界面的性能研究

2.1 金属与有机层界面(以下简称MOI)能级和内秉势

2.1.1 “洁净”界面上的能级

2.1.2 金属/有机界面内秉势的计算

2.1.2.1 理论模型

2.1.2.2 结果与讨论

2.1.2.3 结论

2.2 MOI偶极层的形成与吸附作用

2.2.1 金属/有机小分子材料界面上偶极层的形成对能级的影响

2.2.2 Alq3/Al与Alq3/Mg界面电子结构的变化和能级分布

2.2.3 金属与有机材料界面的吸附作用

2.2.3.1 金属与有机分子界面相互吸附的理论处理方法

2.2.3.2 Alq3与Al的相互吸附作用理论计算结果

2.2.3.3 基于化学吸附的电荷转移

2.2.3.4 吸附引起的功函数的改变

2.3 LiF的引入对金属/有机层界面特性的影响

2.3.1 实验

2.3.2 LiF的引入对靠近阴极界面附近Alq3形貌的影响

2.3.3 LiF的引入对靠近阴极界面附近能级的影响

2.3.4 LiF的引入对器件发光亮度的影响

2.3.5 LiF的厚度对器件发光亮度的影响

2.3.6 结论

2.4 决定MOI中引入恰当缓冲层的关键参数

2.4.1 MOI中引入缓冲层后的理论模型

2.4.2 影响MOI中引入恰当缓冲层的关键参数

2.4.3 结论

2.5 金属/聚合物混合界面(MPI)的注入电流

2.5.1 空间电荷限制电流模型、隧道贯穿模型和热电子发射模型

2.5.2 Monte-Carlo随机跳跃理论模型

2.5.2.1 在无序跳跃体系中载流子能量弛豫和传输的理论分析

2.5.2.2 载流子在金属/聚合物界面的注入

2.6 双层OLEDs阳极注入层/聚合物界面性能研究

2.6.1 实验

2.6.2 结果及讨论

2.6.3 理论模型及分析

2.6.3.1 注入有机层中的电流密度

2.6.3.2 复合电流

2.6.3.3 复合效率

2.6.4 结论

2.7 本章小结

第3章 有机/有机层界面(以下简称OOI)性能的研究

3.1 跳跃模型

3.2 电场强度分布和有机层中的能级漂移

3.3 界面特征参数改变对OLEDs复合效率的影响

3.3.1 OOI处电场强度突变对OLEDs复合效率的影响

3.3.2 界面的有效势垒高度对复合效率的影响

3.3.3 有效跳跃距离对复合效率的影响

3.3.4 结论

3.4 本章小结

第4章 有机薄膜电致发光器件的激子复合效率

4.1 载流子迁移率对单层OLEDs激子复合效率的影响

4.1.1 理论模型

4.1.1.1 器件内电场强度的分布

4.1.1.2 J-V关系

4.1.1.3 激子复合效率

4.1.2 结果与讨论

4.1.3 结论

4.2 温度和电压对双层有机发光二极管激子复合效率的影响

4.2.1 理论模型

4.2.2 分析与讨论

4.2.3 结论

4.4 本章小结

第5章 有机薄膜电致发光器件激子复合区域的初步探讨

5.1 引言

5.2 单层有机发光器件的激子复合区域和外量子效率

5.2.1 单层OLEDs的激子复合区域

5.2.1.1 单层器件在双注入情况下激子复合发光区的理论模型

5.2.1.2 单层器件激子复合发光区的估算

5.2.2 单层OLEDs激子复合区域的宽度和外量子效率

5.2.2.1 外加电压和器件厚度对激子复合区域宽度的影响

5.2.2.2 外加电压和器件厚度对外量子效率的影响

5.2.2.3 环境温度对器件外量子效率的影响

5.2.3 结论

5.3 双层有机发光器件的激子复合区域研究

5.3.1 双层器件激子复合发光区模型

5.3.2 结果与讨论

5.3.2.1 双层OLEDs的激子复合效率

5.3.2.2 双层OLEDs的激子复合区域宽度

5.3.3 结论

5.4 掺杂情况下多层器件激子复合区域研究

5.4.1 掺杂情况下多层器件激子复合发光区理论模型建立

5.4.1.1 掺杂情况下的有机分子发光强度的粗略估算

5.4.1.2 掺杂情况下，激子复合区域宽度的理论模型

5.4.2 不同掺杂浓度的多层器件激子复合发光区

5.4.3 电场强度调制对激子复合区宽度的影响

5.4.4 温度变化对激子复合区宽度的影响

5.5 本章小结

总结和展望

参考文献

致谢

附录A (攻读博士学位期间所发表的学术论文目录)

附录B (攻读博士学位期间所承担的科研课题)

发布时间: 2006-05-10

参考文献

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• [4].单个半导体纳米晶多激子相关性质的研究[D]. 胡逢睿.南京大学2015
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• [6].有机电致发光器件中载流子与三重态激子的调控研究[D]. 汪博.华中科技大学2017
• [7].纳米半导体中的多重激子效应及其应用[D]. 苏未安.上海交通大学2013
• [8].基于电荷和激子分布调控研究高性能有机白光二极管[D]. 刘佰全.华南理工大学2016
• [9].高性能有机电致发光器件的制备和研究[D]. 高春红.苏州大学2013
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相关论文

• [1].有机电致发光器件设计与制作[D]. 陈文彬.电子科技大学2002
• [2].新结构白光有机电致发光器件[D]. 谢文法.吉林大学2004
• [3].新结构高性能有机电致发光器件的研究[D]. 段羽.吉林大学2006
• [4].有机电致发光器件性能优化及影响因素的研究[D]. 黎威志.电子科技大学2007

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