掺杂型有机电致发光器件的特性研究

论文摘要

显示技术作为继微电子和计算机之后的又一发展热点孕育着巨大的市场潜力,它的不断进步为人类社会高效及时地获取信息提供了极大的便利。作为显示领域的新生力量,有机电致发光器件（organic light-emitting diode,即OLED）已经成为目前国内外学者研究的热点之一。经过近二十年的发展,OLED从理论和实验上都取得了突破性研究进展。本文涉及掺杂聚合物有机电致发光器件（doped-PLED）及其工艺方面的研究。鉴于聚合物材料有别于有机小分子的突出优点及其制备工艺的低成本和简易性,利用旋涂法制备了基于不同聚合物掺杂体系的PLED发光器件,运用多种手段对器件的光电性能参数以及薄膜的表面形貌进行了测试、分析和对比,并从理论上对实验结果进行了合理解释。本文首先简述了OLED领域的研究背景、发展历史和现状等,并介绍了有机电致发光的相关原理,以作为本课题研究的理论基础。设计复合空穴传输层,采用八羟基喹啉铝（Alq3）作发光层兼电子传输层,制备了异质结双层绿光器件。系统地研究了介电性聚苯乙烯（PS）分别与小分子空穴传输材料TPD和NPB形成的掺杂体系作为复合空穴传输层所制备的器件的光电特性。同时,针对导电性聚乙烯基咔唑（PVK）分别与TPD和聚合物MEH-PPV所构成的掺杂体系,研究了溶剂因素对复合有机层旋涂成膜的质量及器件发光性能的影响。实验结果表明,不同掺杂体系的复合空穴传输层对器件的空穴载流子传输具有不同的调节作用,从而对器件的发光性能产生显著影响;对某种特定的掺杂体系,存在着最优化的掺杂浓度比,可使得器件性能最大限度地提高;不同溶剂对材料的成膜特性具有重要的影响,选择合适的溶剂可使器件的发光性能进一步提高。设计器件结构,对两种新型聚芴类聚合物发光材料PFC2和PFC4的电致发光特性进行了研究。发现这类新型的共聚物高分子不仅具有优良的空穴传输性能,同时具有良好的蓝光发射特性。在该类材料与PVK掺杂体系的性能研究中发现,由于存在电场对载流子隧穿效应的调制作用,在不同的偏压下器件表现出从绿光到蓝光的颜色变化,实现了利用电压对器件发光色度进行调节的功能。同时,掺杂器件内部分子间存在有效的F?rster能量转移,使得器件的亮度和效率均有不同程度的提高,发光性能得到了明显改善。说明利用物理掺杂的方法,通过有效的能量传递机制可以提高器件的亮度和效率,为器件结构优化和性能提升提供了一条简易有效的途径。同时也表明,PFC2和PFC4是一类具有良好应用前景的新型蓝光聚合物材料。综上所述,本论文从材料选性和器件优化的角度,较为详细地探讨了掺杂聚合物PLED器件中浓度匹配、电流传导、薄膜形貌、能量传递和工艺改进等因素对器件性能的影响,对聚合物有机电致发光领域的后续研究工作具有较强的参考价值和指导意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 有机电致发光的发展背景
• 1.2 OLED 发展历史与研究现状
• 1.2.1 发展历史
• 1.2.2 研究现状
• 1.2.3 存在的问题
• 1.3 课题研究的意义
• 1.4 论文的主要工作
• 第二章 有机电致发光器件的基本理论
• 2.1 有机电致发光器件的基本结构
• 2.2 有机电致发光器件的物理机制
• 2.2.1 有机半导体的能带结构
• 2.2.2 界面载流子的注入与传导机制
• 2.2.2.1 电极注入限制电流
• 2.2.2.2 有机层体限制电流
• 2.2.3 载流子的复合和发光过程
• 2.2.4 能量的传递和转移
• 2.3 有机电致发光器件的性能参数及评价
• 2.3.1 光学性能参数
• 2.3.2 电学性能参数
• 第三章 有机电致发光器件的制备与测试
• 3.1 实验仪器、材料和试剂
• 3.1.1 实验仪器
• 3.1.2 主要试剂和材料
• 3.2 电致发光器件的制备
• 3.2.1 阳极制备
• 3.2.2 有机层制备
• 3.2.3 金属阴极的制备
• 3.3 器件测试
• 第四章 聚合物掺杂作空穴传输层的OLED 器件研究
• 4.1 研究背景
• 4.2 介电性PS/TPD 掺杂体系的研究
• 4.2.1 实验材料和器件结构
• 4.2.2 PS/TPD 复合薄膜空穴迁移率测量
• 4.2.3 电流密度-亮度-电压特性测量
• 4.2.4 流明效率计算
• 4.3 介电性PS/NPB 掺杂体系的研究
• 4.3.1 实验材料和器件结构
• 4.3.2 电致发光光谱测量
• 4.3.3 电流密度-亮度-电压特性测量
• 4.3.3.1 器件J-L-V 曲线测试
• 4.3.3.2 器件电流传导机制研究
• 4.3.4 启亮电压和流明效率
• 4.4 导电性PVK/TPD 和PVK/MEH-PPV 掺杂体系的研究
• 4.4.1 实验材料和器件结构
• 4.4.2 电致发光光谱测量
• 4.4.3 电流密度-亮度-电压特性测量
• 4.4.4 器件的发光效率
• 4.4.5 薄膜的AFM 表面形貌表征
• 4.5 本章小节
• 第五章 芴-咔唑新型共聚物掺杂OLED 器件的研究
• 5.1 研究背景
• 5.2 芴-咔唑新型共聚物PFC2/PVK 掺杂体系的研究
• 5.2.1 实验材料和器件结构
• 5.2.2 发光光谱测量
• 5.2.2.1 光致发光光谱测量
• 5.2.2.2 电致发光光谱测量
• 5.2.3 电流-亮度-电压特性测量
• 5.2.4 流明效率测量
• 5.3 芴-咔唑新型共聚物PFC4 掺杂体系的研究
• 5.3.1 实验材料和器件结构
• 5.3.2 发光光谱测量
• 5.3.3 电流-亮度-效率-电压特性测量
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论和展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 硕士期间的研究成果
• 发表的学术论文
• 申请的发明专利