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有机发光二极管性能与激子生成区宽度关系的研究

有机发光二极管性能与激子生成区宽度关系的研究

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作者：刘文星河北工业大学

学位级别：硕士

有机发光二极管具有重量轻、响应速度快、自发光、柔性和对比度高等优点,在显示和照明等领域具有广阔的应用前景。为了提高有机发光二极管的性能,科研人员采用了各种研发策略,如合成新的功能层材料、设计新的器件结构、深入研究器件工... 详细信息

有机发光二极管具有重量轻、响应速度快、自发光、柔性和对比度高等优点,在显示和照明等领域具有广阔的应用前景。为了提高有机发光二极管的性能,科研人员采用了各种研发策略,如合成新的功能层材料、设计新的器件结构、深入研究器件工作机理等。其中,激子生成区是影响发光器件性能的重要因素。激子生成区是指发光层中电子和空穴复合形成激子的区域,宽的激子生成区有利于缓解三线态-三线态湮灭和三线态-极化子猝灭效应,增强器件稳定性。本论文研究了有机发光二极管中激子生成区宽度的影响机制,探究了器件性能与激子生成区宽度之间的关联,相关结果有益于器件材料和结构的精细设计。具体工作如下:（1）考察了激子生成区宽度对磷光器件稳定性的影响。研究发现,当空穴（或电子）传输层厚度减小时,空穴（或电子）从阳极（或阴极）到发光层的渡越时间变小,导致了激子生成区宽度变大;当发光层厚度变大时,激子生成区宽度随之变大。激子生成区宽度的增加减轻了器件效率滚降。进一步研究发现,器件稳定性正比于激子生成区宽度和电子传输层厚度的乘积。这是因为,增加电子传输层厚度一方面可以抑制金属阴极向发光层扩散,有助于提高器件稳定性,但另一方面增加了电子从阴极到发光层的渡越时间,使激子生成区宽度变小,不利于器件稳定性的提高。（2）基于有机p型掺杂层——NPB:Mo O和CBP:Mo O,制备了磷光有机发光二极管。研究发现,与使用30 nm CBP:Mo O的器件相比,NPB:Mo O20 nm/CBP:Mo O10 nm器件表现出减轻的效率滚降。这主要是因为NPB:Mo O的空穴迁移率比CBP:Mo O高,减小了空穴从阳极到发光层的渡越时间,导致激子生成区变宽。NPB:Mo O/CBP:Mo O界面处的势垒对器件电流有较大的影响,但对效率滚降和激子生成区宽度影响较小,这主要是因为界面势垒对空穴渡越时间的影响较小。（3）考察了载流子阻挡层对蓝光热激活延迟荧光器件性能的影响。研究发现,当电子阻挡层的激子阻挡能力增强时,器件效率随之增加,但由于电子阻挡层的空穴迁移率随激子阻挡能力增强而变小,导致了激子生成区宽度变小和器件稳定性降低。当空穴阻挡层的激子阻挡能力相差不多时,空穴阻挡层的电子迁移率升高可使激子生成区变宽,器件稳定性提高。基于空穴从阳极到激子生成区的渡越时间和电子从阴极到激子生成区的渡越时间,讨论了激子生成区宽度的变化机制。

关键词：有机发光二极管激子生成区宽度器件稳定性效率滚降载流子渡越时间

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基于磷光材料的高性能有机发光二极管

基于磷光材料的高性能有机发光二极管

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作者：孙伟栋河北工业大学

学位级别：硕士

有机发光二极管(OLEDs)具有响应速度快、轻薄、柔性、光质优良等优点,因而得到了广泛的关注。磷光材料能够同时利用单线态和三线态激子,可使器件内量子效率上限达到100%,而传统荧光材料只能使器件内量子效率上限达到25%;通过分子设计磷... 详细信息

有机发光二极管(OLEDs)具有响应速度快、轻薄、柔性、光质优良等优点,因而得到了广泛的关注。磷光材料能够同时利用单线态和三线态激子,可使器件内量子效率上限达到100%,而传统荧光材料只能使器件内量子效率上限达到25%;通过分子设计磷光材料的光色可在整个可见光范围内进行调节。因此,磷光有机发光二极管(PHOLEDs)具有同时实现高的发光效率和色纯度的优势。本论文基于磷光材料的优点,设计、制备和表征了高性能PHOLEDs,并讨论了相关的载流子传输和复合机理。本论文具体的研究工作如下:(1)研究了磷光有机发光二极管中的激子生成区。通过器件的电致发光光谱对激子生成区进行了探测,基于数据线性拟合对激子生成区宽度进行了计算,采用等效电路图和肖克利理想方程(Shockley ideal equation)对激子生成区产生的复合电流进行了解释。研究发现,激子生成区宽度随着发光层厚度的增加而增加;随着激子生成区宽度的增加,器件电流效率先增加,然后趋于饱和。优化激子生成区宽度有利于降低器件的欧姆损耗。(2)制备了高效暖白光OLEDs。将红光磷光材料PQIr(dpm)、绿光磷光材料Ir(mppy)和蓝光磷光材料FIrpic作为客体材料掺杂在能级匹配的主体材料中,以此制备了性能优良的四发光层暖白光有机发光二极管。研究发现,载流子的直接捕获、载流子的复合区域、主客体材料之间的能量转移以及客体材料之间的能量转移都影响器件的性能。性能最优的暖白光器件的最大外量子效率为20.63%,最大电流效率为69.00cd/A,最大功率效率为60.19 lm/W。色坐标为(0.388,0.383)。(3)制备了高效纯白光OLEDs。将红光磷光材料PQIr(dpm)、绿光磷光材料Ir(mppy)和蓝光磷光材料FIrpic作为客体材料掺杂在主体材料中,通过对发光层厚度和客体发光材料的浓度进行调节,制备了性能优良的三发光层纯白光有机发光二极管。最优纯白光器件的最大外量子效率为16.90%,最大电流效率为60.48 cd/A,最大功率效率为51.32 lm/W,显色指数为72.03。色坐标为(0.331,0.385)。

关键词：磷光有机发光二极管激子生成区宽度欧姆损耗能量转移载流子捕获

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