基于超薄发光层的有机发光二极管器件的研究

文章采用具有电子捕捉能力的橙红色磷光材料iridium(Ⅲ)bis(2-methyldibenzo-[f,h] quinoxaline) (acetylacetonate) (Ir(MDQ)2 (acac))作为超薄发光层应用于有机发光二极管中.通过对其厚度的优化,发现当发光层厚度为0.1 nm时,器件性能最好,最大电流效率达到了28.1 cd/A,明显优于采用掺杂发光层的器件.分析了发光材料的载流子捕捉作用对器件载流子平衡及器件电流效率的影响,发现超薄发光层结构几乎不改变器件的电学特性,不会进一步破坏器件载流子平衡,正因如此,大多数磷光材料都可以采用超薄发光层获得很高的效率.     

影响有机及聚合物发光二极管性能的主要因素

分析了影响有机发光二级管性能的主要因素,并对提高电致发光效率、延长器件工作寿命和发光颜色转变的方法作了评述。     

采用DCJTB作为色彩转换膜实现白色有机电致发光的研究

采用橙红色荧光材料4-(二氰基亚甲基)-2-叔丁基-6-(1,1,7,7-四甲基久罗尼定基-4-乙烯基)-4H-吡喃(DCJTB)作为色彩转换材料,结合蓝色有机电致发光器件实现了较好的白光发射。分别通过真空蒸镀和旋转涂覆两种不同的工艺进行色彩转换膜(CCL)的制备,发现不同的转换膜制备工艺对白光器件的性能影响不明显。当采用浓度比例为20mg/ml的DCJTB溶液通过旋涂方法制备CCL后,所得到白光器件的起亮电压为3.4V,在12V时达到最大亮度为1 939cd/m2,且该器件的最大电流效率为1.34cd/A(在电流密度为3.23mA/cm2时)。当驱动电压从5V增加到9V时,该白光器件的色坐标仅从(0.36,0.33)变化到(0.33,0.31)。表现出良好的色纯度和色稳定性。     

白光LED能量转换效率的研究

推导出了根据发光效能和光谱功率分布函数,计算了白光LED能量转换效率的公式,研究了1W白光LED能量转换效率与工作电流、环境温度和发光效能之间关系,并对荧光粉涂敷前后白光LED能量转换效率的变化进行了分析.研究结果表明,φ5、1W白光LED能量转换效率分别为22.67%和14.87%,1W白光LED的能量转换效率,随着工作电流、环境温度的增加而下降,能量转换效率与发光效能比值基本恒定,荧光粉涂敷前后白光LED能量转换效率从21.2%下降到15.11%,荧光粉能量转换效率约为93%.     

具有双发光层双主体结构的高效稳定WOLED

采用双发光层双主体结构,制备了高效稳定的白光有机电致发光器件(WOLED)。其中蓝光层是TBADN:3 wt%DSA-Ph,红光层是[TBADN:Alq3]:1 wt%DCJTB,通过改变红光层中Alq3和TBADN的掺杂比来调节器件的发光效率和颜色。当[TBADN:Alq3]为75∶25时获得了效率最高、色度好和性能稳定的白光,在20 mA/cm2时器件的发光效率为6.27 cd/A,CIE色坐标为(0.364,0.348)。当电流密度为200 mA/cm2时,发光效率仍能保持在6.15 cd/A,色度坐标为(0.344,0.344)。由于在[TBADN:Alq3]双主体结构中,TBADN具有双极性,从而改善了器件中载流子的平衡及其在发光层中的分布,进而提高的器件的性能。     

用ZnS薄膜作为空穴缓冲层的高效率有机发光二极管

用磁控溅射方法制备的ZnS薄膜作为有机发光器件(OLEDs)的空穴缓冲层,使典型结构的 OLEDs(ITO/TPD/Alq/LiF/Al) 的发光性能得到改善.ZnS 缓冲层厚度对器件性能影响的实验结果表明,当ZnS缓冲层厚度为 5 nm 时,器件的亮度增加了2倍多;当ZnS缓冲层厚度为5、10 nm时,器件的发光电流效率增加40%.研究结果表明 ZnS 薄膜是一种好的缓冲层材料,它能够提高器件的发光效率,改善器件的稳定性.     

"量子切割"——一种实现高效下转换的新途径

介绍了一种高效下转换效应——“量子切割”。“量子切割”是由于稀土离子之间的能量传递，使发光材料吸收一个真空紫外光子而放出两个可见光子的过程，为制备高效发光材料提供了新的思路。以Gd2^ -Eu2^ ，Er3^ —Gd3^-Tb3^ 体系为例讨论了“量子切割”机理在发光材料研究方面的一些应用，对其优缺点进行了讨论。     

以ZnO为空穴缓冲层的高效率有机电致发光器件

研制了在传统双层有机电致发光器件(OLED) ITO/NPB/AlQ/Al的阳极与空穴传输层间加入ZnO缓冲层的新型器件.研究了加入缓冲层后对OLED性能的影响,并比较了新型与传统OLED的性能,结果表明,新型器件比传统器件的耐压能力有了显著提高;当电压达到7 V时,发光效率提高了35%.分析认为,ZnO缓冲层的加入,改善了界面, 减少了漏电流,并且阻碍了空穴的注入,有利于改善空穴和电子的注入平衡,提高复合效率.     

发光层厚度对基于CdSSe/ZnS量子点LED性能的影响

采用粒径约为10 nm的CdSSe/ZnS量子点层作为发光层,制备了叠层结构的量子点发光器件,研究了量子点层厚度对其薄膜形貌及量子点发光二极管性能的影响.原子力显微镜测试结果表明:量子点层过厚时,量子点颗粒发生团聚,且随着厚度的降低,团聚现象减弱;当量子点层厚度和量子点粒径相当时(约为10 nm),量子点呈单层排列且团聚现象基本消失;而量子点层厚度低于10 nm时,薄膜出现孔洞缺陷.器件的电流-电压-亮度等测试结果表明:量子点发光二极管中量子点层厚度与器件的光电特性密切相关,量子点层厚度为10 nm的器件光电性能最优,具有最低的启亮电压4.2V,最高的亮度446 cd/m2及最高的电流效率0.2 cd/A.这种通过控制旋涂转速改变量子点层厚度的方法操作简单、重复性好,对QD-LED的研究具有一定应用价值.     

两基色白光LED的配色研究

从色度学原理出发,简述了两基色白光LED的配色原理,确定了可合成白光的两基色的选取范围和两基色的配比范围,计算分析了两基色白光LED的光视效能和一般显色指数。两基色白光LED具有较高的光视效能,但其显色性却较差,主波长为450 nm左右的蓝光LED与主波长572 nm左右的黄绿光混合得到的白光的光视效能值最大,约为400 lm/w,已接近等能纯白点的理论极值,但一般显色指数只有—0.5。主波长为480 nm左右的LED与主波长为580 nm左右的LED混合得到的白光的一般显色指数值最大,仅为16.2。     

采用双发光层制作白色有机电致发光器件的工艺研究

利用白色OLED是一种实现全彩色显示的方法,因为白光加滤色膜的方式可以获得红、绿、蓝三基色。文章采用双发光层方法,即TBPe掺杂到ADN中作为蓝色发光层,DCJTB掺杂到Alq3中作为红色发光层,从而实现白光显示,器件结构为:ITO/CuPc/NPB/ADN∶TBPE(15nm)/Alq3∶DCJTB(15nm)/Alq3(35nm)/LiF/Al。文章主要研究了发光层厚度和掺杂材料浓度的变化对白色OLED器件发光性能的影响,最终确定了发光层厚度和掺杂剂浓度,当蓝色发光层厚度15nm,红色发光层厚度15nm,TBPe的掺杂浓度(质量分数)为2.8%,DCJTB的掺杂浓度为1.5%时,可以获得最佳的白色器件。与三元共蒸单发光层结构不同,该方法工艺简单,操作过程容易控制,实验重现性高,色纯度好。     

加入激子阻挡层增强白色有机发光器件效率

通过在发光层（EBL）与电子注入层之间增加激子阻挡层（EBL）制备了新型白色有机发光器件（WOLED）。有EBL的新型器件效率和亮度均比传统结构器件高50％,在电流密度为4mA／cm^2时效率达到3．42cd／A,最大亮度为11000cd／m^2（16V）,色坐标为x=0．34、y=0．36;而具有相同EBL厚度的传统结构器件,在电流密度为4mA／cm^2时效率为2．15cd／A,最大亮度为6259cd／m^2（16V）。效率的提高是由于EBL的限制作用而提高了激子浓度。测量了器件的效率与电流密度关系,随电流密度增加电流效率的衰减缓慢,说明短寿命红色搀杂剂的激子-激子湮灭很弱。     

电子传输层中掺杂Ir(ppy)3改善白光OLED的效率

采用真空热蒸镀技术,制备了结构为ITO/NPBX(40nm)/rubrene(0.2 nm)/NPBX(5nm)/DPVBi(30nm)/TPBi:x%Ir(ppy)3(30nm)/LiF/Al的白光器件。利用Ir(ppy)3掺杂到电子传输层TPBi中,在掺杂层中提高了电子的迁移率,调整了空穴和电子的平衡,从而改善了白色有机电致发光器件的效率。当Ir(ppy)3的掺杂浓度为6%时,器件的电流效率最高,在驱动电压9 V时最大电流效率为10.66 cd/A,此时色坐标为(0.36,0.38);当电子传输层TPBi中不掺杂Ir(ppy)3时,白光器件的效率最低,在驱动电压10V时最大电流效率为1.69 cd/A,此时色坐标为(0.31,0.30)。掺杂浓度为6%的白光器件的电流效率是不掺杂白光器件的电流效率的6.3倍。     

加CdS薄层的有机电致磷光白光器件性能的优化

采用CBP和MCP做主体,分别掺杂磷光铱配合物Ir(piq)2(acac)和FIrpic作为红光发光层和蓝光发光层,研究了红光发光层和蓝光发光层的位置对器件性能的影响,得出结构为ITO/2T/NPB/MCP∶Firpic/CBP/CBP∶Ir(piq)2(acac)/Bphen/CdS/LiF/Al的器件性能较好。当CdS的厚度为0.1nm,电流密度为161mA/cm2时,器件的最大效率比不加CdS的器件的最大效率提高了1.42倍。亮度也有较大提高。在电流密度为225mA/cm2(电压为17.5V)时,最大亮度为20 890cd/m2,比不加CdS的器件的最大亮度16 610cd/m2高出4 280cd/m2。     

基于ADN:TBPe发光层的蓝光OLED器件

全色显示是有机电致发光显示(OLED)器件发展的目标,而高性能蓝色发光器件,也是目前有机电致发光显示研究的热点。以NPB和Alq3分别作为空穴传输层和电子传输层,制作了结构为ITO/CuPc(150nm)/NPB(500nm)/ADN(300nm)∶TBPe(30nm)/Alq3(350nm)/RbF(20nm)/Al(1000nm)的蓝光OLED器件,发光亮度达8600cd/m2,发光效率达2.669cd/A,色坐标(X=0.1315,Y=0.1809)。研究发现ADN∶TBPe发光层体系的引入大大改善了蓝光器件的发光效率和性能。     

空穴传输层厚度对有机发光二极管性能的影响

采用聚乙烯基咔唑(PVK)作为空穴传输层,8-羟基喹啉铝(Alq3)作为发光层,制备了结构为ITO/PVK/Alq3/Mg∶Ag/Al的有机发光二极管(OLED),通过测试器件的电流-电压-发光亮度特性,研究了空穴传输层厚度对OLED器件性能的影响,优化了器件功能层的厚度匹配.实验结果表明,OLED的光电性能与空穴传输层的厚度密切相关,空穴传输层厚度为15nm时,OLED器件具有最低的启亮电压,最高的发光亮度和最大的发光效率.     

白光有机电致发光器件发光稳定性研究

基于红绿/蓝双发光层,制作了结构为ITO/MoO ₃(10nm)/NPB(40nm)/TCTA(10nm)/CBP:R-4B(2%):GIR1(14%,X nm)/mCP:Firpic(8%,Y nm/BCP(10nm)/Alq₃(40nm)/LiF(1nm)/Al( 100nm)的白色全磷光有机电致发光器件(OLED),通过 调节红绿发光层的厚度X与蓝光发光层的厚度Y,研究了不同发光层厚度器件发 光性能的影响。研究发现:当X 为23nm、Y为7nm时,器件的光效和色坐标都具有 很高的稳定性,在电压分别为5、 10和15V时,色坐标分别为(0.33,0.37)、(0.33,0. 37)和(0.34,0.38);在电压为 5V时,电流密度为0.674mA,亮度为158.7cd ,最大电流效率为26.87cd/A;利用电子阻 挡材料TCTA和空穴阻挡材料BCP能够显著提高载流子的复合效率。分析认为:发光层顺序 为红绿/蓝时,更有利于蓝光的出射,从而使白光的色坐标更稳定。     

Design of white tandem organic light-emitting diodes for full-color microdisplay with high current efficiency and high color gamut

Microdisplays based on organic light-emitting diodes (OLEDs) have a small form factor, and this can be a great advantage when applied to augmented reality and virtual reality devices. In addition, a high-resolution microdisplay of 3000 ppi or more can be achieved when applying a white OLED structure and a color filter. However, low luminance is the weakness of an OLED-based microdisplay as compared with other microdisplay technologies. By applying a tandem structure consisting of two separate emission layers, the efficiency of the OLED device is increased, and higher luminance can be achieved. The efficiency and white spectrum of the OLED device are affected by the position of the emitting layer in the tandem structure and calculated via optical simulation. Each white OLED device with optimized efficiency is fabricated according to the position of the emitting layer, and red, green, and blue spectrum and efficiency are confirmed after passing through color filters. The optimized white OLED device with color filters reaches 97.8% of the National Television Standards Committee standard.