藍(lán)、白光頂發(fā)射有機(jī)發(fā)光二極管中的微腔效應(yīng)研究及器件高性能化.pdf

1、頂發(fā)射有機(jī)發(fā)光二極管（Top-emitting organic light-emitting diode, TEOLED），以其分辨率高、開口率大和襯底選擇靈活等優(yōu)勢在有機(jī)平板顯示領(lǐng)域，尤其是微顯示領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注。然而，TEOLED中的光學(xué)微腔效應(yīng)嚴(yán)重抑制了器件的發(fā)光強(qiáng)度和色純度，其對藍(lán)色和白色TEOLED的影響尤其嚴(yán)重，造成了藍(lán)、白光TEOLED制備困難，并嚴(yán)重影響了器件性能。因此，開展TEOLED中微腔效應(yīng)的研究工作，有效設(shè)計(jì)與調(diào)

2、控微腔對于成功制備高性能藍(lán)、白光TEOLED至關(guān)重要。
　　本文首先將電偶極子理論和傳輸矩陣?yán)碚撓嘟Y(jié)合改進(jìn)了微腔效應(yīng)的理論模型，并與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合研究了微腔效應(yīng)對于藍(lán)光TEOLED的影響，設(shè)計(jì)了優(yōu)化的器件結(jié)構(gòu)，有效增強(qiáng)了藍(lán)光強(qiáng)度并改善了藍(lán)光的色飽和度；在此基礎(chǔ)上，對白光TEOLED進(jìn)行了一系列的設(shè)計(jì)和優(yōu)化，提高了白光中藍(lán)光的比例，改善了頂發(fā)射白光的效率和色純度。
　　研究工作主要包括以下幾個(gè)方面：
　?。?）采用電偶極子輻

3、射的經(jīng)典電磁理論分析激子的輻射模式，將偶極矩的取向和輻射電磁波的偏振等因素納入輻射模式的計(jì)算中，使理論模型更加完善。采用傳輸矩陣?yán)碚摲治龉獠ㄔ诙鄬幽は抵械膫鬏敚瑢⒍嗄咏Y(jié)構(gòu)的TEOLED等效為單層結(jié)構(gòu)，結(jié)合偶極子輻射模式，研究TEOLED中微腔共振效應(yīng)對激子輻射的影響。運(yùn)用該理論模型，可以從理論上比較準(zhǔn)確地計(jì)算TEOLED的微腔共振光譜、發(fā)光光譜，并進(jìn)而計(jì)算色坐標(biāo)、色溫、顯色指數(shù)等器件的色度參數(shù)。
　?。?）常規(guī)TEOLED中的微

4、腔共振效應(yīng)抑制了藍(lán)光的出射，使藍(lán)光的效率和色度都比較差。為了改善藍(lán)光TEOLED的性能，本文引入了“金屬/Ag”雙層陰極結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)電子的注入效率和藍(lán)光耦合輸出效率。首先計(jì)算了金屬材料的折射率實(shí)部和虛部對雙層陰極反射率和反射相位的影響，確定“釤/Ag（Sm/Ag）”雙層陰極結(jié)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)較低的反射。然后計(jì)算了不同Sm、Ag厚度對藍(lán)光TEOLED光譜和色坐標(biāo)的影響，發(fā)現(xiàn)減小Ag厚度，增加Sm厚度有利于改善藍(lán)光色純度。最后，制備了具有不同Sm/A

5、g雙層陰極的藍(lán)光TEOLED，驗(yàn)證了理論計(jì)算的結(jié)果，同時(shí)改善了頂發(fā)射藍(lán)光的色純度。最優(yōu)化藍(lán)光TEOLED的光譜接近藍(lán)光材料本征光譜，而且器件在0-75°視角范圍內(nèi)光譜幾乎沒有變化，實(shí)現(xiàn)了很好的色純度和角度穩(wěn)定性。
　?。?）TEOLED中微腔效應(yīng)對藍(lán)光的抑制使頂發(fā)射白光中藍(lán)光的強(qiáng)度不夠，白光色度偏紅。本文利用微腔效應(yīng)中的多光束干涉增強(qiáng)藍(lán)光輸出強(qiáng)度，改善頂發(fā)射白光色度。首先，理論計(jì)算了具有不同空穴傳輸層（NPB）厚度TEOLED的微

6、腔共振波長，并制備了相應(yīng)器件驗(yàn)證理論計(jì)算結(jié)果。理論和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)NPB厚度為100 nm時(shí)，微腔的共振波長與藍(lán)光比較匹配，器件中的藍(lán)光輸出較強(qiáng)，能與紅光混合獲得比較平衡的白光。接著，通過在紅光和藍(lán)光層之間插入載流子/激子阻擋層，穩(wěn)定了主體材料CBP中的激子復(fù)合區(qū)域，使白光在不同電壓下的色漂移減弱，改善了白光的穩(wěn)定性。
　　（4）微腔效應(yīng)中的干涉過程分為多光束干涉和寬角干涉。本文對白光TEOLED中的寬角干涉因子和多光束干涉因子

7、分別進(jìn)行了計(jì)算和分析，以提高器件的效率和色度。首先計(jì)算了TEOLED中電極和激子位置對多光束干涉、寬角干涉強(qiáng)度的影響，發(fā)現(xiàn)增強(qiáng)陽極反射并減弱陰極反射可以減弱多光束干涉，而使發(fā)光激子靠近陽極可以增強(qiáng)寬角干涉，均能增強(qiáng)器件中的藍(lán)光輸出。接著，從實(shí)驗(yàn)上制備了高反射陽極和低反射陰極的白光TEOLED，并在此基礎(chǔ)上，利用δ摻雜器件和藍(lán)/紅、紅/藍(lán)結(jié)構(gòu)的白光TEOLED重點(diǎn)研究了寬角干涉對頂發(fā)射白光性能的影響，并利用寬角干涉進(jìn)一步增強(qiáng)藍(lán)光輸出。最終

8、得到的白光TEOLED效率高于具有相同有機(jī)層結(jié)構(gòu)的底發(fā)射器件，同時(shí)色度更加接近標(biāo)準(zhǔn)白光。
　?。?）在白光TEOLED中，引入異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的雙藍(lán)光發(fā)光層，使激子復(fù)合區(qū)域位于藍(lán)光層內(nèi)，有效提高了藍(lán)光的發(fā)光強(qiáng)度。為了優(yōu)化白光的色純度和穩(wěn)定性，對發(fā)光層中激子的行為進(jìn)行了研究。首先制備單載流子器件研究客體的載流子傳輸行為，發(fā)現(xiàn)藍(lán)光客體充當(dāng)空穴傳輸通道和電子陷阱，而紅光客體則充當(dāng)電子傳輸通道和空穴陷阱，其中紅光客體的陷阱效應(yīng)對低壓下的紅光強(qiáng)度

9、有貢獻(xiàn)；然后利用δ摻雜器件研究激子的分布，確定了激子在主體材料SPPO1中的擴(kuò)散長度，由此確定了藍(lán)光和紅光層的厚度；接著利用阻隔層研究了藍(lán)、紅客體之間的能量轉(zhuǎn)移，發(fā)現(xiàn)存在較弱的Dexter能量轉(zhuǎn)移，有助于提高白光的穩(wěn)定性。根據(jù)以上研究結(jié)果，設(shè)計(jì)了優(yōu)化的白光TEOLED結(jié)構(gòu)，獲得了高效、穩(wěn)定的頂發(fā)射白光，效率為13.3 cd/A，在10-104 cd/m2亮度范圍內(nèi)，色坐標(biāo)漂移僅(0.009,0.001)。最后從激子擴(kuò)散、能量轉(zhuǎn)移和陷阱效