器件的材料和結(jié)構(gòu)對其藍(lán)色電致發(fā)光性能的影響.pdf

1、作為實現(xiàn)全彩色電致發(fā)光顯示必需的三基色之一，藍(lán)色電致發(fā)光器件性能的改善和提高具有重要的現(xiàn)實意義。本論文著重從器件結(jié)構(gòu)和材料入手，對藍(lán)色無機電致發(fā)光器件和藍(lán)色有機電致發(fā)光器件性能提高的途徑進(jìn)行了探索。 首先針對無機電致發(fā)光藍(lán)光發(fā)射亮度低的問題，研究了器件結(jié)構(gòu)和材料對藍(lán)色無機電致發(fā)光器件性能的影響。采用具有電子加速能力的SiO2代替?zhèn)鹘y(tǒng)夾層結(jié)構(gòu)中的絕緣層，制備了分層優(yōu)化結(jié)構(gòu)的ZnSe電致發(fā)光器件，觀察到了傳統(tǒng)夾層結(jié)構(gòu)所沒有的ZnSe

2、層電致發(fā)光。在器件的電致發(fā)光光譜中觀察到469nm的ZnSe帶間躍遷和544nm的ZnSe層缺陷發(fā)光。二者躍遷過程的上能級相同。討論了器件的發(fā)光機理，認(rèn)為是初電子經(jīng)過SiO2層加速，獲得較高能量，然后碰撞ZnSe分子，將其價帶的電子激發(fā)到導(dǎo)帶，再躍遷回價帶或缺陷能級與空穴復(fù)合發(fā)光。這種發(fā)光方式類似于陰極射線發(fā)光，只不過電子在固體中而不是真空中加速，因此屬于固態(tài)陰極射線發(fā)光(SSCL)。這個結(jié)果將SSCL從有機材料擴展到無機材料，為實現(xiàn)藍(lán)

3、色無機電致發(fā)光提供了新的途徑。 在分層優(yōu)化結(jié)構(gòu)ZnSe薄膜器件的基礎(chǔ)上，對器件結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，即在發(fā)光層中插入一層SiO2，得到了改進(jìn)分層優(yōu)化結(jié)構(gòu)器件。其SSCL強度比分層優(yōu)化結(jié)構(gòu)器件的SSCL強度高約1倍。這是因為：1)插層SiO2對電子有加速、倍增的作用，也能引起SSCL，而SSCL在薄層中進(jìn)深很淺，所以兩部分發(fā)光比單獨一層亮度高，提高了過熱電子的平均能量；2)SiO2的導(dǎo)帶底位于ZnSe導(dǎo)帶底以上0.5eV，在插層SiO2中

4、加速后的過熱電子從SiO2進(jìn)入ZnSe中可獲得0.5eV的能量；3)插層SiO2與ZnSe層產(chǎn)生兩個界面，因此初電子來源增加，則初電子數(shù)目也增加，過熱電子的數(shù)目也會隨之增加。 基于無機藍(lán)色電致發(fā)光對基質(zhì)材料帶隙要足夠大的要求，試制了不同組分的(ZnS)χ(MgO)1-χ材料，發(fā)現(xiàn)在保持蒸鍍周期中ZnS薄膜厚度不變的情況下，隨著MgO薄膜厚度的增加，材料帶隙逐漸展寬，這可有效避免發(fā)光中心激發(fā)態(tài)上電子的離化，減少了無機藍(lán)色電致發(fā)光的

5、丟失，為獲得高效無機藍(lán)色電致發(fā)光提供了可能。 盡管上述器件材料和結(jié)構(gòu)的改進(jìn)能夠在一定程度上提高藍(lán)色無機電致發(fā)光器件的亮度，但仍與實用化要求具有很大差距。相比之下，藍(lán)色有機電致發(fā)光器件的亮度和效率則更加接近實用水平。為此在接下來的工作中研究了器件結(jié)構(gòu)和材料對藍(lán)色有機電致發(fā)光器件性能的影響。在常用三層結(jié)構(gòu)的有機電致發(fā)光器件中，將具有空穴阻擋性能的有機材料Alq3或BCP插入到陽極ITO和空穴傳輸兼發(fā)光層NPB界面處，通過這種結(jié)構(gòu)的改

6、進(jìn)使得NPB的藍(lán)色發(fā)光大大增強。研究了插入層厚度對器件性能的影響，發(fā)現(xiàn)只有在適當(dāng)厚度時才能提高器件性能。由于BCP空穴阻擋性能比Alq3的要強，因此器件達(dá)到最佳性能所需BCP插入層厚度比Alq3的薄。 除器件結(jié)構(gòu)對藍(lán)色有機電致發(fā)光性能的影響之外，合適的藍(lán)光有機材料選擇也很重要。研究了兩種常用藍(lán)光有機材料TPB和DPVBi對器件發(fā)光性能的影響，按相同摻雜濃度將二者分別摻雜到PVK中，對它們的光譜性質(zhì)進(jìn)行分析，再根據(jù)能量轉(zhuǎn)移量子效率

7、的推導(dǎo)，認(rèn)為能量從PVK到DPVBi的傳遞比到TPB的更加有效，從而能夠在相同摻雜濃度下得到更高的發(fā)光亮度。為了進(jìn)一步證明PVK與DPVBi之間的有效能量傳遞，以Rubrene為探針，研究了不同器件結(jié)構(gòu)中DPVBi的藍(lán)色電致發(fā)光機理。實驗結(jié)果表明隨著驅(qū)動電壓增加，摻雜型器件中DPVBi藍(lán)色發(fā)射相對于Rubrene發(fā)光的增長幅度比DPVBi作為單獨發(fā)光層器件的小，說明其發(fā)光機理以能量傳遞為主，從而找出了利用DPVBi與摻雜主體PVK之間的

8、有效能量傳遞獲得高效藍(lán)色電致發(fā)光的直接證據(jù)。此外DPVBi在PVK中的摻雜濃度為1.5wt％時能量傳遞效率最高。 鑒于藍(lán)色有機電致發(fā)光亮度上的優(yōu)勢，又嘗試?yán)糜袡C無機復(fù)合結(jié)構(gòu)來提高藍(lán)色電致發(fā)光器件的性能，并對提高的機理進(jìn)行了討論，發(fā)現(xiàn)利用具有高載流子遷移率的無機材料ZnS作為有機器件中的電子傳輸層、藍(lán)色有機無機復(fù)合電致發(fā)光器件的空穴傳輸層PVK中摻入ZnS納米粒子、有機無機復(fù)合藍(lán)色電致發(fā)光器件不同界面處LiF修飾層的插入主要都是

9、通過增加電子注入或減少空穴注入使得載流子濃度趨向平衡，最終提高器件性能。對于Tandem結(jié)構(gòu)的藍(lán)色有機無機復(fù)合電致發(fā)光器件，則是利用Au作為電荷生成層分別提供電子和空穴，將兩個發(fā)光單元連接起來，在相同驅(qū)動電壓下獲得了高于單個發(fā)光單元的電流效率，而且Au層與相鄰有機層形成界面偶極層，導(dǎo)致兩個發(fā)光單元相對發(fā)光強度的差異。 總結(jié)以上的研究結(jié)果，發(fā)現(xiàn)通過選擇合適的材料和器件結(jié)構(gòu)，可以明顯改善藍(lán)色電致發(fā)光器件的性能。但是無機藍(lán)色電致發(fā)光的