基于界面修飾與納米結(jié)構(gòu)的有機(jī)電致發(fā)光器件的性能研究.pdf

1、聚合物電致發(fā)光器件（polymer light-emitting diodes, PLEDs）作為新型的固體照明設(shè)備和顯示器件具有更好的性能優(yōu)勢(shì)。與傳統(tǒng)的發(fā)光照明和顯示方式無機(jī)發(fā)光二極管（LED）、液晶顯示器件（LCD）和等離子體顯示器件（PDP）等比較， PLEDs具有自發(fā)光、快速響應(yīng)、全固態(tài)器件、超薄體積、制備工藝簡(jiǎn)單、制作成本低，尤其是器件具有柔性和全溶液制備方法的特點(diǎn)，既適合大面積的生產(chǎn)從而降低成本，又適合在各種特殊表面和極端情

2、況使用，PLEDs是公認(rèn)為21世紀(jì)最理想和最有使用前景的照明和顯示技術(shù)。但是目前在大尺寸的商業(yè)化應(yīng)用上還存在一些問題需要解決，例如由于PLEDs內(nèi)部電荷載流子的注入和傳輸不平衡導(dǎo)致的器件發(fā)光效率還不夠理想，而且由于目前普遍使用的透明導(dǎo)電陽極氧化銦錫（ITO）使用了稀土元素銦（indium）導(dǎo)致ITO的成本和價(jià)格不斷提高，所以控制整個(gè)PLEDs的生產(chǎn)成本越來越困難。針對(duì)這兩方面的問題，我們通過使用新材料和界面修飾的方法改善器件的發(fā)光性能，

3、同時(shí)通過使用新型納米材料和納米結(jié)構(gòu)取代目前廣泛使用的 ITO透明導(dǎo)電陽極，制備高性能的三基色和基于三基色和兩種互補(bǔ)色的白光磷光 PLEDs，本論文在這兩個(gè)方面進(jìn)行了一系列的探索性和創(chuàng)新性的工作，具體包括：
　　1．通過溶液旋涂的方法，在溶液中摻雜oligo(ethylene oxide)(PEO-DME)，從而制備了高效率藍(lán)光磷光PLEDs，器件中使用poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(st

4、yrenesulfonate)(PEDOT:PSS)旋涂在透明導(dǎo)電陽極indium tin oxide(ITO)上作為空穴注入材料，氟化銫/鋁作為電子注入電極。單層活性發(fā)光層使用poly(9-vinylcarbazole)(PVK)作為主體材料，bis[(4,6-difluorophenyl)-pyridinato-N,C2](picolinato)Ir(III)(FIrpic)作為藍(lán)光磷光摻雜染料，1,3-bis[(4-tert-bu

5、tylphenyl)-1,3,4-oxidiazolyl]phenylene(OXD-7)作為電子傳輸材料。PEO-DME的摻雜比例為5-10wt％時(shí)可以有效的降低電子和空穴的注入勢(shì)壘。當(dāng)發(fā)光亮度為2500cd/m2時(shí)，器件達(dá)到最大的電流效率為26.5cd/A。器件取得高性能的原因在于PEO-DME的摻雜會(huì)使這種材料與鋁電極之間產(chǎn)生特殊的相互作用，從而改善了電荷載流子在界面的注入，另外PEO-DME的摻雜改變了器件內(nèi)部的電場(chǎng)分布，從而導(dǎo)

6、致電荷載流子的遷移率提高。
　　2．通過在單層發(fā)光活性層中摻雜使用poly(ethylene glycol)dimethyl ether(PEG-DME)，制備了高性能白光磷光PLEDs。根據(jù)白光的顏色組成不同，器件的發(fā)光活性層中分別摻雜了PVK、OXD-7和兩種互補(bǔ)色或者三基色的磷光染料。摻雜的PEG-DME可以有效的增強(qiáng)電子注入和傳輸，同時(shí)平衡電子和空穴的密度?；趦煞N互補(bǔ)色的白光PLEDs在正向觀測(cè)亮度為1800cd/m2時(shí)

7、最大的電流效率為17.5cd/A，基于三基色的白光PLEDs在正向觀測(cè)亮度為3000cd/m2時(shí)最大的電流效率為35.7cd/A，即使發(fā)光亮度高達(dá)30000cd/m2時(shí)，器件的電流效率仍然可以達(dá)到30cd/A以上。器件的高電流效率歸因于提高了陰極向聚合物發(fā)光活性層的電子注入能力，電荷傳輸能力和PEG-DME對(duì)長(zhǎng)波長(zhǎng)發(fā)光峰的增強(qiáng)作用。另外，器件穩(wěn)定的電流效率是由于單載流子器件中電荷載流子注入和傳輸?shù)脑鰪?qiáng)以及激子復(fù)合發(fā)光區(qū)域的移動(dòng)導(dǎo)致的三重

8、態(tài)激子-極化子湮滅和電場(chǎng)導(dǎo)致的三重態(tài)激子猝滅減弱。
　　3．通過溶液法制備銀納米線（AgNW）和AgNW-聚合物復(fù)合電極基板，制備了藍(lán)光、綠光和紅光磷光 PLEDs?；谶@類金屬納米結(jié)構(gòu)電極基板的發(fā)光器件獲得了比傳統(tǒng)ITO/玻璃基板上更高的發(fā)光效率。藍(lán)光PLEDs在亮度為1400cd/m2時(shí)，電流效率達(dá)到21.5cd/A，在發(fā)光亮度為450cd/m2到5500cd/m2時(shí)，器件的效率維持在20-21.5cd/A這個(gè)很小的范圍之內(nèi)，

9、即使發(fā)光亮度達(dá)到10000cd/m2時(shí)，效率仍然可以達(dá)到18.5cd/A。根據(jù)不同發(fā)光顏色，器件的結(jié)構(gòu)略有不同，基于AgNW-聚合物復(fù)合電極基板的藍(lán)光、綠光和紅光器件的發(fā)光效率比基于 ITO/玻璃基板的器件高20-50%。三種不同種顏色器件性能的提高歸因于AgNW-聚合物復(fù)合電極基板具有比 ITO/玻璃基板更高的透過率，尤其是在短波長(zhǎng)區(qū)域和藍(lán)光區(qū)域，同時(shí)復(fù)合電極基板中的AgNW是作為多光子散射中心存在，可以提高基板的出光率。另外，藍(lán)光P

10、LEDs器件可以經(jīng)過10次到100次的反復(fù)彎曲，并且曲率直徑只有1.5mm。進(jìn)過計(jì)算，根據(jù)器件彎曲的方向不同，發(fā)光器件受到的內(nèi)部壓力或者表面張力可以達(dá)到5%，并且器件的發(fā)光性能變化不大，在器件反復(fù)彎曲100次后，電流效率可以保持在初始效率的87%。
　　4．通過使用 AgNW-聚合物復(fù)合電極基板制備了高性能磷光白光 PLEDs，同時(shí)利用復(fù)合電極基板提高了白光器件的發(fā)光效率和光提取效率?；趦煞N互補(bǔ)色的白光PLEDs在正向觀測(cè)亮度為

11、4500cd/m2時(shí)最大的電流效率為20.3cd/A，基于三基色的白光PLEDs在正向觀測(cè)亮度為4000cd/m2時(shí)最大的電流效率為42.3cd/A，相對(duì)于使用ITO/玻璃基板的傳統(tǒng)器件，器件的發(fā)光效率分別提高了35%和41%。即使在發(fā)光亮度提高到10000cd/m2以上，白光器件的發(fā)光效率依然分別保持在20cd/A和40cd/A。白光器件的高電流效率歸因于AgNW-聚合物復(fù)合電極基板有效提取了傳統(tǒng)器件中透明導(dǎo)電電極ITO中被陷阱的40