无电极修饰层的高效三层磷光有机电致发光器件及其工作机制研究

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近些年来,有机电致发光器件(OLEDs)因其具有的全固态、全彩色等优良特性而受到了广泛的关注。为了实现高效率和低开启电压的OLEDs,许多功能层,如阳极修饰层(AML)、阴极修饰层(CML)、空穴阻挡层(HBL)、电子阻挡层(EBL)等被引入OLEDs中。其中AML和CML分别用来增强空穴和电子的注入能力;而HBL和EBL则可以很好地阻挡从发光层到传输层的激子扩散。显然,多层器件成为了提高器件性能的常用方法,然而多一层功能层就意味着额外的制备工序,过多的功能层会造成制备周期长和制备成本高等问题,从而限制OLED产品的普及化进程。实际上,随着有机材料体系的发展,一些材料具有优越的性能,这使得它们能在OLEDs中充当多种功能层的作用。例如,DNA-CTMPYPBA(deoxyribonucleicacid-cetyltrimetylammonium complex)的空穴迁移率高,可以作为空穴传输层(HTL),同时它的最低未占据分子轨道(LUMO)能级低使得该材料同样适用于充当EBL;而TCTA(4,4′,4″-Tris(carbazol-9-yl)-triphenylamine)常用于HTL,除此之外由于其具有高的三线态能级,它还可以在发光层中作主体。因此通过选择合适的材料,我们有可能在不影响器件性能的前提下简化器件结构。然而目前报道的简单结构的磷光OLEDs的研究还很少,因此在本文中,我们研究了只包含HTL/EML/ETL的高效三层磷光OLED。首先,我们在实验室已有的研究基础上,发现在阳极上直接生长TAPC作为空穴传输层的器件对比于插入阳极修饰层的常规器件具有更大的电流密度,基于上述现象,我们以绿色磷光染料Ir(ppy)3为客体制备了以MoO3,PEDOT:PSS为AML的器件与仅有HTL-TAPC的器件作为对比实验,研究有无AML对于器件性能的影响。我们通过阻抗谱测试和瞬态测试分别测得器件的电容-电压特性曲线以及瞬态电压放电曲线,并结合器件的稳态的场致发光特性,即电流密度-电压-亮度特性曲线进行分析,结果表明,TAPC作为HTL时无修饰层的器件具有最好的空穴注入能力,因此,可以选择直接在阳极上沉积TAPC对器件进行简化。随后,我们又研究了CML对于器件性能的影响,制备了以TmPyPB和Bphen为电子传输层的发光器件,结果表明,Bphen做为电子传输层的器件中,无CML的Mg:Ag阴极具有良好的电子注入能力,因此,可以在Bphen上直接沉积Mg:Ag合金作为阴极,对器件结构进一步进行简化。然后,将最终简化得到的三层绿光器件与常用的引入电极修饰层的多层绿光器件对比,发现结构为ITO/TAPC(50 nm)/CBP:Ir(ppy)3(30 nm)/Bphen(50nm)/Mg:Ag(15:1 120nm)的简单三层器件具有更好的效率滚降(整段有点不通顺),我们通过对器件的外量子(EQE)-电流曲线进行理论模拟,分析了器件的激子淬灭机制,解释了简单三层结构器件效率滚降的机理。之后,又研究了基于不同掺杂客体的器件内部复合机理,制备了以Ir(ppy)3、Ir(MDQ)2(acac)和FIrpic为客体的绿光、红光和蓝光OLEDs,结合能级图和电容-电压特性曲线分析,我们认为绿光和红光磷光器件中存在两种复合机制,即郎之万复合和陷阱辅助复合,同时还进行了理论模拟分析。通过进一步改变发光层主体材料,我们选择更为合适的主体材料CBP,进一步优化了三层结构OLED。最后,我们通过在CBP中同时掺入FIrpic和Ir(MDQ)2(acac),制备了器件结构为ITO/TAPC(50 nm)/CBP:25wt%FIrpic:0.2wt%Ir(MDQ)2(acac)(30 nm)/Bphen(50 nm)/Mg:Ag(15:1,120 nm)三层结构的单发光层白光器件,器件最大电流效率可达21 cd/A。
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