白光有機(jī)電致發(fā)光器件的光學(xué)仿真與性能研究.pdf

1、有機(jī)電致發(fā)光器件（Organic light-emitting device, OLED）以其全固態(tài)、響應(yīng)快和可柔性等優(yōu)異特性，成為21世紀(jì)最具發(fā)展?jié)摿Φ墓腆w照明和顯示設(shè)備。與目前其他傳統(tǒng)的器件比較，OLED器件還具有電流驅(qū)動、主動發(fā)光、超薄厚度、工作環(huán)境適應(yīng)度高和器件可優(yōu)化程度高等的特點(diǎn)。其中，白光OLED器件由于可以作為面光源、顯示的特性，成為目前研發(fā)的重點(diǎn)與焦點(diǎn)。但是，目前白光OLED器件中還存在著發(fā)光性能不足、器件功能單一和發(fā)光

2、顏色易漂移的缺點(diǎn)。針對這些問題，本工作采用超薄發(fā)光層結(jié)構(gòu)和兩發(fā)光層中間設(shè)置間隔層結(jié)構(gòu)的方式，提升白光OLED器件性能，實(shí)現(xiàn)功能多樣化，并且還獲得高色穩(wěn)定性白光發(fā)射器件。同時(shí)從量子理論入手，對白光OLED器件的光學(xué)性能，包括外量子效率，光譜分段模擬和變色能力值進(jìn)行數(shù)學(xué)算法實(shí)現(xiàn)和模擬仿真，進(jìn)一步幫助分析與解釋高性能特性、多功能特性和高色穩(wěn)定性特性。本論文的具體內(nèi)容包括：
　　1．通過光學(xué)量子理論以及器件性能參數(shù)，對白光OLED器件的光

3、學(xué)特性進(jìn)行計(jì)算與仿真，并利用數(shù)學(xué)工具進(jìn)行算法實(shí)現(xiàn)。
　　基于量子理論的光子能量計(jì)算公式，引入OLED器件的電壓-亮度特征值，電壓-光譜特征值，得到器件發(fā)光光子數(shù)目?；谠摂?shù)值，引入OLED器件的電學(xué)屬性特征值，推導(dǎo)出器件外量子效率的計(jì)算公式。由于該計(jì)算出的外量子效率通過了與物理器件積分球?qū)嶋H測試值的驗(yàn)證，說明了推導(dǎo)原理與算法實(shí)現(xiàn)的正確性。同樣基于光子數(shù)目的理論公式，對任意光譜進(jìn)行了分段光子數(shù)目的模擬，提升了光譜的應(yīng)用范圍。根據(jù)數(shù)學(xué)

4、的絕對誤差理論，創(chuàng)新性地提出了對變色 OLED器件的光譜差異性表征的變色能力值概念，采用數(shù)學(xué)工具進(jìn)行了算法實(shí)現(xiàn)與模擬，為變色OLED器件的設(shè)計(jì)、構(gòu)建打下了理論基礎(chǔ)。
　　2．研究了新型bis[2-(4-tert-butylphenyl)benzothiazolato-N,C2’]iridium(acetyl-acetonate)[(t-bt)2Ir(acac)]黃光發(fā)光材料在OLED器件內(nèi)的最優(yōu)存在形式，并基于其超薄層形態(tài)，制備并

5、深入研究了高性能的白光OLED器件。
　　通過采用超薄層、等厚摻雜層、等量摻雜層的制備方式，對(t-bt)2Ir(acac)發(fā)光材料在OLED器件中的存在形式進(jìn)行了細(xì)致研究，通過性能比較，分析出超薄層結(jié)構(gòu)不僅具有連續(xù)層形成能級凹陷利于載流子聚積的特質(zhì)，還具有摻雜層高效能量傳遞的特質(zhì)，使得器件性能表現(xiàn)優(yōu)異。通過對(t-bt)2Ir(acac)發(fā)光材料的0.5nm厚度，1nm厚度和1.5nm厚度的器件性能比較，分析出1nm的(t-bt

6、)2Ir(acac)薄層的厚度，在電學(xué)方面可以對器件內(nèi)部空穴載流子和電子載流子比例實(shí)現(xiàn)很好的控制，在光學(xué)方面還可以對器件內(nèi)部三線態(tài)激子的自捕獲與能量遷移實(shí)現(xiàn)很好的調(diào)控。通過數(shù)學(xué)工具的計(jì)算，高效白光OLED器件展示出最高40.5 lm/W的能量效率和最高22.01％的外量子效率，為后期高效白光OLED器件的制備提供了結(jié)構(gòu)支持。
　　3．通過改變白光OLED器件內(nèi)間隔層的種類與厚度，實(shí)現(xiàn)了具有變色功能的OLED器件，并進(jìn)行了多項(xiàng)光學(xué)性

7、能的計(jì)算與模擬仿真。創(chuàng)新性地提出激子雙向遷移模型和變色能力理論，并進(jìn)行了變色OLED器件的深入理論分析。
　　當(dāng)設(shè)置N,N’-dicarbazolyl-3,5-benzene(mCP)間隔層的厚度為8nm、16nm和24nm時(shí)，OLED器件表現(xiàn)出了不同的光學(xué)特性。對于未加入mCP間隔層的器件和加入8nm的mCP間隔層的器件，激子的受阻能力不強(qiáng)，導(dǎo)致大部分的激子遷移到黃光發(fā)光層中，并且發(fā)光顏色幾乎不變。而對于16nm的mCP間隔層器

8、件，卻表現(xiàn)出了優(yōu)異的變色特性，從低電壓的藍(lán)光，變?yōu)檫m度電壓下的白光，到高電壓下的黃光，顏色變化明顯。這是由于恰當(dāng)厚度的mCP層，可以很好的控制激子在器件內(nèi)部的分布。對于24nm的mCP間隔層，已經(jīng)超過了激子擴(kuò)散長度距離，并不能對激子的遷移進(jìn)行調(diào)控?；诖?，本文提出了激子雙向遷移模型理論，當(dāng)激子雙向遷移區(qū)域處于藍(lán)光發(fā)光層與間隔層界面附近時(shí)，電壓的變動會導(dǎo)致藍(lán)光與黃光的光子數(shù)目之比產(chǎn)生劇烈變動，達(dá)到變色效果。為了體現(xiàn)變色器件的變色能力，本文

9、創(chuàng)新性的提出并開發(fā)了變色能力值的概念與公式，得到了最高的mCP間隔層器件的變色能力值為41.2%?；谖宸N不同間隔層的最高占有分子軌道能級和三線態(tài)能級，生成的變色能力預(yù)估模擬方程對理想的間隔層進(jìn)行了仿真。最后本工作討論了器件中激子反躍遷現(xiàn)象與器件性能的模擬關(guān)系，為高性能器件的間隔層選取，做了理論鋪墊和模型指導(dǎo)。
　　4．通過引入bis[(4,6-difluorophenyl)-pyridinato-N,C2’](picolinat

10、e) iridium(III)(FIrpic)藍(lán)光磷光染料，利用mCP間隔層厚度的調(diào)控手段，進(jìn)行對(t-bt)2Ir(acac)黃光染料和iridium(III)bis(4’,6’-difluorophenylpyridinato)tetrakis(1-pyrazolyl)borate(FIr6)藍(lán)光染料組合的白光OLED器件光學(xué)顏色修正，得到并系統(tǒng)研究了三發(fā)光層體系的白光OLED器件的高穩(wěn)定性白光光譜特性。
　　首先對基于(t-

11、bt)2Ir(acac)黃光染料和FIr6藍(lán)光染料的白光OLED器件進(jìn)行深入的光學(xué)顏色研究，發(fā)現(xiàn)隨著電壓的增加，激子復(fù)合區(qū)域，由藍(lán)光發(fā)光層向黃光發(fā)光層移動。隨后，對(t-bt)2Ir(acac)黃光染料和FIrpic藍(lán)光染料的白光OLED器件進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)隨著電壓的增加，激子復(fù)合區(qū)域由黃光發(fā)光層向藍(lán)光發(fā)光層移動?；谝陨瞎ぷ?，設(shè)計(jì)并制備了三發(fā)光層發(fā)光體系的白光OLED器件，通過mCP間隔層的厚度調(diào)整與優(yōu)化，對器件的載流子與激子進(jìn)行控制，