有机电致发光器件电子注入材料及相关机理研究

论文摘要

有机电致发光器件（OLED）是平板显示技术的研究热点,而载流子注入平衡与否是影响其性能的重要因素。本论文重点研究了两种OLED阴极界面修饰材料的电子注入机理,设计了新型阴极结构,提高了器件效率。主要成果为:1、通过热力学计算得到了碳酸铯（Cs2CO3）真空热分解反应的吉布斯自由能随温度和压强的变化规律,从热力学上证实Cs2CO3在真空蒸镀时发生分解,生成金属Cs。设计了Cs2CO3真空热分解实验,通过与热力学计算结果进行比较,验证了Cs2CO3真空蒸镀分解生成金属Cs的结论。对Cs2CO3薄膜进行了X射线光电子能谱（XPS）分析,制备并研究了基于Cs2CO3的单电子传输（Electron-only）器件,进一步证实了Cs2CO3真空蒸镀沉积的物质是金属Cs这一结论。2、设计了新型的Cs2CO3:Ag/Ag复合阴极结构并制备了OLED器件,器件结构为ITO/NPB （50 nm） /Alq3 （50 nm） /Cs2CO3:Ag （1:10, 5 nm） /Ag （100 nm）时,电流效率达到4.4 cd/A,高于LiF （0.5 nm） /Al和Cs2CO3 （0.5 nm） /Ag阴极器件。对复合阴极的电子注入层厚度、Cs2CO3:Ag掺杂比例进行了优化。通过XPS分析,推测电子注入层中CsAg合金的形成是器件性能提高的原因。制备了Cs2CO3:Ag/Ag复合阴极和Cs2CO3/Ag阴极透明OLED器件,器件双面发光的总电流效率达到3.13.5 cd/A,阴极方向出光光谱更接近发光材料本身的光谱。3、通过热力学计算得到了硼氢化钾（KBH4）真空热蒸发分解反应的吉布斯自由能随温度和压强的变化规律,从热力学上证实在真空条件下蒸镀时KBH4发生分解,生成金属K。对KBH4真空蒸镀薄膜进行了XPS分析,进一步证实了KBH4真空蒸镀分解生成金属K这一结论。4、首次将KBH4用作电子注入材料制备了高性能的OLED器件,器件结构为ITO/F4-TCNQ （4.5 wt%） : m-MTDATA （100 nm） /NPB （20 nm） /C545T （1.5 wt%） : Alq3 （30 nm） /Alq3 （30 nm） /KBH4 （5.0 nm） /Al （100 nm）时,电流效率达到11.0 cd/A,高于LiF（0.5 nm）/Al器件。对KBH4的厚度进行了优化,发现器件在一个比较宽的范围内（3.07.0 nm）均表现出很高的性能。采用不同金属阴极的器件性能都很高,说明KBH4的电子注入效果对阴极金属没有选择性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 有机电致发光器件概述
• 1.1.1 概述
• 1.1.2 发展历史
• 1.1.3 器件结构与工作原理
• 1.2 有机电致发光器件电子注入材料的研究现状
• 1.2.1 提高电子注入的意义
• 1.2.2 阴极界面电子注入机理
• 1.2.3 阴极/电子注入材料的研究现状
• 1.2.4 关于碳酸铯电子注入机理的争议
• 1.2.5 研究背景小结
• 1.3 论文工作思路及主要内容
• 第2章 实验方法
• 2.1 试剂和仪器
• 2.1.1 主要试剂
• 2.1.2 仪器
• 2.2 材料及薄膜性质的表征
• 2.2.1 薄膜表面形貌测定
• 2.2.2 薄膜成分与结合状态分析
• 2.3 器件制备
• 2.3.1 基片清洗
• 2.3.2 蒸镀
• 2.3.3 封装
• 2.4 器件性能测试
• 2.4.1 电流密度-电压-亮度测试
• 2.4.2 发光效率测试
• 2.4.3 发光光谱测试
• 2.4.4 发光寿命测试
• 第3章 碳酸铯电子注入机理及器件研究
• 3.1 研究背景
• 3.2 碳酸铯电子注入机理研究
• 3.2.1 碳酸铯真空热蒸发过程的热力学计算
• 3.2.2 碳酸铯真空热分解实验
• 3.2.3 真空蒸镀碳酸铯薄膜的XPS 分析
• 3.2.4 基于碳酸铯的单电子传输器件的研究
• 3.3 基于碳酸铯-银复合阴极的器件研究
• 3.3.1 复合阴极电子注入层厚度的优化
• 3.3.2 复合阴极电子注入层掺杂比例的优化
• 3.3.3 复合阴极器件与碳酸铯/银、氟化锂/铝器件性能的比较
• 3.3.4 复合阴极电子注入层合金的表征
• 3.4 基于碳酸铯的透明器件研究
• 3.4.1 银薄膜厚度的优化
• 3.4.2 银厚度不同的复合阴极透明器件的比较
• 3.4.3 复合阴极与碳酸铯/银阴极透明器件的比较
• 3.4.4 透明器件不同出光方向的光谱分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 硼氢化钾的电子注入机理及器件研究
• 4.1 研究背景
• 4.2 硼氢化钾电子注入机理研究
• 4.2.1 硼氢化钾真空热蒸发过程的热力学计算
• 4.2.2 真空蒸镀硼氢化钾薄膜的XPS 分析
• 4.3 基于硼氢化钾的器件研究
• 4.3.1 基于硼氢化钾器件与氟化锂/铝器件性能的比较
• 4.3.2 电子注入层厚度的优化
• 4.3.3 阴极金属选择性的研究
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果