叠层有机发光二极管(Organic Light-Emitting Diode, OLED)白光器件具备低功耗、高亮度、高色域等性能优势。然而, 由于效率、寿命及驱动电压等性能仍有较大改进空间, 叠层结构的材料及电学结构仍需进一步优化。本文重点介绍叠层 OLED白光器件的最新研究进展, 总结了三类电荷产生层(Charge Generation Layer, CGL)在工程化应用中存在的问题以及其非破坏性检测方法; 综述高效叠层 OLED白光器件的“全磷光体系”、“并行通道激子收集”及“混合磷光热活性型延迟荧光(Thermally Activated Delayed Fluorescence, TADF)体系”最新研究成果, 对器件寿命问题进行总结, 探讨分析“分级掺杂”、“四色混合 TADF体系”等从结构方面提出优化方案, 并针对不同发光材料体系中的 CGL材料及结构综述叠层 OLED白光器件实现较低工作电压的技术方法, 最后对叠层 OLED白光器件的材料和结构提出改进建议。

采用两种覆盖层 CPL(Capping layer)材料 Alq3和 ZnSe制备了顶发射白光有机电致发光器件 TE-OLEDs(Top emitting white organic light-emitting diodes), 器件结构为 ITO/NPB:LiQ (5%) (10 nm) /TCTA(20nm)/FIrpic+3.5%Ir(ppy)3+0.5%Ir(MDQ)2(acac)(25nm)/TPBI(10nm)/LiF(5nm)/Mg: Ag(10%) (12 nm)/CPL。实验结果表明, Alq3和 ZnSe作为 CPL可以增强 TE-OLED器件的出光和调制光谱特性, 并且 ZnSe作为覆盖层制备的 TE-OLED器件色坐标(CIEX, CIEY)随亮度变化更平稳, 表现出良好的色稳定性。进一步, 通过改变 ZnSe厚度来优化器件, 当 ZnSe为 45 nm时, 器件获得了最佳的亮度和电流效率, 分别为 1461 cd/cm2和 7.38 cd/A, 色坐标为(0.30, 0.33)。

有机电致发光器件的发光颜色与色纯度在很大程度上受限于有机材料本身特性, 而通过光学微 腔效应可以从器件结构的改变来进行色纯度的调节。本文介绍了一种通过调节有机结构中空穴传输层 和电子阻挡层厚度, 从而改变器件微腔腔长, 获得高纯度顶发射单色发光器件的方法。利用这种方法 制作的有机顶发射绿色磷光器件结构为 Si Substrate/Ag/ITO/ NPB:F16CuPc(10 nm,3%)/NPB(x nm)/TCTA(y nm)/ mCP:Ir(ppy)3(40 nm,6%)/ Bphen:Liq(30 nm,40% )/Mg:Ag(12 nm,10%)/Alq3(35 nm),改变 NPB 和TCTA的厚度, 获得了髙色纯度发光器件, 正向出射绿光的色坐标达到(0.2092, 0.7167),接近标准 绿光(0.21, 0.71)。

研制了以镱银合金为透明阴极的顶发射白光 OLED器件。采用 ITO/NPB: LiQ(5%)(10 nm) /TCTA(20 nm)/FIrpic＋3.5% Ir(ppy)3＋0.5%Ir(MDQ)2(acac)(25 nm)/TPBI(10 nm)/LiF(5 nm) /Yb: Ag (X%)(X nm)器件结构, 在相同镱银比例下, 蒸镀不同厚度的镱银合金阴极制备了新型顶发射白光 OLED器件, 获得了优化的镱银合金厚度为 12 nm; 固定镱银阴极厚度, 蒸镀不同比例的镱银合金阴极制备了新型顶发射白光 OLED器件, 探究不同比例的镱银合金对有机电致发光器件的影响。结果表明, 当镱银电极的掺杂比例为 10:1时, 器件的性能最佳, 在 20 mA/cm2电流密度下, 器件的驱动电压为 2.3 V, 亮度为 1406 cd/m2, 色坐标为(0.3407,0.3922)。

作为碳纳米材料家族的一员, 碳量子点(CQDs)以其独特的光电特性、环境友好、制备成本低等优点成为近年来的研究热点, 并在太阳电池、光电催化、传感器等光伏与光电领域展现出广阔的应用潜力。本文以壳聚糖为原料, 采用水热法在酸性、中性、碱性(pH=3,7,10)环境下制备了荧光碳量子点, 并对其光致发光性质和结构进行了表征。TEM测试表明, 随着pH值从3增大到10, 其粒径由2.80 nm减小到1.83 nm。将获得的碳量子点作为光敏化剂, 组装成敏化太阳电池(SSCs), 结果表明pH=3时制备出的CQDs组装的太阳电池具有最高的光电转换效率(PCE)。为了进一步提升SSCs的性能, 将CQDs与N719染料复合, 制备了共敏化太阳电池(co-SSCs)。由于CQDs的上转换特性和良好的载流子传输性能,CQDs/N719基co-SSCs的PCE较CQDs及N719染料单独敏化太阳电池显著提高, 最高PCE达9.13%。这些研究结果为制备碳量子点及组装高效敏化太阳电池提供了新思路。

实验制备了结构为多层阳极/EHI608/NPB/Alq3:ELL/ETL1/LiF/Mg:Ag/CPL的硅基绿光有机电致发光 OLED器件，研究了不同掺杂浓度对器件驱动电压、亮度、发光效率和 EL光谱影响。在此基础上，通过在阴极上制备了一定厚度的阴极耦合层 CPL，并研究了阴极耦合层对 OLED器件微腔效应影响。结果表明，随着发光层掺杂浓度的增大，器件驱动电压、发光亮度和效率逐渐增加，并出现 EL光谱发光峰位红移。同时，随着 CPL厚度增加，多层膜系 ETL/EIL/Mg:Ag/CPL透过率逐渐增加，当阴极耦合层 CPL厚度在 30 nm时候，多层膜系结构的透过率和透过频带较高，多层膜系透过率光谱坐标接近白光(0.33,0.33)等能点。此时，顶发射绿光 OLED器件在不同视角下 EL光谱的蓝移现象最大限度得到了抑制，且 EL光谱半峰宽明显增加。

本文设计了一种磷光顶发射结构制备单色高亮绿光 OLED微型显示器件, 器件结构为: ITO/ 2-TNATA/NPB/MCP: Ir(ppy)3/Bphen/LiF/Mg:Ag。为获得低功耗、高亮度的绿光 OLED微型显示器件, 采用开口率大、益于集成的顶发射结构器件, 并对发光层掺杂机制进行实验研究, 通过改变掺杂比例获得较佳的器件性能。研究表明, 在掺杂比分别为 1.0%、1.5%、1.8%、2.0%、2.3%、2.5%的绿光 OLED器件中, 2.0%的掺杂器件较其他比例的性能更优, 通过进一步优化掺杂研究显示, 发光层主体材料 MCP与掺杂料 Ir(ppy)3的最佳掺杂比例为 1:0.02, 主体材料薄膜厚度为 250 .。在 20 mA/cm2的电流密度下, 得到器件电压为 3.62 V, 亮度为 4622 cd/cm2, 色坐标 (X,Y)为(0.33,0.61)。