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)。

研究了气液混合流清洗方法对单片晶圆表面颗粒的去除效果, 引入无量纲参数移径比(H/D)讨论其对单片晶圆表面颗粒去除效率的影响。此外, 还讨论了冲洗时间、冲洗压力对颗粒去除效率的影响。结果表明: 晶圆表面颗粒去除效率随着冲洗时间、冲洗压力的增大而提高。移径比为 1时晶圆表面颗粒去除效率最高；当移径比小于 1时, 晶圆表面颗粒去除效率随移径比增大而提高；当移径比大于 1时, 晶圆表面开始出现未被冲洗的区域, 颗粒去除效率随移径比增大而迅速降低。采用气液混合流清洗技术, 可以实现颗粒直径为 0.2～0.3 .m范围的颗粒去除效率达 99%以上, 颗粒直径为 0.1～0.5 .m范围的颗粒去除效率达 96%以上。

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)。

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。

为了研究不同厚度C60阴极耦合层对顶发射白光OLED器件光电性能的影响, 实验数值计算了半透明阴极组成的多层膜系(ETL/EIL/Mg∶Ag/C60)的透过率; 同时, 采用共阴极结构设计制备了顶发射白光OLED器件, 并对不同厚度的C60折射率匹配层制备的顶发射白光OLED器件的光电特性进行了研究。结果表明,不同C60厚度的多层膜系透过率差异较大, 在C60膜层厚度为30~40 nm时, 多层膜 在较宽波段范围内均有高的透过率, 且透过率光谱的色坐标最接近白光等能点; 通过分析不同阴极耦合层制备的顶部发光OLED器件的光电性能, 发现采用适当厚度的C60阴极耦合层材料, 可以有效 提高器件外量子效率, 并在一定程度上能够有效改善器件的色坐标, 实现接近等能白光的顶发光OLED器件制备。

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)。

白光OLED微型显示器在信息显示领域具有重要的应用。 采用真空镀膜系统, 依次蒸镀Ag/ITO复合薄膜作为阳极结构, 共蒸制备Mg∶Ag复合膜作为半透明阴极结构, NPB作为空穴传输材料和黄光主体材料, rubrene作为黄光掺杂料, AND作为蓝光主体料, DSA-Ph作为蓝光掺杂料, Alq3作为电子传输材料, 以结构和工艺简化的蓝、 黄光互补色来实现白光, 通过共蒸发形式制备了结构为Ag/ITO/NPB/NPB∶rubrene(1.5%)/ADN∶DSA-Ph(x%/x=2, 5, 8)/Alq3/Mg∶Ag的白光OLED微型显示器, 利用由Photo Research PR655光谱仪、 Keithley 2400程控电源组成的光谱测试系统对器件的光电性能进行表征, 研究了蓝光掺杂比对白光OLED微型显器性能的影响。 结果表明, 随着蓝光掺杂比的增加, 白光OLED微型显示器的亮度先增加后降低, 蓝光、 黄光峰位有所偏移, 色坐标发生一定的漂移, 蓝光色纯度增加, 可通过调控发光材料掺杂比实现白光OLED微型显示器性能的可控制备。 初步优化获得的蓝、 黄混合白光OLED微型显示器的器件, 当驱动电压为5.0 V时, 器件亮度达到3 679 cd·m-2, CIE坐标为(0.263, 0.355)。

顶发光 OLED器件是有机光电显示领域的重要组成部分, 其阳极结构及性能对 OLED器件的性能具有至关重要的影响。本文介绍了近年来顶发光 OLED器件阳极的结构、材料及性能改善等领域的研究进展。结合顶发光 OLED器件阳极的工作原理和器件质量要求, 设计了不同结构的顶发光 OLED器件复合阳极, 并采用 TFCalc光学模拟软件和 SimOLED模拟软件对不同结构复合阳极的光学性能及其器件性能进行模拟分析, 获得了较优的顶发光 OLED复合阳极结构, 其结构为 Al/ITO/MoO3, Al/Co/MoO3, Al/Ni/MoO3, Al/MoO3。