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。

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)。

白光有机发光二极管可以作为照明、全彩色显示器的光源，成为显示领域研发的重点方向。但白光有机发光二极管的实现还存在性能控制较难，色坐标易漂移等问题。本文通过有机发光二极管器件白光实现及其色坐标计算，初步获得实现白光OLED 器件红、绿、蓝三基色的优化比，通过实验验证制备了色坐标为(0.31，0.35)的白光OLED 器件，进一步通过理论计算和实验优化，减少红光掺杂浓度和增加绿光掺杂比例，实现接近标准白光(0.33，0.33)的有机发光二极管器件制备。

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)。