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《北京交通大学》 2017年
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单分子和双分子两种体系有机荧光器件的动态特性及优化

黄清雨  
【摘要】:有机发光的过程就是激子形成,传输和衰减的过程。激子是否能进行有效的辐射跃迁直接影响到器件的效率和稳定性,这也正是我们在发展OLED技术中遇到的最大的问题和挑战。这些问题都与材料和器件中激发态的形成和衰变、激子的动态行为等最基本的动态物理过程紧密相关。激子是有库仑力束缚的电子空穴对,CT激子和Frenkel激子存在于有机材料中。CT激子通常是电子和空穴分别位于不同分子上的激子,也就是论文第三章讨论的双分子激子。Frenkel激子的激子半径最小,其电子和空穴共存于同一个分子上。双分子激子,单分子激子自身的衰减,以及激子和激子,激子和极化子在发光过程中之间的互相作用是本论文研究的对象和内容。本论文分别以双分子参与发光的激基复合物和单分子参与发光的聚合物为对象,采用瞬态发光及其它常规测试手段,深入分析了这两种不同器件的发光机制,及发光层本征特性、功能层特性对发光性能的影响,在此基础上进一步优化了器件性能。本论文首先研究了基于双分子激基复合物OLEDs的发光机制及热激发延迟荧光(TADF)机制。以激基复合物为天然的桥梁,实现了高效TADF过程,在不使用重金属原子的情况下,获得了最大亮度为17100cd/m2,电流效率为41.07cd/A的高效荧光OLEDs。通过薄膜的稳态光致发光光谱以及瞬态光致发光衰减寿命等测试手段,证明了 m-MTDATA:3TPYMB(1:1)体系能实现稳定的激基复合物发光。并利用电致瞬态测试研究电场对双分子激子衰减过程的影响:反向电压对即时发光强度明显减小的作用说明了外加电场使激基复合物激子中的电子和空穴距离增加而导致单线态激子不可逆的解离;高电流驱动时,存在大量的三线态激子、单线态激子以及极化子它们之间的相互作用、相互碰撞大大增加,三线态激子大量被猝灭。其次基于单分子黄光聚合物发光材料(SY),针对聚合物有机电致发光器件(PLEDs)中普遍存在的载流子平衡问题以及相邻功能层之间混溶的工艺问题进行了系统的研究,制备了以ZnO/PEIE双分子层作为电子注入层(EIL)和空穴阻挡层(HBL)反型PLEDs。并通过控制PMMA层的厚度,调整载流子分布,消除过剩的空穴电流。加入了 5.6 nmPMMA层的发型PLED器件,最高EQE达到4.3%。并采用电致瞬态测试手段分析研究了聚合物中单分子激子的衰减机制,通过改变发光层SY-PPV层的厚度和调整空穴电流的注入,明确了 PLED中高发光效率原因以及PLED中高电流密度下的roll-off现象的原因。最后在本论文的工作中,通过掺入适量的金属镍,在玻璃和柔性衬底(PET)上制备了超薄(~7nm)、平整(粗糙度1nm)、高导电性并且有良好机械柔韧性和热稳定性的Ni-doped Ag薄膜。并将该银膜代替ITO作为电极,应用于柔性反型黄光PLEDs中。Ni-doped Ag薄膜作为电极时器件的性能比ITO的EQE提高了 34%,通过模拟计算反型PLEDs中的光波模式分布分析了银薄膜PLED效率增加的原因。最后研究了器件的角度光谱、机械性能,并在PET上基于Ni-doped Ag薄膜制备2 cm×2 cm大面积的柔性发光器件。获得了基于超薄银膜的柔性透明电极,并利用这一薄膜透明电极制备出了厘米尺寸的柔性OLEDs,相比于ITO电极的器件的电流效率增强了 34%。同时,基于超薄银膜的OLEDs在不同视角下的发射光谱几乎不变,其弯曲稳定性超过了 1000次。我们的工作展示出超薄银膜透明电极在柔性有机光电器件领域的巨大应用潜力。图52幅,表5个,参考文献131篇。
【学位授予单位】:北京交通大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TN383.1

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