ZnS薄膜参数对有机/无机复合发光器件特性的影响

半导体量子点(QDs)具有发光效率高和发光波长可调等特点。采用胶体CdSe QDs作电致发光器件的有源材料,TPD(N,N′_biphenyl-N,N′-bis-(3-methylphenyl)-1,1′-biphenyl-4,4′-diamine)作空穴传输层,ZnS作电子传输层,研究了有机/无机复合发光器件ITO/TPD/CdSe QDs/ZnS/Ag的电致发光特性。TPD和CdSe QDs薄膜采用旋涂方法、ZnS薄膜采用磁控溅射方法沉积,器件表面平整。CdSe QDs的光致发光和电致发光谱峰位波长均位于~580 nm,属于量子点的带边激子发光。我们与以前的ITO/ZnS/CdSe QDs/ZnS/Ag发光器件结构进行了对比,发现新的器件结构的电致发光谱没有观察到QDs表面态的发光,而且新器件的发光强度是ITO/ZnS/CdSe QDs/ZnS/Ag结构的~10倍。发光效率的提高归因于碰撞激发与载流子注入两种发光机制并存的结果:一方面电子经过ZnS层加速后,碰撞激发CdSe QDs发光;另一方面,空穴从TPD层注入CdSe QDs与QDs中激发的电子复合发光。我们进一步研究了ZnS电子加速层厚度对发光特性的影响,选择ZnS薄膜的厚度分别是80,120和160 nm,发现随着ZnS层厚度增大,器件启亮电压升高,EL强度增大,但是击穿电压降低。EL峰位随着ZnS厚度的减小发生明显蓝移,对上述实验现象进行了机理解释。     

有机电致发光器件中载流子的输运和复合发光

以高场作用下载流子对三角势垒的FowlerNordheim隧穿理论为基础,建立了单层有机电致发光器件中载流子输运和复合发光模型,给出了薄膜中电子空穴对的解离和复合概率及电子和空穴的密度分布.计算并讨论了外加电压和注入势垒对器件电流和复合效率的影响. 关键词： 电致发光器件 载流子输运 载流子复合     

8-羟基喹啉铝电致发光薄膜的电学特性

用真空蒸发沉积方法制备了一种由8-羟基@4铝(发射层)/二胺(空穴输运层)双层有机膜构成的直流薄膜电致发光(EL)器件。获得了发射峰位于520um的绿色EL.EL光谱极相似于8-羟基喹啉铝粉末的光致发光(PL)光谱。发现当首次对该器件结构施加正向偏压激发电致发光时,出现一个形成过程。实验发现与电致发光形成过程相对应的转变电压可能同有机薄膜的品质及电极蒸发条件有关。     

发光层厚度对有机薄膜电致发光特性影响的研究

本文采用的有机发光材料为8-羟基喹啉铝(8-Alq),结构为ITO/8-Alq/Al夹心式单层EL结构,制备三种不同厚度:300(Å),600(Å),1500(Å)的有机薄膜EL样品.对比和分析它们的I-V和B-I特性曲线,证实发光层厚度对有机薄膜EL样品的亮度产生显著影响,并在稳恒直流电压激发下,探讨了电子和空穴载流子在发光薄膜中的输运,据此分析了产生上述影响的主要原因.     

双层有机EL器件ITO/PPV/Alq3/Al发光稳定性的研究

制备了一组由PPV和Alq3组成的双层有机EL器件ITO/PPV/Alq3/Al;比较了两个发光层厚度不同时器件发光性能的差异.测试和分析了温度、真空度、工作电压和存放时间对器件衰减规律的影响.     

超薄层BCP对有机电致发光器件性能的影响

采用真空热蒸镀的方法,在常规的双层器件结构的基础上,设计了三层双异质结有机电致发光器件(OLED):indium-tin oxide(ITO)/N,N′-diphenyl-N,N′-bis(1-naphthyl)(1,1′-biphenyl)-4,4′-diamine(NPB)/2,9-dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenan throline(BCP)/8-hydroxyquinoline aluminum(Alq3)/Mg∶Ag。通过对器件的电致发光(EL)光谱及器件性能的表征,研究了不同超薄层BCP的厚度对OLED器件性能的影响。结果表明,当超薄层BCP的厚度从0.1nm逐渐增加到4.0nm时,器件的EL光谱实现了绿光→蓝绿光→蓝光的变化;BCP层有效地调节了载流子的复合区域,改变了器件的发光颜色,提高了器件的亮度和发光效率。     

DPVBi/Alq3基有机发光二极管中载流子复合区移动的研究

制备了以结构ITO/PCBM:PVK(x Wt%,～40nm)/DPVBi(30 nm)/Alq3(30 nm)/Al为基础的一系列有机发光二极管,利用电致发光光谱分析了DPVBi/Alq3基有机发光二极管中载流子复合区的移动.通过氟化锂的阴极修饰,改变了器件的载流子注人情况;通过PCBM的浓度变化,改变了载流子的输运情况,讨论了这些因素对载流子复合区形成的影响.同时通过改变对器件所加的电压,讨论了电压对载流子复合区形成的影响,并分析了其影响的本质.     

DPVBi为激子阻挡层的亚单层有机发光器件的制备与光电性能研究

结合亚单层的有机发光技术,制备了一种多层有机电致发光器件,其结构为ITO/m-MTDATA (50nm)/ C545T (0.05nm) /DPVBi (d nm)/DCM2(0.05nm)/ Alq (60nm) /LiF(1nm) /Al.荧光材料C545T和DCM2以亚单层的方式插入DPVBi前后,通过改变DPVBi的厚度,观察器件性能的变化,当DPVBi为4 nm时,器件在4V电压下最大发光效率是4.19 cd/A,在13 V电压下最大亮度是17050 cd/m2.分析对比了四种不同厚度器件的电流密度-电压曲线、亮度-电压曲线、电致发光光谱图和色坐标,发现选择合适厚度的激子阻挡层,可以得到效率较高的器件.激子阻挡层一般选择载流子传输能力较差,HOMO能级较低的材料.所得结果对有机发光器件尤其是采用亚单层有机白光器件的设计和制作有一定的指导作用.     

聚对二甲苯薄膜的制备及其在有机电致发光二极管中的应用研究

 使用自制的分子束源制备了聚对二甲苯（Parylene N,PPXN）薄膜。通过对该分子束源的设计和不断优化,PPXN薄膜可以在室温、10-3 Pa的较低反应压强下以0.01 nm/s~0.02 nm/s的速率沉积聚合。用红外透射光谱和原子力显微镜测量了PPXN薄膜的成分和表面形貌。结果表明,所制备的薄膜成分为PPXN,薄膜呈波浪状、无尖刺的表面形貌。准确控制的PPXN薄膜在有机电致发光二极管中用作缓冲层,对载流子的注入和传输进行调控,有效地改善了器件内部的载流子平衡。最优化结构的器件较未插入PPXN缓冲层的器件,电流效率提高80%以上。     

微腔有机发光器件中的电致发光光谱

设计了结构为Glass/DBR/ITO/TPD/Alq3/Ag的微腔有机发光器件。从理论上详细地研究了腔内各层结构对器件电致发光谱性能的影响。结果表明:随着腔长厚度的增加,器件的归一化电致发光谱强度不断减小;在可见光区,器件的EL谱随发光层厚度的增加出现振荡变化。空穴传输层和发光层的界面位置对器件电致发光谱的影响也很大。最后得到,在设计微腔时发光层厚度要尽量窄,并且中心发光区域应位于谐振腔中电场的峰值位置。     

LiF修饰阴极的双层有机电致发光器件的延时效应

基于载流子的注入、传输和复合过程,建立了双层有机发光器件的电致发光延时理论模型;讨论了电致发光延时随电压、注入势垒、内界面势垒、阳极区厚度及LiF缓冲层(BL)厚度的变化关系。结果表明:(1)低电压下,EL延时由复合过程主导,而高电压下,输运过程起着更重要的作用;(2)当δe/δh2时,M/O界面属于欧姆接触,电流是空间电荷限制的,注入势垒的变化对复合时间trec影响较大,当δe/δh2时,M/O界面成为接触限制,注入势垒的变化对trec几乎没有影响;(3)当内界面势垒超过0.3eV,H′h对trec的影响明显变弱,复合延迟时间基本上由电压和其它因素控制;(4)当电压较小时,随Lh/L的增大,trec增大;当电压超过某一值后,trec几乎不随Lh/L的变化而变化;(5)对于LiF/Ag阴极,在不同的偏压下,LiF的厚度在3.1nm左右时的复合时间最短,对应的EL延迟时间也最短,这与实验中从电致发光效率的角度得出的LiF最佳厚度一致。     

采用瞬态电致发光研究磷光掺杂体系发光瞬时过冲的发射机理

掺杂型有机电致发光器件中载流子累积、载流子复合等物理过程的深入了解对提高器件效率和稳定性有重要作用。通过瞬态电致发光测量可以研究掺杂型有机电致发光器件内部载流子累积。对结构为:ITO/NPB(30 nm)/host:Ir(ppy)_3/BCP(10 nm)/Alq_3(20 nm)/LiF(0.7nm)/Al(100 nm)的器件分别研究主体材料以及客体掺杂浓度变化对有机掺杂型器件瞬态发光行为的影响。实验发现,当单脉冲驱动电压关闭后,只有TAZ:Ir(ppy)_3掺杂器件出现发光瞬时过冲现象,即发光强度衰减到一定时间时突然增强;且随着客体掺杂浓度的增加,瞬时过冲强度逐渐增强。通过分析TAZ:Ir(ppy)_3掺杂器件的瞬时过冲强度对主体材料与掺杂浓度的依赖关系,进一步发现,瞬时过冲效应强度主要受限于发光层内部积累的电子载流子;TAZ:Ir(ppy)_3发光层内电子容易被客体材料分子俘获并积累,电场突变时陷阱电子容易跳跃到主体材料上并与主体材料上积累的空穴形成激子,激子能量传递到客体材料上并复合发光继而出现发光强度的瞬时过冲现象。研究发光瞬时过冲行为可探究器件发光层内的载流子和激子的动态行为,有利于指导器件的设计,从而减少积累电荷的影响,提高器件的性能。     

NPB厚度对异质结OLED载流子复合区域的调控

通过调控p型半导体N,N′-bis(naphthalen-1-y)-N,N′-bis(phenyl)benzidine(NPB)层的厚度,制备了结构为ITO/NPB/aluminum(Ⅲ)bis(2-methyl-8-quinolinato)-4-phenylphenolate(BAlq)/NPB(0~18nm)/tri-(8-hydroxyquinoline)-aluminum(Alq₃)/Mg:Ag的多层有机电致发光器件.分析结果表明,在该类异质结器件中,NPB不仅可以作为空穴传输材料,在适当的厚度范围内,它还可以起到调控载流子复合区域的作用;当NPB厚度在0~18nm之间变化时,随着其厚度增加器件发光颜色可由蓝色变为绿色.通过器件发光光谱的表征可以得知,器件的载流子复合区域相应地由BAlq层转移至Alq₃层.     

输运层势垒对双层结构器件复合发光的影响

通过分析双层结构器件复合发光的实际物理过程，建立了双层器件载流子输运与复合发光的多势垒的理论模型，计算并讨论了器件复合效率随外加电压及输运层势垒（包括势垒高度和宽度）的变化关系，该理论模型较好地解释实验现象。     

互混型有机电致发光器件

通过共蒸镀空穴传输材料TPD和电子传输材料Alq₃,在普通双层器件的异质结界面引入了均匀互混层,并研究了互混层的厚度变化对器件光电性能的影响。互混层的引入在一定程度上改善了普通双层器件的异质结界面由于高浓度载流子积聚导致的高电场和界面缺陷对器件主要性能(效率和寿命)的负面影响。我们发现一定厚度的互混层使器件的性能有所提高。     

Optimal thickness of hole transport layer in doped OLEDs

Current-voltage (I–V) and electroluminescence (EL) characteristics of organic light-emitting devices with N,N’-Di-[(1-naphthalenyl)-N,N’-diphenyl]-(1,1’-biphenyl)-4,4’-diamine (NPB) of various thicknesses as the hole transport layer, and tris(8-hydroxyquinoline)aluminum (Alq₃) selectively doped with 4-(dicyanomethylene)-2-methyl-6-(p-dimethylaminostyryl)-4H-pyran (DCM) as the electron transport layer, have been investigated. A trapped charge induced band bend model is proposed to explain the I–V characteristics. It is suggested that space charge changes the injection barrier and therefore influences the electron injection process in addition to the carrier transport process. Enhanced external quantum efficiency of the devices due to the electron blocking effect of an inserted NPB layer is observed. The optimal thickness of the NPB layer is experimentally determined to be 12±3 nm in doped devices, a value different from that for undoped devices, which is attributed to the electron trap effect of DCM molecules. This is consistent with the result that the proportion of Alq₃ luminescence in the total electroluminescence (EL) spectra increases with NPB thickness up to 12 nm under a fixed bias. PACS 72.80.Le; 85.60.Jb     

Charge tunneling and cross recombination at organic heterojunction under electric fields

Electroluminescence (EL) of bilayer organic light-emitting diodes based on N,N'-diphenyl-N,N'-bis(3-methylphenyl)-(1,1'-biphenyl)-4,4'-diamine (TPD) and 2-(4'-biphenyl)-5-(4”-tert-butylphenyl)-1,3,4-oxadiazole (PBD) were reported. The EL spectra of bilayer device ITO/TPD/PBD/Al consist of monomolecular emission from TPD, exciplex emission and charge carriers cross recombination at the TPD/PBD interface. By varying the thickness of each organic layer while keeping the thickness of the whole device constant, three kinds of bilayer devices were fabricated and their EL and photoluminescence spectra were compared with each other, and our experimental data show that charge tunneling and cross recombination coexist at the TPD/PBD interface, and these two processes compete with each other under high electric fields.     

量子点发光二极管功能层厚度确定方法

为改善量子点发光二极管器件载流子注入平衡,提出一种量子点发光二极管各功能层厚度的确定方法.首先选定量子点发光层厚度,基于隧穿模型进行仿真分析确定电子传输层厚度;然后采用空间电荷限制电流模型进行仿真分析确定空穴传输层厚度.采用CdSe/ZnS量子点作为发光层、poly-TPD作为空穴传输层、Alq_3作为电子传输层,按照该方法仿真分析得到各功能层厚度进行旋涂-蒸镀法实物器件制备.对比实验结果表明:当poly-TPD、QDs及Alq_3厚度分别为45nm、25nm及35nm时,获得了较高的发光效率及色纯度,器件性能最好.该方法确定的各功能层厚度有助于减少载流子在发光界面积累,获得载流子的注入平衡,从而改善QLEDs发光性能.     

Charge carriers bulk recombination instead of electroplex emission after their tunneling through hole-blocking layer in OLEDs

Charge carriers bulk recombination instead of forming electroplex after their tunneling through a hole-blocking layer, i.e. 2,9-dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline (BCP), in organic electroluminescence (EL) device ITO/poly-(N-vinyl-carbazole)(PVK)/BCP/tris(8-hydroxyquinoline) aluminum (Alq₃)/Al is reported. By changing the thickness of BCP layer, one can find that high electric fields enhance the tunneling process of holes accumulated at the PVK/BCP interface into BCP layer instead of forming “electroplex emission” as reported earlier in literatures. Our experimental data show that charge carriers bulk recombination takes place in both PVK layer and BCP layer, and even in Alq₃ layer when BCP layer is thin enough. Further, it is suggested that PVK is the origin of the emission shoulder at 595 nm in the EL spectra of trilayer device ITO/PVK/BCP/Alq₃/Al.     

Recombination zone shift in phosphorescent white organic light-emitting devices with single host structure of multi-emission layers

We have investigated the recombination zone in the phosphorescent white organic light-emitting devices with single host structure of multi-emission layers. Blue, green, and orange-red phosphorescent emitters were doped into the separate layers of single host material for fabricating the white devices with multi-emission layers. The electroluminescence spectrum was substantially modified by the shift of the recombination zone that was dependent upon the thickness of the electron transport layer. We investigated the recombination zone shift in terms of electric field distribution and carrier injection. A maximum external quantum efficiency of 15.9% and a maximum power efficiency of 28.9 lm/W were achieved by optimizing the recombination zone.