改善有机电致发光器件的效率和稳定性的研究第五章 .docx

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1、精品名师归纳总结第五章有机电致发光器件老化机理的讨论5.1引言有机电致发光器件具有很多优点，例如：自发光、视角宽、响应快、发光效率高、温度适应性好、生产工艺简洁、驱动电压低、能耗低、成本低等，因此有机电致发光器件极有可能成为下一代的平板显示终端。相伴着有机电致发光器件的商业化， 弄清晰有机电致发光器件的老化机理以及提高它们的寿命就变的日益重要起来。在有机电致发光器件的老化过程中先显现黑斑（dark spo）ts，然后黑斑的数目逐步增多，面积逐步扩大，与此同时器件本身的亮度和效率随着工作时间的增加逐步下降，最终导致器件的失败。黑斑的产生是由于空气中的氧气及水气与器件的电极及有机材料发生反应引起的

2、1-10，可以通过提高器件的封装技术来掌握其影响，而器件的亮度和效率随着工作时间的增加逐步下降仍有待于进一步的讨论11-22。在本章，我们讨论了有机电致发光器件在不同的驱动模式（直流电源驱动和沟通电源驱动）下的老化过程，我们发觉在相同的初始亮度 100cd/m2条件下，用沟通电源驱动的器件的寿命（器件的亮度下降到初始值的一半所用的时间）远远大于用直流电源驱动的器件的寿命。为了说明上述现象并弄清晰器件的老化机理，我们又制作了单载流子器件（只传输空穴或电子的器件），并讨论了这些器件的老化特性。5.2材料的挑选及器件的制备和测试5.2.1材料的挑选我们选用 CuPc作为阳极修饰材料，NPB 作为空穴

3、传输材料，Alq 作为掺杂母体及电子传输材料，rubrene作为掺杂剂。所用材料均由购买获得，它们的化学结构如图 5.1 所示。5.2.2器件的制备和结构制备过程与其次章类似。器件结构为ITO/ CuPc30 nm/ NPB80 nm/Alq:Rubrene70 nm/Alq10 nm/LiF0.5 nm/Al120。n器m件的发光面积为2.5 cm 3.5 cm，图 5.2为器件的结构示意图。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结NCuNNNNCuPcNNONNNNAlOONAlqNRubreneNPB图 5.1所用材料的结构Al120 nmLiF 0.5 nmAlq310 nmA

4、lq:Rubrnee70 nmNPB80 nmCuPc30nmITO glass图 5.2器件的结构5.2.3蒸镀及测试仪器RF-5301PC荧光光谱仪、北京师范高校光电仪器厂的ST-900型柔弱光光度计、我们自可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结己制作的沟通电源、德国布劳恩公司的手套箱，可以维护H2O1ppm,O21ppm的器件封装条件、沈阳四达真空技术讨论所多源有机分子束沉积系统。5.3器件在不同的驱动模式下的老化过程讨论我们讨论了器件分别在沟通电源驱动和直流电源驱动下的老化过程。驱动条件为： 对于沟通电源，在正偏（ITO接正电极，Al 接负电极）时供应 39.5 mA恒定电流

5、占一个周期的 3/4，在反偏时供应 15V的恒定电压占一个周期的 1/4，频率为 200Hz。对于直流电源，始终供应一个正偏的 55.0mA的恒定电流。图 5.3为沟通电源的波形示意图。39.5mAT15V图 5.3沟通电源的波形示意图器件的初始亮度为 100cd/m2。图 5.4为器件在不同的驱动模式下的亮度的衰减曲线。我们可以看出用直流电源驱动的器件的亮度下降的特别快速，工作约250小时，亮度就下降到了初始亮度的一半。而用上述的沟通电源驱动的器件，亮度的下降就缓慢了很多，工作约2000小时，亮度仍有初始值的70%。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结图 5.4 器件在不同驱动模

6、式下的亮度衰减曲线图5.5 器件在不同驱动模式下的电压上升曲线可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结图 5.5为器件在不同的驱动模式下的电压上升曲线。我们可以看出用直流电源驱动的器件的电压上升特别快速，在很短的时间内，电压就上升了约 4V。而用沟通电源驱动的器件，在工作了约2000小时后，电压上升了约1V。为 了 解 释 上 面 的 实 验 现 象 ， 我 们 这 里 先 做 两 个 假 设 ：1器 件的亮度随着工作时间的增加而下降是由注入到 Alq:rubrene层中的空穴引起可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结的，空穴注入到 Alq:rubren层e中后，就会形成 A

7、lq+和 rubren+e，而 Alq+和 rubren+e可以可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结有效的淬灭荧光（将在5.4 试验中证明）。2器件的电压随着工作时间的增加而上升是由有机材料中存在的离子杂质（ionic impuritie）s 和电偶极子引起的。如图 5.6 所示，离子杂质和电偶极子匀称分布在有机电致发光器件中，当给器件加上正向偏压后，阳离子杂质向阴极运动，阴离子杂质向阳极运动，电偶极子的方向也在外加偏压下重新排列，从而在器件内部形成一个与外加偏压相反的内建电场，这样假如要想获得相同的电流，就器件两端应当再叠加一个克服器件内建电场的电压（Dechun Zo等u 人已

8、经证明151-7）。a器件内部在加偏压前的情形正向偏压内建电场（b）器件内部内建电场的形图5.6器件内部的成离子杂质和电偶极子在外加偏压作用下形成内建电场的过程依据上边的假设，器件在直流电源的驱动下，随着时间的推移，注入到可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结Alq:rubren层e中的空穴与 Alq 和 rubrene形成 Alq+和 rubren+e的数目越来越多，Alq+和可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结rubren+e可以有效的淬灭荧光（将在5.4 试验中证明），导致器件的亮度不断下降，与此同时扩散到阳极的阴离子

9、和扩散到阴极的阳离子的数目越来越多，重新排列方向的电偶极子的数目也越来越多，内建电场越来越大，要想维护相同的电流，器件两端的电压会越来越大。在沟通电源驱动下，在正向偏压下注入到 Alq:rubren层e 中的空穴，在反向电压的作用下，会有一部分漂移回NPB层中，这样就会延缓在Alq:rubrene 层中形成 Alq+和 rubren+e的速度，从而延缓器件的亮度下降的速度，同时在正向偏压下向阳极扩散的阴离子和向阴极扩散的阳离子在反向偏压作用下又会向相反的方向扩散，在正向偏压下取向的电偶极子在反向偏压作用下又会向相反的方向进行排列，这样就会延缓内建电场增加的速度，从而延缓器件的电压上升的速度。5

10、.4单载流子器件荧光淬灭机理的讨论为了讨论Alq+和rubren+e对器件荧光的影响，我们制作了只传输空穴的图 5.7在有电流偏置情形下的单载流子器件的光致发光强度的变化单载流子器件A 和 B，器件结构分别为：ITO/NPB50 nm/Alq10 nm/NPB50 nm/Al120可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结nm and ITO/NPB50 nm/Alq:rubrene 1.5wt%10 nm/NPB50 nm。/A由l1于20NnPmB是空穴传输材料，所以器件A 和 B 应当只传输空穴而不传输电子。给器件A 和 B 加上电流后，在电流密度不超过250mA/cm2的情形下，

11、没有观看到器件的电致发光，说明电子的注入很小，不能形成激子发射。在给器件A 和 B 加上偏置电流的情形下，我们测量了它们的光致发光强度。图5.7为器件 A 和 B 的光致发光强度随驱动电流的变化曲线，激发光源的波长为 400nm，激发光源的功率保持恒定，器件 A 的监测波长为520nm，对应于 Alq的发射，器件 B 的监测波长为 557nm，对应于 rubren的e 发射。我们可以看出随着偏置电流的增加，器件的光致发光强度逐步下降，这说明流过Alq 层可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结和 Al:rubren层e的空穴与 Alq和 rubrene结合形成的 Alq+和 rubre

12、n+e有淬灭 Alq和 rubrene可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结荧光的作用，从而证明了5.3节的假设1。5.5 结论2我们讨论了有机电致发光器件在不同的驱动模式（直流电源驱动和沟通电源驱动）下的老化过程，在相同的初始亮度100cd/m 条件下，用沟通电源驱动的器件的寿命（器件的亮度下降到初始值的一半所用的时间）远远大于用直流电源驱动的器件的寿命。我们又制作了单载流子器件（只传输空穴或电子的器件），并讨论了这些器+件的老化特性。证明了器件的亮度随工作时间的下降是由Alq 和rubrene引起的。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结参考文献1Lin Ke, Soo

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