基于有机异质结为连接层的叠层有机电致发光器件光电性能的数值研究

The further understanding of the work mechanism of tandem OLEDs is the basis of fabrication of high performance tandem OLEDs. For tandem OLEDs, the distribution characteristics of carrier concentration, electric field intensity, potential and excition concentration in device，the current balance factor of each light units，and the light output perfanmence are the significant embodiment of manifestation of work mechanism. The project investigates on the electrical and optical performance of organic heterojunction-based tandem OLEDs by numerical study method. Firstly, it builds an electrical model for tandem OLEDs in order to research the distribution characteristics of carrier concentration, electric field intensity, potential and excition concentration in device. Secondly, it builds an optical model of tandem OLEDs for studying the influence of the functional layer thickness on the light output property and light emitting spectrum of tandem OLEDs. Finally, it edits a set of software to caculate the electrical and optical performance of tandem OLEDs, providing a reliable analysis tool to research and design the tandem OLEDs.

了解叠层有机电致发光器件(简称叠层OLEDs)的工作机理是制备高性能叠层OLEDs的基础，在叠层OLEDs中，器件内载流子浓度、电场强度、电势、激子浓度的分布特征，发光单元的电流平衡因子及器件的出光特性是叠层OLEDs工作机理的重要表现形式。本项目以基于有机异质结为连接层的叠层OLEDs为研究对象，拟数值研究其电学和光学性能。首先，建立准确的叠层OLEDs的电学模型，通过数值求解，研究器件中载流子浓度、电场强度、电势、激子的分布特征以及各个发光单元的电流平衡因子；其次，建立叠层OLEDS的光学模型，研究功能层厚度对器件出光特性和发光光谱的影响；最后，研制一套叠层OLEDs光电性能模型软件，为深入了解叠层OLEDs的工作机理、制备高性能的叠层OLEDs提供一个可靠的分析工具。

能否解决有机电致发光器件( Organic light-emitting diodes，OLEDs)高亮度和长寿命之间的矛盾，关系到OLEDs能否产业化，而具有叠层结构的OLEDs（简称叠层OLEDs）是实现OLEDs同时具有高亮度和长寿命的重要方法之一。有机异质结连接层因其具有良好的透光性、制备工艺与OLEDs完全兼容的优点，被广泛应用在叠层OLEDs中。本课题致力于研究基于有机异质结为连接层的叠层有机电致发光器件工作机理，以期为制备高性能OLEDs提供重要的理论参考。主要研究内容有：1 有机异质结电荷产生层电荷产生能力的研究，通过设计不同厚度组合的C60 /CuPc有机异质结连接层，发现厚度为，结构为 C60 ( 30 nm) /CuPc( 10 nm) 的连接层具有最强的电荷产生能力，并对最优结构连接层形成的物理机制作了合理的解释；2 通过实验设计，获得了有机异质结连接层产生的器件电流电压特性曲线，通过数值分析器件的log(J)–V1/2 和 ln(J/E)–1/E2的特性，发现有机异质结连接层产生的载流子注入机制符合Richardson–Schottky模型；3 研制了基于有机异质结C60/ZnPc为连接层，结构为ITO/MoO3(3 nm)/TAPC(60 nm)/TCTA:Firpic(10%, 30 nm) /TmPyPB(40 nm)/LiF(0.5 nm)/Al(1 nm)/ C60(5 nm)/ZnPc(5 nm)/MoO3(3 nm)/TAPC(60 nm)/TCTA:Firpic(10%, 30 nm)/TmPyPB(40 m)/LiF(0.5 nm)/Al的叠层蓝色磷光器件，在发光亮度为100 cd·m−2时实现了器件的外量子效率达到42.9%；4 采用双极性主体材料和热激活延迟荧光（TADF）发光材料作为混合型白色OLED的发光源，白色磷光器件的电流效率、功率效率以及外量子效率分别达到43.67 cd/A, 45.73 lm/W， 18.52%；5 建立了有机电致发光器件的出光特性的数值模型，可研究OLEDs的光学性能；6 研究了活性层和电极厚度有机光敏场效应管的工作机理的影响。此外，还开展了激光器的研发工作。这些研究结果可为理解叠层OLEDs的工作机理以及制备高性能叠层有机电致发光器件提供理论基础。