1、叠层有机发光器件的性能优化Innovative Design and Performance Optimization ofTandem Organic Light-emitting Diodes 中文摘要有机白光发光二极管是实现全色显示的重要原型器件之一,而且作为一种超薄光源还可用作液晶显示的背光源以及一些特殊场合的照明。本文从发光区域、器件结构、材料选择等方面回顾了有机白光发光研究的一些进展情况，以及对研究现状进行了分析，并做了一些的开拓创新的实验。实验中采用了 MoO3 和 Mg：Bphen 作为叠层有机发光器件的中间连接层，并对其进行了性能优化。在这其中，选择、设计、制备合适的内部连接
2、层是提高叠层器件性能的关键。本论文主要通过光电子能谱（ XPS 和 UPS ）对叠层有机发光器件的界面电子结构和能级排布进行分析，研究其工作机理，并进一步探讨了各种中间连接层结构和材料对器件性能的影响。具体实验内容如下：（1）蒸镀单层标准器件,电流效率达到了 3 cd/A；（2）改变器件结构，将单层变为叠层，并且分别使用 MoO3，Mg：Bphen 和 Mg：Bphen 加 MoO3作为中间连接层，与单层器件发光单元相比，其亮度与效率均有大幅度提高；（3）将叠层结构进一步优化，使用叠层加入掺杂结构，使用绿光材料 C545T,使得叠层器件的最大电流效率达到了 20 cd/A。通过实验，对前后实验
3、进行对比，从理论分析和实验验证两个角度，都证明了实验结果的正确性和可靠性。最后，我们还对此次实验进行了一定的推广应用，初步探讨了叠层结构在太阳能电池中作为中间电极的作用。关键词：半导体技术 叠层有机发光二极管 能级排布 内部连接层AbstractOrganic white light-emitting diode is one of the important prototype devices of full-color display. As a type of super-thin lighting, it can be applied in back-lighting of LCD a
4、nd various flat-panel displays. This paper presents the progress of organic white light-emitting diodes in terms of light-emitting zone, device structure, and material selection.The favorable intermediate connector is of critical importance for designing high-performance tandem Organic Light-emittin
5、g Diodes （ OLEDs ）.In this thesis, the interfacial electronic structures and energy level alignment of Tandem OLED were studied in detail via ultraviolet and X-ray photoemission spectroscopies ( UPS and XPS ), and their working mechanisms for charge carrier generation and injection process were also
6、 explored. In addition, the impact of constituent materials and structure on the performance of intermediate connectors were discussed. The details of research work are as following:（1）The single structures;（2）The tandem structures with MoO 3-based intermediate connectors.Highly efficient emission w
7、as obtained from the tandem device;（3）Device optimization,the maximum luminous efficiency of 20 cd/ A is obtained.Moreover, the function of the interfacial electronic structures and energy level alignments was analyzed.Finally，we preliminarily explored the function of tandem in the middle electrode
8、of tandem solar cell.Keywords：Semiconductor Tandem OLED Energy level alignment Intermediate connector目录第一章：绪论 .11.1 引言 .11.2 研究背景 .21.3 研究现状及内容 .31.3.1 叠层 OLED 器件发展历程 .31.3.2 叠层 OLED 器件研究现状 .31.4 本论文的研究意义和主要工作 .4第二章：实验原理与实验设备 .62.1 实验目的及其主要意义 .62.2 实验原理 .72.3 实验仪器与设备 .72.3.1 UHV 系统 .72.3.2 器件制备及其表征
9、.82.4 实验步骤与操作 .9第三章：实验思路及器件结构 .103.1 实验构想 .103.2 实验具体结构 .113.3 叠层 OLED 器件的制备技术 .123.4 相关实验技术 .133.4.1 X 射线光电子能谱和紫外光电子能谱 .133.4.2 器件的主要材料 .13第四章：实验数据及其处理 .144.1 单层实验数据结果 .144.2 叠层实验数据结果 .164.3 单层与叠层的数据结果比较 .184.3.1 开启电压对比 .184.3.2 电流效率对比 .184.3.3 叠层器件造成的色度漂移 .194.4 叠层内部连接层之间的数据比较 .21第五章：实验的结果分析 .255.
10、1 从 UPS 光谱来进行实验验证 .275.2 从能级排布来进行理论分析 .285.3 实验结论 .31第六章：实验的优缺点及其评价 .336.1 主要优点 .336.2 主要缺点 .336.3 实验评价 .33参考文献 .39苏州大学本科生毕业设计（论文）1第一章：绪论1.1 引言21 世纪的今天是信息的时代，是微电子和光电子技术在信息社会的大舞台上施展才华的时代。人们需要性能更好、更能符合未来生活需求的新一代平板显示器，来迎接“4C”，即计算机、通信、消费类电子和汽车电子时代的到来。在新兴的平板显示技术中，有机发光二级管（Organic Light-emitting Diode,OLED
11、)由于具有自发光、广视角（接近 180o） 、反应速度快（1us 量级） 、发光效率高、工作电压低、厚度薄、重量轻、可制作大尺寸与柔性面板、制作简单、成本低廉等等诸多优点，已逐渐成为未来平板显示技术发展的一个重要方向。苏州大学本科生毕业设计（论文）2苏州大学本科生毕业设计（论文）3图 1.1 过去十年来 OLED 的市场需求量统计如图 1.1 所示，据统计数据表明有机白光二极管（ OLED ）的产品到 2010 年已将近 100 亿欧元。OLED 的优势已显而易见。另外 OLED 在背光源和白光照明领域也显示出巨大的应用前景 1 3。显示和照明 OLED 产品以开始投入市场，形成了一个具有光明
12、前景的高科技新兴产业。1.2 研究背景OLED 显示器：有机电致发光技术作为新一代显示技术，与目前占主流地位的CRT 及 LCD 技术相比，OLED 在器件结构、制备工艺、驱动电路和发光性能等方面具有以下特点：（1）超薄膜结构厚度薄、质量轻，其核心厚度可小于 1 mm，约为 LCD的 1/3,通常质量小于 1 kg。（2）OLED 器件为全固态结构，抗震性好，可以适应巨大加速、振动、离心等恶劣环境，非常适合应用于军事领域。（3）主动发光，发光亮度和发光效率高，视角很宽（一般可达到 1600） ，不会有选择视角问题。其主动发光的特性使 OLED 比 LCD 亮得多，对比度大、色彩效果更好、可在很
13、大的角度范围内观看而显示画面不失真。（4）响应速度快，OLED 显示器的响应速度约为数微秒，而液晶显示器的响应速度通常是几十微秒，两者相差悬殊。因此，OLED 可显示活动图像，可以实现精彩的视频重放。当前从显示器的总体发展而言，绿色（节能减碳） 、3D 和触控是未来三大发展方向。OLED 恰是作为代表引领着发展的潮流。目前，日本索尼 Sony 公司展示出了用轮转印刷生产出的柔性多彩的 OLED 面板。苏州大学本科生毕业设计（论文）41.3 研究现状及内容1.3.1 叠层 OLED 器件发展历程图 1.2 叠层 OLED 的发展过程叠层 OLED 器件的概念是由日本山形 Kido 教授首先提出的
14、，它们利用Cs:BCP/V2O5 作为内部连接层，将数个发光元件串联起来。这与传统的 OLED 技术比较,拥有较高的发光率，而且其发光效率随着串联元件个数的增加而成倍增加。但是这种器件的驱动电压也会随着元件串联级数的增加而增加 5。1.3.2 叠层 OLED 器件研究现状OLED 照明作为一种高效节能平面分布式的固态光源具有以下特点：（1）OLED 照明不是点光源，而是分布式（散布式）平面固体光源，它重量轻、超薄、柔软、明亮、少阴影；（2）能耗低、使用与维护安全；苏州大学本科生毕业设计（论文）5（3）能效高、寿命长，没有灯丝断裂而耐用。1.4 本论文的研究意义和主要工作此次毕业设计的题目是面向
15、新一代叠层有机发光器件的创新设计及其性能优化,整个设计历时近四个月。最开始的时间主要是查阅资料,我们主要查阅了上海复旦大学黄春晖教授的有机电致发光材料与器件和美国施敏教授 S. M. Sze 的半导体器件物理与工艺（第三版） （Semiconductor Devices Physics and Technology）,此外还有 Nature Science，Applied Physics Letters，Advanced Materials Organic Electronics，Journal of Materials Chemistry 等一些外文期刊,阅读文献包括英文翻译就一共花了我大概
16、一个月的时间,然后就进入了正式的前期设计和构想阶段,在拿出初步的设计方案后,我主动和我的导师联系,向他们请教,对设计进行了修改和完善。接着就进入了中期的实验阶段，这个过程是最艰难的一段时间,许多困难需要克服。比如学习使用紫外光电子能谱仪（ UPS ）就大概需要一个月的时间。最后，在设计完成之后就是制作和测试阶段,这一整个过程在学校实验室内进行。整个设计制作出来以后,有两个创新点：第一个是使用双层叠层结构；第二个是使用双层掺杂来作为叠层结构的内部连接层。最后，本文还尝试性的设想了一系列新的有机白光的叠层结构，进行了实验探索，并对实验结果进行了分析讨论。本论文共分为 8 章，其具体内容如下：第 1
17、 章 绪论：本章主要讨论了有机发光二极管（ OLED ）的发展背景，研究现状，发展方向以及产业化现状。并且简要介绍了本文的主要工作。第 2 章 实验原理与实验技术：本章主要阐述了整个叠层有机发光二级管的实验背景，实验现状、实验原理、实验仪器、实验操作、实验材料、实验仪器、实验步骤等。在我写的文献综述当中，还有这一方面更加详细的介绍。第 3 章 实验思路及器件结构：本章提出了我的实验构想，给出了每一个器件的具体结构，并对相关的实验技术进苏州大学本科生毕业设计（论文）6行了说明。第 4 章 实验数据及其处理：本章给出了我实验的所有原始数据和进行 Origin 绘图后的对比图像，并进行比较分析，得出结论。第 5 章 实验的结果分析：本章从理论和实验两个角度，分别进行了从能级排布来进行理论分析和从紫外光电子能谱（ UPS ）来进行实验验证。两者结果基本一致，最终得出实验结论。第 6 章 实验的优缺点及其评价：本章回顾了整个实验过程，对其进行了优缺点分析和总体评价。第二章：实验原理与实验设备
