碱金属化合物在有机电致发光器件中的电子注入特性分析-analysis of electron injection characteristics of alkali metal compounds in organic electroluminescent devices.docx

摘要有机发光二极管OLED是电流驱动型发光器件，所以实现器件内部的电子与空穴的平衡是实现高效率发光的关键因素之一。而大多数的有机材料，其空穴迁移速率都要比电子迁移速率高，并且阳极修饰技术的发展已经使得空穴的注入能垒大为减小，因此采用阴极修饰层降低电子的注入能垒、采用n掺杂技术提高电子传输层的电子迁移速率，就成了众多研究者关注和研究的方向。目前，已经报道的可促进电子注入与改善电子传输的材料多为碱金属的无机化合物，如LiF、CsF、Li2CO3、Cs2CO3等。这些材料在有效降低电子注入能垒、实现n掺杂的同时，也存在着许多的不足，例如过高的升华温度给器件的制备要求和工艺增加了难度和成本，极易受潮的特性又会对器件的稳定性和寿命产生较大影响。如果能用一类低升华温度的材料实现高效而稳定的电子注入和电致发光，那将会给OLED的发展带来巨大利好。本论文即围绕实现这一目标展开工作，主要包含以下方面的内容：1．研究有机碱金属化合物(CH3)3CCOOCs作为电子注入材料在OLED器件中的应用。(CH3)3CCOOCs具有升华温度低、热稳定性高、成膜性能好、注入效果佳、可适用电子传输材料范围广等优点。在C-545T发光的多层荧光器件中，无论使用Alq3还是MADN作为电子传输层，都能实现高效率的电致发光，其最高效率均达到或超过了20cd/A，比使用LiF做电子注入的器件显著提高。XPS测试结果显示，在Alq3上依次蒸镀(CH3)3CCOOCs和Al之后，都有电子从(CH3)3CCOOCs转移给Alq3。而在MADN上蒸镀(CH3)3CCOOCs之后却没有电子转移，但是当继续蒸镀Al之后就会有电子从(CH3)3CCOOCs转移到MADN。UPS测试结果也显示，对于Alq3和MADN薄膜，在其上依次蒸镀(CH3)3CCOOCs和Al之后，都能有效降低电子注入能垒。制作的以(CH3)3CCOOCs为电子注入层，蓝光荧光材料PCPI发光的单层蓝光器件，其最大亮度和最高效率分别达到了12940cd/m2和3.6cd/A。2．在固定(CH3)3CCOO-阴离子基团的基础上，逐渐改变碱金属离子，纵向研究(CH3)3CCOOLi、(CH3)3CCOONa、(CH3)3CCOOK、(CH3)3CCOORb和(CH3)3CCOOCs作为电子注入材料在OLED器件中的应用。这四种碱金属盐与(CH3)3CCOOCs类似，都具有低的升华温度和高的热稳定性。在C-545T发光的多层荧光器件中，当使用Alq3作为电子传输层时，使用这些盐做电子注入的器件都能取得高达20cd/A的效率。但对于MADN作为电子传输层，它们的电子注入性能及器件的效率从Li+到Cs+随着碱金属离子活性的增强而逐渐增强，只有(CH3)3CCOORb与(CH3)3CCOOCs做电子注入的器件才具有较高的效率。3．固定Cs+离子，改变酸根离子，横向研究(CH3)3CCOOCs、(CH3)2CHCOOCs、CH3CH2COOCs、CH3COOCs、CsF、Cs2CO3作为电子注入材料在OLED器件中的应用。这些有机铯盐都具有升华温度低、热稳定性好的优点。在C-545T发光的多层荧光器件中，无论使用Alq3还是MADN作为电子传输层，这些有机铯盐并没有因为烷烃链酸根的改变而使器件的效率表现出多大差异。但是当使用CsF、Cs2CO3做电子注入时，对于MADN作为传输层的器件，其在大气中的稳定性较差，出现黑点的速度很快，所以器件效率比使用有机铯盐的器件存在较大差距。另外，对于这些有机铯盐，由于其与Alq3和MADN之间的相互作用比较微弱，因而电子转移效果也微弱，所以仅管能够作为良好的电子注入层使用，却不能作为有效的n掺杂剂使用。4．研究具有无机盐特性的二元有机酸盐(COOCs)2做为电子注入材料在OLED器件中的应用。在C-545T发光的多层荧光器件中，无论使用Alq3还是MADN作为电子传输层，(COOCs)2都具有良好的电子注入效果。不仅如此，(COOCs)2还是非常好的n掺杂剂，其掺杂到Alq3、MADN和TmPyPb中，可以大大降低器件的操作电压。在磷光器件中，这种掺杂在降低操作电压、提高功率效率的同时，还显著减缓了效率的滚降。XPS测试结果显示(COOCs)2是一种推电子能力很强的材料，与Alq3、MADN之间会发生强烈的相互作用，并转移大量电子，所以可以形成有效的n掺杂效果。UPS测试结果表明(COOCs)2的存在能够有效降低电子注入能垒，从而增强电子的注入。关键词：有机发光二极管电子注入碱金属化合物三甲基乙酸盐烷基取代铯盐草酸铯n掺杂AbstractSinceOrganicLight-EmittingDiode(OLED)iscurrent-drivendevice,thebalanceofelect