采用两种覆盖层 CPL(Capping layer)材料 Alq3和 ZnSe制备了顶发射白光有机电致发光器件 TE-OLEDs(Top emitting white organic light-emitting diodes), 器件结构为 ITO/NPB:LiQ (5%) (10 nm) /TCTA(20nm)/FIrpic+3.5%Ir(ppy)3+0.5%Ir(MDQ)2(acac)(25nm)/TPBI(10nm)/LiF(5nm)/Mg: Ag(10%) (12 nm)/CPL。实验结果表明, Alq3和 ZnSe作为 CPL可以增强 TE-OLED器件的出光和调制光谱特性, 并且 ZnSe作为覆盖层制备的 TE-OLED器件色坐标(CIEX, CIEY)随亮度变化更平稳, 表现出良好的色稳定性。进一步, 通过改变 ZnSe厚度来优化器件, 当 ZnSe为 45 nm时, 器件获得了最佳的亮度和电流效率, 分别为 1461 cd/cm2和 7.38 cd/A, 色坐标为(0.30, 0.33)。

由于有机发光二极管(OLED)中存在金属阴极和有机层界面,故部分光子会转化为表面等离子激元沿金属表面传播耗散掉。同时,金属阴极自身也会吸收部分光能量。这两种情况均会导致器件出光率降低。分析了在结构为Ag (100 nm)/MoO₃ (5 nm)/NPB (35 nm)/EML (20 nm)/Alq₃ (40 nm)/Al (20 nm)/MoO₃ (50 nm)的器件内部引入银纳米颗粒(Ag NPs)或者金纳米颗粒(Au NPs)后器件出光效率的变化。同时,改变金属纳米颗粒的位置以观察其对出光效率的影响。利用有限差分时域法对无金属纳米颗粒的器件和金属纳米颗粒位于器件不同位置时的出光效率进行了模拟计算。结果显示,Ag NPs或者Au NPs都可以提高器件出光效率且Ag NPs优于Au NPs。在468 nm波长下,Ag NPs位于Al阴极表面、电子传输层(ETL)中间和Ag表面时器件的透光率分别是51.1%,50.5%和45.5%,而未掺杂Ag NPs的参考器件的透光率仅为43.3%。

利用Ag/tris-(8-hydroxyquinoline) aluminum(Alq3)/Ag/Alq3/Ag这一金属/有机半导体多层结构作为阳极, 实现了超低效率滚降的顶发射白光器件。在该器件中, 我们在蓝光和橙光发光单元之间引入一个薄的4,4′-bis(9-carbazolyl)-2,2′-biphenyl(CBP)层, 从而减少橙光发光层与蓝光发光层的Dexter能量传递, 用以改善白光器件发光光谱及效率。通过优化微腔设计, 实现了对橙光磷光材料发射的调控。最终, 我们获得了在60 000 cd/m2亮度下效率滚降仅为17%的顶发射白光器件。在效率方面, 虽然顶发射白光器件与底发射白光器件不相上下, 但由于微腔效应的存在, 顶发射白光器件的效率滚降却远低于底发射白光器件的效率滚降。

研制了以镱银合金为透明阴极的顶发射白光 OLED器件。采用 ITO/NPB: LiQ(5%)(10 nm) /TCTA(20 nm)/FIrpic＋3.5% Ir(ppy)3＋0.5%Ir(MDQ)2(acac)(25 nm)/TPBI(10 nm)/LiF(5 nm) /Yb: Ag (X%)(X nm)器件结构, 在相同镱银比例下, 蒸镀不同厚度的镱银合金阴极制备了新型顶发射白光 OLED器件, 获得了优化的镱银合金厚度为 12 nm; 固定镱银阴极厚度, 蒸镀不同比例的镱银合金阴极制备了新型顶发射白光 OLED器件, 探究不同比例的镱银合金对有机电致发光器件的影响。结果表明, 当镱银电极的掺杂比例为 10:1时, 器件的性能最佳, 在 20 mA/cm2电流密度下, 器件的驱动电压为 2.3 V, 亮度为 1406 cd/m2, 色坐标为(0.3407,0.3922)。

为了研究不同厚度C60阴极耦合层对顶发射白光OLED器件光电性能的影响, 实验数值计算了半透明阴极组成的多层膜系(ETL/EIL/Mg∶Ag/C60)的透过率; 同时, 采用共阴极结构设计制备了顶发射白光OLED器件, 并对不同厚度的C60折射率匹配层制备的顶发射白光OLED器件的光电特性进行了研究。结果表明,不同C60厚度的多层膜系透过率差异较大, 在C60膜层厚度为30~40 nm时, 多层膜 在较宽波段范围内均有高的透过率, 且透过率光谱的色坐标最接近白光等能点; 通过分析不同阴极耦合层制备的顶部发光OLED器件的光电性能, 发现采用适当厚度的C60阴极耦合层材料, 可以有效 提高器件外量子效率, 并在一定程度上能够有效改善器件的色坐标, 实现接近等能白光的顶发光OLED器件制备。

顶发射结构可实现100%的开口率, 对高品质有机发光器件(OLED)显示具有重要意义。但目前OLED显示的传统制作方法难度较大, 且器件的光谱稳定性较差。为了降低OLED显示的制作难度并进一步提高器件的光谱稳定性, 本文将CdSe/ZnS量子点与聚甲基丙烯酸甲酯溶液相混合, 并通过压印法制备了具有微结构阵列的红光与绿光量子点下转换膜, 将其与高效顶发射蓝光OLED和彩色滤光片相结合, 实现了红(R)、绿(G)、蓝(B)三色顶发射OLED。RGB器件的最大电流效率分别为36、219和106 cd/A, 色坐标分别为(070, 030)、(024, 062)和(010, 020)。此外, 器件的光谱与色坐标几乎不随电压变化, 且同时具有优良的光谱角度稳定性。这种实现OLED彩色化的方法具有制作简单、成本较低等优点, 具有广阔的发展前景。

为了提高顶发射OELD的效率, 降低电压, 基于纳秒激光刻蚀技术制备了一种用于顶发射OLED的低成本可重复的方形微结构阵列基板, 在此基础上制备了顶发射OLED器件。实验发现, 利用这种基板可以有效提高器件的出光效率, 降低器件的驱动电压。其中, 使用20 μm的方格微结构阵列基板的器件的最高效率达到66.7 cd/A, 40 mA/cm2下亮度达到20 103 cd/m2, 相比于未经刻蚀的无结构器件分别提高9.8%和6.9%; 而使用40 μm的方格微结构阵列基板的器件驱动电压最低, 在40 mA/cm2下为9.58 V, 相较未经刻蚀的无结构器件降低了0.26 V。分析表明, 器件光效的提升和驱动电压的降低主要有两点原因: 首先由于基于微结构阵列基板制备的器件中存在褶皱结构, 可以破坏器件的光波导, 并且增大了器件面积而降低驱动电压; 其次纳秒激光刻蚀产生的光栅条纹可以提高光提取效率, 同时增强局部电场以提高电极的载流子注入能力。

采用核壳结构的绿光CdSSe/ZnS量子点成功制备了顶发射绿光量子点器件, 并详细研究了它的光电特性。与具有相同结构的底发射器件相比, 顶发射器件在亮度、效率、色纯度、光谱的电压稳定性上都得到了显著提高。在相同电压7 V下, 尽管底发射具有更大的电流密度, 但亮度仅为831 cd/m2, 而顶发射器件的亮度则可达到1 350 cd/m2, 并且顶发射器件的最高亮度可达到7 112 cd/m2。在效率上, 顶发射器件的最大电流效率可达6.54 cd/A,远大于底发射器件的1.89 cd/A。在光谱方面, 在底发射器件中出现的红蓝部分的杂光在顶发射器件中完全被抑制, 而且顶发射光谱的半高宽显著窄化, 具有更高的色纯度。当电压从4 V变化到9 V时, 顶发射器件光谱始终保持稳定, 色坐标移动仅为(－0.005, －0.001)。 结果表明, 顶发射结构有利于提高量子点器件的亮度、效率、色纯度以及光谱的电压稳定性。

顶发光 OLED器件是有机光电显示领域的重要组成部分, 其阳极结构及性能对 OLED器件的性能具有至关重要的影响。本文介绍了近年来顶发光 OLED器件阳极的结构、材料及性能改善等领域的研究进展。结合顶发光 OLED器件阳极的工作原理和器件质量要求, 设计了不同结构的顶发光 OLED器件复合阳极, 并采用 TFCalc光学模拟软件和 SimOLED模拟软件对不同结构复合阳极的光学性能及其器件性能进行模拟分析, 获得了较优的顶发光 OLED复合阳极结构, 其结构为 Al/ITO/MoO3, Al/Co/MoO3, Al/Ni/MoO3, Al/MoO3。