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有机电致发光作为一个新兴的研究领域不断吸引着越来越多的人们,目前已成为平板显示领域的一个研究热点。随着信息技术的飞速发展,对信息显示技术提出越来越高的要求。色彩丰富、低耗能、绿色环保、轻便甚至可卷曲的显示屏已成为人们追求的目标。由于有机电致发光屏低电压驱动、高效发光、色彩丰富、响应速度快、视野宽及易于实现超薄、轻便等优点,正迎合了这一要求。有机电致发光涉及化学、物理、材料学等众多学科领域,这需要人们从材料的设计和合成、器件的制备工艺入手,并结合光电性能测量和老化特性分析等全方位去研究开发。
本文侧重于研究有机电致发光器件物理发光和老化特性等方面。结合实际研发,在Windows2000SP4(FAT32)环境下,采用VisualBasic6.0软件平台,自行设计开发了可视化自动测量软件,建立并验证了一套测量有机电致发光器件物理发光及老化特性的自动化测量系统。该系统已被成功应用于国内(西安)的有机电致发光研究。
从理论上推导了功率和亮度的转换关系,给出了开口率的计算方法。通过对单像素结构为ITO(120nm)/CuPc(12nm)/NPB(50nm)/Alq3:C545(30nm)/LiF(1nm)/Al(200nm)被动驱动有机电致发光矩阵屏的物理发光和老化特性测量,研究了有机电致发光器件色坐标与电压和角度、发光亮度与角度的变化关系,实验上验证了器件在启亮前后的载流子注入机理,从量子角度说明了器件的极限响应时间。
首次分析了短波长激发光致发光光谱,讨论了Alq3材料中荧光发光单元的老化分解。研究了有机电致发光器件老化前后开口率与电压和亮度之间的关系。证明了被动驱动有机电致发光器件是一种典型的流控器件。
研究的主要内容包括:(1)首先,通过对物理发光特性的分析,表明器件色坐标为(0.28,0.59),发光亮度能较好地满足朗伯体定律,具有较高的色彩保真度,保证了器件的大视角特性。在启亮前,器件的载流子运动符合热发射注入模型;启亮后,满足隧穿注入模型。从量子角度说明了OLED器件的极限响应时间为ns量级。
(2)其次,在500ed/m2发光强度下进行了三种快速老化实验(恒电压、恒电流和恒光强),研究了老化过程的光电特性。说明了有机电致发光矩阵屏的封装对于提高器件寿命至关重要。开口率在老化前和老化后不随电压变化。老化后,开口率有所减小,但并非导致亮度减弱(老化衰减)的主要原因。证明了有机电致发光器件是一种典型的流控器件。在OLED器件初始老化阶段:电压和电流越大,老化越快;电压和电流越小,老化越慢。发光区域在老化过程中,从NPB/Alq3:C545界面扩散到了Alq3层。当空穴进入Alq3层时,Alq3发生了本征性的氧化还原反应,形成了Alq3+离子的衰减产物荧光猝灭剂,加速了老化过程。老化前后器件的光致发光光谱发生了显著变化。通过对比恒电压、恒电流和恒光强老化Alq3与NPB的峰值比的降低说明了Alq3材料在老化过程中分解。其峰值比说明了现有发光材料相对与老化前能够发光单元的分解程度。而在实际老化过程中,NPB材料层也有所分解,说明了Alq3的分解程度远比假设情况要大。
(3)最后根据实际研发的需要,在Windows2000SP4(FAT32)环境下,采用VisualBasic6.0平台,自行设计并开发了自动化测量软件,建立了一套测量发光及老化特性的有机电致发光器件自动化测量系统。该系统工作时,由计算机通过RS-232或GPIB接口控制Keithley2400SourceMeter和Newport1830-CPowerMeter协同工作,同步检测器件的电压—电流—光强(V-I-P)和电流—电压—光强(I-V-P)特性曲线。同时通过程控,软件能提供三种特殊老化方式:恒电压老化、恒电流老化和恒光强老化,并在老化过程中实时监控,并定时精确采集有机电致发光器件特性曲线,在计算机上实时显示动态过程。根据XYZ色度制规定、合成彩色亮度与显像三基色量之间的亮度关系,实现了矩阵屏开口率测量,给出了光功率与亮度转换的方法。