中南民族大学2012届毕业论文(设计)模板

中 南 民 族 大 学毕 业 论 文 (设 计 )学 院 ： 电 子 信 息 工 程 学 院专 业 ： 生 物 医 学 工 程 年 级 ： 2005题 目 : 有 机 LED 器 件 的 发 光 效 率及 其 影 响 因 素 研 究学 生 姓 名 ： 黄 海 学 号 ： 03073052指 导 教 师 姓 名 : 钟 志 有 职 称 : 副 教 授2012 年 5 月 26 日标 题字 号 ： 小 初字 型 ： 仿 宋 居 中副 标 题字 号 ： 二 号字 型 ： 仿 宋 居 中项 目 栏 横 线 填 写 栏字 号 ： 二 号 字 号 ： 20字 型 ： 楷 体 分 散 对 齐 字 型 ： 楷 体 填 写 居 中页 面 设 置版 面 ： A4上 边 距 ： 2CM下 边 距 ： 2CM左 边 距 ： 2.5CM右 边 距 ： 2.5CM注 ： 首 页 及 目 录 均 无页 眉 、 无 页 脚 。中 南 民 族 大 学 本 科 毕 业 论 文 （ 设 计 ） 原 创 性 声 明本 人 郑 重 声 明 ： 所 呈 交 的 论 文 是 本 人 在 导 师 的 指 导 下 独 立 进 行 研究 所 取 得 的 研 究 成 果 。 除 了 文 中 特 别 加 以 标 注 引 用 的 内 容 外 ， 本 论 文不 包 含 任 何 其 他 个 人 或 集 体 已 经 发 表 或 撰 写 的 成 果 作 品 。 本 人 完 全 意识 到 本 声 明 的 法 律 后 果 由 本 人 承 担 。作 者 签 名 ：年 月 日注 ： 本 页 放 在 学 位 论 文 封 面 后 ， 目 录 前 面目录摘 要 1Abstract11 引 言 22 有 机 LED概 述 22.1 有 机 LED的 发 展 历 史 .22.2 有 机 LED的 应 用 领 域 .32.3 有 机 LED的 优 特 点 .32.4 有 机 LED的 性 能 参 数 .43 有 机 LED器 件 结 构 和 发 光 机 理 53.1 有 机 LED的 器 件 结 构 .53.2 有 机 LED的 发 光 机 理 .63.2.1 载 流 子 注 入 83.2.2 载 流 子 迁 移 83.2.3 载 流 子 复 合 形 成 激 子 93.2.4 发 光 分 子 受 激 发 光 94 有 机 LED的 发 光 效 率 研 究 104.1 理 想 条 件 下 的 发 光 效 率 研 究 .104.2 实 际 条 件 下 的 发 光 效 率 研 究 .135 提 高 有 机 LED发 光 效 率 的 方 法 165.1 传 输 层 及 发 光 层 的 匹 配 提 高 有 机 LED器 件 效 率 .165.2 电 极 和 界 面 性 能 优 化 提 高 有 机 LED器 件 效 率 .175.3 有 机 层 掺 杂 提 高 有 机 LED器 件 效 率 .175.4 提 高 光 的 有 效 输 出 .176 总 结 18致 谢 18参 考 文 献 18目 录 标 题 为 黑 体 ， 小 三 ，居 中 对 齐论 文 目 录 为 自 动 生 成 的 格 式 ， 不允 许 手 工 制 作 。【 格 式 】行 距 ： 1.25倍字 体 ： 宋 体字 号 ： 小 四1有机LED器件的发光效率及其影响因素研究摘要：有 机 LED器 件 具 有 色 彩 丰 富 、 效 率 高 、 亮 度 强 、 寿 命 长 、 能 耗 低 等 许 多 卓越 优 点 ， 被 认 为 是 新 一 代 平 板 显 示 器 的 有 力 竞 争 者 。 本 文 在 简 要 介 绍 有 机 LED发展 历 史 、 应 用 领 域 、 器 件 结 构 和 性 能 参 数 的 基 础 上 ， 重 点 阐 述 了 有 机 LED的 发 光效 率 和 电 致 发 光 （ EL） 机 理 ， 并 以 结 构 为 ITO/TPD/Alq3/Al的 双 层 有 机 LED器 件作 为 研 究 对 象 ， 根 据 光 度 学 理 论 计 算 研 究 了 理 想 情 况 和 实 际 情 况 下 器 件 的 发 光 效率 ， 并 结 合 有 机 LED的 自 身 特 征 提 出 了 提 高 器 件 发 光 效 率 的 方 法 。关键词：有 机 LED； 发 光 机 理 ； 电 致 发 光 效 率Studyontheelectroluminescenceefficiencyandinfluentialfactorsoforganiclight-emittingdeviceAbstract: Organiclight-emittingdevice(LED)hasbecomeaveryattractivecandidateasthenextgenerationflatpaneldisplaysduetoitsexcellentfeaturessuchasfullcolor,high efficiency, high brightness, long lifetime and low power consumption. Thehistory, application, structure and performance parameters of organic LED areintroduced, and the lightemissionmechanismandelectroluminescence (EL) efficiencyare presented respectively. Based on the photometry theory, the EL efficiencyincluding quantum efficiency, energy efficiency and luminous efficiency areinvestigated from perfect and actual aspects for the double-layered organic LED ofITO/TPD/Alq3/Al. In addition, some measures are put forward to improve ELefficiencyoforganicLED.K ey words: organicLED;lightemissionmechanism;electroluminescenceefficiency中 文 论 文 标 题字 体 ： 黑 体字 号 ： 小 二 居 中【格式】摘要、关键字均 为 黑 体 ， 小 四中 文 摘 要 正 文 为 宋 体 ， 小 四Abstract、 K ey words 为 TimesNewRoman， 小 四英 文 摘 要 正 文 为 TimesNewRoman， 小 四其 中 ： 摘 要 和 Abstract属 于 一 级 标 题【 注 意 】论 文 摘 要 不 能 几 句 话 太 简 单 。 因 为 摘 要 是 论 文 的 门 面 ， 很 多 人 首 先 是 通 过 看 你 的 摘 要 就 可大 致 判 断 你 的 写 作 能 力 、 论 文 水 平 。 因 此 要 重 视 摘 要 的 写 作 。 摘 要 主 要 包 括 所 做 工 作 的 意 义 、做 了 什 么 工 作 、 怎 么 做 的 、 得 到 了 什 么 结 论 等 。 写 摘 要 很 费 时 间 ， 绝 非 两 下 子 就 搞 定 了 ， 要 结合 论 文 的 全 文 内 容 ， 绞 尽 脑 汁 、 斟 词 酌 句 ， 方 能 较 好 地 概 括 你 的 工 作 。英 文 摘 要 基 本 上 是 中 文 摘 要 的 翻 译 ， 要 强 调 的 是 绝 不 能 用 什 么 “ 快 译 ” 之 类 的 东 西 ， 也 不能 乱 根 据 你 所 谓 的 理 解 发 明 一 些 词 组 ， 张 冠 李 戴 ； 首 先 不 能 出 现 语 法 错 误 ， 其 次 应 该 符 合 英 文表 达 的 习 惯 ， 尽 量 减 少 中 国 式 英 语 的 痕 迹 ； 尤 其 是 一 些 专 业 术 语 ， 要 查 资 料 (如 图 书 馆 中 国 期刊 网 相 关 的 中 文 论 文 )， 看 文 献 中 别 人 是 怎 么 用 的 。英 文 论 文 标 题字 体 ： TimesNewRoman字 号 ： 小 二 居 中21引言自 从 Tang和 VanSlyke首 次 报 道 高 效 有 机 发 光 二 极 管 （ LED） 以 来 1， 有 机LED 已 经 成 为 当 前 国 际 上 发 光 显 示 领 域 的 热 门 研 究 课 题 之 一 ， 它 不 仅 具 有 优 良的 性 能 价 格 比 ， 而 且 还 具 有 效 率 高 、 亮 度 强 、 视 角 宽 、 功 耗 小 、 驱 动 电 压 低 、 响应 速 度 快 、 易 于 实 现 全 色 显 示 、 能 制 造 成 软 屏 等 许 多 独 特 优 点 2， 被 公 认 为 是 继液 晶 之 后 新 一 代 显 示 器 件 的 主 流 产 品 。 它 可 以 应 用 于 家 电 及 仪 表 段 式 显 示 屏 ， 新型 便 携 式 装 置 （ 如 手 机 、 数 码 相 机 、 PDA等 显 示 终 端 ） 、 手 提 电 脑 、 壁 挂 式 电视 机 的 显 示 终 端 和 电 子 书 籍 等 新 型 柔 软 显 示 屏 ， 其 应 用 潜 力 非 常 巨 大 。为 了 改 善 有 机 LED器 件 的 光 电 性 能 ， 早 日 实 现 其 商 业 化 造 福 于 人 类 ， 提 高器 件 的 发 光 效 率 具 有 非 常 重 要 的 意 义 ， 为 此 ， 本 论 文 在 介 绍 有 机 LED相 关 知 识的 基 础 上 ， 重 点 阐 述 了 有 机 LED的 发 光 效 率 和 电 致 发 光 机 理 ， 并 针 对 小 分 子 有机 LED器 件 分 别 在 理 想 情 况 和 实 际 情 况 下 计 算 研 究 了 器 件 的 发 光 效 率 ， 同 时 结合 有 机 LED的 自 身 特 征 分 析 讨 论 了 提 高 器 件 发 光 效 率 的 具 体 方 法 。2有机LED概述2.1有机LED的发展历史同 无 机 电 致 发 光 （ EL） 器 件 相 比 ， 有 机 LED器 件 的 研 究 要 晚 几 十 年 。 最 早的 有 机 EL 现 象 于 1963 年 被 美 国 NewYork 大 学 的 Pope 发 现 3， 当 时 利 用 蒽 的单 晶 作 为 发 光 材 料 ， 由 于 其 发 光 层 的 厚 度 高 达 1020m， 因 此 ， 只 有 在 外 加 达400V 的 驱 动 电 压 下 ， 才 能 观 察 到 微 弱 的 蓝 色 光 发 射 。 后 来 Helfrich， Lohmann和 Williams 等 人 继 续 进 行 了 研 究 ， 并 将 驱 动 电 压 降 低 到 了 100V 左 右 ， 外 量 子效 率 提 高 到 了 5%（ 光 子 /电 子 -空 穴 对 ） 。 由 于 单 晶 材 料 制 备 困 难 ， 而 且 驱 动 电压 仍 为 百 伏 量 级 ， 使 得 这 些 器 件 还 是 没 有 任 何 的 实 用 价 值 ， 有 机 EL的 发 展 也 因此 处 于 停 滞 状 态 。 1982年 ， Vincetl以 半 透 明 金 作 为 阳 极 ， 利 用 真 空 镀 膜 的 方 法制 备 了 50nm厚 的 蒽 薄 膜 ， 使 得 器 件 的 驱 动 电 压 降 低 到 了 30V以 内 ， 但 其 外 量子 效 率 却 降 低 到 了 0.03%左 右 。 总 而 言 之 ， 早 期 有 机 LED 器 件 的 特 点 是 ： 高 驱动 电 压 、 低 亮 度 、 低 效 率 。1987年 ， 美 国 EastmaKodak（ 柯 达 ） 公 司 的 Tang和 VanSlyke1利 用 氧 化 铟锡 （ ITO） 导 电 玻 璃 作 为 阳 极 ， 二 胺 衍 生 物 （ HTMI） 作 为 空 穴 传 输 层 ， 8-羟 基 喹啉 铝 （ Alq3） 作 为 发 光 层 ， 镁 银 合 金 （ Mg:Ag=10:1） 作 为 阴 极 ， 实 现 了 在 10V的 驱 动 电 压 下 ， 亮 度 为 1,000cd/m2的 绿 光 发 射 ， 而 且 器 件 的 效 率 为 1.5lm/W，寿 命 在 100小 时 以 上 。 这 项 突 破 性 的 研 究 进 展 ， 不 仅 显 示 了 有 机 LED器 件 的 突出 优 点 和 巨 大 的 应 用 前 景 ， 而 且 揭 示 了 有 机 LED器 件 设 计 的 关 键 所 在 为 正 负 载流 子 的 均 衡 注 入 与 有 效 复 合 ， 具 有 里 程 碑 意 义 。正 文 字 体 格 式 ：字 体 ： 宋 体字 号 ： 小 四行 距 ： 1.25 陪 ， 无网 格一 级 标 题 字 体 格 式 ： 黑 体 ， 小 三二 级 标 题 字 体 格 式 ： 黑 体 ， 四 号三 级 标 题 字 体 格 式 ： 黑 体 ， 小 四一 级 标 题 序 号 为 ： 1、 2、 3、 4、 5、 6 二 级 标 题 序 号 为 ： 1.1、 1.2、 1.3 2.1、 2.2、 2.3 三 级 标 题 序 号 为 ： 1.1.1、 1.1.2 2.1.1、 2.1.2 31988年 ， 日 本 九 州 大 学 Saito教 授 4领 导 的 研 究 小 组 提 出 了 引 入 电 子 传 输 层的 概 念 ， 制 备 了 稳 定 、 低 驱 动 电 压 、 高 亮 度 的 具 有 多 层 结 构 的 有 机 LED器 件 ，并 开 展 了 大 量 系 统 和 深 入 的 研 究 工 作 。 1989年 ， Tang将 DCM1和 Coumarin（ 香豆 素 ） 掺 杂 在 Alq3中 ， 利 用 能 量 传 递 ， 实 现 了 不 同 波 长 的 高 效 发 光 ， 并 由 此 设计 出 了 一 系 列 新 型 结 构 的 发 光 器 件 。在 小 分 子 有 机 LED器 件 迅 速 发 展 的 同 时 ， 聚 合 物 LED器 件 也 取 得 了 突 破 性进 展 。 1990 年 ， 英 国 剑 桥 大 学 的 Burroughs 等 人 在 Nature 上 报 道 用 导 电 高 分 子聚 苯 撑 乙 烯 （ poly(p-phenylenevinylene),PPV） 作 为 发 光 材 料 制 成 了 聚 合 物 LED器 件 ， 将 有 机 电 致 发 光 的 研 究 推 广 到 了 聚 合 物 领 域 。 美 国 加 州 大 学 圣 巴 巴 拉 分 校的 Heeger等 人5鉴 于 PPV的 溶 解 性 不 好 ， 对 聚 苯 撑 乙 烯 进 行 了 烷 氧 基 修 饰 ， 制备 了 具 有 良 好 溶 解 性 的 甲 氧 基 异 辛 氧 基 聚 苯 撑 乙 烯 （ MEH-PPV） 。 1991年 ， 他们 利 用 MEH-PPV在 ITO 上 进 行 简 单 的 旋 涂 成 膜 制 备 了 聚 合 物 LED器 件 ， 其 外量 子 效 率 达 到 了 1%。 有 机 聚 合 物 LED器 件 的 制 备 成 功 使 有 机 EL材 料 基 本 上 涵盖 了 有 机 物 的 全 部 领 域 。 目 前 最 亮 的 有 机 LED器 件 可 以 超 过 140,000cd/m2， 驱动 电 压 大 多 低 于 10V， 连 续 使 用 寿 命 长 达 10,000小 时 以 上 的 器 件 也 已 经 成 功 获得 6， 绿 色 和 蓝 色 有 机 LED均 已 达 到 了 实 用 化 要 求 。2.2有机LED的应用领域有 机 LED器 件 的 应 用 领 域 十 分 广 阔 ， 其 中 包 括 ： （ 1） 作 为 二 维 光 源 ， 用 作液 晶 显 示 的 背 光 源 ； （ 2） 代 替 液 晶 显 示 器 来 制 备 小 尺 寸 的 显 示 器 件 ， 用 于 手 机显 示 屏 ， PDA显 示 屏 ， MP3显 示 屏 ， 数 码 相 机 显 示 屏 等 ； （ 3） 开 发 大 尺 寸 的 显示 器 ， 用 作 笔 记 本 以 及 平 板 电 视 机 等 ； （ 4） 应 用 于 室 内 和 野 外 照 明 ； （ 5） 制 成光 电 耦 合 器 件 ， 用 于 光 通 信 ， 即 用 作 集 成 电 路 上 芯 片 与 芯 片 间 通 信 的 单 片 光 源 ；（ 6） 制 成 可 折 叠 的 “ 电 子 报 纸 ” ； （ 7） 全 固 态 的 结 构 ， 可 用 于 航 天 器 、 飞 机 、坦 克 等 的 数 字 图 像 处 理 及 移 动 设 备 的 显 示 器 。2.3有机LED的优特点作 为 新 一 代 平 板 显 示 器 件 ， 有 机 LED 具 有 以 下 优 点 ： 材 料 采 用 有 机 物 ， 选择 范 围 宽 ， 可 实 现 从 红 光 到 蓝 光 的 任 何 颜 色 的 显 示 ； 与 FED、 PDP和 LCD等 平板 显 示 相 比 ， 具 有 驱 动 电 压 低 的 特 点 ， 只 需 312V的 直 流 电 压 ； 发 光 效 率 和 发光 亮 度 高 ； 发 光 视 角 宽 ， 响 应 速 度 快 ； 超 薄 ， 重 量 轻 ， 全 固 化 的 主 动 发 光 ； 可 制作 在 柔 性 衬 底 上 ， 器 件 可 弯 曲 ； 工 作 温 度 范 围 宽 ； 成 型 加 工 相 对 简 便 ， 可 直 接 利用 喷 墨 打 印 技 术 等 形 成 复 杂 的 图 像 和 进 行 大 规 模 、 大 面 积 生 产 ， 不 要 求 昂 贵 的 生产 线 和 设 备 ， 并 容 易 和 其 他 产 品 集 成 ， 具 有 优 良 的 性 能 价 格 比 7-12； 不 受 尺 寸 的限 制 ， 可 实 现 从 高 分 辨 率 头 盔 用 的 微 显 示 到 室 外 广 告 用 的 大 屏 幕 显 示 ； 原 材 料 极丰 富 ， 除 了 有 机 小 分 子 和 聚 合 物 外 ， 还 可 以 通 过 改 变 聚 合 物 的 共 扼 链 长 度 ， 替 换4取 代 基 ， 调 整 主 、 侧 链 结 构 及 组 成 等 方 法 得 到 包 括 红 、 绿 、 蓝 三 基 色 的 各 种 颜 色的 发 光 ， 并 可 以 用 旋 涂 、 浸 涂 等 简 单 方 式 成 膜 ， 很 容 易 实 现 大 面 积 显 示 。为 了 说 明 有 机 LED的 优 点 ， 表 1以 TFT-LCD为 例 ， 从 多 个 方 面 对 二 者 进 行了 详 细 比 较 。 表 1 有 机 LED和 TFT-LCD显 示 产 品 的 性 能 比 较 表性 能 参 数 有 机 LED TFT-LCD发 光 方 式 自 主 发 光 需 要 背 光 源 模 块 或 周 围 光 源响 应 时 间 几 微 秒 40毫 秒视 角 范 围 170度 120度发 光 效 率 15lm/W 48lm/W能 耗 大 小 可 达 1mW， 低 于 背 光 源 LCD 使 用 背 光 源 ， 能 耗 大产 品 厚 度 11.5mm 包 括 背 光 源 约 5mm操 作 温 度 4085oC 050oC抗 震 性 能 全 固 态 ， 抗 震 性 能 好 液 晶 材 料 抗 震 性 能 差环 保 性 能 材 料 满 足 绿 色 环 保 要 求 背 光 源 中 含 水 银 等 有 害 物 质制 造 成 本 制 造 成 本 比 LCD低 40%左 右 工 艺 复 杂 使 制 造 成 本 相 对 较 高制 造 工 艺 结 构 简 单 ， 制 造 工 艺 简 化 器 件 结 构 、 制 造 工 艺 较 复 杂柔 性 设 计 可 采 用 塑 料 基 板 实 现 柔 性 显 示 不 能 实 现 柔 性 显 示产 品 重 量 手 机 应 用 中 小 于 1g 手 机 应 用 大 约 9g彩 色 方 式 三 色 发 光 材 料 、 彩 色 滤 光 片 等 彩 色 滤 光 片2.4有机LED的性能参数一 般 来 讲 ， 有 机 LED器 件 的 性 能 可 以 从 发 光 性 能 和 电 学 性 能 两 个 方 面 来 评价 。 发 光 性 能 主 要 包 括 ： 发 光 效 率 、 发 射 光 谱 、 发 光 亮 度 、 发 光 色 度 和 寿 命 ； 电学 性 能 则 包 括 电 流 与 电 压 的 关 系 、 发 光 亮 度 与 电 压 的 关 系 等 ， 这 些 参 数 对 于 发 光的 基 础 理 论 研 究 和 技 术 应 用 极 为 重 要 。这 里 主 要 介 绍 有 机 LED器 件 的 发 光 效 率 。 发 光 效 率 是 衡 量 发 光 体 好 坏 的 一个 十 分 重 要 的 物 理 量 ， 它 也 是 直 接 反 映 发 光 性 能 的 重 要 指 标 。 通 常 采 用 三 种 方 法来 表 示 发 光 效 率 ， 即 量 子 效 率 （ ） 、 能 量 效 率 （ E ， 又 称 功 率 效 率 ） 和 流 明 效率 （ L ， 又 称 光 度 效 率 ） 。量 子 效 率 是 表 示 某 发 光 体 发 射 的 光 子 数 tN 与 激 发 时 所 吸 收 的 光 子 （ 或 电 子-空 穴 对 ） 数 xN 之 比 ， 即 ： txNN (1)表 头 标 题 为 宋 体 ， 小四 ， 居 中 ， 紧 扣 在 表 上 ，不 得 置 于 标 下 方 。 命 名为 表 1、 表 2 ， 以整 文 的 表 格 顺 序 标 号 ，不 分 章 节 命 名 。表 号 在 正 文 中 必 须 标注 出 来 。【 注 意 】表 格 一 律 自 画 ， 不 允 许出 现 将 别 的 地 方 的 材料 直 接 粘 贴 ； 表 格 为 居中 对 齐 。所 有 公 式 请 用 公 式 编 辑 器输 入 ， 公 式 要 另 起 一 行 ，要 有 公 式 号 ， 且 公 式 号 靠右 。公 式 的 格 式 为 Times NewRomn， 小 四 ， 居 中 。公 式 标 号 为 （ 1） 、（ 2） ，以 整 文 公 式 的 顺 序 编 号（ 右 对 齐 ）5能 量 效 率 E 是 指 发 射 光 的 光 输 出 功 率 fP 与 激 发 时 输 入 的 电 功 率 或 被 吸 收 的光 子 功 率 xP 之 比 ， 即 ： fE xPP (2)由 于 人 眼 对 各 种 波 长 的 光 敏 感 程 度 不 一 样 ， 对 555nm的 绿 光 最 敏 感 ， 对 其他 波 长 的 敏 感 程 度 则 用 光 见 度 函 数 ( ) 来 表 示 ， 会 产 生 这 样 一 个 问 题 ， 即 使 有一 些 能 量 效 率 相 同 的 发 光 器 件 ， 但 人 眼 看 起 来 有 的 比 较 亮 ， 有 的 不 很 亮 。 因 此 用人 眼 来 衡 量 发 光 效 率 时 又 必 须 引 进 流 明 效 率 （ 或 光 度 效 率 ） L 。流 明 效 率 L 即 是 发 光 器 件 发 射 的 光 通 量 F （ 以 流 明 lm为 单 位 ） 与 激 发 时输 入 的 电 功 率 或 被 吸 收 的 其 他 形 式 能 量 总 功 率 xP 之 比 ， 即 ：L xFP (3)3有机LED器件结构和发光机理3.1有机LED的器件结构己 有 的 研 究 表 明 ， 有 机 LED器 件 的 结 构 对 于 提 高 器 件 的 效 率 、 亮 度 和 寿 命等 起 着 至 关 重 要 的 作 用 。 迄 今 为 止 ， 各 种 结 构 的 器 件 己 经 设 计 并 制 备 出 来 ， 但 其基 本 结 构 均 包 括 阴 极 、 阳 极 以 及 夹 在 两 个 电 极 之 间 的 具 有 半 导 体 性 质 的 有 机 薄膜 ， 其 中 一 个 电 极 为 透 明 电 极 （ 一 般 用 ITO 导 电 玻 璃 ） ， 以 便 获 得 发 光 面 。 根据 各 有 机 层 在 器 件 中 的 作 用 ， 可 以 分 为 发 光 层 、 空 穴 传 输 层 、 电 子 传 输 层 、 空 穴注 入 层 、 空 穴 阻 挡 层 等 。 根 据 器 件 中 有 机 层 数 的 多 少 可 将 器 件 分 为 单 层 结 构 、 双层 结 构 、 多 层 结 构 等 。由 于 大 多 数 有 机 LED器 件 中 发 光 材 料 是 单 极 性 的 ， 要 么 具 有 传 输 空 穴 的 性质 ， 要 么 具 有 传 输 电 子 的 性 质 ， 而 同 时 具 有 均 等 的 空 穴 和 电 子 传 输 性 质 的 有 机 物很 少 。 如 果 这 种 单 极 性 的 有 机 物 作 为 单 层 器 件 的 发 光 材 料 ， 会 使 电 子 与 空 穴 的 复合 区 自 然 的 靠 近 某 一 电 极 ， 复 合 区 越 靠 近 某 一 电 极 就 越 容 易 被 该 电 极 所 猝 熄 ， 而这 种 猝 熄 将 有 损 于 有 机 物 的 有 效 发 光 ， 从 而 使 有 机 LED器 件 的 发 光 效 率 降 低 。有 机 LED器 件 的 典 型 结 构 为 图 1所 示 的 “ 三 明 治 ” 型 。 阳 极 一 般 采 用 功 函数 较 大 的 ITO 导 电 玻 璃 ， 作 为 良 好 的 空 穴 注 入 材 料 ， 而 阴 极 一 般 采 用 功 函 数 较小 的 金 属 ， 如 Al， Mg， 镁 铝 合 金 或 Ca等 ， 使 之 能 有 效 地 向 发 光 层 注 入 电 子 ，以 提 高 发 光 亮 度 和 降 低 驱 动 电 压 ， 但 在 考 虑 金 属 电 极 的 低 功 函 数 性 质 时 ， 必 须 同时 兼 顾 到 其 化 学 的 稳 定 性 。 此 结 构 中 使 用 空 穴 和 电 子 传 输 层 来 提 高 器 件 的 导 电 能力 。 在 器 件 中 各 有 机 功 能 层 分 别 起 电 子 传 输 、 发 光 、 空 穴 传 输 的 作 用 ， 从 而 使 器件 具 有 很 好 的 载 流 子 注 入 和 传 输 能 力 ， 同 时 能 够 将 正 负 载 流 子 有 效 地 阻 挡 在 发 光层 内 ， 实 现 载 流 子 的 最 大 复 合 ， 因 此 这 类 器 件 有 着 较 高 的 发 光 效 率 和 亮 度 。 同 时 ，6由 于 各 有 机 功 能 层 在 器 件 中 各 司 其 职 ， 这 样 对 于 材 料 的 选 择 和 器 件 的 优 化 都 非 常方 便 ， 它 是 目 前 有 机 LED器 件 中 最 常 采 用 的 一 种 结 构 。图 1 有 机 LED的 典 型 结 构 示 意 图在 实 际 的 器 件 设 计 中 ， 为 了 使 有 机 LED器 件 的 各 项 项 性 能 最 优 ， 充 分 发 挥各 有 机 功 能 层 的 作 用 ， 通 常 还 会 有 针 对 性 的 引 入 空 穴 注 入 层 或 电 子 注 入 层 。 这 些辅 助 有 机 层 的 引 入 不 但 可 以 保 证 有 机 功 能 层 同 电 极 之 间 具 有 良 好 的 界 面 接 触 ， 而且 能 够 使 载 流 子 更 加 有 效 地 注 入 到 有 机 层 中 。3.2有机LED的发光机理有 机 LED器 件 是 基 于 有 机 材 料 的 一 种 电 流 型 半 导 体 发 光 器 件 。 当 电 极 上 加有 电 压 时 ， 发 光 层 就 产 生 光 辐 射 。 和 无 机 薄 膜 LED器 件 不 同 ， 有 机 材 料 的 电 致发 光 属 于 注 入 式 的 复 合 发 光 ， 其 发 光 机 理 是 由 正 极 和 负 极 产 生 的 空 穴 和 电 子 在 发光 材 料 中 复 合 成 为 激 子 ， 当 激 子 的 能 量 转 移 到 发 光 分 子 时 ， 发 光 分 子 中 的 电 子 被激 发 到 激 发 态 ， 而 激 发 态 是 一 个 不 稳 定 的 状 态 ， 去 激 过 程 产 生 光 辐 射 。 为 增 强 电子 和 空 穴 的 注 入 和 传 输 能 力 ， 通 常 又 在 ITO 和 发 光 层 间 增 加 一 层 有 机 空 穴 传 输层 或 /和 在 发 光 层 与 金 属 电 极 之 间 增 加 一 层 电 子 传 输 层 ， 以 提 高 器 件 发 光 效 率 。有 机 LED发 光 过 程 的 Jablonsky能 级 图 如 图 2所 示 。图 表 居 中 对 齐 。图 标 题 为 宋 体 ， 小 四 ，居 中 ， 紧 扣 在 图 下 ， 不得 置 于 图 上 方 。 命 名 为图 1、 图 2 ， 以 整文 的 图 表 顺 序 标 号 ， 不分 章 节 命 名 。 图 号 在 正文 中 必 须 标 注 出 来 。【 注 意 】 论 文 中 除 极 个别 情 况 外 (要 经 老 师 同意 )， 所 有 图 形 必 须 是自 己 画 的 或 是 由 程 序生 成 的 ， 表 格 也 如 此 。不 允 许 出 现 将 别 的 地方 的 材 料 直 接 粘 贴 过来 的 现 象 。7图 2 有 机 LED发 光 过 程 的 Jablonsky能 级 图其 能 量 可 以 通 过 以 下 几 种 方 式 释 放 ： （ 1） 通 过 振 动 驰 豫 、 热 效 应 等 耗 散 途径 使 体 系 能 量 衰 减 ； （ 2） 通 过 非 辐 射 的 跃 迁 ， 耗 散 能 量 ， 比 如 内 部 转 换 、 系 间窜 跃 等 形 式 ， 如 S1 T1； （ 3） 通 过 辐 射 跃 迁 的 荧 光 发 光 （ S1 S0， S2 S0） 和 磷光 发 光 （ T1 S0） 。 在 能 量 释 放 时 ， 这 些 不 同 形 式 的 能 量 耗 散 过 程 是 一 个 相 互 竞争 的 过 程 。 在 常 温 下 ， 有 机 分 子 的 磷 光 非 常 微 弱 ， 所 以 只 有 其 中 空 穴 和 电 子 复 合成 单 重 态 激 子 的 部 分 才 能 通 过 辐 射 跃 迁 发 射 荧 光 ， 从 而 成 为 有 效 的 有 机 电 致 发光 。 其 中 本 身 能 发 生 辐 射 跃 迁 发 光 的 那 部 分 只 是 所 吸 收 的 总 体 能 量 中 很 小 的 一 部分 ， 即 总 体 吸 收 的 能 量 中 能 够 转 化 为 电 致 发 光 部 分 的 能 量 很 少 。 而 且 ， 在 器 件 的制 备 过 程 中 ， 材 料 的 缺 陷 、 电 极 的 纯 度 以 及 不 同 材 料 界 面 对 发 光 强 度 和 整 体 性 能都 有 很 大 的 影 响 。有 机 LED器 件 的 发 光 机 理 一 般 认 为 由 以 下 四 个 过 程 来 完 成 ， 即 ： 载 流 子 注入 、 载 流 子 迁 移 、 载 流 子 复 合 成 激 子 、 发 光 材 料 受 激 发 光 。 以 典 型 的 “ 三 明 治 ”结 构 为 例 ， 其 发 光 原 理 如 图 3所 示 ， 具 体 过 程 如 下 ：图 3 有 机 LED的 发 光 原 理 示 意 图83.2.1载流子注入载 流 子 注 入 过 程 ： 在 外 加 电 场 的 作 用 下 ， 电 子 从 阴 极 注 入 到 电 子 传 输 层 的 最低 空 分 子 轨 道 （ LUMO） 中 ， 空 穴 从 阳 极 注 入 到 空 穴 传 输 层 的 最 高 占 有 分 子 轨 道（ HOMO） 中 。 电 子 和 空 穴 注 入 相 应 的 轨 道 时 需 要 分 别 克 服 能 垒 e和 h。 e是阴 极 功 函 数 与 电 子 传 输 层 的 LUMO之 间 的 能 垒 ， h是 阳 极 功 函 数 与 空 穴 传 输 层的 HOMO之 间 的 能 垒 。 载 流 子 的 注 入 效 率 对 器 件 的 启 亮 电 压 和 发 光 效 率 甚 至 寿命 等 各 项 性 能 都 具 有 很 大 的 影 响 。 如 果 载 流 子 能 够 有 效 地 注 入 ， 则 能 降 低 启 亮 电压 ， 并 能 在 较 低 的 驱 动 电 压 下 得 到 较 高 的 发 光 效 率 和 亮 度 ， 这 对 实 际 应 用 来 说 其意 义 十 分 重 大 。 载 流 子 的 注 入 机 理 通 常 有 空 间 电 荷 限 制 电 流 注 入 和 隧 穿 注 入 两 种13,14。 无 论 哪 种 注 入 方 式 ， 电 极 材 料 与 有 机 传 输 层 之 间 的 能 垒 大 小 以 及 电 极 与 有机 传 输 材 料 之 间 是 否 有 效 接 触 等 因 素 都 将 直 接 影 响 载 流 子 的 注 入 效 率 。 可 以 相 应的 从 以 下 几 个 方 面 来 改 善 载 流 子 的 注 入 效 率 ： （ 1） 选 择 合 适 的 电 极 材 料 来 降 低载 流 子 注 入 能 垒 ， 以 提 高 载 流 子 的 注 入 效 率 。 一 般 原 则 是 阳 极 材 料 的 功 函 数 越 高越 好 ， 阴 极 材 料 的 功 函 数 越 低 越 好 。 目 前 报 道 的 文 献 中 ， 阳 极 材 料 一 般 使 用 高 功函 数 的 ITO， 它 的 功 函 数 约 为 4.7eV； 阴 极 材 料 一 般 使 用 低 功 函 数 的 Mg:Ag 合金 （ 功 函 数 约 为 3.7eV） 或 Li:Al合 金 （ 功 函 数 约 为 3.2eV） ； （ 2） 选 用 具 有 合适 能 级 的 有 机 注 入 材 料 。 例 如 具 有 适 当 高 的 HOMO能 级 的 空 穴 传 输 材 料 以 及 具有 适 当 低 的 LUMO 能 级 的 电 子 传 输 材 料 也 都 能 在 一 定 程 度 上 减 小 载 流 子 注 入 能垒 ， 从 而 促 进 载 流 子 从 电 极 向 有 机 材 料 层 的 注 入 ； （ 3） 改 善 有 机 LED器 件 的 结构 来 提 高 载 流 子 的 注 入 效 率 ， 比 如 加 入 电 子 或 空 穴 注 入 层 等 。3.2.2载流子迁移载 流 子 迁 移 是 指 注 入 的 电 子 和 空 穴 分 别 在 电 子 传 输 层 和 空 穴 传 输 层 内 向 发光 层 迁 移 。 载 流 子 迁 移 率 是 有 机 传 输 材 料 的 一 个 非 常 重 要 的 参 数 ， 它 定 义 为 在 单位 电 场 强 度 作 用 下 载 流 子 沿 外 加 电 场 方 向 的 平 均 迁 移 速 度 ， 单 位 是 cm2/V.s。 载流 子 迁 移 率 的 大 小 直 接 影 响 着 器 件 的 工 作 电 压 、 发 光 效 率 和 亮 度 。 有 机 传 输 层 的载 流 子 迁 移 率 越 大 ， 越 有 利 于 降 低 器 件 的 驱 动 电 压 和 提 高 器 件 的 发 光 亮 度 及 效率 。 载 流 子 迁 移 率 是 由 传 输 材 料 本 身 的 特 性 所 决 定 的 。 有 些 有 机 材 料 既 能 传 输 电子 又 能 传 输 空 穴 ， 但 是 目 前 已 经 使 用 的 有 机 载 流 子 传 输 材 料 中 ， 大 多 数 是 对 某 一种 载 流 子 表 现 出 较 高 的 迁 移 率 ， 因 而 成 为 这 种 载 流 子 传 输 材 料 。 一 般 的 规 律 是 ：带 有 强 给 电 子 基 团 的 化 合 物 具 有 较 强 的 空 穴 传 输 能 力 ， 例 如 空 穴 传 输 材 料 NPB和 TPD； 带 有 强 吸 电 子 基 团 的 化 合 物 具 有 较 强 的 电 子 传 输 能 力 ， 例 如 电 子 传 输材 料 Alq3。 理 想 的 有 机 LED 器 件 不 仅 要 求 各 传 输 材 料 的 载 流 子 迁 移 率 要 尽 可 能大 ， 而 且 要 求 两 种 载 流 子 的 传 输 速 率 要 相 互 匹 配 ， 以 保 证 两 种 载 流 子 在 发 光 界 面上 尽 可 能 达 到 数 目 平 衡 ， 从 而 提 高 载 流 子 复 合 效 率 以 及 器 件 的 发 光 效 率 。 目 前 多数 空 穴 传 输 材 料 的 空 穴 迁 移 率 在 10-3 cm2/V.s数 量 级 ， 而 常 用 的 电 子 传 输 材 料 的9电 子 迁 移 率 在 10-6 cm2/V.s数 量 级 ， 即 空 穴 传 输 速 率 大 约 是 电 子 传 输 速 率 的 1000倍 15。 空 穴 和 电 子 传 输 速 率 的 不 平 衡 是 导 致 有 机 LED 器 件 的 工 作 电 压 偏 高 ， 发光 效 率 和 使 用 寿 命 低 于 实 用 化 要 求 的 重 要 原 因 之 一 。3.2.3载流子复合形成激子电 子 和 空 穴 经 过 电 子 传 输 层 和 空 穴 传 输 层 的 迁 移 注 入 到 发 光 层 ， 然 后 在 这 里复 合 产 生 激 子 。 伴 随 着 电 荷 复 合 产 生 激 子 ， 体 系 的 能 量 以 激 发 能 的 形 式 贮 存 在 发光 分 子 中 。 载 流 子 复 合 产 生 激 子 是 电 致 发 光 过 程 的 一 个 非 常 关 键 的 环 节 ， 复 合 效率 的 高 低 在 一 定 程 度 上 影 响 着 整 个 器 件 的 发 光 效 率 。 而 载 流 子 复 合 效 率 又 直 接 决定 于 到 达 发 光 层 或 者 发 光 界 面 的 电 子 和 空 穴 数 目 是 否 平 衡 。 为 了 提 高 载 流 子 的 复合 效 率 ， 平 衡 到 达 发 光 层 或 者 发 光 界 面 的 电 子 和 空 穴 的 数 目 至 关 重 要 。 载 流 子 复合 形 成 的 激 子 中 既 有 单 重 态 也 有 三 重 态 。 按 照 自 旋 统 计 规 则16， 电 致 发 光 器 件 中形 成 三 重 态 激 子 的 几 率 与 形 成 单 重 态 激 子 几 率 的 比 例 是 3:1。 因 此 在 单 重 态 激 子发 光 的 荧 光 器 件 中 ， 发 光 的 最 大 内 量 子 效 率 理 论 上 限 是 25%； 而 在 三 重 态 激 子 发光 的 磷 光 电 致 发 光 器 件 中 ， 由 于 单 重 态 到 三 重 态 的 系 间 窜 越 充 分 利 用 了 占 总 激 子总 数 25%的 单 重 态 ， 其 发 光 的 理 论 内 量 子 效 率 可 以 高 达 100%。 因 此 ， 与 荧 光 材料 相 比 ， 磷 光 材 料 在 发 光 效 率 上 有 着 绝 对 的 优 势 和 应 用 前 景 。 但 是 ， 由 于 三 重 态的 寿 命 要 比 单 重 态 的 寿 命 长 得 多 （ 约 1000倍 ） ， 三 重 态 激 子 之 间 的 湮 灭 以 及 自然 环 境 中 的 氧 气 分 子 和 其 他 物 质 对 三 重 态 的 猝 熄 导 致 有 机 磷 光 EL器 件 的 效 率 衰减 非 常 快 。 因 而 通 过 修 饰 发 光 材 料 的 化 学 结 构 来 制 备 三 重 态 寿 命 相 对 较 短 的 磷 光材 料 ， 是 提 高 三 重 态 发 光 效 率 的 重 要 手 段 。3.2.4发光分子受激发光电 子 和 空 穴 复 合 产 生 的 激 子 将 能 量 传 递 给 发 光 材 料 分 子 ， 发 光 材 料 分 子 被 激发 后 辐 射 发 光 。 这 一 过 程 的 效 率 是 由 发 光 材 料 本 身 在 固 态 下 的 发 光 量 子 效 率 决 定的 。 通 常 决 定 材 料 在 固 态 时 的 发 光 量 子 效 率 的 因 素 有 两 个 ： （ 1） 材 料 本 身 处 于单 分 子 状 态 时 的 发 光 量 子 效 率 。 单 分 子 状 态 时 的 量 子 效 率 是 材 料 的 本 征 特 性 ， 这个 数 值 越 高 越 好 ， 很 多 激 光 材 料 的 量 子 效 率 接 近 100%； （ 2） 材 料 分 子 的 构 型 对材 料 发 光 强 弱 尤 其 是 固 态 薄 膜 中 的 发 光 有 着 非 常 重 要 的 影 响 ， 它 直 接 决 定 着 分 子的 自 猝 熄 程 度 。 对 于 自 猝 熄 效 应 严 重 的 发 光 材 料 ， 通 常 将 它 以 客 体 成 分 掺 杂 到 另外 一 种 主 体 发 光 材 料 中 制 成 掺 杂 型 器 件 。 在 掺 杂 型 器 件 中 ， 客 体 分 子 发 光 的 机 制有 两 种 ： 能 量 传 递 机 制 和 电 荷 陷 获 机 制17。 能 量 传 递 机 制 是 客 体 分 子 通 过 能 量 传递 从 激 发 态 的 主 体 分 子 获 得 能 量 ， 从 而 受 激 发 光 。 电 荷 陷 获 机 制 是 客 体 分 子 作 为电 荷 陷 阱 直 接 陷 获 电 子 和 /或 空 穴 形 成 激 发 态 而 发 光 。 在 电 荷 陷 获 机 制 中 ， 掺 杂的 客 体 分 子 因 为 HOMO 比 主 体 分 子 的 HOMO 高 或 者 LUMO 比 主 体 分 子 的LUMO低 ， 因 而 充 当 了 空 穴 或 者 电 子 的 陷 阱 直 接 捕 获 电 荷 而 最 后 获 得 激 发 。104有机LED的发光效率研究4.1理想条件下的发光效率研究有 机 LED器 件 的 发 光 效 率 可 以 用 量 子 效 率 、 能 量 效 率 E 和 流 明 效 率 L 来表 示 ， 下 面 首 先 讨 论