紫外有机电致发光二极管中的空间电荷累积效应和激子调控研究

The ultraviolet (UV) emission can be widely used in curing, disinfection, water treatment, medical care, and full-color display. Currently, mercury and halogen lamps as main UV light sources are of disadvantages of short life, high energy consumption, ozone pollution at operation. So the development of a new energy-saving and environmentally friendly UV light source has important practical significance. The UV organic light-emitting diodes (OLEDs) have the merits of surface-emitting, low drive voltage, high efficiency and low cost; furthermore, their emission spectra can be controlled through a variety of molecular design or through change by a doping concentration of guest in host in the light-emitting layer. This project aims at enhancing carrier balance and reducing device degradation by investigating the field-dependent carrier-trapped density and accumulation effect of space charge in interface, and managing the location of the exciton recombination region in UV OLED under different applied bias. In addition, we will propose solution to reduce the efficiency roll-off by studying the intrinsic absorption of the electrodes and organic materials, as well as light-induced exciton annihilation under high current density from the optical-electrical conversion mechanism, and ultimately develop high-efficiency and long-lifetime UV OLED devices.

紫外发射可用于固化、消毒、水处理、医疗以及全彩显示等广泛领域，目前市场上常用的汞灯和卤素灯紫外光源寿命短、耗能大，工作时容易产生臭氧污染，因此发展新一代节能、环保紫外光源具有重要的现实意义。紫外有机电致发光二极管（UV OLED）具有面发射、低驱动电压、高效率和低成本等优势,而且其发射光谱可以根据实际的需要，利用各种各样的分子设计以及通过发光层主客掺杂浓度的变化来实现，无论从理论还是应用角度都引起越来越多的重视。该项目通过调查UV OLED中载流子陷阱密度的电场依存性以及空间电荷界面的累积效应，调控不同施加电压下的激子形成区，从而改善载流子平衡、降低界面累积电荷产生的紫外发光器件老化。此外，从光-电转换机理上分析电极和有机材料对紫外光的本征吸收，以及高电流密度下光诱导的激子淬灭，提出解决降低效率滚降的途径，最终提出开发高效率和长寿命的实用化UV OLED器件的方案。

紫外有机发光二极管(UV OLED)凭借其独特优势，例如驱动电压低、面发光、发光效率高、制备成本低、全视角等，得到了广泛关注和深入的研究。紫外光源用途广泛，常用在信息存储、消毒杀菌、固化以及鉴定检测等方面。本项目在详细分析紫外有机光电二极管的发光材料、结构设计和载流子与发光机理基础上，实现了高效率和较好稳定性的紫外有机光电二极管。..我们系统研究了紫外发光器件中载流子输运和复合过程，确认了影响载流子复合发光区位置的因素；通过改善器件结构，在实验上和理论上考察了掺杂的功能层对器件性能的影响，证明适当的掺杂浓度可以提高器件的效率和稳定性。开发了星型紫外发光材料，制备了稳定的色纯度高的有机紫外器件（408 nm）；合成了多功能联萘衍生物材料，实现了紫外的自发辐射光放大，并制备了高亮度高稳定性发光器件；使用梯度掺杂浓度的空穴注入层这一简单方法以及改变功能层厚度限制激子复合区在发光层内，获得高效紫外器件。采用(PEDOT:PSS)/MoO3双空穴注入层结构的OLED，器件在377 nm处的外量子效率可达到4.6%，半波宽35 nm，14 V直流驱动时器件的功率密度达到14.2 mW/cm2。此外，利用微腔技术和脉冲驱动方法，得到色稳定的W级的高功率紫外光源（400 nm左右），并成功实现作为色转换薄膜的激发光源。..四年期间共发表SCI论文20篇，EI论文1篇，其中包括影响因子3.0以上的论文6篇，以及相关专利9项；培养博士和硕士研究生15名，四年内有5人次获得国家奖学金；参加国内会议7人次并赴国外学术交流访学1人次。..总之，本项目深入研究了实现高效紫外有机发光二极管的必要条件，取得了较为丰富的成果，奠定了新型有机紫外光源研发的理论和可行性基础。