基于微腔结构优化的白OLED微透视的设计仿真与准备

摘要

白光OLED设备在信息显示字段中播放一个重要的应用程序。微腔结构的光学干扰对装置性能具有重要影响。根据乐队结构的设计，ITO / MOO_3.采用共蒸发法制备了Mg: Ag(1%)复合薄膜作为半透明阴极;以CuPc为空穴注入层和阳极钝化层，NPB为空穴透射层，黄光主材料，rubrene为黄色掺杂材料，ADN为蓝光主材料，DSA-Ph为蓝色掺杂材料，TPBi和Alq3为电子传递层。通过调节各有机功能层膜的厚度来实现微腔结构的变化，并利用SimOLED软件系统模拟计算各有机膜层的优化厚度及其对OLED器件性能的影响。优化后的OLED微显示结构为硅_（CMOS）/ ito（35 nm）/ moo_3.(2海里)/ CuPc (5 nm) / 2-TNATA (20 nm) / NPB (10 nm) / NPB:红荧烯(1.5%)、:DSA-Ph(5%)(25海里)/ TPBi(15海里)/ Alq3(1.2海里)/毫克(13海里):Ag)(1%)。采用真空镀膜系统制备优化后的OLED微显示器，并利用Photo Research PR655光谱仪和Keithley 2400程控电源组成的光谱测试系统对OLED器件的光电性能进行表征。研究了微腔结构对OLED器件性能的影响。结果表明:各有机功能层薄膜厚度的变化对OLED微显示器的亮度和颜色坐标等性能有重要影响，OLED微显示器的亮度达到3342 cd/m²结构优化后，在5.0 V正常工作电压下，CIE坐标为(0.28,0.37)，更接近标准白光的能量点。

1.介绍

有机发光二极管（OLED）具有诸如较低的驱动电压，更高亮度，更宽的观察角度和更好的温度适应性的特征1，2在CRT和LCD之后被认定为下一代显示技术。OLED MicroDisplays是一体的基于硅的CMOS技术和OLED技术，该技术在军事，航空航天和消费电子产品（AR和VR）领域进行了重要的应用前景[3.，4]．

白色OLED可通过滤色器层（RGB）和固态照明源实现全彩色显示器，该滤光源吸引了广泛的关注[5- - - - - -7]．直接发射白光的有机材料很少罕见，在OLED材料系统中具有差的性能[8]．我们通常采用多源共存的方法，并将一定比例的掺杂物质引入主要材料以实现白色OLED器件[9]．高效的白色有机发光二极管，具有高色稳定性，通过明智地利用Exciton-Managed橙 - 磷光/天空蓝荧光的组合，与42.5cd / a的峰值电流效率明智地使用降低的效率滚动。10]．使用超薄层制造白色有机发光器件，最大电流效率为8.69cd / a，7 v [11]．制造具有四重量子阱结构的非常合的白色有机发光器件，并采用含有阱层的超薄蓝色和黄色铱络合物的交替层，发光效率为10.2cd / a [12]．通过使用深红色磷光染料实现超高色彩渲染指数（CRI）白色有机发光器件;Woled表现出高亮度为2529cd / m²在5 v [13]．制备了具有荧光给体-受体取代螺双芴化合物的白色有机发光器件，其最大电流效率为5.9 cd/A [14]．制造磷光有机白色发光器件的多层结构，通过在发光层中添加空穴阻挡层来提高光谱稳定性，电流效率为24.7cd / a [15]．将真空蒸发的Ag-Island纳米结构掺入电子输送层（ETL）中，并使用作为发光层（EML）的超磷光荧光染料的NondOpeed蓝磷光有机发光器件（Pholed）的性能的影响系统地调查;优化器件的电流效率增强了54％[16]．通过使用LIF / Al / 1,4,5,8,9,11-六唑氮己烯六世六丙烯腈（HAT-CN）作为电荷产生单元（CGU）并提供高效的串联磷光有机发光器件（PHOLED）。超薄磷光染料作为发光层（EML），最大电流效率为94.9cd / a，最大外部量子效率为31.6％[17]．溶液加工的小分子白色有机发光二极管用空穴转运蛋白（TCTA）和电子转运蛋白（SPPO13）制造，具有40.9cd / A的最大效率为1000cd / m的实际亮度²［18]．通过掺杂和混合各种颜色来实现白色OLED器件的采集。混合和互补，或红色，绿色和蓝色的蓝光和黄灯混合和互补，以实现白光[19，20.]．因此，白色OLED微显示器的结构是由多种有机功能薄膜组成的。半透明阴极和高反射阳极所产生的微腔对OLED微显示器的性能有很大的影响。每层膜的结构和性能的OLED集中不同,和每个有机功能薄膜的厚度和匹配将直接影响微腔的长度和微腔发光的身体的位置,这将导致亮度和色坐标的转变。为了提高白光OLED微显示器的性能，我们设计了硅_（CMOS）/ ito（35 nm）/ moo_3.（2nm）/ cupc（5nm）/ 2-tnata（20nm）/ npb（10nm）/ npb：rubrene（1.5％）AdN：DSA-pH（5％）（25nm）/ TPBI（15nm/ Alq3（1.2nm）/ mg（13nm）：Ag（1％）作为OLED微透视的主要发光结构。Simoled软件系统用于模拟有机功能膜和OLED器件结构优化的匹配，以研究微腔结构对OLED微透视性能的影响。根据仿真结果，通过分别用蓝色和黄色掺杂材料掺杂的共存制备高效的白OLED微透视。

2.实验

2．1．OLED微显示器的设计与仿真

根据OLED微显示器的材料带匹配和器件结构设计了OLED微显示器的结构。主题结构是Si_（CMOS）/ ito / moo_3./ Cupc / 2-Tnata / NPB / NPB：rubrene（1.5％）ADN：DSA-pH（5％）/ TPBI / ALQ3 / MG：AG（1％）。Simoled软件系统用于模拟和优化每个有机功能膜层，微腔结构和发光点位置对OLED微透视的性能的厚度的影响。

2．2．OLED微显示器的制作

通过用蓝光混合黄色，​​Cupc作为空穴注入层和阳极钝化层，NPB作为空穴传递材料，以及作为黄光掺杂物材料的氧化铼，在560nm处为黄光掺杂材料制备白色OLED微透视。NPB用作黄色主要材料。通过NPB的COEVAPATION制备黄色发光层：氧氢（1.5％）。DSA-pH用作蓝光掺杂材料，峰值光谱为470nm和500nm;ADN用作蓝光主材料。通过ADN的COEVAPATIOP制备蓝色发光层：DSA-pH（5％）。用作电子传输材料的TPBI和ALQ3，通过COEVAPATION制备MG：Ag（1％）复合膜作为半透明阴极。由真空涂层系统制备泡沫微透视。

2.3。性能表征

厚度和光学参数(折射率N.和消失系数K.用SCI FilmTek SE椭偏仪测量了有机薄膜的发光层，用F55荧光光谱仪测量了发光层的发光光谱。采用Photo Research PR655光谱仪和Keithley 2400可编程电源组成的OLED测试系统，对绿色OLED器件的发射光谱、电压、亮度、色坐标等参数进行测试。

3。结果与讨论

OLED微显示器是一种顶发射OLED器件。阳极需要具有高功功能、高反射率、耐腐蚀的特点，阴极需要具有低功功能、良好透光率的特点。根据材料、器件结构和能量的特点，采用Si (CMOS)作为衬底，ITO/MoO作为衬底_3.由于MoO的存在，复合薄膜被用作OLED微显示的阳极_3.具有高功率功能，耐腐蚀;它还可以阻止OLED器件因In In ITO扩散而造成的损伤。用CuPc作为空穴注入层和阳极钝化层，用NPB作为空穴透射材料和黄光主体材料，用rubrene作为黄色掺杂材料。采用DSA-Ph作为蓝光掺杂材料，ADN作为蓝光主要材料。采用TPBi和Alq3作为电子传递材料，采用Mg: Ag(1%)复合膜作为半透明阴极。结构为ITO/MoO_3./ CuPc 2-TNATA / NPB / NPB:红荧烯(1.5%)、:DSA-Ph (5%) / TPBi Alq3 / Mg: Ag)(1%)。器件结构、材料和能量匹配图如图所示1．

基于折射率(N.），消光系数（K.）和有机材料功能膜的发光光谱（PL）和模拟模型是根据OLED微透视的结构构建的。通过用蓝光混合黄色来制备白OLED微透视。Simoled软件系统用于模拟和优化每个有机功能膜层，微腔结构和发光点位置对OLED微透视的性能的厚度的影响。

如图所示2，空穴注入层厚度的Cupc材料膜从1nm到10nm增加，OLED微透视的亮度逐渐增加并倾向于平坦，并且CIE坐标逐渐向白色光相等能量点CIE漂移（0.33，0.33）。空穴传输层厚度的2-TNATA材料膜从10nm到30nm增加，OLED微透视的亮度逐渐增加，然后降低，并且CIE坐标逐渐朝向白光相等能点漂移。空穴传输层厚度的NPB材料薄膜从6nm到14nm增加，OLED微透视的亮度线性增加，并且CIE坐标具有较少的漂移。NPB：毒物（1.5％）和ADN：DSA-pH（5％）材料的发光层厚度增加到8nm至20nm，OLED微透视的亮度线性增加，并且CIE坐标漂移较少。电子传输层厚度的TPBI材料膜从15nm到30nm增加，OLED微透视的亮度线性降低，并且CIE坐标逐渐朝向白光相等能点漂移。电子注入层厚度的Alq3材料膜从1nm到4nm增加，OLED微透视的亮度线性降低，并且CIE坐标逐渐朝向白光相等能点漂移。

如图所示3.，Si（CMOS）用作基材，和ITO / MOO_3.复合薄膜作为OLED微显示的阳极。阳极具有较高的反射率。采用Mg: Ag(1%)复合薄膜作为半透明阴极，阴极也具有一定的反射。在高反射阳极和半透明阴极之间形成微腔。

微腔共振可导致OLED器件内的光学干扰，从而影响OLED器件性能。厚度，折射率（N.）和消光系数（K.）平行电极之间的每个有机功能层膜将直接影响微腔的微腔的长度和微腔内的发光点的位置，这影响微腔结构和OLED器件性能[21，22]．因此，通过改变各有机功能层膜的厚度和它们之间的最佳匹配，可以控制微腔长度和发光体在微腔中的位置，从而控制OLED微显示器的亮度和CIE坐标。

根据模拟计算结果获得了OLED微透视的优化结构。结构是si_（CMOS）/ ito（35 nm）/ moo_3.(2海里)/ CuPc (5 nm) / 2-TNATA (20 nm) / NPB (10 nm) / NPB:红荧烯(3.5%)、(15海里):DSA-Ph(35%)(25海里)/ TPBi(15海里)/ Alq3(1.2海里)/毫克(13海里):Ag)(1%)。利用SimOLED软件对优化匹配后的OLED微显示器的结构和性能进行了仿真计算，结果如图所示4．

如图所示4， OLED微显示器的亮度有了很大的提高，在对各有机功能层进行薄膜厚度和光学匹配后，CIE坐标进一步向白光能量点漂移。采用真空镀膜技术制备优化后的OLED器件结构，并对优化前后的OLED器件性能进行分析比较。

数字5说明了优化前后白色OLED微透视图像的J-V特性曲线和L-V曲线。

Woled1（优化OLED MicroDisplay结构）：SI_（CMOS）/ ito（35 nm）/ moo_3.(2海里)/ CuPc (5 nm) / 2-TNATA (20 nm) / NPB (10 nm) / NPB:红荧烯(3.5%)、:DSA-Ph(35%)(25海里)/ TPBi(15海里)/ Alq3(1.2海里)/毫克(13海里):Ag)(1%)。

WOLED2(以前的OLED微显示结构):Si_（CMOS）/ ito（35 nm）/ moo_3.（2nm）/ cupc（8nm）/ 2-tnata（18nm）/ npb（12nm）/ npb：rubrene（3.5％）AdN：DSA-pH（35％）（28nm）/ tpbi（10nm）/ Alq3（2nm）/ mg（13nm）：Ag（1％）。

白色OLED微显示器具有整流效应，在低电压下，电流随电压变化不大;当超过某一电压时，电流密度随电压急剧增加。优化后的OLED微显示器比原OLED微显示器具有更低的启动电压，在相同电压下具有更高的电流密度和亮度。亮度达到3342 cd/m²在5V的正常工作电压下，优化白OLED微透视结构后，电流效率为9.28℃/ A。

如图所示6和表1，在电流密度为20 mA / cm的情况下测量白色OLED微透视的光谱²并且通过高斯拟合进行分析。白色OLED器件在470nm附近获得的两个蓝色光峰，500nm，一个黄光峰值靠近560nm。在470nm处的蓝色发射峰的优化OLED微透视蓝色偏移减小，峰强度和面积增加，FWHM宽度逐渐减小。蓝色峰（500nm）的蓝色换档偏移相对增加，而FWHM宽度和峰面积相对降低。红色偏移偏移，FWHM宽度和黄色峰的峰面积（560nm）相对增加。CIE坐标（0.28,0.37）进一步朝向白色光能点漂移。优化的OLED Microdisplay的性能符合模拟结果。

如图所示7，通过真空蒸发技术制备白色OLED微透视。白色OLED器件包括PCB背板，IC驱动电路，阳极，OLED有机薄膜层和阴极。白色OLED器件的每个像素由红色，绿色和蓝色子像素组成。单个像素的大小为15×15 μ.M，占空比为75％，显示区域为12.06×9.06 mm。由于Microcavity结构的变化和发射体在微腔中的不同OLED微透视中的变化，因此改变了亮度和CIE坐标[23]．通过仿真计算与实验研究相结合，获得了效率更高、亮度更高的OLED微显示器。

4.结论

总之，通过与仿真计算和实验研究相结合获得了高效率和高亮度白OLED微透视。通过改变每个有机功能层膜的厚度，调节微腔结构和发光体在微腔中的位置。使用模拟的软件系统用于优化每个有机功能层膜的厚度，并且根据能量，厚度和光学匹配来优化器件的结构。OLED Microdisplay达到3342cd / m的亮度²在优化结构后，在5.0 V的正常工作电压下，电流效率为9.28cd / a和cie坐标（0.28,0.37），这更接近标准白光的能量点。这项工作的结果还可以在OLED微腔结构，高效率和高亮度OLED微透视和具有解决方案处理的下一代显示技术上提供有价值的线索。

数据可用性

用于支持本研究结果的数据包括在文章中。

利益冲突

作者声明他们没有利益冲突。

致谢

感谢云南省基础研究项目(2019-1-C-25318000002171)和云南大学研究生科研创新项目(2020174)的资助。

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