DCJTB摻雜濃度對有機電致白光器件性能的影響

劉淑杰，楊喜臻

(1.長春大學(xué) a.理學(xué)院;b.紀(jì)檢委，長春 130022)

DCJTB摻雜濃度對有機電致白光器件性能的影響

劉淑杰a，楊喜臻b

(1.長春大學(xué) a.理學(xué)院;b.紀(jì)檢委，長春 130022)

通過改變紅色熒光材料DCJTB的摻雜濃度設(shè)計了四個不同結(jié)構(gòu)的器件，當(dāng)DCJTB的摻雜濃度為0.8%時，平衡了器件中電子和空穴的傳輸能力，使載流子復(fù)合形成激子的幾率增加，即使載流子的傳輸能力最優(yōu)，又有效地抑制了器件的熒光淬滅效應(yīng)，提高了器件的性能，器件的最大亮度為8 898 cd/cm2，最大效率為1.7 cd/A。

有機電致發(fā)光器件(OLED);載流子;摻雜濃度

0 引言

在平板顯示領(lǐng)域，OLED具有化學(xué)直流驅(qū)動、自發(fā)光、高亮度、高效率、視角廣闊、功耗低、超薄、可大面積顯示、發(fā)光色彩齊全、制造成本低、壽命長、耐低溫、工作溫度范圍寬等突出優(yōu)點，被業(yè)界稱為新一代平板顯示產(chǎn)品。有機電致發(fā)光器件引起了人們的廣泛關(guān)注，1987年美國Eastern Kodak公司的C.W.Tang和VanSlyke發(fā)明了雙層結(jié)構(gòu)的器件［1］，該器件得到了發(fā)光效率為1.51 lm/W，亮度為1000 cd/m2的綠光，壽命高達100小時。這一工作被譽為有機電致發(fā)光器件發(fā)展的里程碑。1994年Kido等人［2］報道了利用摻雜結(jié)構(gòu)制備了高效白色有機電致發(fā)光器件(WOLED)，之后摻雜結(jié)構(gòu)制備的有機電致發(fā)光器件引起了人們的廣泛興趣［3～6］。摻雜結(jié)構(gòu)用得較多的還是磷光敏化方法，而近幾年在磷光材料方面的進展很快，磷光材料由于可以利用三線態(tài)激子輻射，突破熒光發(fā)光器件的內(nèi)量子效率最大只能到25%的極限。1998年Forrest等人［7］將紅色磷光染料PtOEP摻雜在Alq3中作為電致發(fā)光(EL)材料，器件的外量子效率提高到4%，開辟了磷光EL的新領(lǐng)域。1999年，Baldo［8］等人報道使用CBP作為母體材料，BCP作為阻擋層，器件的最大外量子效率達到8%，流明效率達到31lm/W。隨后，人們對磷光材料及磷光器件進行了更加深入的研究［9］。2004年，Liao［10］等報道了疊層結(jié)構(gòu)的OLED，效率達到136 cd/A。由于摻雜結(jié)構(gòu)器件的諸多優(yōu)點吸引了研究人員的注意，指明了有機電致發(fā)光器件前進的方向。

1 實驗

我們制備了器件結(jié)構(gòu)為ITO/2-TNATA(30 nm)/NPB(40 nm)/DPVBi(20 nm)/Alq3:y%DCJTB(20 nm)/Alq3(35 nm)/LiF(0.8 nm)/Al，其中(4，4'，4''2N，(2-naphthyl)-N-phenylamino)-triphenylamine)2-TNATA 作為空穴注入層，(N，N’-diphenyl-N，N’-bis-1-naphthyl)-(1，1’-biphenyl)-4，4’-diamine)NPB 為空穴傳輸層，(8-tris-hydrox-yquinolinealuminum)Alq3為電子傳輸層，并用紅光染料(4-dicyanomethylene-2-(tert-butyl)-6-methyl-4H-pyran)DCJTB 作為摻雜劑。(4，4'-bis(2，2'diphenylvi-nyl)-1，1'-biphenyl)DPVBi為藍光發(fā)光層，ITO 為陽極，Al為陰極，其中 y的摻雜濃度分別為 0.5，0.8，1，1.5，記為器件 A，B，C，D。所用有機材料均從北京意萊特公司購買。所用材料的分子結(jié)構(gòu)如圖1所示。

在整個實驗過程中，使用沈陽中科儀研發(fā)的多源有機氣相分子束沉積(OMBD)設(shè)備進行有機材料的薄膜蒸鍍。在蒸鍍有機材料時，系統(tǒng)的真空度維持在5×10－4Pa左右。蒸發(fā)的溫度精度為±0.1℃左右，發(fā)光面積為4 mm2。薄膜厚度和生長速率均由石英晶體振蕩器控制，由中國上海生產(chǎn)的FTM-V型膜厚控制儀進行控制。薄膜的紫外可見吸收譜由UV-1700紫外可見分光光度計來測量，由美國生產(chǎn)的光譜色度輻射度計PR655和美國儀器程控數(shù)字源表Keithley-2400組成的穩(wěn)流電源測試系統(tǒng)進行測試，測量有機電致發(fā)光器件的電學(xué)特性光譜、亮度大小、色度情況以及電流特性等。測試是在室溫、大氣環(huán)境條件下進行的。

圖1 材料的分子結(jié)構(gòu)圖

2 結(jié)果與討論

對于多層有機電致發(fā)光器件，由于各有機層之間的作用不同，以及它們之間厚度，濃度等不同對有機電致發(fā)光器件的發(fā)光機理載流子的注入情況產(chǎn)生很大的影響，而電子和空穴的平衡注入又是提高器件性能的關(guān)鍵因素。如圖2所示，當(dāng)DCJTB的摻雜濃度為0.8%時，器件的最大亮度為8898 cd/cm2，而有機電致發(fā)光器件在電場的激發(fā)下發(fā)光，激發(fā)態(tài)能量轉(zhuǎn)移與光致電子轉(zhuǎn)移兩者的關(guān)系密切，有時它們并存于一個體系，或為彼此互相競爭的過程，能量轉(zhuǎn)移可以發(fā)生在分子之間，也可以發(fā)生在分子內(nèi)部，對于分子之間的能量轉(zhuǎn)移來說，它既可以發(fā)生在相同分子之間的能量轉(zhuǎn)移，也可以是不同分子間的能量轉(zhuǎn)移，分子內(nèi)部的能量轉(zhuǎn)移處于基態(tài)的DCJTB電子給體和Alq3的電子受體在外界電場的作用下，發(fā)生光致電子轉(zhuǎn)移，當(dāng)DCJTB電子給體的濃度較低時，Alq3的電子受體接受能量較低，當(dāng)DCJTB電子給體的濃度增加時，Alq3的電子接受電子的能量增強。

圖2 器件的亮度－電壓特性曲線

圖3 器件的效率－電壓特性曲線

當(dāng)DCJTB電子的濃度為0.8%時，受體接受電子的能力達到飽和。但是當(dāng)DCJTB的濃度持續(xù)增加時熒光淬滅發(fā)生，因為熒光淬滅過程與熒光發(fā)射過程相互競爭，使發(fā)光物質(zhì)的激發(fā)態(tài)壽命縮短，激子復(fù)合產(chǎn)生光子的數(shù)量降低，使器件的發(fā)光亮度下降，如圖3、4所示DCJTB的摻雜濃度為0.8%時，器件的電流密度效率都達到最好，最大電流密度是100cd/m2，最大效率為1.7 cd/A，在有機電致發(fā)光器件中，摻雜高熒光效率器件，可以提高有機發(fā)光器件的發(fā)光效率，客體中熒光染料的摻雜濃度控制相當(dāng)關(guān)鍵，摻雜濃度低時，效率不能得到最大提高，濃度高時又產(chǎn)生濃度淬滅。所以一定要合理掌握有機電致發(fā)光器件中的熒光摻雜濃度。而摻雜系統(tǒng)的另一個優(yōu)勢是提高了器件的壽命，激子發(fā)光效率較低的主體轉(zhuǎn)移到發(fā)光效率較高的客體上發(fā)光，從而大大降低了非輻射退激發(fā)的幾率，同時，通過染料的摻雜濃度來改變器件的發(fā)光顏色，并且降低器件的開啟電壓。圖5是摻雜濃度為0.8時件B的電致發(fā)光光譜圖，由圖4可知隨著電壓的升高，器件中DPVBi藍光的發(fā)光強度變大，電壓增大，電子的注入能力變大，使激子的復(fù)合區(qū)域向DPVBi層偏移。

圖4 器件的電流密度－電壓特性曲線

圖5 器件的亮度－電壓特性曲線

3 結(jié)論

通過改變客體中熒光染料的摻雜濃度制備有機電致發(fā)光器件，提高有機發(fā)光器件的發(fā)光效率，當(dāng)摻雜濃度為0.8%時，器件的性能最好，最大亮度為8898 cd/cm2，最大效率為1.7 cd/A。

［1］ Tang C.W.，VanSlyke S.A.Organic Electroluinescent Diodes［J］.Appl.Phys.Lett，1987，51(12):913 －915.

［2］ Kido J，Hongawa K，Okuyama K，et al.White light-emitting organic electroluminescent devices using the poly(N-vinylcarbazole)emitterlayer doped with three fluorescent dyes［J］.Appl.Phys.Lett，1994，64(7):815 －817.

［3］ Kido J，Shionoya H，Nagai K.Single-layer white light-emitting organic-electrolu minescent devices based on dye-dispersed poly(N-vinylcar-bazole)［J］.Appl.Phys.Lett，1995，67(16):2281 －2283.

［4］ Tsuji T，Naka S，Okada H，et al.Nondoped-type white organic electroluminescent devices utilizing complementary color and exciton diffusion［J］.Appl.Phys.Lett，2002，81(18):3329 －3331.

［5］ Baldo MA，O'Brien D F，You Y，et al.Highly efficient phosphorescentemission from organic electroluminescent devices［J］.Nature，1998，395:151－154.

［6］ Andrade B D，Baldo M，Adachi C，et al.High-efficiency yellow double-doped organic light-emitting devices based on phosphor-sensitizedfluorescence［J］.Appl.Phys.Lett，2001，79(7):1045 －1047.

［7］ Forrest S R.Baldo M A，Thompson M E，High-efficiency fluorescent organic light-emitting devices using a phosphorescent sensitizer［J］.Nature，2000，403:750 －753.

［8］ Baldo M A，Lamansky S，Burrows P E，et al.Very high-efficiency green organic light-emitting devices based on electrophosphorescence［J］.Appl.Phys.Lett.，1999，75(1):4 － 6.

［9］ Cheng G，Zhao Y，Hou J Y，et al.White organic light-emitting devices［J］.Optical and Quantum Electronics 2004，36(7):659 －664.

［10］ Liao L.S，Klubek K.P.，Tang C.W..High-efficiency tandem Organic light-emitting diodes［J］.Appl.Phys.Lett.，2004，84(2):167 －169.

Influence of DCJTB Doping Concentration on the Property of White Organic Light Emitting Devices

LIU Shu-jiea，YANG Xi-zhenb

(a.College of Science;b.Discipline Inspection Committee，Changchun University，Changchun 130022，China)

By changing red fluorescent material DCJTB doping concentration，we design four different devices.When DCJTB doping concentration is 0.8%，balance of transmission capacity of electron and cavity in the device is achieved.The probability of forming excitons is increased by recombination of the carriers，which makes both carriers increase their transmission capacity and restrain effectively the device of fluorescence quencher effect and thus improve the performance of the device.The maximum brightness is 8898cd/cm2and the maximum efficiency is 1.7 cd/A.

organic light emitting device(OLED);carrier;doping concentration

O433.2

A

1009－3907(2011)08－0052－03

2011-06-10

吉林省科技發(fā)展計劃項目(20100555)

劉淑杰(1981-)，女，吉林長春人，助教，碩士，主要從事有機發(fā)光器件研究。楊喜臻(1967-)，男，吉林長春人，副研究員，博士，主要從事金屬材料表面處理研究。

責(zé)任編輯:鐘 聲