基于CBP摻雜DPIHQZn的有機電致黃光器件

高永慧，劉璟瑤

(吉林師范大學信息技術學院，吉林 四平 136000)

0 引言

有機電致發(fā)光器件(OLED)自1987年首次由美國柯達公司發(fā)明以后，一直受到眾多研究者的廣泛關注［1-6］，由于其制備工藝簡單、全固態(tài)設計、響應速度快和較寬的視角，該項技術被認為是一種能夠向傳統(tǒng)液晶顯示器發(fā)起挑戰(zhàn)，成為新一代的顯示技術.近年來，該項技術已經(jīng)具備了產(chǎn)業(yè)化的條件，但仍存在著成品率不高、穩(wěn)定性差、發(fā)光效率不夠理想等問題.有機電致發(fā)光材料是測定有機電致發(fā)光器件性能指標好壞的因素之一，積極發(fā)展更好的新型電致發(fā)光金屬配合物材料，以提高OLED的亮度和發(fā)光效率，具有很高的應用價值.廣大科研工作者在這方面也做出很多工作，并取得一定的效果，主要集中在采用銥、鉑等重金屬合成磷光有機發(fā)光材料，盡管采用銥、鉑等重金屬配合物的有機磷光材料具有較高的發(fā)光效率［7-9］，但是其價格昂貴，同銥、鉑等重金屬相比，金屬鋅的價格非常低廉，其來源廣泛，合成工藝較為簡單，所以研究合成以鋅金屬為主體的金屬配合物的受到了廣大科研工作者的極大關注，鋅金屬配合物在OLED中的應用也較為廣泛［10-12］，也取得一定的研究成果，本文報道了一種喹啉金屬鋅配合物 DPIHQZn((E)-2-(4-(4，5-diphenyl-1H-imidazol-2-yl)styryl)quinolin-Zinc)，在前期實驗基礎上，借鑒黃光材料Rubrene在OLED中摻雜的實驗方法，我們采用CBP摻雜DPIHQZn作為黃光發(fā)射層，制備了一種色度穩(wěn)定的黃色有機電致發(fā)光器件.

1 實驗

實驗中采用真空熱蒸鍍方法，制備了一系列的摻雜型的黃光OLED，其器件結構為:ITO/2T-NATA(20nm)/CBP:x wt.%DPIHQZn(30nm)/Alq3(40nm)/LiF(0.5nm)/Al，其中 x 為 DPIHQZn 的質(zhì)量分數(shù)的摻雜濃度，分別取5，10，15和20，對應器件分別命名為 A，B，C，D.

實驗中將ITO玻璃基板分別用脫脂棉球蘸丙酮、乙醇、去離子水反復擦拭，然后分別用酒精、丙酮超聲2次，最后置于干燥箱中進行干燥.有機薄膜蒸鍍是在多源有機分子氣相沉積系統(tǒng)中進行的.將所用蒸鍍材料分別置于坩堝中，放在不同蒸發(fā)源中，每個蒸發(fā)源的溫度可以單獨控制，蒸發(fā)速率控制在0.1～0.2nm/s，在薄膜蒸鍍的過程中系統(tǒng)的真空度維持在4×10－4Pa左右.最后在5×10－3Pa的真空條件下蒸鍍120nm的Al作為陰極.

器件的亮度—電流—電壓特性、電致發(fā)光光譜由計算機控制的美國吉時利2400型數(shù)字源表和美國光譜掃描光度計PR655所構成的測試系統(tǒng)測量的，有機薄膜的蒸鍍厚度監(jiān)測是由FTM-V型石英晶體膜厚儀來控制的.實驗中，所有數(shù)據(jù)都是在室溫大氣環(huán)境中測得.有機材料分子式及器件結構如圖1.

圖1 有機材料的化學結構和器件結構

2 結果與討論

圖2為不同摻雜濃度器件的J-V特性曲線，可以看出電流密度隨著電壓的增加而逐步增大，表明4組器件均具有良好的載流子傳輸特性.圖3是不同摻雜濃度器件的L-V特性曲線，可以看出不同摻雜濃度的4組器件亮度都隨著驅(qū)動電壓的增大而呈現(xiàn)增大的趨勢;當摻雜濃度達到20%，器件的亮度明顯低于其它3組器件.其中摻雜濃度為15%的器件其亮度指標為四組器件中最優(yōu)的，當驅(qū)動電壓為14 V時，亮度可以達到最大4261 cd/m2，此時色坐標為(0.34，0.55)，屬于較好的黃光發(fā)射.圖 4 為不同摻雜濃度器件E-V特性曲線，在驅(qū)動電壓未達到10 V時，器件效率與電壓同步增大，其中摻雜濃度為15%的器件的效率指標為4組器件中最高，超過11 V以后，4組器件效率呈逐漸降低的趨勢，主要由于電流效率達到飽和，而出現(xiàn)效率下降.驅(qū)動電壓相同的條件下，DPIHQZn摻雜濃度為15%的器件效率最好，而20%濃度的器件最差.濃度為15%的器件，最大效率出現(xiàn)在驅(qū)動電壓為10 V條件下，達到0.84 cd/A;不同摻雜濃度的四組器件的色坐標都位于黃光區(qū)域.四種不同摻雜濃度器件的發(fā)光性能見表1.

圖2 不同摻雜濃度器件的J-V特性曲線

圖3 不同摻雜濃度器件的L-V曲線

圖4 不同摻雜濃度器件的E-V曲線

表1 不同摻雜濃度的器件發(fā)光性能對比

產(chǎn)生上述實驗現(xiàn)象我們分析其原因是由于把鋅金屬配合物DPIHQZn摻雜到主體材料CBP后，電子更方便的從摻雜層里遷移到DPIHQZn層.在有機電致發(fā)光器件中都是空穴為多數(shù)，電子為少數(shù)，空穴的遷移率更是遠遠大于電子的遷移率，這就導致激子的復合區(qū)域大部分是在靠近陰極附近.當增大DPIHQZn的摻雜濃度，電子的遷移率要比低濃度摻雜的遷移率提高，激子的復合區(qū)域由陰極向陽極發(fā)生遷移，陽極的發(fā)射強度得到增強，最后是器件的發(fā)光效率的提高.當DPIHQZn的濃度達到20% 時，由于摻雜濃度過大，激子互相作用成倍增加，淬滅效應大大加強，導致了DPIHQZn發(fā)光效率的下降.而摻雜濃度為15%器件比5%和10%的效率高的根本原因是，當濃度比較低的時候，電子遷移的數(shù)量仍然比較少，一旦濃度增加必然影響電子傳輸?shù)哪芰Γ@是電子在DPIHQZn中的遷移率比CBP的遷移率要低的多的原因造成的.

3 結論

將鋅金屬配合物DPIHQZn摻雜到CBP中作為作為黃光發(fā)射層，制備了結構為ITO/2T-NATA(20nm)/CBP:x%DPIHQZn(30nm)/Alq3(40nm)/LiF(0.5nm)/Al的黃色有機電致發(fā)光器件.研究了發(fā)光層在DPIHQZn不同摻雜濃度時(x=5，10，15，20)的4組不同器件電致發(fā)光特性.實驗結果表明，當DPIHQZn摻雜濃度為15%時的器件性能指標達到最佳，最大亮度為4261 cd/m2，最大電流效率達到0.84 cd/A，色器件色坐標穩(wěn)定為(0.34，0.55)，是較好的黃光發(fā)射器件.

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