有機(jī)電致發(fā)光器件外量子效率提高方法

賀小光，姚春梅

(長春師范大學(xué)物理學(xué)院，吉林長春130032)

有機(jī)電致發(fā)光器件(OLED)突破了傳統(tǒng)顯示器和液晶顯示器的缺陷障礙，凸顯出了自身的優(yōu)點。OLED擁有豐富的色彩，能夠主動發(fā)光，體積小，厚度薄，視角寬，而且能耗低，響應(yīng)快，這都使得它能夠在顯示領(lǐng)域迅速占據(jù)一席之地并且擁有廣闊的市場，成為新一代平板顯示器的有力競爭者［1］。OLED技術(shù)正處于一個發(fā)展和調(diào)整的關(guān)鍵時期，雖然目前我國相關(guān)科研機(jī)構(gòu)及公司已投入了大量資金支持OLED的產(chǎn)業(yè)化，但其產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)程中仍然有很多關(guān)鍵的技術(shù)問題未得到實質(zhì)性解決［2］。因此，應(yīng)進(jìn)一步優(yōu)化材料性能，改善薄膜制備工藝，提高顯示分辨率，改進(jìn)封裝技術(shù)。尤其是對器件使用壽命和提高外量子效率的研究已到了瓶頸期，也是一個待解決的重大問題［3］。為實現(xiàn)OLED的大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化，本文總結(jié)了幾種提高器件效率的方法。

1 有機(jī)電致發(fā)光器件制備及性能

有機(jī)發(fā)光器件一般為多層薄膜構(gòu)成的三明治結(jié)構(gòu)，即將陽極和陰極之間制備成有機(jī)發(fā)光層(圖1)。圖1a為典型的有機(jī)層，是由空穴傳輸層、發(fā)光層、電子傳輸層構(gòu)成的OLED。當(dāng)所選材料可以同時具備發(fā)光層和載流子傳輸層的兩種功能時，有機(jī)層就可以簡化成雙層結(jié)構(gòu)甚至單層結(jié)構(gòu)(圖1b、圖1c、圖1d)。為了優(yōu)化和提高器件的性能，通常OLED會采用多層結(jié)構(gòu)，以引入多種不同作用的功能層。

圖1 OLED 的結(jié)構(gòu)示意圖

外量子效率是指器件發(fā)射出的光子數(shù)與注入的電子數(shù)的比值。通常表示為

其中，q為基本電荷電量，λ為器件發(fā)光波長，Idet(λ)dλ為探測波長在λ到λ+dλ區(qū)間內(nèi)的入射光電流，R(λ)為λ到λ+dλ區(qū)間內(nèi)的探測波長相應(yīng)光強(qiáng)，h為普朗克常數(shù)，c為真空光速，f為器件與探測光線之間的耦合系數(shù)(小于 1)［4］。

2 有機(jī)電致發(fā)光器件外量子效率的優(yōu)化方法

2.1 提高蒸發(fā)腔體的真空度

通常實驗中采取的是真空熱蒸發(fā)法制備有機(jī)電致發(fā)光器件，因此，提高熱蒸發(fā)鍍膜機(jī)腔體的真空度可以有效地提高OLED的外量子效率。為了提高真空度，首先需要有一個能夠?qū)⑶惑w抽成真空的機(jī)械泵，然后需要與之相連的渦輪分子泵。在電機(jī)的帶動下，機(jī)械泵是由轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)完成對氣體的吸入、壓縮和排出。通常機(jī)械泵僅能抽到10－1Pa的極限真空，因此在有機(jī)電致發(fā)光器件的制備過程中，真空室的真空度需要通過渦輪分子泵與機(jī)械泵的聯(lián)合才能達(dá)到高真空。渦輪分子泵靠高速旋轉(zhuǎn)的葉片對氣體分子施加外力作用，使氣體分子單一地向一個方向運(yùn)動，類似于一個極為精密的電風(fēng)扇，從而實現(xiàn)腔體的高真空［5］。

2.2 優(yōu)化有機(jī)電致發(fā)光器件的結(jié)構(gòu)

為了提高OLED器件的發(fā)光性能，OLED結(jié)構(gòu)中需要經(jīng)常引入多種不同作用的功能層，例如:電子注入層和空穴注入層降低了電荷的注入勢壘，可以降低器件的工作電壓，減少器件工作過程中的焦耳熱。加入電子阻擋層和空穴阻擋層是為了提高器件內(nèi)的電子和空穴平衡，提高激子形成比例，從而提高器件效率［6］。

2.3 提高薄膜的潔凈度及均勻性

有機(jī)電致發(fā)光器件在制備之前一定要對帶有ITO的玻璃基板進(jìn)行紫外臭氧處理，這樣既可以清潔ITO的表面，同時也能增加ITO的功函數(shù)［7］。在使用紫外線處理時需要注意:(1)進(jìn)一步地清除灰塵，避免灰塵殘留在物體的表面，如加裝真空除塵裝置或同超聲波干洗配套使用;(2)清洗表面與光源的距離稍遠(yuǎn)時，臭氧會自動分解，其作用被大大削弱;(3)容易被氧化的表面不適宜采用臭氧，應(yīng)通過氧化反應(yīng)來去除污垢?？赏ㄟ^提高系統(tǒng)穩(wěn)定性、厚皮成型過程、拉伸工藝等方法來提高薄膜的均勻性，以減少反射，避免造成局部光線無法射出，從而提高透過率。

2.4 基底表面修飾

微透鏡技術(shù)是修飾表面技術(shù)中的一種常用的方法，主要是通過在基底背面覆蓋無序或者有序的微透鏡陣列來減少光的全反射，從而提高光取出的效率。

2.5 提高載流子注入效率

載流子的注入效率是決定器件正負(fù)電荷注入是否均衡的主要因素。選擇高功函數(shù)的陽極材料和低功函數(shù)的陰極材料可提高載流子的注入效率。此外，可以通過等離子處理來改善透明導(dǎo)電薄膜表面平整度及提高其功函數(shù)，從而益于載流子的注入，降低器件啟動電壓，提高器件使用效率。另外，電荷傳輸層和發(fā)光層之間的勢壘相差較大，會導(dǎo)致電荷不易注入到發(fā)光層。

2.6 利用三線態(tài)激子

一般地，只有一種情況會發(fā)出電熒光，那就是單線態(tài)激子輻射衰減發(fā)出電熒光［8］。當(dāng)引入三線態(tài)激子，無論單發(fā)光層還是多發(fā)光層結(jié)構(gòu)的器件通常都會比熒光器件效率高。把紅綠藍(lán)三種磷光染料摻雜到階梯結(jié)構(gòu)的HOMO/LUMO能級的不同主體材料中，將激子產(chǎn)生區(qū)域擴(kuò)展到三種主體材料以獲得高效有機(jī)EL器件。

2.7 發(fā)光材料的選擇

選擇發(fā)光材料應(yīng)該滿足以下幾點條件:(1)以熒光量子效率較高的材料作為發(fā)光材料，熒光發(fā)射光譜處于400～800nm可見光區(qū)域。(2)具有良好的半導(dǎo)體特性，能傳導(dǎo)電子或空穴，或兩者兼具。(3)具有良好的熱穩(wěn)定性。(4)具有良好的成膜性，在幾十納米的薄層內(nèi)不產(chǎn)生針孔。為達(dá)到更精確的試驗結(jié)果，判斷所制薄膜內(nèi)部所含元素的種類和含量，我們通常采用EXD分析［9］。

3 結(jié)語

本文主要介紹了有機(jī)電致發(fā)光器件的發(fā)展史與發(fā)展現(xiàn)狀，以及存在的問題和其未來的發(fā)展前景。通過對有機(jī)電致發(fā)光器件結(jié)構(gòu)的解析，探究提高有機(jī)電致發(fā)光器件外量子效率的方法?？偨Y(jié)并提出了一系列方法，包括材料的準(zhǔn)備以及制備過程中需要注意的一些細(xì)節(jié)，從各個微小細(xì)節(jié)入手，多方面解剖器件的特性，根據(jù)其特性制造一個合適的制備環(huán)境。具體方法主要有提高腔體真空度、控制真空腔體的溫度、OLED采用多層多層結(jié)構(gòu)、提高薄膜的潔凈度、提高薄膜的均勻性、選擇熒光量子效率較高的材料制備發(fā)光層、基地表面修飾、提高載流子注入效率、利用三線態(tài)激子、提高薄膜的均勻性等?？傊袡C(jī)EL器件具有很廣闊的發(fā)展前景，不斷去探究摸索，器件的外料子效率將會達(dá)到更高的高度。

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