一種高色溫白光OLED及其顏色新特性研究

鐘 浩，朱騰飛

(杭州市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢測院，浙江杭州 310019)

引言

20世紀(jì)80年代，鄧青云等[1]發(fā)明了有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)。進(jìn)入21世紀(jì)以來，OLED已經(jīng)逐步應(yīng)用于各種用途的設(shè)備。目前，多款OLED照明產(chǎn)品已量產(chǎn)。OLED照明具有尺寸輕薄、柔性等許多優(yōu)點(diǎn)，但是也存在一定的技術(shù)短板[2-4]，如目前研究及量產(chǎn)的照明用OLED相關(guān)色溫都低于4 000 K，還沒有相關(guān)色溫5 000～6 500 K的高色溫白光OLED照明產(chǎn)品，也未見高色溫白光OLED的研究試驗(yàn)報(bào)道。主要原因是，與相關(guān)色溫4 000 K以下白光OLED相比，制備高色溫白光OLED的發(fā)光材料匹配難度更大[2]，難以尋找合適匹配的主客體材料的組合保證良好的白光輸出。在日常生活中，高色溫白光OLED光源需求很普遍，家居照明尤為突出。因此，本文研究的意義在于及早開發(fā)穩(wěn)定可靠的高色溫白光OLED照明產(chǎn)品，探索其新穎特性，滿足家居照明的新需求，提升照明品質(zhì)[5-7]。

1 光電特性測試裝置及步驟

本文所研究的OLED樣品采用以下技術(shù)路線制備：選取兩種不同能態(tài)的激基復(fù)合物，形成雙主體發(fā)光材料，通過直流電場驅(qū)動(dòng)雙主體材料，分別對應(yīng)激發(fā)出藍(lán)光、紅光兩個(gè)波段并混合成白光。以此技術(shù)路線制備了一組相關(guān)色溫6 000 K左右的白光OLED，樣品數(shù)量4只，樣品尺寸為50 mm× 50 mm×3 mm，如圖1所示。

圖1 色溫6 000 K的白光OLEDFig.1 White OLED sample with CCT of 6 000 K

測試白光OLED的光色電特性設(shè)備主要包括：杭州遠(yuǎn)方光電的精密數(shù)顯直流電源(型號為WY12010)、高精度快速光譜輻射計(jì)(型號為HAAS-2000)、小積分球(直徑為30 cm)、光譜測量分析軟件為主體的一套OLED光電色測試系統(tǒng)，如圖2所示。

圖2 OLED光電色測試系統(tǒng)Fig.2 OLED photoelectric test system

分別對4只白光OLED樣品進(jìn)行測試，先將1#樣品放置在小積分球的測試工位上，然后逐步提高精密數(shù)顯直流穩(wěn)流穩(wěn)壓電源的電壓值，當(dāng)電壓值達(dá)到3.77 V時(shí)，OLED開始點(diǎn)亮，穩(wěn)定后測試樣品的相關(guān)色溫、顯色指數(shù)、光譜、電壓等光電參數(shù)并記錄。再將電壓依次調(diào)高至4.0 V、4.5 V、5.0 V、5.6 V、6.0 V、6.2 V、6.4 V、6.6 V、6.8 V、7.0 V，記錄光電參數(shù)測試結(jié)果，得到各組數(shù)據(jù)(相關(guān)色溫、顯色指數(shù)、光譜、工作電流)。然后再以相同實(shí)驗(yàn)條件、相同實(shí)驗(yàn)步驟對2#、3#、4#樣品分別進(jìn)行測試，得到各組數(shù)據(jù)。

2 測試結(jié)果分析

2.1 OLED電學(xué)特性

對1#、2#、3#、4#白光OLED測試得到的電壓、工作電流數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，如圖3所示。圖3可知，驅(qū)動(dòng)電壓為3.77 V時(shí)，OLED開始點(diǎn)亮，此時(shí)的工作電流為0.01 A左右。隨著驅(qū)動(dòng)電壓的升高，工作電流逐步升高。當(dāng)驅(qū)動(dòng)電壓為7.0 V時(shí)，OLED樣品的工作電流分別達(dá)到0.076 7 A、0.076 2 A、0.076 6 A、0.076 9 A，所測4只OLED樣品的電參數(shù)接近，電流變化規(guī)律較為統(tǒng)一。

圖3 工作電流與驅(qū)動(dòng)電壓的關(guān)系Fig.3 Relationship of current and driving voltage

2.2 OLED相關(guān)色溫分析

4只白光OLED相關(guān)色溫?cái)?shù)據(jù)及驅(qū)動(dòng)電壓關(guān)系如圖4所示。圖4可知，驅(qū)動(dòng)電壓為3.77 V時(shí)，OLED開始點(diǎn)亮，1#、2#、3#、4#樣品相關(guān)色溫為3 700 K、3 532 K、3 676 K、3 593 K。隨著驅(qū)動(dòng)電壓升高，相關(guān)色溫均大幅增加，驅(qū)動(dòng)電壓5 V時(shí)，相關(guān)色溫分別為5 013 K、4 911 K、5 084 K、5 040 K；當(dāng)驅(qū)動(dòng)電壓為7.0 V時(shí)，樣品的相關(guān)色溫分別為5 931 K、6 144 K、6 040 K、6 209 K，達(dá)到6 000 K左右，是照明白光典型的高色溫目標(biāo)值。比較所測4只OLED樣品的相關(guān)色溫規(guī)律，具有一致性。值得注意的是，OLED相關(guān)色溫變化情況明顯不同于LED光源，一般LED相關(guān)色溫隨驅(qū)動(dòng)電壓變化始終處于某一目標(biāo)數(shù)值區(qū)間，變化幅度較小，而本文中OLED樣品相關(guān)色溫隨著驅(qū)動(dòng)電壓增加變化極大，如2#樣品從3 532 K增加到6 144 K，增幅超過2 600 K，直接觀察到樣品從暖白光漸變到中性白光、最后變到冷白光，顏色變化程度十分顯著。

圖4 相關(guān)色溫與驅(qū)動(dòng)電壓的關(guān)系Fig.4 Relationship of CCT and driving voltage

2.3 OLED相關(guān)色溫變化原理

基于光譜功率分布數(shù)據(jù)，進(jìn)一步討論OLED的相關(guān)色溫變化特性及原理。圖5所示為2#樣品在相關(guān)色溫4 000 K、4 500 K、5 000 K、5 500 K、6 000 K時(shí)的光譜功率分布曲線。圖5中呈現(xiàn)兩個(gè)現(xiàn)象：①OLED光譜功率分布曲線包含兩個(gè)峰值且一直存在，峰值波長分別是464 nm和575 nm，對應(yīng)藍(lán)光部分和紅光部分；②隨著相關(guān)色溫的增加，藍(lán)光部分與紅光部分光譜功率分布峰值的比分別為0.8∶1、1∶1、1.125∶1、1.229∶1、1.375∶1，比值不斷增大。以上兩點(diǎn)表明，OLED相關(guān)色溫的升高是以電壓驅(qū)動(dòng)提高藍(lán)光部分光譜功率分布比重的方式實(shí)現(xiàn)的。產(chǎn)生這種特性的原因是，制備OLED的兩種主體發(fā)光材料對電場驅(qū)動(dòng)響應(yīng)程度不一致，其中激發(fā)藍(lán)光的激基復(fù)合物主體材料受電場驅(qū)動(dòng)更為靈敏，光輸出效率更高，隨著驅(qū)動(dòng)電壓增加，能夠比激發(fā)紅光的主體材料輸出更多光能量?；诖爽F(xiàn)象與原理，本文認(rèn)為該白光OLED的相關(guān)色溫具有電學(xué)可調(diào)性，且調(diào)控幅度大，達(dá)到2 600 K以上。而這種新穎的色溫調(diào)控方式在照明領(lǐng)域具有重要潛在價(jià)值，可以充分應(yīng)用在照明產(chǎn)品中對光源顏色進(jìn)行大幅、連續(xù)調(diào)制切換。

圖5 在不同相關(guān)色溫OLED光譜功率分布曲線Fig.5 The spectra of OLED with different CCT

2.4 OLED顯色指數(shù)分析

顯色指數(shù)定義是與標(biāo)準(zhǔn)的參考光源相比較，一個(gè)光源對物體顏色外貌所產(chǎn)生的效果，主要反映光源在顯示顏色逼真性方面的優(yōu)劣。對1#、2#、3#、4#OLED樣品的顯色指數(shù)Ra數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，如圖6所示。在驅(qū)動(dòng)電壓為3.77 V時(shí)，OLED樣品開始點(diǎn)亮，此時(shí)4個(gè)樣品的顯色指數(shù)Ra分別為61.3、58.9、61.3、60.4。隨著驅(qū)動(dòng)電壓的升高，呈遞增趨勢，剛開始變化比較大，當(dāng)驅(qū)動(dòng)電壓超過6 V，顯色指數(shù)的變化很小，趨于平穩(wěn)。最后，4只OLED樣品的顯色指數(shù)Ra分別69.9、69.9、70.0、69.6，達(dá)到70左右。GB/T 24907—2010《道路照明用LED燈性能要求》規(guī)定道路照明用LED顯色指數(shù)Ra≥70，據(jù)此可知該高色溫OLED樣品的Ra已初步滿足國內(nèi)部分照明產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)要求，OLED顯色性發(fā)展規(guī)律同LED的類似。隨著OLED技術(shù)研究的深入，OLED顯示指數(shù)可以進(jìn)一步提升。

圖6 顯色指數(shù)與驅(qū)動(dòng)電壓的關(guān)系Fig.6 The relationship of color rendering index and driving voltage

3 結(jié)論

本文對新型高色溫白光OLED進(jìn)行了測試分析，得到其光、色、電參數(shù)，結(jié)果表明該OLED具有高色溫白光、相關(guān)色溫電學(xué)可調(diào)、調(diào)制幅度大等一系列新特性，本文分析了OLED相關(guān)色溫隨電壓顯著變化的原因。該新型白光OLED顏色特性新穎，具有應(yīng)用于照明的優(yōu)勢及可行性。