有機(jī)發(fā)光二極管器件白光實(shí)現(xiàn)及其色坐標(biāo)計(jì)算

王光華，張 杰，高思博，段良飛，武艷鳴，周 芳，尹 莉，段登輝，王麗瓊，季華夏

有機(jī)發(fā)光二極管器件白光實(shí)現(xiàn)及其色坐標(biāo)計(jì)算

王光華1,2，張 杰1，高思博1，段良飛1，武艷鳴1,2，周 芳1，尹 莉1，段登輝1，王麗瓊1，季華夏1

（1. 云南北方奧雷德光電科技股份有限公司，云南 昆明 650223；2. 昆明物理研究所，云南 昆明 65022）

白光有機(jī)發(fā)光二極管可以作為照明、全彩色顯示器的光源，成為顯示領(lǐng)域研發(fā)的重點(diǎn)方向。但白光有機(jī)發(fā)光二極管的實(shí)現(xiàn)還存在性能控制較難，色坐標(biāo)易漂移等問(wèn)題。本文通過(guò)有機(jī)發(fā)光二極管器件白光實(shí)現(xiàn)及其色坐標(biāo)計(jì)算，初步獲得實(shí)現(xiàn)白光OLED器件紅、綠、藍(lán)三基色的優(yōu)化比，通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證制備了色坐標(biāo)為(0.31，0.35)的白光OLED器件，進(jìn)一步通過(guò)理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)優(yōu)化，減少紅光摻雜濃度和增加綠光摻雜比例，實(shí)現(xiàn)接近標(biāo)準(zhǔn)白光(0.33，0.33)的有機(jī)發(fā)光二極管器件制備。

有機(jī)發(fā)光器件；白光；色坐標(biāo)計(jì)算；器件制備

0 引言

有機(jī)發(fā)光二極管OLED（organic light-emitting diode）具有自發(fā)光、厚度薄、響應(yīng)時(shí)間快、可作為柔性顯示等優(yōu)異特性，被公認(rèn)為最具發(fā)展?jié)摿Φ墓腆w照明和顯示器件[1-2]。白光有機(jī)發(fā)光二極管WOLED（white organic light-emitting diode）既可作為平面照明光源，又可與彩色過(guò)濾層結(jié)合實(shí)現(xiàn)全彩色顯示，具有廣闊的應(yīng)用前景[3-4]。目前，有機(jī)發(fā)光二極管通常采用紅、綠、藍(lán)共摻雜的單發(fā)光層結(jié)構(gòu)，紅、綠、藍(lán)分別摻雜的多發(fā)光層結(jié)構(gòu)和通過(guò)下轉(zhuǎn)換方式的光致發(fā)光結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)白光發(fā)射[5-6]。其中，共摻雜單發(fā)光層結(jié)構(gòu)的白光OLED器件易于設(shè)計(jì)與制造，但器件光電性能較依賴(lài)于高性能有機(jī)材料，而且器件效率較低。通過(guò)下轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)白光顯示的發(fā)光結(jié)構(gòu)，器件光電性能?chē)?yán)重依賴(lài)藍(lán)光材料光電特性，同時(shí)器件壽命較低。多發(fā)光層的疊層OLED結(jié)構(gòu)器件驅(qū)動(dòng)電壓較高[7-9]，器件色坐標(biāo)會(huì)隨著驅(qū)動(dòng)電壓發(fā)生漂移，影響了器件實(shí)際應(yīng)用。為了獲得性能穩(wěn)定、高效的白光OLED器件，通過(guò)摻雜以多種顏色混合實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)白光OLED器件制備，主要方法是利用互補(bǔ)色藍(lán)色和黃色、紅色和青色或紅、綠、藍(lán)三基色混合等得到白光[10-13]。為了提高試驗(yàn)效率，準(zhǔn)確找到實(shí)現(xiàn)白光的紅、綠、藍(lán)三基色的優(yōu)化比，實(shí)現(xiàn)對(duì)有機(jī)發(fā)光二極管器件白光色坐標(biāo)計(jì)算，將有助于為白光(0.33, 0.33) OLED器件的制備及其摻雜濃度準(zhǔn)確控制提供理論依據(jù)。

1 獲得白光所需要的三基色亮度比值計(jì)算

有機(jī)發(fā)光實(shí)現(xiàn)白色顯示的方法主要有以下幾種：由紅、綠、藍(lán)混合實(shí)現(xiàn)，顏色匹配可用方程：(C)=(X)＋(Y)＋(Z)來(lái)計(jì)算。其中，(C)為白色單位；(X)、(Y)、(Z)為紅、綠、藍(lán)單位；為白色數(shù)量；、、為紅、綠、藍(lán)數(shù)量。

白光三刺激值計(jì)算：

＝1＋2＋3

＝1＋2＋3(1)

＝1＋2＋3

式中：1、2、3為紅色三刺激值；Y、2、3為綠色三刺激值；1、2、3為藍(lán)色三刺激值。1、1、1為紅基色坐標(biāo)；2、2、2為綠基色坐標(biāo)；3、3、3為藍(lán)基色色坐標(biāo)；1、2、3為紅、綠、藍(lán)三基色亮度，白光的三刺激值可用公式(2)計(jì)算：

將公式(2)式代入公式(1)可得：

色坐標(biāo)為：

由于＋＋＝1，因此通常用(,)來(lái)表示色坐標(biāo)。標(biāo)準(zhǔn)白光的色坐標(biāo)為(0.33, 0.33)。

將(3)式代入(4)式得：

通過(guò)式(5)可以計(jì)算得到OLED器件紅、綠、藍(lán)、三基色亮度之間的比例，可根據(jù)比例調(diào)整三基色的發(fā)光強(qiáng)度。另外通過(guò)式(5)計(jì)算得到理論三基色亮度之間的比值，但由于發(fā)光層產(chǎn)生的光要經(jīng)過(guò)電子注入層、電子傳輸層、密封層，最后從陰極射出，不同材料對(duì)不同波長(zhǎng)的光吸收情況不同，所以如果按照(5)式計(jì)算得到的三基色亮度比例進(jìn)行摻雜時(shí)色坐標(biāo)可能存在偏離。

2 光譜色品坐標(biāo)計(jì)算

要計(jì)算顏色的色品坐標(biāo)，需要先求得顏色的三刺激值，公式為：

式中：積分范圍380～780nm。在計(jì)算中應(yīng)用了求和近似積分的處理方法，式(6)化為：

式中：()稱(chēng)為顏色刺激函數(shù)。因?yàn)镺LED器件是自發(fā)光體，()為OLED器件是自發(fā)光體輻射的相對(duì)光譜功能分布：

()＝() (8)

圖1 1931CIE標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者光譜三刺激值

由式(8)計(jì)算出OLED器件三刺激值后，由式(9)計(jì)算出色品坐標(biāo)值：

圖2和圖3為在20mA/cm2電流密度下，測(cè)試得到的OLED器件光譜輻射值和歸一化電致發(fā)光譜。將測(cè)試得到相對(duì)光譜功率值代入上述公式，可計(jì)算得到OLED色坐標(biāo)值。其理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果如表1所示。從試驗(yàn)情況來(lái)看，理論計(jì)算得到的色坐標(biāo)與實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果相吻合。

3 實(shí)現(xiàn)白光(0.33, 0.33)所需三基色發(fā)光比例分析

試驗(yàn)根據(jù)公式(1)～(5)計(jì)算了三基色混合形成白光(0.33, 0.33)所需亮度比例，計(jì)算得到紅光、綠光、藍(lán)光所需亮度比例分別為28.8%，56.8%，15.4%，即綠光＋藍(lán)光占白光亮度的72.2%。為了進(jìn)一步驗(yàn)證計(jì)算結(jié)果，實(shí)驗(yàn)分別制備了在藍(lán)光主體中摻雜綠光客體材料（Y-1#）、在藍(lán)光主體中摻雜紅光客體材料（Y-2#）以及在藍(lán)光主體中摻雜紅光和綠光客體材料的3個(gè)OLED器件。圖2、圖3和圖4分別為3個(gè)器件的光譜輻射值、歸一化電致發(fā)光光譜和色品坐標(biāo)計(jì)算結(jié)果。由于亮度與發(fā)光強(qiáng)度成正比，實(shí)驗(yàn)對(duì)制備得到白光OLED器件綠光＋藍(lán)光和紅光部分歸一化電致發(fā)光光譜分別進(jìn)行了積分計(jì)算，計(jì)算得到了綠光＋藍(lán)光和紅光部分歸一化電致發(fā)光光譜面積為80.95平方和35.31平方，整個(gè)白光光譜的積分面積為116.26平方，其中綠光＋藍(lán)光部分占整個(gè)發(fā)光面積的比例為69.63%，紅光部分占30.37%。其詳細(xì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2和圖5和圖6所示。

表1 光譜色品坐標(biāo)計(jì)算結(jié)果

從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，制備得到的白光器件色坐標(biāo)為(0.31, 0.35)，還稍微偏離白光色坐標(biāo)等能點(diǎn)(0.33, 0.33)。之所以有偏離現(xiàn)象產(chǎn)生，這是因?yàn)槿l(fā)光強(qiáng)度比例偏離理論計(jì)算值，藍(lán)光＋綠光比例為69.63%，小于理論計(jì)算值的71.2%，而紅光比例30.37%，大于理論計(jì)算所需28.8%，即器件色坐標(biāo)表現(xiàn)為藍(lán)光＋綠光亮度不夠，而紅光亮度較大，這是導(dǎo)致色坐標(biāo)有偏離的本質(zhì)原因。實(shí)驗(yàn)中通過(guò)進(jìn)一步減少紅光摻雜濃度或進(jìn)一步增加綠光摻雜比例，可以有效改善發(fā)光強(qiáng)度之間配比關(guān)系，實(shí)現(xiàn)接近白光(0.33, 0.33)的白光OLED器件制備。

圖2 OLED器件光譜輻射值

圖3 OLED器件歸一化EL光譜

圖4 OLED器件色品坐標(biāo)計(jì)算結(jié)果

表2 三基色發(fā)光強(qiáng)度比例計(jì)算

圖5 白光OLED器件EL光譜

圖6 白光OLED器件色坐標(biāo)計(jì)算值

4 結(jié)論

實(shí)驗(yàn)通過(guò)三基色亮度比值計(jì)算，得到白光OLED器件紅、綠、藍(lán)三基色亮度之間的理論比例，并與光譜色品坐標(biāo)計(jì)算得到的色坐標(biāo)與實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果相吻合。根據(jù)計(jì)算得到的三基色混合形成白光所需比例，計(jì)算得到紅光、綠光、藍(lán)光所需亮度比例分別為28.8%、56.8%、15.4%。依據(jù)理論計(jì)算結(jié)果，實(shí)驗(yàn)制備了白光OLED器件，色坐標(biāo)為(0.31,0.35)，還稍微偏離白光等能點(diǎn)(0.33,0.33)。理論計(jì)算與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的偏離，主要是由于發(fā)光層產(chǎn)生的光要經(jīng)過(guò)電子注入層、電子傳輸層、密封層，最后從陰極射出，不同材料對(duì)不同波長(zhǎng)的光其吸收情況不同。同時(shí)，計(jì)算得到三基色發(fā)光強(qiáng)度比例偏離理論計(jì)算值，藍(lán)光＋綠光比例為69.63%，小于理論計(jì)算值的71.2%，而紅光比例30.37%，大于理論計(jì)算值的28.8%。實(shí)驗(yàn)可以通過(guò)進(jìn)一步減少紅光摻雜濃度或進(jìn)一步增加綠光摻雜比例，改善發(fā)光強(qiáng)度之間配比關(guān)系，實(shí)現(xiàn)接近色坐標(biāo)為(0.33,0.33)的白光OLED器件制備。

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White Light Realization and Color Coordinate Calculation of OLED Devices

WANG Guanghua1,2，ZHANG Jie1，GAO Sibo1，DUAN Liangfei1，WU Yanming1,2，ZHOU Fang1，YIN LI1，DUAN Denghui1，WANG Liqiong1，JI Huaxia1

(1. Yunnan Olightek Opto-electronic Technology Co., Ltd., Kunming 650223, China;2. Kunming Institute of Physics, Kunming 650223, China)

White-light OLED devices can be used as a surface light source and for full color displays, which have become the focus of OLED research and development. However, there are some shortcomings in the realization of white-light OLED devices, such as insufficient luminous performance, difficult process control, and easy color drift. To solve these problems, the optimized ratios of primary colors(red, green, and blue) of organic OLED devices were preliminarily obtained through the realization of white light and calculation of the color coordinate. An experimental white-light OLED device was prepared with a color coordinate of (0.31, 0.35). Further, theoretical calculations and experimental optimizations were carried out to reduce the red-light doping concentration and increase the green-light doping ratio to realize standard white-light (0.33, 0.33) OLED devices.

OLED, white light, coordinate calculation, device preparation

TN312.8

A

1001-8891(2020)10-0958-05

2019-05-29；

2019-07-22.

王光華（1984-），男，博士研究生，主要從事有機(jī)光電材料與器件研究，E-mail：wangguanghua@oleid.com。

云南省“新型硅基OLED微型顯示技術(shù)開(kāi)發(fā)”創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目、云南省應(yīng)用基礎(chǔ)研究面上項(xiàng)目（2016FB112）、國(guó)家自然科學(xué)基金（61604064）項(xiàng)目、云南省技術(shù)創(chuàng)新人才培養(yǎng)項(xiàng)目（2017HB111）、云南省“萬(wàn)人計(jì)劃”產(chǎn)業(yè)技術(shù)領(lǐng)軍人才培養(yǎng)項(xiàng)目等資助。