基于熒光材料的有機(jī)電致白光發(fā)光器件

劉秭君，肇杰

（吉林師范大學(xué)博達(dá)學(xué)院，吉林四平，136000）

1 熒光系統(tǒng)及白光熒光OLEDs

1.1 白色熒光產(chǎn)生的原理

白色的電致發(fā)光，一般可以由不同的發(fā)光顏色混合而成，例如混合兩互補(bǔ)色可以得到二波段型白光，或混合紅、藍(lán)、綠三原色得到三波段型白光。常見的OLED器件結(jié)構(gòu)主要有兩種，分別為多摻雜層發(fā)光器件和多重發(fā)光層器件。所謂多摻雜發(fā)光層器件是指將含有多種顏色發(fā)光材料的摻雜物共蒸鍍于同一發(fā)光層中，利用不完全能量轉(zhuǎn)換原理使電致發(fā)光呈現(xiàn)不同顏色混合而形成白光。而多重發(fā)光層器件是將不同顏色的發(fā)光材料分別摻混在各個發(fā)光層中，利用各單層發(fā)光再混合來實(shí)現(xiàn)多波段的發(fā)光。

1.2 白色熒光OLEDs

最早報(bào)道的熒光系統(tǒng)WOLED是美國柯達(dá)公司制備的雙發(fā)光層的器件結(jié)構(gòu)，主要是將黃光發(fā)光材料摻雜到NPB中，結(jié)合藍(lán)色發(fā)光材料，通過使用厚度匹配和調(diào)節(jié)濃度的方法制備出白光器件。2006年，SID會上，柯達(dá)公司發(fā)表了有關(guān)多波段藍(lán)、綠、黃的白光器件，獲得CIE色坐標(biāo)為(0.318,0.348)，最大效率為9.9cd/A。提高器件效率最有效的方法是p-i-n結(jié)構(gòu)，p-i-n結(jié)構(gòu)能有效的增加電子和空穴的注入數(shù)目，極大的增加電子和空穴的復(fù)合幾率，從而提高了器件的效率和亮度，降低了器件的啟亮電壓[33]。2008年，Duan等人用BPhen：Cs和MeO-TPD：F4-TCNQ的p-i-n結(jié)構(gòu)，獲得了功率效率為8.7lm/W的白光器件。2008年，丁桂英等采用全熒光系統(tǒng)，獲得最大亮度為25110cd/m2,CIE色坐標(biāo)為(0.30,0.34)的很好的白光。2013年，吳清洋等人使用熒光材料PT-01作為黃色熒光客體材料，PT-86作為藍(lán)色熒光客體材料，PT-05作為熒光主體材料制作出了全熒光白光有機(jī)電致發(fā)光器件。獲得的最大效率為11.2cd/A,最大亮度為20590cd/m2。

2 基于藍(lán)色熒光材料DPVBi和紅色熒光材料DCJTB的研究

2.1 實(shí)驗(yàn)主要內(nèi)容及采用的手段

實(shí)驗(yàn)主要以DPVBi材料為藍(lán)色發(fā)光層，另外以DPVBi摻雜DCJTB作為第二層發(fā)光層，制備了雙層全熒光白光有機(jī)電致發(fā)光器件。器件結(jié)構(gòu)為ITO/MoO3/TCTA/DPVBi/DPVBi:DCJTB/TPBi/LiF/CdS/Al。通過改變摻雜層的摻雜比例，改變發(fā)光層位置和調(diào)節(jié)發(fā)光層厚度的方法獲得了白光。發(fā)現(xiàn)單DPVBi藍(lán)色發(fā)光層在摻雜層前面，摻雜比例為1:3%，并且DPVBi藍(lán)色發(fā)光層與DPVBi：DCJTB層厚度為15nm和10nm時獲得了白光有機(jī)電致發(fā)光器件。

2.2 實(shí)驗(yàn)過程

采用的器件結(jié)構(gòu)和能級圖如圖1和圖2所示。MoO3作為電子注入層，TCTA作為電子傳輸層，DPVBi作為藍(lán)色發(fā)光層，DPVBi：DCJTB作為黃色發(fā)光層，TPBi作為電子傳輸層和空穴阻擋層，LiF/Al作為復(fù)合陰極。MoO3，TCTA，TPBi，CdS的厚度分別固定在10nm、20nm、20nm、0.6nm不變，實(shí)驗(yàn)過程首先研究了不同摻雜濃度的單層發(fā)光層DPVBi:DCJTB有機(jī)電致發(fā)光器件，器件結(jié)構(gòu)為ITO/MoO3/TCTA/DPVBi:DCJTB/TPBi/LiF/CdS/Al，摻雜濃度分別為1%，3%，5%，7%，制備了發(fā)現(xiàn)制備出的器件均顯橙黃色，且1%濃度較好。為了獲得白光，在此器件結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上又加入了一層藍(lán)色熒光材料DPVBi藍(lán)色熒光發(fā)光層,并改變DPVBi的位置，同時通過能級匹配的方法調(diào)節(jié)DPVBi層與DPVBi:DCJTB層厚度，獲得的器件均以藍(lán)光為主，無法獲得理想的白光，如此猜想，紅光發(fā)光較弱，且發(fā)光區(qū)域主要在DPVBi層，所以為了進(jìn)一步獲得白光，把摻雜濃度變?yōu)?:3%，并重復(fù)了第二次實(shí)驗(yàn)，獲得器件A,B,C,D,器件A的發(fā)光層厚度為10nm，15nm，器件B的發(fā)光層厚度為15nm，10nm，器件C的發(fā)光層厚度為10nm，15nm，器件D的發(fā)光層厚度為15nm，10nm。A,B器件結(jié)構(gòu)參照圖1(a)所示，器件C,D參照圖1(b)所示，發(fā)現(xiàn)DPVBi藍(lán)色發(fā)光層在摻雜層前面，并且DPVBi層與DPVBi:DCJTB層厚度為15nm和10nm時獲得了白光。器件的陽極用的是ITO玻璃。在蒸鍍有機(jī)材料薄層之前，依次用丙酮、無水乙醇、去離子水超聲反復(fù)清洗ITO玻璃基片，干燥后置于多源有機(jī)分子氣相沉積系統(tǒng)的腔室內(nèi)，腔內(nèi)真空度小于5×10-4Pa，有機(jī)薄膜的蒸發(fā)速率控制在0.1-0.2nm/s的范圍內(nèi)，LiF的蒸發(fā)速率約0.01nm/s，金屬Al的蒸發(fā)速率約1.5nm/s，蒸鍍過程中采用FTM-V型石英晶體膜厚監(jiān)測儀監(jiān)測厚度，通過keithley 2400和光譜掃描光度計(jì)PR655對器件的亮度，電流，電壓，發(fā)光光譜，色度進(jìn)行測量。測量在空氣中室溫條件下進(jìn)行。

圖1 器件結(jié)構(gòu)圖

圖2 器件A的能級圖

2.3 結(jié)果與討論

圖3為器件A,B,C,D的電壓-亮度曲線，器件A和器件B中，DPVBi藍(lán)色發(fā)光層位于DPVBi：DCJTB前面，且改變兩發(fā)光層厚度（10nm，15nm）和（15nm，10nm），由圖可知，器件A的最大亮度為8500cd/cm2，器件B的最大亮度為11000cd/cm2，且器件B隨電壓增大亮度高于A器件，原因是器件B比器件A厚度更加匹配，載流子注入更加平衡，參加發(fā)光的激子的數(shù)目增多，導(dǎo)致亮度增大。器件C和器件D為發(fā)光層調(diào)換位置后的圖像，可以看出器件C隨電壓增加亮度要比器件D隨電壓增加的亮度大，同樣是因?yàn)槠骷﨏比器件D厚度更加匹配，參加發(fā)光的激子數(shù)目增多導(dǎo)致的。

圖3 電壓-亮度曲線

由圖4電流密度-效率曲線可以看出，器件A,B,C,D隨電流密度的增加，效率滾降不大，基本是一條平直的曲線，可以說器件A,B,C,D載流子注入基本趨于平衡。器件A最大效率為1.8cd/A,器件B最大效率為2.5cd/A,器件C最大效率為4.6cd/A,器件D最大效率為4.9cd/A,由此可知器件C獲得的效率最大。

圖4 電流密度-效率曲線

圖5為器件A,B,C,D歸一化光譜圖，從光譜圖中可以看到主要有兩個發(fā)光峰，一個為藍(lán)色發(fā)光峰，一個為紅色發(fā)光峰，它們分別來自DPVBi和DCJTB的發(fā)光。其中器件B的CIE在（0.38,0.32)附近，色度較好屬于暖白光發(fā)射。器件B單層DPVBi在摻雜層DPVBi：DCJTB前面，之所以白光的顯色性比交換發(fā)光層位置的C,D器件好，主要是由于器件C,D在外加電壓下，DPVBi到DCJTB的能量傳遞主要占優(yōu)勢，導(dǎo)致發(fā)光區(qū)域主要集中在摻雜發(fā)光層中，隨電壓增加，紅光的強(qiáng)度增強(qiáng)，器件的顯色性偏于紅色，最終導(dǎo)致白光色度較差。器件B與器件A相比，摻雜層的厚度薄，單層藍(lán)光層的厚度厚，各材料厚度匹配較好，把發(fā)光區(qū)域限制在了藍(lán)光發(fā)光層和摻雜發(fā)光層中，導(dǎo)致了電子和空穴向藍(lán)光和紅光發(fā)射層的注入較均勻，使器件的紅光和藍(lán)光發(fā)射強(qiáng)度比較均衡，器件的白光色度較好。

圖5 器件A,B,C,D歸一化光譜圖

3 總結(jié)

當(dāng)DPVBi層位置在前面時，器件的紅色和藍(lán)色發(fā)光強(qiáng)度比較均勻，且發(fā)光層厚度為15nm和10nm時，器件的厚度較匹配，增加了電子的注入和載流子的復(fù)合增加了電子的注入和載流子的復(fù)合幾率，并獲得白光器件，且器件的CIE坐標(biāo)為（0.38,0.32）,器件最大效率為2.5cd/A,最大亮度為11000cd/cm2。