利用雙發(fā)光層結(jié)構(gòu)提高N-BDAVBi摻雜器件的效率

王福軍，汪 津，張會萍，姜文龍

(吉林師范大學(xué) 信息技術(shù)學(xué)院，吉林 四平 136000)

0 引言

有機電致發(fā)光器件以其主動發(fā)光、可柔性顯示等優(yōu)點在平板顯示及固態(tài)照明領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，引入摻雜結(jié)構(gòu)的發(fā)光層對于有機電致發(fā)光器件性能的改善起到了重要作用[1-8]．目前，紅、綠有機電致發(fā)光器件內(nèi)量子效率已接近100%，盡管藍色有機電致發(fā)光器件的內(nèi)量子效率也已接近100%，但因為藍光器件的壽命較短、高亮度下效率衰減也很顯著[9-10]，因此如何提高藍色OLED性能，特別是效率問題一直是人們關(guān)注的熱點．

本文利用藍色熒光染料N-BDAVBi作為摻雜劑，通過雙發(fā)光層摻雜結(jié)構(gòu)來提高藍色OLED的性能，并對其內(nèi)部機理進行了分析．

1 實驗

在相同的實驗環(huán)境條件下，將藍色客體發(fā)光材料N-BDAVBi分別摻入主體材料TCTA和TPBi中，制備了兩個單發(fā)光層器件，在此基礎(chǔ)上又制備了第三個器件—雙發(fā)光層器件，器件結(jié)構(gòu)如下：器件A：ITO/m-MTDATA(40 nm)/NPB(10 nm)/ TCTA：N-BDAVBi(30 nm)/TPBi(30 nm)/LiF(6 nm)/Al(150 nm)；器件B:ITO/ m-MTDATA(40 nm)/NPB(10 nm)/TPBi:N-BDAVBi(30 nm)/ TPBi(30 nm)/LiF(6 nm)/Al(150 nm)；器件C：ITO/m-MTDATA(40 nm)/NPB(10 nm)/ TCTA：N-BDAVBi(15 nm)/TPBi:N-BDAVBi(15 nm)/TPBi(30 nm)/LiF(6 nm)/Al(150 nm)．器件中m-MTDATA(4,4',4''-tris(N-3-methylphenyl-N-phenyl-amino) triphenylamine)40 nm 作為空穴注入層，NPB(N,N'-bis-(1-naphthyl)- N,N'diphenyl-1,1'-biphenyl-4,4'-diamine)10 nm作為空穴傳輸層，N-BDAVBi (N-(4-((E)-2-(6-((E)-4-(diphenylamino)styryl)naphthalen-2-yl)vinyl)phenyl)-N-Phenylbenzenamine)作為客體發(fā)光材料，TCTA (4,4',4" -Tris(carbazol-9-yl)triphenylamine)作為發(fā)光主體材料,TPBi(1,3,5-tris(N-phenylbenzimidazol-2-yl)benzene)既是發(fā)光主體材料，又作為空穴阻擋層(HBL)兼電子傳輸層(ETL)材料，LiF作為緩沖層以增強電子注入．試驗中的ITO玻璃作為基底，方塊電阻約為50 Ω，首先將大片ITO玻璃切成實驗所需大小，之后用海綿蘸丙酮、乙醇、去離子水反復(fù)擦拭、超聲清洗，之后放于干燥箱中做干燥處理，各個有機材料按照順序和比例生長在ITO玻璃上．將所用有機藥品逐個放在溫度可以單獨控制的蒸發(fā)源(石英坩堝)中，之后按照預(yù)先設(shè)計的結(jié)構(gòu)順序依次生長不同的有機材料，然后將帶有蒸鍍的有機材料的玻璃襯底放于蒸Al室，進行鍍Al，有機材料生長過程中，有機室真空度始終要維持在4×10-4Pa 左右,蒸發(fā)速率維持在0.2～0.4 nm/s,亮度—電壓—電流特性、色坐標(biāo)以及EL光譜由計算機控制的可編程電流—電壓源Keithley Source 2400 和光譜掃描光度計PR655 所構(gòu)成的測試系統(tǒng)測試，有機層厚度由上海產(chǎn)的FTM-Ⅴ型石英晶體膜厚儀監(jiān)測，所有實驗數(shù)據(jù)的測量均在室溫大氣中測得．試驗中發(fā)光層所用有機材料的化學(xué)結(jié)構(gòu)式如圖1所示．

圖1 有機材料的化學(xué)結(jié)構(gòu)

2 結(jié)果與討論

圖2是器件A～C在12 V電壓的歸一化光譜圖，三個器件光譜中的主發(fā)光峰都位于472 nm，為客體材料N-BDAVBi的發(fā)光峰，在430 nm附近，三個器件都有較弱的空穴傳輸材料NPB的發(fā)光峰，原因是電子穿越發(fā)光層到達陽極處的空穴傳輸層，與NPB結(jié)合而輻射發(fā)光．但是以TPBi 為主體材料的器件B的NPB發(fā)光明顯，原因是器件B的主體材料和電子傳輸材料都是TPBi，從陰極傳輸過來的電子沒有任何勢壘很容易傳輸?shù)桨l(fā)光層，并透過發(fā)光層到達空穴傳輸層，我們從圖6(b)器件的能級示意圖可直觀的得出結(jié)論．圖2的光譜圖中，除了有微弱的NPB發(fā)光峰外，沒有見到任何主體材料的發(fā)光峰，這說明主體材料被激發(fā)的激子有效的傳遞給了客體發(fā)光材料．

圖2 12 V偏壓下的歸一化光譜圖

圖3是主體材料TCTA、TPBi的發(fā)射光譜和N-BDAVBi的吸收光譜，從圖中可以看出主體材料的發(fā)射光譜和客體材料的吸收光譜有很大重疊，這是摻雜結(jié)構(gòu)器件主客體發(fā)生有效能量轉(zhuǎn)移的必備條件．

圖3 TCTA和TPBi的歸一化光致發(fā)光光譜及N-BDAVBi歸一化吸收光譜

圖4為三個器件的電流密度—電壓特性曲線，由圖可以看出三個器件曲線變化趨勢基本一致，隨著電壓的增大，電流密度逐漸增大，呈線性關(guān)系，這與二極管的電壓—電流特性曲線一致，表明三個器件均表現(xiàn)出了較好的載流子傳輸特性．但是在低電壓下，電流密度隨電壓變化趨勢緩慢，因為在低電壓下，載流子注入勢壘使分別從陽極和陰極注入的空穴和電子主要積累在有機異質(zhì)節(jié)的界面處，導(dǎo)致電流密度較低．隨外加電壓升高，器件內(nèi)部電場增強使載流子遷移率提高，導(dǎo)致電流密度明顯增加．

圖4 器件A～C的電流密度—電壓關(guān)系特性曲線

圖5是三個器件的電流效率—電壓特性曲線，三個器件的最大電流效率分別為4.16 cd/A，7.09 cd/A，8.44 cd/A，器件C的電流效率分別是器件A和器件B的1.85倍和1.2倍．器件C效率提高的主要原因是單發(fā)光層器件的載流子復(fù)合區(qū)域較窄，一部分沒有參與輻射發(fā)光的激子擴散到傳輸層，因靠近傳輸層一側(cè)激子濃度過高而引起了湮滅，導(dǎo)致效率低．而雙發(fā)光層器件擴大了載流子結(jié)合區(qū)域，減少了載流子在空穴傳輸層/發(fā)射層以及發(fā)射層/電子傳輸層積累，降低了的因激子濃度過高而引起的湮滅，提高了器件的效率．器件B的電流效率明顯比器件A高很多，我們知道，提高效率的有效途徑就是提高發(fā)光層中電子和空穴的復(fù)合幾率，通常情況下，有機器件中電子是少子，空穴是多子，空穴的遷移率一般高于電子的遷移率，所以增加電子的注入是提高器件效率的有效途徑之一，器件A的主體材料TCTA是典型的空穴傳輸型主體材料，而器件B的主體材料TPBi是典型的電子傳輸型材料[11-12]，用TPBi作為主體材料更增強了電子的傳輸．器件B的電流效率比A高也源于器件的能級結(jié)構(gòu)，如圖6器件的能級結(jié)構(gòu)示意圖，器B的主體材料和靠近陰極的電子傳輸材料相同，所以能級上沒有任何勢壘，便于少子電子的傳輸．

圖5 器件A～C的電流密度-電流效率關(guān)系特性曲線

3 結(jié)論

制備了結(jié)構(gòu)為ITO/m-MTDATA(40 nm)/NPB(10 nm)/TCTA：N-BDAVBi(15 nm)/TPBi:N-BDAVBi(15 nm)/TPBi(30 nm)/LiF(0.6 nm)/Al(150 nm)的雙發(fā)光層結(jié)構(gòu)的藍光器件，最大電流效率達到8.44 cd/A，并且在12 V的電壓下，最大亮度達到11 860 cd/m2，分別是單發(fā)光層結(jié)構(gòu)器件的1.85倍和1.2倍．高性能歸因于雙發(fā)光層擴大了載流子結(jié)合區(qū)域，減弱了載流子在發(fā)光層和傳輸層界面的積累；主客體間高效、充分的Forster能量轉(zhuǎn)移以及器件合理的結(jié)構(gòu)．

圖6 器件A～C的能級結(jié)構(gòu)示意圖

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