超薄发光层的高效蓝色荧光有机电致发光器件

第30卷第8期2016年8月白城师范学院学报Journal of Baicheng Normal University Vol．30，No．8Aug．，2016
超薄发光层的高效蓝色荧光有机电致发光器件
王双，汪津
（吉林师范大学博达学院，吉林四平136000）
摘要：分别采用MoO 3为空穴注入材料，
NPB 为空穴传输材料，TPBI 为空穴阻挡材料，制备了结构为ITO /MoO 3/TCTA /DOPPP /TPBI /LiF /Al 的蓝色有机电致发光器件．
讨论了改变发光层厚度和空穴传输层对器件发光特性的影响．当在MoO 3和TCTA 间插入
NPB ，同时发光层厚度为1nm 时器件的性能最好．在电压为14．5V ，电流密度为330mA /
cm 2时，亮度达到最大为10110cd /m 2，CIE 色坐标为（0．154，0．151）．在电压为13．5V ，电
流密度为168mA /cm 2时，
器件的最大电流效率为3．55cd /A ，CIE 色坐标为（0．152，0．144）．
关键词：有机电致发光器件；超薄层；蓝光
中图分类号：TN383．1文献标识码：A 文章编号：1673-
3118（2016）08-0031-05收稿日期：2016－06－13
作者简介：王双（1987———），女，助教，
硕士，研究方向：有机电致发光器件．1引言
自从1987年，Tang 和VanSlyke 报道了高效小分子OLED 器件，［1］有机电致发光器件在全色平板显示
和区域照明领域的研究备受人们关注，并且取得了飞速的发展．［2－4］其研究的目标之一就是实现全色显
示，其中蓝色不仅是实现全色显示必备三基色之一，而且在白光固态照明领域也有极其重要的应用．近来虽然利用磷光染料制备蓝光器件的效率高于荧光染料，但是荧光染料凭借其器件的稳定性和长的使用寿
命仍具有着重要的研究意义．因此，实现高效率且性能稳定的蓝光器件尤为关键．［5］近年来，关于深蓝色、
高效率且长寿命的OLED 的报道很少，［6－7］部分报道采用掺杂系统来改善蓝光OLED 器件性能，［8－9］但是
掺杂浓度的精确控制
［10］
和制备成本的升高都给OLED 大规模产业化带来了很大的困难．所以，高性能非
掺杂蓝光器件的制备［11］引起了人们的关注．本文采用非掺杂蓝色荧光材料作为超薄发光层，通过调节超薄发光层厚度和优化空穴传输层的方法，制备出性能较好的蓝色荧光小分子OLED．2实验过程
实验中采用MoO 3做空穴注入层，N 、
N _－di （naphthalene －1yl ）－N 、N _－dipheny －l benzidine （NPB ）和4，4’，4’’－tris （N －carbazolyl ）triphenylamine （TCTA ）做空穴传输层，
1，3，5－tris （N －phenyl-benzimidizol －2－yl ）benzene （TPBI ）为空穴阻挡层．1－（2，5－dimethoxy －4－（1－pyrenyl ）－phenyl ）py-rene （DOPPP ）为蓝色发光层．以上使用的化学材料的结构式列于图1．ITO 玻璃基片（20Ω/sq ）经过丙酮、乙醇、去离子水超声清洗三遍，然后置110ħ干燥箱中15min ，最后放入多源有机分子气相沉积系统的腔室
内，有机层蒸镀过程中，腔内真空度始终保持在5ˑ10－4Pa 左右同时将蒸镀速率稳定在0．1nm /s．蒸镀无
机LiF 层时，蒸镀速率控制在0．01nm /s ，最后在1nm /s 的速率下覆盖阴极Al．蒸镀过程中各功能层的厚度
是采用FTM －V 型石英晶体膜厚监测仪进行同步监测．器件的有效发光面积约为4mm 2，通过计算机控制
的Keithley2400和PＲ655所构成的测试系统对器件的亮度、电流、电压，电致发光光谱，色度进行测量．所1
3
有的测量均在室温（300K ）条件大气环境中进行
．
图1所用的化学材料结构式
3结果分析
为了考察DOPPP 超薄层的厚度对器件性能的影响，
制作了A 、B 、C 三个器件，其结构为ITO /MoO 3（10nm ）/TCTA （40nm ）/DOPPP （xnm ）/TPBI （40nm ）/LiF （0．6nm ）/Al．（器件A ，x =0．5nm ；器件B ，x =1nm ；器件C ，x =2nm ）．器件A －C 的EL 特性显示在表一中．其中CIE 坐标是对应最大效率时的色坐标．
表1器件A －E 致电发光
器件
光谱波长（nm ）最大电流效率（cd /A ）最大发光亮度（cd /m 2）CIE 色坐标（x ，y ）A
4602．295215（0．139，0．136）B
4602．576096（0．150，0．149）C
4682．616241（0．154，0．155）D
4682．023739（0．153，0．180）E 4603．5510110（0．152，0．145）
A ：ITO /MoO 3（10nm ）/TCTA （40nm ）/DOPPP （0．5nm ）/TPBI （30nm ）/LiF （0．6nm ）/Al （100nm ）
B ：ITO /MoO 3（10nm ）/TCTA （40nm ）/DOPPP （1nm ）/TPBI （30nm ）/LiF （0．6nm ）/Al （100nm ）
C ：ITO /MoO 3（10nm ）/TCTA （40nm ）/DOPPP （2nm ）/TPBI （30nm ）/LiF （0．6nm ）/Al （100nm ）
D ：ITO /MoO 3（10nm ）/TCTA （40nm ）/DOPPP （1nm ）/TPBI （50nm ）/LiF （0．6nm ）/Al （100nm ）
E ：ITO /MoO 3（10nm ）/NPB （50nm ）/TCTA （10nm ）/DOPPP （1nm ）/TPBI （30nm ）/Li
F （0．6nm ）/Al （100nm ）
从表1中可以看出，当DOPPP 的厚度从0．5nm 增加到2nm 时，器件的发光峰从460nm 移到了468nm ；器件的最大效率从2．29cd /A 上升到了2．61cd /A．从表中还可以看到，器件A 和器件B 虽然在亮度、效率等性能上不如器件C ，但是蓝光色度却比器件C 好．综合考虑，我们认为器件B 的效果比较理想，
其色度坐标（0．150，0．149），而且效率在11．5V 时达到2．57cd /A ，
在14．5V 时亮度最高为6096cd /m 2．所以下面的实验我们把DOPPP 薄层的厚度固定在1nm．为了更利于与常规器件进行对比并且进一步改善器
件的性能，在前面实验的基础上，调整了电子传输层的厚度，
TPBI 由30nm 增加至50nm （器件D ）．在电子传输层不变的情况下，调整了空穴传输层的厚度和结构，由于空穴传输材料NPB 的HOMO 能级比TCTA 的HOMO 能级高出0．2eV （如图2所示），因此更利于空穴的注入，所以我们将NPB （50nm ）插入MoO 3和TCTA （10nm ）之间制备了器件E．
图3为器件A －E 在20mA /cm 2电流密度时的归一化电致发光光谱图．从图上可以看出器件A －E 的
发射峰值波长约为460nm ，主要来自于蓝光材料DOPPP 的发射，由于器件的发光层为超薄层器件，
形成激子的能量高，所以器件色度较好．特别是器件A ，效率为2．29cd /A 时CIE 坐标为（0．139，
0．136）．在整个电压的范围内，其它器件的CIE 坐标稳定在x =0．16，y =0．16附近，处于蓝光中心区域．
2
3白城师范学院学报第30卷第8期
图2
器件所用材料的能带结构示意图
图3器件A －E 在20mA /cm 2
电流密度时的归一化电致发光光谱图图4为A －E 电流密度随电压变化曲线．由图可以看出，
低电压时，有机材料中由于本征激发所产生的载流子足以满足器件所需电流，流经器件的电流受电极注入电流限制，所以在小于10V 时几乎没有变
化，10V 后有明显增加，在10 15V 间成线性曲线．相同电压下，器件D 的电流密度明显低于其它器件的电流密度，可能由于器件D 中TPBI 的厚度增加导致电子传输受阻，从而减少了电子在发光层LUMO 能级上的数量．从能级结构图可以看出，器件E 在MoO 3与TCTA 层之间插入一个空穴传输层NPB ，在MoO 3和NPB 界面存在一个很小的注入势垒，导致从MoO 3到NPB 有更强的空穴注入能力，使从阳极注入的空穴
更容易到达发光层，同时TPBI 的HOMO 能极为6．3eV ，
而DOPPP 的为5．9eV ，两者相差0．4eV ，可有效地阻挡空穴穿过界面，从而提高器件的发光效率同时降低器件的开启电压．
图5为器件亮度－电压特性曲线，伴随驱动电压逐渐的增加，器件的亮度也随之增大，器件A －E ，在10 14V 区间，曲线保持较好的线性；在14 15V 区间，曲线斜率变小，表明器件发光有饱和的趋势．器件E 在整个坐标范围内的亮度都远远高于其它器件，在整个测试过程中，可以观察到器件发出稳定而
明亮的蓝光．驱动电压为14．5V 时，器件E 的最高亮度为10110cd /m 2．
3
3超薄发光层的高效蓝色荧光有机电致发光器件
图4器件A －E 电流密度－
电压变化曲线
图5器件亮度－电压变化特性曲线
图6器件电流效率－电流密度的变化曲线图6是器件电流效率－电流密度的曲线．超薄发光层的厚度为1nm 和2nm 的器件B 和器件C 的效率分别为2．57cd /A 和2．61cd /A 高于器件A 的效率（2．29cd /A ），而器件D 的效率（2．02cd /A ）最低．图中器件E 的效率（3．55cd /A ）明显高于其它器件的效率．该现象说明，器件中恰当的选取载流子传输材料和调节发光超薄层的厚度，能够使更多的载流子到达发光层形成激子，从而提高器件的效率．
4结论
我们通过调节发光层厚度和改变空穴传输层的方法，
制备了发光效率较高且色度较好的有机电致蓝光器件．器件结构为ITO /MoO 3/TCTA /DOPPP /TPBI /LiF /Al ，当在MoO 3和TCTA 间插入NPB ，
同时选取发光层厚度为1nm 时器件的性能最好．在电压为14．5V ，电流密度为330mA /cm 2时，亮度达到最大为
10110cd /m 2，CIE 色坐标为（0．154，0．151）．在电压为13．5V ，电流密度为168mA /cm 2时，
器件的最大电流效率为3．55cd /A ，
CIE 色坐标为（0．152，0．144）．4
3白城师范学院学报第30卷第8期
超薄发光层的高效蓝色荧光有机电致发光器件
参考文献：
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Ultra－thin light emitting layer of efficient blue
fluorescent organic electroluminescent devices
WANG Shuang，WANG jin
（Boda College of Jilin Normal University，Siping136000，China）
as hole injection material，NPB as hole transport material，TPBI as hole blocking ma-Abstract：Usin MoO
3
terial，respectively．The device structure is ITO/MoO
/TCTA/DOPPP/TPBI/LiF/Al．We study the effect that
3
changing the thickness of the emitting layer and the hole transport layer．We achieve a better performance of the device which the thickness of the emissive layer is1nm when inserting NPB between MoO
and TCTA．A maxi-
3
mum luminance of10110cd/cm2and330mA/cm2at14．5V with a saturated blue CIE color coordinate of （0．154，0．151）and a maximum current efficiency of3．55cd/A and168mA/cm2at13．5V with a saturated blue CIE color coordinate of（0．152，0．144）have been achieved．
Key Words：organic light emitting devices；thin layer；blue light
责任编辑：王丽萍
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