基于DSA-ph掺杂结构的高效蓝色有机荧光电致发光器件

基于DSA-ph掺杂结构的高效蓝色有机荧光电致发光器件王福军;张会萍;姜文龙【摘要】文章制备了在主体材料ADN中掺杂荧光染料DSA-ph的高效蓝色有机荧光电致发光器件.器件结构为ITO/2T-NATA(30 nm)/NPBX(10 nm)/ADN:4wt.％DSA-ph(40 nm)/Bphen(30 nm)/LiF(O.6 nm)/Al(150 nm).当DSA-ph掺杂浓度为4％时,器件的最大电流效率为5.88 cd/A,在12 V的电压下,最大亮度达到10410 cd/m2,色坐标为(0.181,0.329),器件高性能主要归因于主客体间充分的Forster能量转移和载流子注入平衡.【期刊名称】《吉林师范大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2013(034)003【总页数】3页(P83-85)【关键词】有机电致发光器件;蓝光发射;效率【作者】王福军;张会萍;姜文龙【作者单位】吉林师范大学信息技术学院,吉林四平136000;吉林师范大学信息技术学院,吉林四平136000;吉林师范大学信息技术学院,吉林四平136000【正文语种】中文【中图分类】TN3830 引言有机电致发光器件(OLED)以主动发光、能耗低、效率高、可柔性显示而被誉为“下一代主流显示器”或者“梦幻显示器”[1-3]．实现全色显示可以通过调节RGB三基色获得真彩色，也可以以蓝色OLED为基础，用蓝光激发光色转换材料分别得到红光和绿光，可见蓝光对于全彩显示至关重要．一直以来，人们对蓝光OLED的追求从未间断过[4-9]．本文采用高效荧光材料DSA-ph作为客体掺杂材料，以宽带隙材料ADN为主体作为蓝色发光层，由于主体的发射峰与客体的吸收峰有很大的重叠度，这为主客体间Forster能量的有效转移提供了条件[10]．1 实验实验中以方阻约为40 Ω的ITO玻璃作为基底将有机材料生长其上．在有机材料沉积前将ITO玻璃衬底用丙酮、乙醇、去离子水反复擦拭、超声，之后放于干燥箱中干燥．将所用药品置于温度可以单独控制的蒸发源(石英坩埚)中，根据预先设计的结构顺序依次生长不同的有机材料，然后将所有玻璃衬底置于蒸铝室，进行阴极Al的蒸镀．在有机功能层生长过程中，有机室真空度始终要维持在4×10-4Pa 左右,蒸发速率维持在0.2～0.4 nm/s，器件的有效发光面积为4 mm2，亮度—电压—电流特性、色坐标以及EL光谱由计算机控制的可编程电流—电压源Keithley Source 2400 和光谱扫描光度计PR655 所构成的测试系统测试．有机层厚度由上海生产的FTM-Ⅴ型石英晶体膜厚仪监测．所有测量数据均在室温大气中测得．制备了结构为ITO/2T-NATA(30 nm)/NPBX(10 nm)/ADN：DSA-ph(40nm)/Bphen(30 nm)/LiF(0.6 nm)/Al(150 nm)的蓝光器件，试验中ITO玻璃衬底作为阳极，不同的有机材料蒸镀在ITO表面．4,4′,4″-{N，-(2-naphthyl)-N-phenylamino}-triphenylamine (2T-NATA)作为空穴注入层(HIL),N,N′-bis-(1-naphthyl)-N,N′ diphenyl-1,1′-biphenyl-4,4′-diamine(NPBX)作为空穴传输层(HTL)，p-N,N-diphenyl- aminostyryl) benzene(DSA-ph)作为客体，掺杂到主体材料9,10-di(2-naphthyl)anthracene(ADN)中作为蓝光发射层(EIL)4,7-diphenyl-1,10- phenanthroline (Bphen)作为空穴阻挡层(HBL)兼电子传输层(ETL)，LiF作为缓冲层以增强电子注入．客体材料DSA-ph分别以不同浓度2%，3%，4%，5%掺杂于主体之中，四个器件编号分别为A、B、C、D．2 结果与分析图1为四个器件A、B、C、D在电压为12 V时的光谱图，由图可以看出，所有的光谱都有两个主要的发射峰，分别在470 nm和502 nm，在538 nm处有一个肩峰，发光来自于客体材料DSA-ph[10]．浓度的改变并没有影响激子复合的复合区的位置，当电压变化时，器件发光均来自客体材料DSA-ph，表明主体ADN中形成的激子有效的传递给客体材料及DSA-ph俘获载流子发光．图1 在12 V偏压下的(EL)光谱图图2为A、B、C、D四个器件的电流密度-电压特性曲线，由图可以看出，四个器件的曲线变化趋势基本一致，与二极管的电压—电流曲线相似，呈线性关系，这说明四个器件均表现出了较好的载流子传输特性．图2 电流密度—电压(J-V)曲线对于荧光掺杂机制，高效的能量转移意味着高的器件效率．主客体之间是否存在有效的能量转移，与主体材料的发射光谱和客体材料的吸收光谱有密切关系．如图3所示ADN发射光谱和DSA-ph的吸收光谱图可以看出，主体的发射光谱和客体的吸收光谱有很大的重叠度，说明主体到客体存在能量转移．图3 ADN的发射光谱和DSA-ph的吸收光谱图图4为A、B、C、D四个器件的电流效率—电压特性曲线，可以看出，当客体DSA-ph的掺杂浓度较低时，不能充分利用主体材料ADN的能量，主客体间的Forster能量转移效率比较低，当浓度增加时，由于客体材料所占比例变大，ADN 到DSA-ph中的能量传递效率较高．当浓度达到4%的时候，在电流密度为1.74 mA/cm2 时，效率最大为5.88 cd/A．如图5所示，在掺杂浓度为4 wt.%的器件C中，在12 V的电压下，亮度达到了10 410 cd/m2，色坐标为(0.181,0.329)，当浓度继续增大时，器件的性能有所下降，原因是当客体浓度增大时，器件中载流子浓度过高，进而引起了浓度淬灭现象．四个器件的各种性能参数如表1所列．图4 电压—效率(V-E)曲线图5 亮度—电压(L-V)曲线表1 A、B、C、D四个蓝色有机电致发光器件的性能Deviceηmax(cd·A-1)Lmax(cd·m-2)Jforηmax(mA·cm-2)JforLmax(mA·cm-2)IE(x，y)DeviceA4************(0171，0 321)DeviceB4 359947221 4442(0 171，0324)DeviceC5 89104101 74651(0 181，0 329)DeviceD3 9882207 22513(0 172，0 322)除此之外，器件高性能也归功于器件内部载流子注入平衡，如图6所示为器件的结构图，由图我们可以看出，2-T的引入降低了启亮电压，在电压为3V的时候，亮度达到了5.2 cd/m2，而且主体材料ADN的HOMO和LUMO能级分别为5.8和2.7 eV，客体材料DSA-ph的HOMO和LUMO能级分别为5.4和2.7 eV，可见，主客体间LUMO能级相同，HOMO能级也只差0.4 eV，主客体之间较小的能极差使在发生能量转移的时候，能量损失较小．Bphen的引入也有助于器件效率的提高，Bphen的电子迁移率为5×10-4 cm2/vs[11]，并且其HOMO能级比较大为6.4 eV，可以有效的阻挡空穴，LUMO能级为3.0 eV，与阴极相差只有0.2 eV，这样使电子的传输更加容易，从而更多的载流子在发光层中复合．图6 器件的能级结构图3 结论制备了结构为ITO/2T-NATA(30 nm)/NPBX(10 nm)/ADN：DSA-ph(40nm)/Bphen(30 nm)/LiF(0.6 nm)/Al(150 nm)的蓝光器件，发光层客体掺杂浓度低，能量传递效率较低，浓度过高，会引起浓度淬灭．当浓度为4%时，器件性能最佳，当电流密度为1.74 mA/cm2 时，效率达到最大为5.88 cd/A．在12 V的电压下，亮度达到了10410 cd/m2，色坐标为(0.181,0.329)，器件的高性能除了与最佳掺杂浓度有关，还与器件的最优化结构有关．参考文献【相关文献】[1] Deshpande R S,Bulovic V,Forrest S R.White-light-emitting organic electroluminescent devices based on interlayer sequential energy transfer[J].Appl.Phys.Lett.,1999,75：888～890．[2]Kido J,Kimura M,Nagai K.Multilayer white light-emitting organic electroluminescent device[J].Science,1995,267：1332～1334．[3]Li G，Shinar J．Combinatorial fabrication and studies of bright white organic light-emitting devices based on emission from rubrene-doped 4,4'-bis(2，2'-diphenylviny1)-1，1- biphenyl[J]．Appl.Phys.Lett.，2003，83(26):5359～5361．[4]Popem， H P Kallmann，P 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