OLED器件空穴传输层中TPBI空穴阻挡层的应用研究

OLED器件空穴传输层中TPBI空穴阻挡层的应用研究

连加荣 曾鹏举

（深圳大学 光电子器件与系统<教育部、广东省>重点实验室 广东 深圳 518060）

摘 要： 针对有机发光器件中普遍存在空穴漏电流影响发光效率的问题，将2nm 的TPBI 薄层引入到TPD 空穴传输层中，改变该薄膜位置考察对器件光电性能的影响。结果表明，引入TPBI 薄膜后器件发光效率均有明显提高。其中，当TPBI 薄膜距离阳极界面10nm 时，器件的最大发光效率为4.89cd/A ，相对于没有阻挡层的常规器件提高52.3%。同时，器件的电流性能变化明显，随着减小TPBI 薄膜与阳极的距离而减小。这说明，TPBI 薄膜具备阻挡或者减缓空穴传输的能力，从而减小空穴漏电流，平衡发光层中的载流子并提高发光效率；同时，被阻挡的空穴积累在TPBI 界面也将改变器件内的电场分布，从而TPBI 位置不同，器件的电场分布也不同，体现为器件的电学性能随之改变。

关键词： 有机发光；空穴阻挡；TPBI ；载流子平衡；发光效率

中图分类号：O432 文献标识码 A 文章编号：1671－7597（2011）0720138－02

0 前言

格蕾雅公司购得；电子传输材料和发光材料Alq 3从西安瑞联公司购得；LiF 从ACROS 公司购得；Al 从上海国药集团化学试剂有限公司购得。器件制有机电致发光（organic light-emitting diodes ，OLEDs ）具有自发备过程是：依次用丙酮、无水乙醇、去离子水超声清洗ITO 玻璃基片后，光、响应速度快、视角宽、高清晰、高亮度、抗弯曲能力强、低功耗等诸用高压空气吹干并放到真空烘箱中在150℃条件下烘烤1小时，随后将多优点，是近二十年研究最热门、发展最迅猛的一类显示和固态照明技ITO 玻璃基片装入多腔连接的真空系统（北京中科科仪高真空沉积系术。其中，发光效率的高低将很大程度影响该技术商业化进程。器件的发-4统）。在压强为4.0×10Pa 的本底真空条件下，通入浓度为80%、流量为光效率取决于电子和空穴的注入能力和平衡程度、材料的本征发光效率以5L/min 的臭氧气体，对ITO 进行氧化处理10分钟，此时真空度大约维持在及器件的出光效率。

36Pa 。本实验室采用的臭氧由深圳腾飞公司生产的TF-20型射频臭氧发生现有的有机材料中，空穴传输材料的空穴迁移率普遍高于电子传输材器生成。处理完毕后，直接传送一部分ITO 基底至器件制备室；另一部分料的电子迁移率；同时，阳极材料属比较稳定的高功函数，选材范围更ITO 基底则是暴露于空气约3分钟后，送入器件制备室。在器件制备室中利广，而且目前对阳极界面的处理工艺相对更成熟，因此空穴注入普遍要比用真空热蒸发镀膜方法制备器件。其中，有机薄膜的蒸发速率为0.1-电子注入要容易。以上因素决定了有机发光器件中空穴占多数载流子的不0.2nm/s ，LiF 的蒸发速率约0.01nm/s ，金属Al 的蒸发速率约1.5nm/s ，采平衡状态[1]。这种不平衡必将影响器件的光电特性。首先，过多的载流用威泰公司生产的TDM-200型膜厚测试仪对蒸发速率以及薄膜厚度进行子将因为电子传输层也有微弱的空穴传输能力，在较大的电场下会迁移到阴极界面构成漏电流[2]；其次，激子也将在更靠近阴极界面的位置形成，实验与理论都证实了金属阴极对近距离的激子具有显著的淬灭效应[3]，进一步降低发光效率。所以，为提高器件发光效率，必须减少空穴漏电流，平衡发光层中的载流子。

到目前为止，相关研究小组已经发展许多方法来减小空穴漏电流，平衡发光层中的载流子。其中，清华大学的研究小组在空穴传输层中引入TPD/CuPc 量子阱，降低空穴迁移率，实现了空穴电子平衡，使Alq 作为发光材料的器件发光效率高达10.8cd/A ，引起了广泛关注[4]。紧接着，该小组在空穴传输层中也引入TPD/Rubrene 多量子阱结构，将器件发光效率提高4倍[5]。但是，量子阱结构制备工艺复杂，器件的制作难度较大，所以又发展了对空穴传输层进行掺杂降低空穴迁移率的方法。Lu.Z.H 小组在ITO 界面采用掺有C60和LiF 的空穴传输层抑制空穴注入，平衡了载流子，提高发光效率明显延长器件的寿命[6]。Mathai 等人在阳极界面附近掺杂OTL 材料同时实现两个功能，一方面提高空穴注入降低界面焦耳热，另一方面制造陷阱降低空穴传输促进发光界面的载流子平衡，从而制备高效率长寿命发光器件[7]。

应用于发光层的空穴阻挡/激子限制材料普遍拥有较低的最高占有轨道能级，因此有潜力应用于空穴传输层中阻挡空穴传输，达到平衡载流子提高器件效率目的。本章选取了典型的空穴阻挡层材料TPBI ，以薄膜的形式应用到空穴传输层，考察它对器件发光性能的影响。

1 实验

本文选取双层器件ITO ／TPD （40nm ）/Alq （60nm ）/LiF （1nm ）/Al （100nm ）作为标准结构，固定TPBI 薄膜的厚度为2nm ，将它分别放在距离阳极10nm 、20nm 、30nm 的位置制备器件（器件结构见图1），对比器件光电性能。

器件的阳极采用深圳南玻公司生产的镀有ITO 的玻璃衬底，方块电阻约为10欧姆每平方，可见光波段的透光率大于80%；空穴传输材料TPD 从阿

实时监测。器件光电性能的测试在空气中室温条件下进行，采用Keithley 公司生产的源测量单元SMU2400测量器件的电压-电流特性；采用科兴光电公司生产的BM-8型屏幕亮度计测量器件的发光亮度。

图1 OLED s 的器件结构图及相关有机材料结构图

2 实验结果与讨论

图2为器件的电流密度（插图发光效率）随电压变化的特性曲线。图2表明，有了TPBI 阻挡层器件的电流对比于标准器件都有不同程度的降低，这说明TPBI 薄膜对空穴传输或者注入起到有效阻挡。进一步发现，器件电流随着TPBI 远离阳极而逐渐变大，即距离最近的10nm 器件最小，距离最远的30nm 器件电流最大。这是因为：积累在TPBI 阻挡层界面的空穴将因为空间电荷效应抑制空穴的注入，该效应将因为TPBI 阻挡层距离阳极靠近而越发明显，因而TPBI 在10nm 处的电流比20nm 处的电流要小。

由图2插图获悉，不论TPBI

阻挡层在哪个位置，器件电流发光效率都