DCJTB摻雜濃度對有機電致白光器件性能的影響

劉淑杰，楊喜臻

(1.長春大學 a.理學院;b.紀檢委，長春 130022)

DCJTB摻雜濃度對有機電致白光器件性能的影響

劉淑杰a，楊喜臻b

(1.長春大學 a.理學院;b.紀檢委，長春 130022)

通過改變紅色熒光材料DCJTB的摻雜濃度設計了四個不同結構的器件，當DCJTB的摻雜濃度為0.8%時，平衡了器件中電子和空穴的傳輸能力，使載流子復合形成激子的幾率增加，即使載流子的傳輸能力最優，又有效地抑制了器件的熒光淬滅效應，提高了器件的性能，器件的最大亮度為8 898 cd/cm2，最大效率為1.7 cd/A。

有機電致發光器件(OLED);載流子;摻雜濃度

0 引言

在平板顯示領域，OLED具有化學直流驅動、自發光、高亮度、高效率、視角廣闊、功耗低、超薄、可大面積顯示、發光色彩齊全、制造成本低、壽命長、耐低溫、工作溫度范圍寬等突出優點，被業界稱為新一代平板顯示產品。有機電致發光器件引起了人們的廣泛關注，1987年美國Eastern Kodak公司的C.W.Tang和VanSlyke發明了雙層結構的器件［1］，該器件得到了發光效率為1.51 lm/W，亮度為1000 cd/m2的綠光，壽命高達100小時。這一工作被譽為有機電致發光器件發展的里程碑。1994年Kido等人［2］報道了利用摻雜結構制備了高效白色有機電致發光器件(WOLED)，之后摻雜結構制備的有機電致發光器件引起了人們的廣泛興趣［3～6］。摻雜結構用得較多的還是磷光敏化方法，而近幾年在磷光材料方面的進展很快，磷光材料由于可以利用三線態激子輻射，突破熒光發光器件的內量子效率最大只能到25%的極限。1998年Forrest等人［7］將紅色磷光染料PtOEP摻雜在Alq3中作為電致發光(EL)材料，器件的外量子效率提高到4%，開辟了磷光EL的新領域。1999年，Baldo［8］等人報道使用CBP作為母體材料，BCP作為阻擋層，器件的最大外量子效率達到8%，流明效率達到31lm/W。隨后，人們對磷光材料及磷光器件進行了更加深入的研究［9］。2004年，Liao［10］等報道了疊層結構的OLED，效率達到136 cd/A。由于摻雜結構器件的諸多優點吸引了研究人員的注意，指明了有機電致發光器件前進的方向。

1 實驗

我們制備了器件結構為ITO/2-TNATA(30 nm)/NPB(40 nm)/DPVBi(20 nm)/Alq3:y%DCJTB(20 nm)/Alq3(35 nm)/LiF(0.8 nm)/Al，其中(4，4'，4''2N，(2-naphthyl)-N-phenylamino)-triphenylamine)2-TNATA 作為空穴注入層，(N，N’-diphenyl-N，N’-bis-1-naphthyl)-(1，1’-biphenyl)-4，4’-diamine)NPB 為空穴傳輸層，(8-tris-hydrox-yquinolinealuminum)Alq3為電子傳輸層，并用紅光染料(4-dicyanomethylene-2-(tert-butyl)-6-methyl-4H-pyran)DCJTB 作為摻雜劑。(4，4'-bis(2，2'diphenylvi-nyl)-1，1'-biphenyl)DPVBi為藍光發光層，ITO 為陽極，Al為陰極，其中 y的摻雜濃度分別為 0.5，0.8，1，1.5，記為器件 A，B，C，D。所用有機材料均從北京意萊特公司購買。所用材料的分子結構如圖1所示。

在整個實驗過程中，使用沈陽中科儀研發的多源有機氣相分子束沉積(OMBD)設備進行有機材料的薄膜蒸鍍。在蒸鍍有機材料時，系統的真空度維持在5×10－4Pa左右。蒸發的溫度精度為±0.1℃左右，發光面積為4 mm2。薄膜厚度和生長速率均由石英晶體振蕩器控制，由中國上海生產的FTM-V型膜厚控制儀進行控制。薄膜的紫外可見吸收譜由UV-1700紫外可見分光光度計來測量，由美國生產的光譜色度輻射度計PR655和美國儀器程控數字源表Keithley-2400組成的穩流電源測試系統進行測試，測量有機電致發光器件的電學特性光譜、亮度大小、色度情況以及電流特性等。測試是在室溫、大氣環境條件下進行的。

圖1 材料的分子結構圖

2 結果與討論

對于多層有機電致發光器件，由于各有機層之間的作用不同，以及它們之間厚度，濃度等不同對有機電致發光器件的發光機理載流子的注入情況產生很大的影響，而電子和空穴的平衡注入又是提高器件性能的關鍵因素。如圖2所示，當DCJTB的摻雜濃度為0.8%時，器件的最大亮度為8898 cd/cm2，而有機電致發光器件在電場的激發下發光，激發態能量轉移與光致電子轉移兩者的關系密切，有時它們并存于一個體系，或為彼此互相競爭的過程，能量轉移可以發生在分子之間，也可以發生在分子內部，對于分子之間的能量轉移來說，它既可以發生在相同分子之間的能量轉移，也可以是不同分子間的能量轉移，分子內部的能量轉移處于基態的DCJTB電子給體和Alq3的電子受體在外界電場的作用下，發生光致電子轉移，當DCJTB電子給體的濃度較低時，Alq3的電子受體接受能量較低，當DCJTB電子給體的濃度增加時，Alq3的電子接受電子的能量增強。

圖2 器件的亮度－電壓特性曲線

圖3 器件的效率－電壓特性曲線

當DCJTB電子的濃度為0.8%時，受體接受電子的能力達到飽和。但是當DCJTB的濃度持續增加時熒光淬滅發生，因為熒光淬滅過程與熒光發射過程相互競爭，使發光物質的激發態壽命縮短，激子復合產生光子的數量降低，使器件的發光亮度下降，如圖3、4所示DCJTB的摻雜濃度為0.8%時，器件的電流密度效率都達到最好，最大電流密度是100cd/m2，最大效率為1.7 cd/A，在有機電致發光器件中，摻雜高熒光效率器件，可以提高有機發光器件的發光效率，客體中熒光染料的摻雜濃度控制相當關鍵，摻雜濃度低時，效率不能得到最大提高，濃度高時又產生濃度淬滅。所以一定要合理掌握有機電致發光器件中的熒光摻雜濃度。而摻雜系統的另一個優勢是提高了器件的壽命，激子發光效率較低的主體轉移到發光效率較高的客體上發光，從而大大降低了非輻射退激發的幾率，同時，通過染料的摻雜濃度來改變器件的發光顏色，并且降低器件的開啟電壓。圖5是摻雜濃度為0.8時件B的電致發光光譜圖，由圖4可知隨著電壓的升高，器件中DPVBi藍光的發光強度變大，電壓增大，電子的注入能力變大，使激子的復合區域向DPVBi層偏移。

圖4 器件的電流密度－電壓特性曲線

圖5 器件的亮度－電壓特性曲線

3 結論

通過改變客體中熒光染料的摻雜濃度制備有機電致發光器件，提高有機發光器件的發光效率，當摻雜濃度為0.8%時，器件的性能最好，最大亮度為8898 cd/cm2，最大效率為1.7 cd/A。

［1］ Tang C.W.，VanSlyke S.A.Organic Electroluinescent Diodes［J］.Appl.Phys.Lett，1987，51(12):913 －915.

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［3］ Kido J，Shionoya H，Nagai K.Single-layer white light-emitting organic-electrolu minescent devices based on dye-dispersed poly(N-vinylcar-bazole)［J］.Appl.Phys.Lett，1995，67(16):2281 －2283.

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［9］ Cheng G，Zhao Y，Hou J Y，et al.White organic light-emitting devices［J］.Optical and Quantum Electronics 2004，36(7):659 －664.

［10］ Liao L.S，Klubek K.P.，Tang C.W..High-efficiency tandem Organic light-emitting diodes［J］.Appl.Phys.Lett.，2004，84(2):167 －169.

Influence of DCJTB Doping Concentration on the Property of White Organic Light Emitting Devices

LIU Shu-jiea，YANG Xi-zhenb

(a.College of Science;b.Discipline Inspection Committee，Changchun University，Changchun 130022，China)

By changing red fluorescent material DCJTB doping concentration，we design four different devices.When DCJTB doping concentration is 0.8%，balance of transmission capacity of electron and cavity in the device is achieved.The probability of forming excitons is increased by recombination of the carriers，which makes both carriers increase their transmission capacity and restrain effectively the device of fluorescence quencher effect and thus improve the performance of the device.The maximum brightness is 8898cd/cm2and the maximum efficiency is 1.7 cd/A.

organic light emitting device(OLED);carrier;doping concentration

O433.2

A

1009－3907(2011)08－0052－03

2011-06-10

吉林省科技發展計劃項目(20100555)

劉淑杰(1981-)，女，吉林長春人，助教，碩士，主要從事有機發光器件研究。楊喜臻(1967-)，男，吉林長春人，副研究員，博士，主要從事金屬材料表面處理研究。

責任編輯:鐘 聲