基于熒光材料DPVBi的藍光有機電致發光器件的制備及發光性能研究

喻葉

【摘 要】我們使用高效熒光藍光有機材料DPVBi制作了高效的藍光有機發光器件，結構為ITO/HAT-CN/NPB/DPVBi/Bphen/LiF/Al。通過控制發光層DPVBi和電子傳輸層材料Bphen的厚度，我們發現在厚度變化時，器件效率也隨之變化，說明隨著厚度的改變，調節了電子注入，載流子在發光區的平衡分布發生變化，電子與空穴形成激子的復合發光實現可控。當發光層厚度為15nm，電子傳輸層厚度為50nm時，器件的發光性能最佳，最大亮度為7127cd/m2，最大電流密度為4.23cd/A。與發光層厚度為5nm，電子傳輸層厚度為50nm的器件相比，效率提高了35%。該器件在亮度為1000cd/m2時，電流效率為2.97cd/A，對應的色坐標為（0.14，0.17），處于色度圖中的藍光區。

【關鍵詞】有機電致發光器件；DPVBi；電子傳輸層；載流子平衡

中圖分類號： TN383.1 文獻標識碼： A 文章編號：2095-2457（2018）08-0028-002

Preparation and Photoluminescence Properties of Blue High-efficiency Organic Light-emitting Diodes Based on DPVBi

YU Ye

（Huaqiao University School of Information Science and Engineering，Fujian Xiamen 360021， China）

【Abstract】We use efficient fluorescent blue organic material DPVBi to prepare a high-efficiency blue organic light-emitting diodes， the structure is ITO/HAT-CN/NPB/DPVBi/Bphen/LiF/Al. By controlling the thickness of electron transporting material Bphen， we discover that with the increase of thickness， the efficiency of our device is improved. This performance indicate that the thick Bphen improved the injection of electrons and the distribution of balanced carriers in emitting zone. The more electrons attract holes to form a lot of excitons， which expand the recombination region. When the thickness of electron transporting layer is 50nm， the photoluminescence property of device is best， the maximum luminance is 7354cd/m2， the max current efficiency is 3.4cd/A. Compared to the device with 35nm electron transporting layer， the efficiency is improved by 26%. The current efficiency is 2.9cd/A at the luminance of 1000cd/m2， the corresponding CIE 1931 chromaticity coordinates is （0.14，0.17）， which locate the blue zone in chromaticity diagram.

【Key words】Organic light-emitting diodes； DPVBi； Electron transporting layer； Balanced carriers

0 引言

有機電致發光器件由于具有成本低、可實現柔性顯示、低功耗、主動發光、響應速度快等優點，自CW. Tang十九世紀七十年代發表以來，日益受到人們的重視[1]，很有希望成為新一代平板顯示技術，同時也被國際上越來越多的研究團體和機構看好用作新一代的固態照明光源和液晶顯示的背光源，目前有機電致發光的發展已經開始商業化生產[2]。為了滿足平板顯示的要求，我們需要解決作為像素點的紅、綠、藍三基色的單色有機發光器件的研制。在三種基色中，藍光器件的研究最為困難[3-5]。磷光材料中，由于重金屬原子的存在，電子自旋軌道發生耦合，打破自旋禁阻，發生單線態到三線態的系間竄越，從而三線態激子可以復合發光，理論上可以到達100%的內量子效率，但是磷光材料發光非常不穩定，容易發生濃度猝滅，效率滾降嚴重，并且材料制備需要用到重金屬或者稀土元素，對自然環境不友好。如果選擇藍光磷光材料，首先磷光材料需要摻雜在母體材料中，以減少濃度猝滅的風險，藍光由于波長太短，那么藍光材料禁帶帶隙就很寬[4-8]，為了主客體之間能發生良好的能量傳遞作用，對母體材料的選擇范圍就狹隘了很多，使器件各個功能層的能級排列非常困難。所以我們選擇不需要摻雜母體，并且不會發生濃度猝滅，高效率的熒光藍光有機材料DPVBi。DPVBi是小分子聯苯乙烯類衍生物，根據之前的研究，具有較好的熱穩定性，不會與空穴傳輸材料形成激基復合物，其通過蒸鍍形成的薄膜光滑平整[9-10]，且無針孔，是一種非常適合制作高效有機電致發光器件的發光材料。

1 實驗

將完整無損的ITO（銦錫氧化物）玻璃基片浸入濃度為5%的Decon 90溶液，在熱水中用超聲波清洗機清洗十分鐘，用去離子水清洗兩次后放入無水乙醇反復沖洗干凈，放在烘箱內烘干。將處理后的基片送入LN-1103SC多源氣相沉積系統進行鍍膜。蒸鍍過程中蒸鍍室內真空度始終保持在5.0×10-4Pa以下以保證鍍膜的平整性，盡量不要有針孔。生長薄膜時使用石英晶體膜厚監控儀來觀察蒸鍍的速率和厚度。器件的電致發光光譜、電壓、電流、亮度等測量使用的儀器分別是光纖光譜儀、亮度計和程控電源，測量工作在充滿氮氣的手套箱內進行。實驗中我們選擇DPVBi為藍光熒光材料，HAT-CN為空穴注入層，NPB為空穴傳輸層， Bphen為電子傳輸層，LiF作為電子注入層，陰極選用金屬材料Al。

2 結果與討論

首先我們進行第一組實驗，保持DPVBi和Bphen總厚度保持不變，調節DPVBi為5nm，10nm，15nm和20nm，Bphen的厚度為60nm，55nm，50nm和45nm器件結構為ITO/HAT-CN/NPB/DPVBi（dnm）/Bphen（65-dnm）/LiF/Al，d=5，10，15，20。圖1為器件的電致發光歸一化光譜圖 ，可以看到，在器件結構相同的基礎上，當藍光發光層和電子傳輸層厚度變化時，光譜沒有變化，保持穩定，光譜峰值在447nm處，為藍色的輻射發光。

表1為該組器件的測試結果，效率在藍光層15nm，電子傳輸層50nm時，器件性能最好，最大電流效率為4.23cd/A，在亮度為1000cd/m2時，效率為2.97cd/A。說明了在這個厚度比例下，空穴注入到發光層，電子經電子傳輸層注入到發光層，此時電子和空穴的數量配比最為平衡，沒有很多多余堆積的載流子，所以有效形成了大量穩定的單線態激子，激子在藍光層中復合，輻射出光子，電子躍遷回基態。但是可以看到雖然此時效率最好，但是發光亮度并不是最高，最高的發光亮度7127cd/m2發生在當藍光層為20nm，電子傳輸層為45nm時，由此我們認為藍光層越厚，電子傳輸層越薄，亮度越大，亮度與效率之間并沒有佷直接的聯系。

為了最終研究電子傳輸層的厚度對于藍光器件性能的影響，我們在第一組器件的基礎上，設計了第二組器件，器件結構為ITO/HAT-CN/NPB/DPVBi（15nm）/Bphen（dnm）/LiF/Al，其中d=50，45，40，35。圖2為第二組器件的電致發光歸一化光譜，可以看到，在器件結構相同的基礎上，隨著電子傳輸層厚度的減小，光譜發生了藍移，發光峰值從447nm移動到了440nm。我們經過計算分析認為該現象是由于電子傳輸層厚度的減小，器件總厚度發生改變，那么光線在器件內傳播的光學環境會發生變化，導致光譜峰值發生有規律的變化，但是光譜形狀未變，可以認為器件中激子只有在DPVBi一種材料內發生復合。

從表2 內可以看到，依然是當藍光層為15nm，電子傳輸層50nm時，器件的性能最好，最大電流效率為3.48cd/A，在亮度為1000cd/m2時，效率為2.90cd/A。說明在這個厚度設計下，由器件兩端注入傳輸到發光層中的載流子最為平衡，激子復合發光比較充分，載流子利用率高，從而器件效率高。與第一組器件不同的是，最高亮度隨著電子傳輸層厚度的減小先增加后減小，當藍光層15nm，電子傳輸層45nm時，亮度最高，為7121cd/m2，由此我們認為并不是電子傳輸層越薄越好，因為如果電子傳輸層太薄，進入發光層的電子會增加，打破與空穴間的平衡，減少了激子形成的數目，從而造成輻射光子的減少。

3 結論

在器件結構為ITO/HAT-CN/NPB/DPVBi/Bphen/LiF/Al的實驗中，改變發光層DPVBi和電子傳輸層的厚度，調節發光層內載流子平衡，從而控制激子的產生與復合，直接影響了器件的效率與亮度，制備了高效率，高亮度的藍光高效有機電致發光器件。藍光層15nm，電子傳輸層50nm時，器件最大電流效率為4.23cd/A，與發光層厚度為5nm，電子傳輸層厚度為50nm的器件相比，效率提高了35%。最高的發光亮度為7127cd/m2，色坐標穩定在（0.14，0.17）。器件性能的提高我們認為包括以下兩個方面因素：（1）在這個厚度比例下，空穴注入到發光層與電子相互吸引，此時電子和空穴的數量配比最為平衡，沒有大量多余堆積的載流子，有效形成了大量穩定的單線態激子。（2）電子傳輸層厚度決定了注入到發光層中電子的多少，對于器件中載流子的平衡起著決定性的作用，因此對于器件的性能和發光特性影響最大。

【參考文獻】

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