Cs摻雜提高OLED效率與亮度的研究

林雯嫣

【摘 要】為了有效的提高有機(jī)電致發(fā)光器件（OLED）的電子注入和傳輸能力，從而提高器件的亮度和效率，本文利用堿金屬Cs作為n型摻雜劑，對電子傳輸材料Bphen進(jìn)行摻雜。以熱蒸鍍的方式，制作了結(jié)構(gòu)為ITO/HAT-CN/TAPC/Alq3/Bphen/Bphen：Cs/Al的摻雜器件，摻雜濃度為5%，同時，制作了未摻雜Cs的器件作為參考器件。實驗表明，器件的開啟電壓僅為2.35V，在7V的驅(qū)動電壓下，可以達(dá)到44700 cd/m2的最大亮度，是未摻雜器件的三倍以上，同時，電流效率達(dá)到最大值5.17cd/A，高于未摻雜器件。

【關(guān)鍵詞】Cs；有機(jī)電致發(fā)光器件；亮度；電流效率

中圖分類號： TN383.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號：2095-2457（2018）08-0065-002

Improved efficiency and luminance of organic light-emitting device by utilizing Cs doped

LIN Wen-yan

（College of Information Science and Engineering，Huaqiao University，Xiamen 361021，China）

【Abstract】In order to effectively improve the electron injection and transmission capability of organic light-emitting devices and to improve the luminance and efficiency of the organic light-emitting devices（OLED）， this article uses alkali metal Cs as an n-type dopant to dope in the electron transport material Bphen.Using the method of thermal evaporation，the structure of ITO/HAT-CN/TAPC/Alq3/Bphen/Bphen：Cs/Al was fabricated with a doping concentration of 5%. At the same time， an undoped Cs device was fabricated as a reference device . Experiments show that the doping device's turn-on voltage is only 2.35V. Under the 7V driving voltage， the maximum brightness reaches 44700 cd/m2， which is more than three times that of undoped devices. At the same time， the current efficiency reaches a maximum value of 5.17cd/A. which is higher than undoped devices.

【Key words】Cs；Organic light-emitting device； Luminance； Current efficiency

0 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，自從由美籍華裔教授鄧青云于1979年在實驗室中發(fā)現(xiàn)有機(jī)電致發(fā)光器件（OLED）以后，陸續(xù)有不少研究人員投入有機(jī)電致發(fā)光器件的研究。如今，有機(jī)電致發(fā)光器件由于它輕薄，工作電壓低，效率高，色域?qū)?，發(fā)光均勻柔和，綠色環(huán)保，健康護(hù)眼等特點而越來越受到來自世界各國科研工作者以及生產(chǎn)商家的重視，逐漸應(yīng)用在顯示以及照明的領(lǐng)域，如三星推出了含有OLED的Galaxy Note3、Galaxy Round智能手機(jī)，LG集團(tuán)推出Flexible Solutions Section的柔性照明技術(shù)等，在未來，有機(jī)電致發(fā)光器件也會有更好的發(fā)展前景。

經(jīng)過各國研究者長時間的研究，在結(jié)構(gòu)、材料等方面上做了各種改進(jìn)，形成了現(xiàn)在陰、陽電極中間夾著空穴傳輸層、發(fā)光層、電子傳輸層等多層有機(jī)層的“三明治”結(jié)構(gòu)[1]，亮度、效率得到了很大的提高?；驹硎窃谝欢妷候?qū)動下，電子和空穴分別從陰極和陽極注入到電子和空穴傳輸層，再遷移到發(fā)光層，并在發(fā)光層中相遇，形成激子，激發(fā)輻射出可見光。電子傳輸材料的遷移率要比空穴傳輸材料的遷移率小2～3個數(shù)量級，因此如何增強電子的遷移率是目前OLED研究中的一個熱點[2]。為了解決器件工作時空穴和電子數(shù)量不平衡問題，提高電子遷移率，可以利用電子傳輸材料摻雜的辦法提高發(fā)光器件的性能。在之前的研究中，人們曾將低功函數(shù)的堿金屬直接摻雜在電子傳輸層中，如Kido等人[3]利用Li摻雜在作為電子傳輸層的材料中，改善了器件的性能，而Cs是比Li更重的堿金屬，預(yù)計金屬原子擴(kuò)散速率會更小[4]，效果會更好。本文講述了利用n型摻雜劑Cs摻雜在電子傳輸層制備高亮度更高效的有機(jī)電致發(fā)光器件。

1 實驗

實驗思路：以4.6eV-5.2eV的高功函數(shù)、薄而透明且具半導(dǎo)體特性的銦錫氧化物（ITO）作為陽極[5]，以低功函數(shù)的Al金屬作為陰極，以dipyrazino[2，3-f：2'，3'-h]quinoxaline-2，3，6，7，10，11-hexacarbonitrile（HATCN）作為空穴注入層，以1，1- Bis[4-[N，N′-di（p-tolyl）amino]phenyl]cyclohexane（TAPC）作為空穴傳輸層，Tris（8-hydroxy-quinolinato）aluminium（Alq3）作為發(fā)光層，4，7-diphenyl-1，10-Phenanthroline（Bphen）作為電子傳輸層，Bphen：Cs作為電子注入層，制作結(jié)構(gòu)為：ITO/HAT-CN/TAPC/Alq3/Bphen/Bphen：Cs/Al的器件，其中，Bphen：Cs的摻雜濃度為5%。同時以結(jié)構(gòu)為ITO/HAT-CN/TAPC/Alq3/Bphen/LiF/Al作為對比器件。

襯底的清洗及處理：依次加入清洗劑，就去離子水，酒精，在60℃的溫度下用超聲波清洗5-10min，再用干燥的氮氣吹干，放入烘箱中烘干30min后，為了提高ITO中氧的含量，增大功函數(shù)，還要進(jìn)行等離子處理[5]，再放入LN-162SA型多源有機(jī)氣相沉積系統(tǒng)中。

實驗操作與測量：把材料依次放入不同的坩堝中，接著關(guān)閉真空氣室，開始抽真空，系統(tǒng)的真空度在1.0×10-4Pa以下時，通過升溫控制速率，用熱蒸鍍的方式，依次蒸鍍不同有機(jī)材料。本實驗中OLED的有效發(fā)光面積是3×3mm2，實驗的電壓，電流，亮度等均由MAYA2000PRO、keithley2400程控電源及LS-110亮度計組成的測試系統(tǒng)進(jìn)行測量，所有測量都是在充滿氮氣的手套箱中進(jìn)行。

2 實驗結(jié)果與分析

圖1、圖2和中給出了電流密度-電壓和電壓-亮度特性曲線，其中，可以看出，電流密度隨電壓的增大而增大，無論是摻雜還是沒有摻雜Cs的器件，開啟電壓大約都僅僅在2.35V左右，說明二者器件的注入勢壘相同，而摻雜Cs的器件亮度明顯高于未摻雜器件，未摻雜器件在7.3V時達(dá)到最大亮度13420cd/m2，而摻雜Cs的器件僅在7V的時候達(dá)到最大亮度44700cd/m2，說明Cs摻雜極大的提高了器件的亮度，高效的將亮度提高到了原來的3.3倍。

圖3是電流效率-電壓特性曲線，從圖中看出，在一定電壓范圍內(nèi)，效率隨電壓的增大而增大，未摻雜器件在6.3V達(dá)到最大效率4.16cd/A，而摻雜器件在7V的時候可以達(dá)到最大效率5.17cd/A，證明摻雜Cs的器件提高了電子的遷移率，使得器件中空穴和電子的數(shù)量更加平衡，從而提高了器件的亮度和效率。

3 結(jié)論

本實驗通過在電子傳輸層摻雜堿金屬Cs，制作了OLED器件，結(jié)果表明，將Cs摻雜在電子傳輸層材料Bphen中，可以有效的改善電子的注入和傳輸能力，提高器件的亮度和效率。摻雜Cs的器件，開啟電壓僅為2.35V，在7V的驅(qū)動電壓下，可以達(dá)到44700cd/m2的最大亮度，是未摻雜器件的三倍以上，同時，電流效率達(dá)到最大值5.17cd/A，也高于未摻雜器件。

【參考文獻(xiàn)】

[1]陳偉華. 基于p-型摻雜空穴傳輸層的高效綠色磷光有機(jī)電致發(fā)光器件[D]. 太原理工大學(xué)， 2017.

[2]陸君福. 有機(jī)半導(dǎo)體載流子注入與傳輸性能的研究[D]. 陜西科技大學(xué)， 2010.

[3]Kido J， Matsumoto T. Bright organic electroluminescent devices having a metal-doped electron-injecting layer[J]. Appl.phys.lett， 1998， 73（20）：2866-2868.

[4]Lee J H，Wu M H， Chao C C，et al.High efficiency and long lifetime OLED based on a metal-doped electron transport layer[J].Chemical Physics Letters，2005，416（4）：234-237.

[5]沈吉明. 電極用金屬的功函數(shù)對OLED發(fā)光性能的影響[J]. 光電子技術(shù)， 2002， 22（2）：68-71.