紅色有機(jī)發(fā)光二極管研究

郝斌 張春玉 孫銘澤 趙梓強(qiáng)

【摘 ?要】有機(jī)發(fā)光二極管是近年來(lái)發(fā)展非常迅速的一種新型顯示技術(shù)。對(duì)于實(shí)現(xiàn)全色顯示而言，要求有紅、綠、藍(lán)三色發(fā)光。本文簡(jiǎn)述了紅色有機(jī)發(fā)光二極管的研究進(jìn)展。

【關(guān)鍵詞】有機(jī)發(fā)光二極管;紅色發(fā)光

一、前言

有機(jī)發(fā)光二極管（Organic Light-Emitting Diode，OLED）又稱有機(jī)電致發(fā)光器件，經(jīng)過近20年來(lái)發(fā)展，時(shí)至今日已能達(dá)到實(shí)用化水平。目前藍(lán)色及綠色有機(jī)發(fā)光二極管已經(jīng)實(shí)現(xiàn)高亮度、高效率，但是紅光發(fā)光二極管的發(fā)光效率和色純度還有些差強(qiáng)人意，這是由于人眼對(duì)橙光的反應(yīng)比紅光更敏感，如果光譜有很小一部分落在橙光波段，則器件的顏色就表現(xiàn)為“橙紅”，濾掉橙光又會(huì)損失一部分能量，器件的效率會(huì)降低，所以紅色有機(jī)發(fā)光二極管的色純度及高效率方面都存在問題，有待更深入的研究。

二、有機(jī)發(fā)光二極管

第一次用真空蒸鍍成膜制備高效的OLED是在1987年，美國(guó)Kodak公司的C.W.Tang等人，采用新結(jié)構(gòu)并選用新材料，制造了具有雙層結(jié)構(gòu)器件。1990年英國(guó)劍橋大學(xué)的Friend等人成功地以旋轉(zhuǎn)涂敷方式制成聚合物電致發(fā)光器件，得到了直流驅(qū)動(dòng)偏壓小于14V的藍(lán)綠色光輸出。使聚合物發(fā)光材料也開始受到科學(xué)家們的廣泛關(guān)注。進(jìn)而引起了人們對(duì)PLED的研究興趣，從此全球有百余家科研單位和商業(yè)公司開始OLED的研究開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化工作。目前產(chǎn)業(yè)化方面走在前列的是日本、韓國(guó)以及我國(guó)臺(tái)灣。OLED從有機(jī)材料上來(lái)分，分為小分子OLED和高分子PLED器件。小分子OLED的核心專利主要掌握在柯達(dá)公司手中，而對(duì)于高分子OLED的核心專利主要掌握在英國(guó)劍橋顯示科技公司CDT手中。

三、紅色有機(jī)發(fā)光二極管

從目前紅色有機(jī)發(fā)光二極管的研究來(lái)看有兩條實(shí)現(xiàn)紅色發(fā)光的途徑：（1）摻雜能發(fā)紅光的染料，利用能有效進(jìn)行能量傳遞的染料摻雜，通過在靠近空穴傳輸層和發(fā)光界面附近形成的激子被染料中心俘獲來(lái)實(shí)現(xiàn)發(fā)光。（2）用稀土離子配合物作基質(zhì)或激化劑。如Kido利用稀土有機(jī)物作為紅色發(fā)射體，但稀土離子配合物的發(fā)射光譜很窄，而且性能不太穩(wěn)定，成膜性較差，不能用于真空蒸鍍，只能摻入聚合物中使用，并且發(fā)光效率不高。因此，制備紅色OLED器件往往采用摻雜法，將具有高發(fā)光性能的紅光染料分散在主體材料中，通過從主體至發(fā)光客體分子（即摻入的紅光染料）間有效的能量傳遞來(lái)實(shí)現(xiàn)制作高效、穩(wěn)定的紅光器件，同時(shí)將熒光染料摻入發(fā)光主體大大擴(kuò)展了發(fā)光主體材料的選擇范圍。

1996年，Jordan，Rothberg等人研制出了效率增強(qiáng)的微腔有機(jī)發(fā)光二極管。微腔結(jié)構(gòu)是由具有反射率80%的介質(zhì)鏡布拉格反射鏡與金屬鏡構(gòu)成。發(fā)紅光的染料不像其他染料那么多，并且對(duì)于小分子的有機(jī)器件來(lái)說，有機(jī)膜是在真空下加熱蒸鍍的，要求紅色染料要有一定揮發(fā)性，因此許多離子型染料不太適用。要使能量傳遞完全，一般可以有兩種方法：使用輔助摻雜劑作為中介使從基質(zhì)至發(fā)光客體的能量傳遞更為有效;或選用能級(jí)更為匹配的有機(jī)熒光染料與基質(zhì)材料。

2013張麥麗等使用新型紅光磷光材料R-4B作為微腔有機(jī)電致發(fā)光顯示器（OLED）的發(fā)光層，高反射AI陰極和半透半反射AI陽(yáng)極為微腔的兩端反射鏡。討論了腔長(zhǎng)的變化對(duì)器件性能的影響。結(jié)果表明，微腔結(jié)構(gòu)可以使光譜窄化，得到了性能較好的紅色磷光OLED。安濤等研究了摻雜劑（DCJTB）濃度對(duì)紅光有機(jī)發(fā)光二極管性能影響.實(shí)驗(yàn)采用真空熱蒸鍍的方法，在高準(zhǔn)確度膜厚控制儀的監(jiān)控下，實(shí)現(xiàn)了有機(jī)薄膜功能材料的精確蒸鍍.研究表明：紅光摻雜劑摻雜濃度為（2.5～3.0）%時(shí)，在12V電壓下，可以得到發(fā)光亮度最高達(dá)到8900cdm2，發(fā)光效率大于2.8cd/A，較為理想的紅光有機(jī)發(fā)光二極管器件.

2016年，關(guān)云霞等研究了空穴注入層對(duì)微腔有機(jī)發(fā)光二極管光電性能的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在有機(jī)微腔發(fā)光二極管內(nèi)部，電子為多數(shù)載流子，空穴是少數(shù)載流子。Mn03薄膜在4～10nm的厚度范圍，能夠極大地增強(qiáng)器件空穴的注入能力。并且，隨著MnO3薄膜厚度的增加，空穴注入能力不斷增大。

2019年，郭方志等制作了異質(zhì)結(jié)堆疊發(fā)光層紅色磷光有機(jī)發(fā)光二極管，采用主客體交錯(cuò)結(jié)構(gòu)的發(fā)光層，分別優(yōu)化了單主體層和單客體層的厚度。研究表明，單主體層厚度為3～4nm，單客體層厚度為0.3nm時(shí)，器件能夠獲得的最大電流效率為3.92cd/A，色純度和發(fā)光穩(wěn)定性俱佳，采用的主客體交錯(cuò)發(fā)光層的制備方法，工藝簡(jiǎn)單，且因?yàn)槟芊謩e調(diào)整主客體層的厚度而改善因客體分子聚集或因長(zhǎng)程偶極子間相互作用對(duì)發(fā)光效率的影響，為非摻雜磷光有機(jī)發(fā)光二極管的制備提供了思路。

總之，染料摻雜和引入微腔是提高紅光發(fā)光二極管發(fā)光效率和色純度的有效方法。

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基金項(xiàng)目：

吉林省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)S202110191091）資助項(xiàng)目