改善有机电致发光器件的效率和亮度的研究

【摘要】：当今是以信息产业为核心的知识经济时代，平板显示器作为人类获取信息的重要界面，其作用越来越显著。有机电致发光器件作为平板显示器的重要一员，由于其具有重量轻、成本低、视角宽、响应速度快、主动发光、发光亮度和发光效率高、能实现全色显示等优点，因而备受科学界和产业界的广泛重视。特别是从C. W. Tang于1987年首次报道了低压工作的高亮度有机电致发光器件以来的十余年里，有机电致发光器件逐渐成为多学科交叉、协作研究的国际前沿课题和各国高技术竞争的焦点。通过新材料的研究与使用，器件结构和工艺的不断完善，有机电致发光器件的发展已取得了长足的进步。世界上许多知名的大公司也加入到这方面的研究与开发工作中，到目前已经开始小规模的进入市场。虽然有机电致发光器件的发展已相对完善，但进一步提高器件的性能仍然是各国研究人员的研究的焦点。因此，除了对有机新材料的研究与开发外，要求我们深入理解有机电发光器件的发光机制，设计合理的器件结构，从而提高器件的性能。 本论文对提高有机电致发光器件的效率以及器件的发光亮度进行了一些有意义的研究。 利用多源有机分子气相沉积系统，同时沉积蓝光、红光荧光材料于发光层，研究了这两种材料同时发光所得到的白光有机电致发光器件。器件的结构为：ITO/NPB/DPVBi:DCJTB/Alq3/LiF/Al。当DCJTB的掺杂浓度为0.5%时，它的最大发光效率在外加电压6 V时为5.28 cd/A；在外电压为8V时的亮度为1500 cd/m2；当外加电压从4 V增加 WP=65 到15 V时，器件A 和B的色坐标变化分别从(0.50, 0.41) 到 (0.46, 0.40)，从(0.47,0.41) 到 (0.41, 0.38)。我们认为器件的发光机理是能量转移模型，由于能量转移的不充分，它分别导致了DPVBi和DCJTB的蓝、红光发射，从而提高了器件的发光效率和亮度。 我们通过使用两层rubrene超薄层和一层BCP空穴阻挡层设计一种多层结构改进了黄光有机电致发光器件的特性。共设计了以下四种结构器件： 器件 A: ITO/NPB(50nm)/rubrene/Alq3(50nm)/LiF/Al； 器件 B: ITO/NPB(50nm)/rubrene/Alq3(15nm)/BCP(9nm)/Alq3(35 nm) /LiF /Al； 器件C: ITO/NPB(50nm)/rubrene/Alq3(10 nm)/rubrene/Alq3(10 nm)/BCP(9 nm)/Alq3(30 nm)/LiF/Al； 器件D: ITO/NPB(45 nm)/NPB:rubrene(5 nm, 1 wt% against NPB)/rubrene/Alq3(10nm)/rubrene/Alq3(10nm)/BCP(9nm)/Alq3(30 nm)/ LiF/Al。 其中rubrene的厚度为01. nm，LiF和Al的厚度分别为1 nm和200 nm。与器件A，B和D相比， 我们制作的器件C成功之处在于：它的开启电压小于3 V，在外加电压为10 V时亮度为7068 cd/A，另外其色坐标从5 V到17 V都为（0.49，0.49），很稳定。这种多层结构的器件的发光区为rubrene超薄层，其发光机理为rubrene层的载流子的捕获效应和BCP空穴阻挡层对空穴的限制效应，由于平衡了载流子的注入使得发光区更好的限制在rubrene超薄层中，使得器件的效率和发光亮度特性都得到了改善。 实验中，选用Alq3为母体材料、DPVBi为辅助掺杂剂和DCJTB为客体材料制作了红光电致发光器件，发现此器件的性能与只含有 WP=66 Alq3一种染料的红光器件相比得到了改善。共设计了以下四种结构器件以作为对比分析： 器件 A: ITO/NPB(50 nm)/Alq3 : DCJTB(10 nm, 3wt% against Alq3)/Alq3(40 nm)/LiF(1 nm)/Al(200 nm)； 器件B: ITO/NPB(50 nm)/DPVBi : DCJTB(10 nm, 10wt% against DPVBi)/Alq3(40 nm)/LiF(1 nm)/Al(200 nm)； 器件C: ITO/NPB(50 nm)/Alq3:DPVBi (10 nm, 5wt% against Alq3)/Alq3(40 nm)/LiF(1 nm)/Al(200 nm)； 器件D: ITO/NPB(50 nm)/Alq3 : DPVBi : DCJTB(10 nm)/Alq3(40 nm)/LiF(1 nm)/Al(200 nm)。 对于器件D的发射层，DPVBi的浓度为5%，而DCJTB的为3%。在Alq3 和 DCJTB的掺杂体系中，从Alq3到DCJTB更容易发生能量转移；在Alq3 和 DPVBi的掺杂体系中，由于DPVBi的掺杂，平衡了载流子的注入，增强了Alq3的发光效率。因此，在Alq3和 DCJTB掺杂体系中，再掺杂DPVBi ，使得Alq3的发光效率增加，从而使Alq3到DCJTB的能量转移增强。器件D的最大发光亮度在20 V为17500 cd/m2；它的电致发光效率在6 V取到了最大值2.98 cd/A，这时的色坐标为(0.62, 0.37)。这些发光特性的提高要归因于DPVBi的存在增强了Alq3的发光效率，使得从Alq3到DCJTB的能量转移增加。