第四章 单一发光层OLED实现高质量白光发射的机理分析

第四章 单一发光层OLED实现高质量白光发射的机理分析

4.1 三基色染料掺杂型单一白光层OLED器件的制备及性能研究

在上一节中我们通过将荧光染料掺入金属螯合物小分子材料Zn(BTZ)2，通过调节染料的浓度得到发光性能较好白光器件，器件的最佳色坐标比较接近于白色等能点，但是白光的CRI指数并不高。为了获得色纯度及高饱和度的白光发射，此节我们将采用三基色染料共掺杂到同一主体中来实现单一白光层的OLED，器件结构为：

ITO/ PVK:N-BDAVBi: Rubrene: Ir(piq)2(acac)/BCP/Alq3/LiF/Al。 掺杂染料中除

Rubrene

外，我们采用了新型的蓝色荧光染料

N-(4-((E)-2-(6-((E)-4-(diphenylamino)styryl)naphthalen-2-yl)vinyl)phenyl)-N-phenylbenzenamine (N-BDAVBi)及红色的磷光材料bis[1-(phenyl)isoquinoline] iridium (III) acetylanetonate （Ir(piq)2(acac)）。在上节中我们曾经提到过，在材料分子内引入重金属元素（例如Ir, Pt和Cu）合成磷光材料[29，30]，可以使单线态激子和三线态激子共同参与发光，实现100 %的内量子效率[31,32]。于是，我们在此章中一方面考虑如何利用磷光材料改善器件的发光亮度和效率；另一方面考虑如何利用三种染料的本征光谱混合成高显色指数的白光发射。

4.1.1 实验

我们在设计此器件结构之前，曾对N-BDAVBi及Ir(piq)2(acac)两种材料作过多次的性能测试实验，发现红色的磷光染料Ir(piq)2(acac)的掺杂到聚合物主体里的最优化浓度约为15wt%，而其它两种染料的掺杂浓度必须严格调整才能实现高质量的白光发射，因此我们以Rubrene掺杂质量比ｘ=0.0wt%、1.5wt%和3.0wt%的来制备出三种器件：

PVK(45wt%): Rubrene（xwt%）: Ir(piq)2(acac)（15wt%）: N-BDAVBi(40-x)wt%

此章中，我们采用甩膜旋涂的方式制备发光层。其中PVK是具有空穴传输特性得主体材料，三种染料Rubrene、Ir(piq)2(acac)及N-BDAVBi均按相应比例溶入氯仿中配成溶液，并旋涂在预先清洗好的ITO玻璃上成膜，再经红外干燥后待用。剩余的有机层及金属电极均是采用真空热蒸发的方式制备。器件中BCP (2, 9-dimethyl-4, 7-diphenyl-1, 10-phenanthroline) 作为空穴阻挡材料，Alq3 [(8-hydroxyquinoline) aluminum]作为电子传输层材料，缓冲层及阴极采用的是LiF/Al。器件的制备及制膜条件和前一章相同。器件的电致发光光谱、亮度、色坐标通过SpectraScan PR-650 (Photo Research)测量。电流密度电压曲线及外量子效率电流密度曲线通过自己搭建的有机电致发光量子效率测量系统测试，该系统主要包括2400 Sourcemeter (Keithley)和485 Picoammeter (Keithley)。器件的有效发光面积为3 3 mm2，所有测试在室温下进行。实验中所用的有机分子结构式及器件结构如图 4.1所示。

H2C

CHN

n

PVK

Rubrene Ir(piq)2(acac)

Alq3 N-BDAVBi BCP

图4.1所用部分有机分子及器件结构示意图

Fig 4.1 Organic molecules structure and the device configuration

4.1.2 实验结果与分析

图4.4是在10V直流电压驱动下，发光层中Rubrene的掺杂百分比含量ｘ=0.0wt%、1.5wt%和3.0wt%时，各器件的EL光谱图。从图中可以看出，各器件EL主峰值均位于480nm、560nm和624nm处，分别对应于N-BDAVBi、 Rubrene 和Ir(piq)2(acac)的特征发光，且Rubrene在602nm

处还出现一肩峰。随着Rubrene掺杂量由0.0wt%，增至3.0wt%，器件的EL谱中红光成份即Ir(piq)2(acac)的发射逐渐减弱，说明通过适当调节Rubrene的掺杂比例，是可以逐步调节和改善EL谱中红、橙、蓝峰峰值比例，最终实现白色电致发光的。

Current intensity/A/cm2

Bias voltage/v

图4.2器件的电流密度电压曲线

Fig 4.2 Current density – bias voltage curve of the device

External quantum efficiency(%)

Current intensity(A/cm2)

图4.3器件的外量子效率电流密度曲线

Fig 4.3 Quantum efficiency - current density curve of the device

器件的电流密度电压曲线和外量子效率电压曲线分别如图4.2、3.16所示。在31 mA/cm2

电流密度下，对应的外量子效率为1.4 ％。从图3-16中可以看出此电流密度对应的电压为9.6 V。器件的启亮电压在5.8V，18 V下对应的亮度为12000 cd/m2。如果我们在发光层和ITO层之间加上一层PEDOT:PSS作为空穴注入层，则器件的起亮电压会有所降低而且亮度及外量子效率还将会有很大的提高。

1.0

ELintensity/arb.units

0.8

0.6

0.4

0.2

0.0

Wavelength/nm

图4.4不同Rubrene掺杂质量比器件的EL谱

Fig 4.4 EL spectrum of the device with different doping concentration of Rubrene

从器件的EL谱中（见图4.4）以很明显地看出，当掺入Rubrene的含量为3.0wt%时，EL谱中Ir(piq)2(acac)的特征发光已经很弱，而Rubrene分子的发光却很强, 在整个过程中蓝色发光强也有所减弱，但变化不是很大，表明在Ir(piq)2(acac)和Rubrene之间应存在一定的能量传递。我们认为这可能源于以下原因：这种能量传递可能是二者之间的电荷转移引起的。因为Rubrene分子的带隙比较窄[33]， Rubrene的LUMO能级比Ir(piq)2(acac)低，所以从AL阴极注入的电子进入Rubrene的LUMO能级比进入Ir(piq)2(acac)的LUMO能级容易得多，造成Rubrene的LUMO能级上的电子浓度远大于Ir(piq)2(acac)的LUMO能级上的电子浓度，而从正极经载流子传输层注入的空穴能够比较容易的进入发光层中，这是因为N-BDAVBi本身具有一定的空穴传输特性，且其HOMO能级较Rubrene的HOMO能级的相当，这就使得Rubrene的LUMO能级上的电子与HOMO能级上的空穴复合的几率远大于Ir(piq)2(acac)。所以在Rubrene掺杂浓度达到一

定值时，其EL谱主要是Rubrene的发光，且发光强度比随掺杂浓度比不同而变化。(如图4.5)

LUMO

-2.7eV

- 5.3eV

HOMO

-5.36eV

图4.5三种染料的HOMO与LUMO能级图

Fig 4.5 Energy level (HOMO and LUMO) diagram of the device with the dyes

因此在EL实验中，只要少量的掺杂，Rubrene就能发出强烈的荧光。这也就体现出Rubrene掺杂浓度的敏感性。当其掺杂浓度较大时，荧光发射强度的增长与浓度的增长是不成比例的，浓度过大时反而引起浓度淬灭，发光效率往往很低，甚至不发光，造成这种现象是很多物理和化学作用的共同结果。首先，物质的吸收在浓度较大时与浓度并不是成比例地增加，从而导致了激发效率相对降低。其次，在高浓度时，处于激发态的分子通过其他途径耗散能量的可能性也加大了，因此掺杂浓度的选择将直接影响到掺杂薄膜的荧光效率和掺杂薄膜器件的电致发光效率。当Rubrene的掺杂百分比含量为ｘ=1.5wt%时外加电压为18v时，器件具有很好的色坐标（0.335 0.335）非常接近白色等能点，从而也达到我们利用Rubrene来调节白光色度的要求。此外，该器件的CRI指数约为80，比颜色互补性白光OLED的CRI指数有了明显的提高。

Y

X

图4.6 Rubrene的掺杂百分比1.5wt%时器件在不同电压下的色坐标

Fig 4.6 CIE coordinates of the d …… 此处隐藏：3241字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……