一种蓝光聚合物电致发光器件的稳定性能研究

熊 艳 (长江大学物理科学与技术学院, 湖北 荆州 434023)

一种蓝光聚合物电致发光器件的稳定性能研究

熊 艳 (长江大学物理科学与技术学院, 湖北 荆州 434023)

对一种由3,9-咔唑与芴的蓝光聚合物制备的电致发光器件(PLED)的光电稳定性进行了研究。研究了其电致发光性能、聚合物薄膜热稳定性和光电稳定性。研究结果表明，基于3，9-PFCz的PLED具有良好的热稳定性，且电致发光光谱不随电压的变化和工作时间发生改变，表明3,9-PFCz是一类很有前途的稳定的蓝光聚合物。

聚合物电致发光器件；蓝光聚合物；电致发光光谱；稳定性

聚合物电致发光器件(polymer light emitting diodes, PLED)是用有机聚合物薄膜作为显示屏发光的介质[1]。由于PLED体薄质轻、主动发光、功耗低、视角宽、色彩丰富、响应速度快以及工艺简单、成本低等，因而具有巨大的发展潜力[2]。

聚芴(poly(9,9-di-n-octyl-2,7-fluorene)，PFO)是一类最常用的聚合物蓝光材料，但以PFO为聚合物发光层的PLED在正常工作条件下很快就会出现520～530nm的长波发射，从而导致色纯度下降[3～5]。引起这部分长波发射的原因被认为可能是来源于由材料内部π-共轭体系内的链间相互作用所引起了团聚或激子的形成[3,6,7]。 最近，刘然升等[8]合成了一种芴与3,9-咔唑的共聚物聚(2,7-双9,9-二正辛基)芴-交替-3,9-咔唑，由于在聚芴主链中加入了3,9-咔唑，打断了聚芴的线型结构，可降低聚芴链间的相互作用，有可能阻碍绿光发射的形成。因此笔者针对3,9-PFCz的工作稳定性能进行了探讨。

1 试 验

在该试验中, 制备的PLED器件结构为:

ITO/ PEDOT/3,9-PFCz (100nm) / Ba (4nm)/Al (120nm)

PLED器件的制备过程如下：将阳极缓冲层PEDOT(购于Bayer AG公司)旋涂到洁净的ITO(氧化铟锡)衬底上，并在真空烘箱内80℃干燥12h，然后将3,9-PFCz的甲苯溶液旋涂到PEDOT层上，形成100nm厚度的薄膜，最后再进行金属电极的真空蒸镀，蒸镀的背底真空为3 ×10-4Pa，利用石英晶体振荡器进行膜厚监控。器件的制备均在氮气手套箱内完成，之后封装的器件采用Keithley 236半导体特性测试仪测试了其电流密度-电压-亮度(J-V-L)特性。器件的光致发光(photoluminescent, PL)光谱和电致发光(electroluminescent, EL)光谱分别由CCD光谱计(Instaspec 4)和辐射度计(PR705)采集。3,9-PFCz薄膜的吸收光谱由紫外/可见光吸收光谱仪(HP8453A)测定。

2 结果与讨论

2.1电致发光性能

基于3，9-PFCz的PLED器件的电致发光性能如表1所示，最大流明效率0.3cd/A，对应的外量子效率为0.3%，亮度为74 cd/m2。器件的启亮电压都比较低，仅为5V。发光CIE色坐标为(0.16，0.10)，是比较纯的蓝光。

表1 基于3,9-PFCz的PLED电致发光性能

2.2聚合物薄膜热稳定性能

笔者首先对聚合物薄膜热稳定性能进行了测试。将旋涂于石英玻璃上的聚合物薄膜分别置于加热台上，在150℃和200℃加热30min，冷却至室温后，测得聚合物的紫外-可见吸收光谱(如图1)。因为在电致发光器件中，PEDOT层与聚芴类蓝光材料的界面会影响到器件的性能[9]，而且为了考察加热处理对3,9-PFCz在真实的器件结构下的光致发光所产生的影响，所以笔者采用ITO/PEDOT/3,9-PFCz的结构对聚合物受热处理后的PL光谱进行研究，所得结果如图2所示。可以看到，聚合物在热处理前后吸收光谱几乎没有发生任何变化，而光致发光光谱的变化也不大。而芴的均聚物在同样温度下，很快就会出现波长520nm的发射[10]。相比于聚芴，聚合物3,9-PFCz的光致发光光谱表现出了更好的热稳定性。这个结果说明，3,9-咔唑的引入有效的降低了聚芴的链的有序性，从而抑制了聚合物链段在较高的温度下的聚集。

图1 热处理前后的3,9-PFCz薄膜的紫外-可见吸收光谱 图2 热处理前后的ITO/PEDOT/3,9-PFCz的光致发光光谱

2.3光电稳定性能

3,9-PFCz的电致发光光谱亦具有良好的热稳定性能。将制备完成的PLED置于加热台上，在氮气环境中进行加热。分别在60℃，150℃和200℃下加热30min后器件的电致发光光谱如图3所示。可以看到，聚合物的电致发光光谱几乎没有变化，进一步说明3,9-咔唑的加入有效的抑制了分子链段的聚集和结晶。同时，加热处理后的器件的电致发光效率并没有降低。

由于基于聚芴类的电致发光器件通常随电压变化的色度稳定性不是很好，随着器件操作电压的增加，其在520～530nm的绿光峰的相对强度会变大[11,12]，因而影响器件电致发光的色纯度，因此笔者对基于3,9-PFCz的PLED的电致发光光谱随电压的稳定性进行了测试，器件在不同电压下的电致发光光谱如图4所示。

图3 热处理前后的基于3,9-PFCz的PLED的电致发光光谱 图4 基于3,9-PFCz的PLED在不同电压下的电致发光光谱

图5 基于3,9-PFCz的PLED随工作时间变化的电致发光光谱

由图4可见，在器件的工作电压范围内，基于3，9-PFCz的PLED的电致发光光谱几乎没有发生任何变化，测得的CIE色坐标保持在(0.16，0.10)～(0.16，0.11)的范围内，具有非常好的色稳定性。在进行测试的7～14V的电压范围内，器件的工作电流涵盖了1～100mA的范围，而没有出现在520～530nm的绿光峰的发射，表明聚合物3,9-PFCz具有良好的稳定性。

蓝光PLED器件的电致发光光谱随工作时间的变化是考察其光谱稳定性的重要指标。笔者测试了器件在2mA的恒定电流下工作时，不同时间的电致发光光谱，结果如图5所示。由图5可见，与通常的蓝光聚芴PLED的EL光谱在几分钟的时间内就会变成由绿光发射占主导地位的情况[13]不同的是，基于3,9-PFCz的PLED连续工作至30min时，电致发光光谱仍然几乎没有发生变化，保持良好的色稳定性。这些结果表明，3,9-PFCz是一类很稳定的蓝光聚合物。

3 结 论

笔者对基于3,9-PFCz的PLED的稳定性能进行了研究；对聚合物薄膜的吸收光谱与PL光谱的热稳定性测定显示，在150℃和200℃下加热30min，光谱没有明显的变化，这说明3,9-咔唑的加入有效的抑制了高温下分子链的聚集引起的光谱的变化；对器件的电致发光光谱的稳定性进行的研究表明，器件在不同温度下进行热处理后，光谱几乎没有变化；在不同的电压与工作电流下，PLED器件的EL没有发生明显的变化，而器件在恒定的电流下的EL光谱亦不随工作时间而发生变化，这说明3,9-咔唑的加入有效的降低了聚芴链段间的相互作用，抑制了分子链在高温下的聚集，从而有效的消除了绿光峰的发射。因此，3,9-PFCz作为一种稳定的蓝光聚合物非常具有应用前途。

致谢: 感谢华南理工大学高分子光电材料与器件研究所提供的帮助及刘然升博士提供的实验材料！

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[编辑] 洪云飞

TN383+1

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1673-1409(2009)02-N023-03

2009-02-24

湖北省教育厅科学技术研究计划优秀中青年人才项目(Q20091204)。

熊艳(1980-)，女，2002年大学毕业，博士，讲师，现主要从事有机聚合物电致发光平板显示技术、半导体光电子学方面的教学与研究工作。