基于DSA-Ph高效率色稳定的蓝色荧光有机电致发光器件

汪 津，王 双，王 宇，孙冬舒，杨珊珊，姜文龙

(1.吉林师范大学 功能材料物理与化学教育部重点实验室，吉林 四平 136000;2.吉林师范大学 信息技术学院，吉林 四平 136000)

基于DSA-Ph高效率色稳定的蓝色荧光有机电致发光器件

汪 津1，2，王 双1，2，王 宇1，2，孙冬舒1，2，杨珊珊1，2，姜文龙1，2

(1.吉林师范大学 功能材料物理与化学教育部重点实验室，吉林 四平 136000;2.吉林师范大学 信息技术学院，吉林 四平 136000)

采用蓝色荧光有机染料DSA-Ph作为客体材料，将其掺入主体材料BUBH-3中，制备了高效率色稳定的单发光层掺杂结构的蓝色有机荧光器件．当DSA-Ph掺杂质量比为3 wt.%时，器件的最大电流效率4.17 cd/A，对应色坐标为(0.161,0.286)，亮度为5 038 cd/m2．当电压为14 V时，器件的最大亮度为16 160 cd/m2．另外，亮度从907 cd/m2增加到14 680 cd/m2过程中，其色坐标从(0.163，0.287)到(0.159，0.281)，变化量ΔCIExy仅为(0.004,0.006)．

有机电致发光；荧光；蓝光

0 引言

有机电致发光器件(OLEDs)在平板显示和固态照明等领域具有广阔的应用价值[1-5]．近年来，红光和绿光OLEDs的性能已达到实用化的标准，而蓝光OLEDs的寿命、稳定性和色纯度等方面仍需进一步研究[6-7]．尽管部分蓝色磷光OLEDs能够充分利用单线态和三线态激子发光达到较高的发光效率，但由于其在高亮度下效率衰降明显且寿命也较短，而蓝色荧光染料的寿命和稳定性均较好[8-9]．本文采用高量子产率的蓝色荧光有机染料DSA-Ph作为发光染料，将其掺入有机染料BUBH-3中，制备了高效率、色稳定的蓝色有机发光器件．当掺杂质量比为3%时，器件的最大电流效率4.17 cd/A，对应色坐标为(0.161,0.286)，亮度为5 038 cd/m2．器件的最大亮度为16 160 cd/m2．亮度从 907 cd/m2增加到14 680 cd/m2过程中，其色坐标从(0.163,0.287)变化为(0.159,0.281)，变化量仅为(0.004,0.006)．

1 实验

在相同实验条件下，制备了结构为ITO/m-MTDATA/NPB/BUBH-3:xwt.% DSA-Ph(30 nm)/TPBi(30 nm)/LiF(0.6 nm)/Al，其中，x=1,2,3,5 wt.%，对应器件分别为A～D．器件中m-MTDATA为空穴注入层，NPB和TPBi分别为空穴传输层和电子传输层，BUBH-3:DSA-Ph为发光层，LiF/Al为复合阴极．

图1 器件发光层所使用的BUBH-3和DSA-Ph的化学结构和器件A～D结构示意图

实验中将ITO基底经由丙酮、乙醇、去离子水超声清洗、干燥等过程处理之后，放置到有机气相沉积腔室中，室内的真空度优于5×10-4Pa．器件中有机层的蒸镀速率约为0.1～0.2 nm/s，LiF的速率约为0.01 nm/ s，之后将器件移至蒸铝室内蒸镀阴极Al，室内真空度优于5×10-3Pa．在实验过程中，通过FTM-V型石英晶体膜厚仪分别在线测量有机功能层及LiF层的厚度．有机器件的发光面积约为2×2 mm2．由计算机控制的吉时利2400 和光谱扫描光度计PR655所组成的器件光电性能测试系统对器件的亮度—电压—电流、发光光谱、发光色坐标等进行测试．实验所有测量均在室温、大气环境条件下进行．有机器件发光层所使用的BUBH-3和DSA-Ph的化学结构和器件A～D结构如图1所示．

2 结果与讨论

从图2中器件A～D的归一化电致发光光谱可以看出，四个器件主发光峰均位于468 nm处，并且在492 nm和536 nm处伴有肩峰，为客体材料DSA-Ph的特征发光峰[10]．BUBH-3薄膜的电致发光峰分别位于444 nm和545 nm．DSA-Ph的吸收峰位于410 nm附近[11]，与BUBH-3的发光峰存在部分重叠，表明在BUBH-3:DSA-Ph掺杂体系中存在Förster能量转移．器件A～D均未见BUBH-3的发光峰，说明主体材料到客体材料存在有效的能量转移．器件A在436 nm处有一弱发光峰，主要是由于电子越过发光层与NPB层的空穴复合发光．

图2 器件A～D在电压为7 V时的归一化电致发光光谱

图3插图是器件A～D的电流密度—电压特性曲线．DSA-Ph掺杂浓度从1 wt.%增加到2 wt.%，器件A、B的电流密度曲线相似．继续增加DSA-Ph掺杂浓度到 5 wt.%，在相同电压下，器件B～D的电流密度逐渐减小，表明客体材料DSA-Ph俘获部分载流子使器件的电流减弱．因此，DSA-Ph发光是BUBH-3到DSA-Ph能量转移和DSA-Ph俘获载流子发光共同作用的结果．从图3中器件A～D的亮度—电压特性曲线可以看出，器件A～C的亮度曲线相似，而在相同电压下器件D的亮度略低．

图4为器件A～D的电流效率—电流密度特性曲线．在低电流密度下(J<70 mA/cm2)，器件A、B的电流效率曲线相似．在高电流密度下(J>70 mA/cm2)，相同电流密度下器件B的电流效率略高．在相同电流密度下，器件C的电流效率最高，器件D的最低．器件D效率较低主要是DSA-Ph激子浓度淬灭导致的结果．器件A的最大电流效率4.17 cd/A，对应色坐标为(0.161,0.286)，电流密度为120 mA/cm2，亮度为5 038 cd/m2．器件的最大亮度为16 160 cd/m2．

图3 器件A～D的亮度—电压特性曲线，插图为器件A～D的电流密度—电压特性曲线

图4 器件A～D的电流效率—电流密度特性曲线

图5是器件C在不同电压下的归一化电致发光光谱．随外加电压从7 V升至13 V，器件C电致发光光谱长波长部分相对有所增强，该现象主要与分子间偶极-偶极相互作用有关[12]．亮度从 907 cd/m2增加到14 680 cd/m2过程中，其色坐标从(0.163,0.287)变化为(0.159,0.281)，变化量仅为(0.004,0.006)．

图5 器件C在不同电压下的归一化电致发光光谱

3 结论

制备了高效率色稳定的单发光层掺杂结构的有机蓝色荧光器件．研究结果表明，当DSA-Ph掺杂质量比为3 wt.%时，器件的最大电流效率4.17 cd/A，对应色坐标为(0.161,0.286)，亮度为5 038 cd/m2．器件的最大亮度为16 160 cd/m2．亮度从907 cd/m2增加到14 680 cd/m2过程中，其色坐标变化量ΔCIExy仅为(0.004,0.006)．

[1]C.W.Tang,S.A.Vanslyke,C.H.Chen.Electroluminescence of doped organic thin-films[J].J.Appl.Phys.,1989,65(9):3610～3616.

[2]S.Reineke,F.Lindner,G.Schwartz,et al.White organic light-emitting diodes with fluorescent tube efficiency[J].Nature,2009,459(7244):234～238.

[3]Y.R.Sun,N.C.Giebink,H.Kanno,et al.Management of singlet and triplet excitons for efficient white organic light-emitting devices[J].Nature,2006,440(7086):908～912.

[4]M.A.Baldo,D.F.O'brien,Y.You,et al.Highly efficient phosphorescent emission from organic electroluminescent devices[J].Nature,1998,395(6698):151～154.

[5]B.W.D'andrade,S.R.Forrest.White organic light-emitting devices for solid-state lighting[J].Adv.Mater.,2004,16(18):1585～1595.

[6]C.Adachi,M.A.Baldo,M.E.Thompson,et al.Nearly 100% internal phosphorescence efficiency in an organic light-emitting device[J].J.Appl.Phys.,2001,90(10):5048～5051.

[7]K.S.Yook,J.Y.Lee.Organic Materials for Deep Blue Phosphorescent Organic Light-Emitting Diodes[J].Adv.Mater.,2012,24(24):3169～3190.

[8]Q.Wang,J.Ding,D.Ma,et al.Highly efficient single-emitting-layer white organic light-emitting diodes with reduced efficiency roll-off[J].Appl.Phys,Lett.,2009,94(10):103503～103503.

[9]Y.Lou,Z.Geng,Z.Wang,et al.Improvement of roll-off in power efficiency for mixed single layer organic light emitting devices by co-doping[J].Synthetic Met.,2012,162(13～14):1204～1209.

[10]M.T.Lee,H.H.Chen,C.H.Liao,et al.Stable styrylamine-doped blue organic electroluminescent device based on 2-methyl-9,10-di(2-naphthyl)anthracene[J].Appl．Phys．Lett，,2004,85(15):3301～3303.

[11]L.Wang,M.F.Lin,W.K.Wong,et al.Highly efficient white organic light-emitting diodes with single small molecular emitting material[J].Appl．Phys．Lett．,2007,91(18):183504-1～3.

[12]T.Matsushima,C.Adachi.Enhanced hole injection and transport in molybdenum-dioxide-doped organic hole-transporting layers[J].J．Appl．Phys．,2008,103(3):034501-1～8.

HighlyEfficientandColor-stableBlueFluorescenceOrganicLight-emittingDiodesBasedonDSA-Ph

WANGJin1，2,WANGShuang1，2,WANGYu1，2,SUNDong-shu1，2,YANGShan-shan1，2,JIANGWen-long1，2

(1.Key Laboratory of Functional Materials Physics and Chemistry of the Ministry of Education,Jilin Normal University,Siping 136000,China;2.College of Information Technology,Jilin Normal University,Siping 136000,China)

Highly efficient and color-stable blue fluorescent organic light emitting diodes (OLEDs) were fabricated with 1-4-di-[4-(N,N-di-phenyl)amino]styryl-benzene(DSA-Ph) as blue emitting dopant which was doped into 4,4′-di[10-(naphthalen-1-yl)anthracen-9-yl]biphenyl(BUBH-3) host.The maximum current efficiency of 4.17 cd/A with a 1931 Commission Internationale d’Eclairage(CIEx,y) coordinates of (0.161,0.286) at 5 038 cd/m2was obtained in the 3 wt.% DSA-Ph-doped device.The white OLEDs exhibited a maximum luminance of 16 160 cd/m2at 14 V.In addition,the CIEx,ychanged from (0.163,0.287) to (0.159,0.281) and the variation of CIExywas anly(0.004,0.006) when the luminance increased from 907 to 14 680 cd/m2,which showed a very stable blue emission.

organic electrochemiluminescence;fluorescence;blue light

郎集会)

2014-05-11

吉林省自然科学基金项目(20101512，201215221)

汪 津(1972-)，满族，男，吉林省东丰县人，现为吉林师范大学信息技术学院教授，博士，硕士生导师．研究方向：有机半导体器件物理．

TN27

A

1674-3873-(2014)03-0029-03