基于CBP掺杂DPIHQZn的有机电致黄光器件

高永慧，刘璟瑶

(吉林师范大学信息技术学院，吉林 四平 136000)

0 引言

有机电致发光器件(OLED)自1987年首次由美国柯达公司发明以后，一直受到众多研究者的广泛关注［1-6］，由于其制备工艺简单、全固态设计、响应速度快和较宽的视角，该项技术被认为是一种能够向传统液晶显示器发起挑战，成为新一代的显示技术.近年来，该项技术已经具备了产业化的条件，但仍存在着成品率不高、稳定性差、发光效率不够理想等问题.有机电致发光材料是测定有机电致发光器件性能指标好坏的因素之一，积极发展更好的新型电致发光金属配合物材料，以提高OLED的亮度和发光效率，具有很高的应用价值.广大科研工作者在这方面也做出很多工作，并取得一定的效果，主要集中在采用铱、铂等重金属合成磷光有机发光材料，尽管采用铱、铂等重金属配合物的有机磷光材料具有较高的发光效率［7-9］，但是其价格昂贵，同铱、铂等重金属相比，金属锌的价格非常低廉，其来源广泛，合成工艺较为简单，所以研究合成以锌金属为主体的金属配合物的受到了广大科研工作者的极大关注，锌金属配合物在OLED中的应用也较为广泛［10-12］，也取得一定的研究成果，本文报道了一种喹啉金属锌配合物 DPIHQZn((E)-2-(4-(4，5-diphenyl-1H-imidazol-2-yl)styryl)quinolin-Zinc)，在前期实验基础上，借鉴黄光材料Rubrene在OLED中掺杂的实验方法，我们采用CBP掺杂DPIHQZn作为黄光发射层，制备了一种色度稳定的黄色有机电致发光器件.

1 实验

实验中采用真空热蒸镀方法，制备了一系列的掺杂型的黄光OLED，其器件结构为:ITO/2T-NATA(20nm)/CBP:x wt.%DPIHQZn(30nm)/Alq3(40nm)/LiF(0.5nm)/Al，其中 x 为 DPIHQZn 的质量分数的掺杂浓度，分别取5，10，15和20，对应器件分别命名为 A，B，C，D.

实验中将ITO玻璃基板分别用脱脂棉球蘸丙酮、乙醇、去离子水反复擦拭，然后分别用酒精、丙酮超声2次，最后置于干燥箱中进行干燥.有机薄膜蒸镀是在多源有机分子气相沉积系统中进行的.将所用蒸镀材料分别置于坩埚中，放在不同蒸发源中，每个蒸发源的温度可以单独控制，蒸发速率控制在0.1～0.2nm/s，在薄膜蒸镀的过程中系统的真空度维持在4×10－4Pa左右.最后在5×10－3Pa的真空条件下蒸镀120nm的Al作为阴极.

器件的亮度—电流—电压特性、电致发光光谱由计算机控制的美国吉时利2400型数字源表和美国光谱扫描光度计PR655所构成的测试系统测量的，有机薄膜的蒸镀厚度监测是由FTM-V型石英晶体膜厚仪来控制的.实验中，所有数据都是在室温大气环境中测得.有机材料分子式及器件结构如图1.

图1 有机材料的化学结构和器件结构

2 结果与讨论

图2为不同掺杂浓度器件的J-V特性曲线，可以看出电流密度随着电压的增加而逐步增大，表明4组器件均具有良好的载流子传输特性.图3是不同掺杂浓度器件的L-V特性曲线，可以看出不同掺杂浓度的4组器件亮度都随着驱动电压的增大而呈现增大的趋势;当掺杂浓度达到20%，器件的亮度明显低于其它3组器件.其中掺杂浓度为15%的器件其亮度指标为四组器件中最优的，当驱动电压为14 V时，亮度可以达到最大4261 cd/m2，此时色坐标为(0.34，0.55)，属于较好的黄光发射.图 4 为不同掺杂浓度器件E-V特性曲线，在驱动电压未达到10 V时，器件效率与电压同步增大，其中掺杂浓度为15%的器件的效率指标为4组器件中最高，超过11 V以后，4组器件效率呈逐渐降低的趋势，主要由于电流效率达到饱和，而出现效率下降.驱动电压相同的条件下，DPIHQZn掺杂浓度为15%的器件效率最好，而20%浓度的器件最差.浓度为15%的器件，最大效率出现在驱动电压为10 V条件下，达到0.84 cd/A;不同掺杂浓度的四组器件的色坐标都位于黄光区域.四种不同掺杂浓度器件的发光性能见表1.

图2 不同掺杂浓度器件的J-V特性曲线

图3 不同掺杂浓度器件的L-V曲线

图4 不同掺杂浓度器件的E-V曲线

表1 不同掺杂浓度的器件发光性能对比

产生上述实验现象我们分析其原因是由于把锌金属配合物DPIHQZn掺杂到主体材料CBP后，电子更方便的从掺杂层里迁移到DPIHQZn层.在有机电致发光器件中都是空穴为多数，电子为少数，空穴的迁移率更是远远大于电子的迁移率，这就导致激子的复合区域大部分是在靠近阴极附近.当增大DPIHQZn的掺杂浓度，电子的迁移率要比低浓度掺杂的迁移率提高，激子的复合区域由阴极向阳极发生迁移，阳极的发射强度得到增强，最后是器件的发光效率的提高.当DPIHQZn的浓度达到20% 时，由于掺杂浓度过大，激子互相作用成倍增加，淬灭效应大大加强，导致了DPIHQZn发光效率的下降.而掺杂浓度为15%器件比5%和10%的效率高的根本原因是，当浓度比较低的时候，电子迁移的数量仍然比较少，一旦浓度增加必然影响电子传输的能力，这是电子在DPIHQZn中的迁移率比CBP的迁移率要低的多的原因造成的.

3 结论

将锌金属配合物DPIHQZn掺杂到CBP中作为作为黄光发射层，制备了结构为ITO/2T-NATA(20nm)/CBP:x%DPIHQZn(30nm)/Alq3(40nm)/LiF(0.5nm)/Al的黄色有机电致发光器件.研究了发光层在DPIHQZn不同掺杂浓度时(x=5，10，15，20)的4组不同器件电致发光特性.实验结果表明，当DPIHQZn掺杂浓度为15%时的器件性能指标达到最佳，最大亮度为4261 cd/m2，最大电流效率达到0.84 cd/A，色器件色坐标稳定为(0.34，0.55)，是较好的黄光发射器件.

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