有机电致发光器件外量子效率提高方法

贺小光，姚春梅

(长春师范大学物理学院，吉林长春130032)

有机电致发光器件(OLED)突破了传统显示器和液晶显示器的缺陷障碍，凸显出了自身的优点。OLED拥有丰富的色彩，能够主动发光，体积小，厚度薄，视角宽，而且能耗低，响应快，这都使得它能够在显示领域迅速占据一席之地并且拥有广阔的市场，成为新一代平板显示器的有力竞争者［1］。OLED技术正处于一个发展和调整的关键时期，虽然目前我国相关科研机构及公司已投入了大量资金支持OLED的产业化，但其产业化的进程中仍然有很多关键的技术问题未得到实质性解决［2］。因此，应进一步优化材料性能，改善薄膜制备工艺，提高显示分辨率，改进封装技术。尤其是对器件使用寿命和提高外量子效率的研究已到了瓶颈期，也是一个待解决的重大问题［3］。为实现OLED的大规模产业化，本文总结了几种提高器件效率的方法。

1 有机电致发光器件制备及性能

有机发光器件一般为多层薄膜构成的三明治结构，即将阳极和阴极之间制备成有机发光层(图1)。图1a为典型的有机层，是由空穴传输层、发光层、电子传输层构成的OLED。当所选材料可以同时具备发光层和载流子传输层的两种功能时，有机层就可以简化成双层结构甚至单层结构(图1b、图1c、图1d)。为了优化和提高器件的性能，通常OLED会采用多层结构，以引入多种不同作用的功能层。

图1 OLED 的结构示意图

外量子效率是指器件发射出的光子数与注入的电子数的比值。通常表示为

其中，q为基本电荷电量，λ为器件发光波长，Idet(λ)dλ为探测波长在λ到λ+dλ区间内的入射光电流，R(λ)为λ到λ+dλ区间内的探测波长相应光强，h为普朗克常数，c为真空光速，f为器件与探测光线之间的耦合系数(小于 1)［4］。

2 有机电致发光器件外量子效率的优化方法

2.1 提高蒸发腔体的真空度

通常实验中采取的是真空热蒸发法制备有机电致发光器件，因此，提高热蒸发镀膜机腔体的真空度可以有效地提高OLED的外量子效率。为了提高真空度，首先需要有一个能够将腔体抽成真空的机械泵，然后需要与之相连的涡轮分子泵。在电机的带动下，机械泵是由转子的旋转完成对气体的吸入、压缩和排出。通常机械泵仅能抽到10－1Pa的极限真空，因此在有机电致发光器件的制备过程中，真空室的真空度需要通过涡轮分子泵与机械泵的联合才能达到高真空。涡轮分子泵靠高速旋转的叶片对气体分子施加外力作用，使气体分子单一地向一个方向运动，类似于一个极为精密的电风扇，从而实现腔体的高真空［5］。

2.2 优化有机电致发光器件的结构

为了提高OLED器件的发光性能，OLED结构中需要经常引入多种不同作用的功能层，例如:电子注入层和空穴注入层降低了电荷的注入势垒，可以降低器件的工作电压，减少器件工作过程中的焦耳热。加入电子阻挡层和空穴阻挡层是为了提高器件内的电子和空穴平衡，提高激子形成比例，从而提高器件效率［6］。

2.3 提高薄膜的洁净度及均匀性

有机电致发光器件在制备之前一定要对带有ITO的玻璃基板进行紫外臭氧处理，这样既可以清洁ITO的表面，同时也能增加ITO的功函数［7］。在使用紫外线处理时需要注意:(1)进一步地清除灰尘，避免灰尘残留在物体的表面，如加装真空除尘装置或同超声波干洗配套使用;(2)清洗表面与光源的距离稍远时，臭氧会自动分解，其作用被大大削弱;(3)容易被氧化的表面不适宜采用臭氧，应通过氧化反应来去除污垢。可通过提高系统稳定性、厚皮成型过程、拉伸工艺等方法来提高薄膜的均匀性，以减少反射，避免造成局部光线无法射出，从而提高透过率。

2.4 基底表面修饰

微透镜技术是修饰表面技术中的一种常用的方法，主要是通过在基底背面覆盖无序或者有序的微透镜阵列来减少光的全反射，从而提高光取出的效率。

2.5 提高载流子注入效率

载流子的注入效率是决定器件正负电荷注入是否均衡的主要因素。选择高功函数的阳极材料和低功函数的阴极材料可提高载流子的注入效率。此外，可以通过等离子处理来改善透明导电薄膜表面平整度及提高其功函数，从而益于载流子的注入，降低器件启动电压，提高器件使用效率。另外，电荷传输层和发光层之间的势垒相差较大，会导致电荷不易注入到发光层。

2.6 利用三线态激子

一般地，只有一种情况会发出电荧光，那就是单线态激子辐射衰减发出电荧光［8］。当引入三线态激子，无论单发光层还是多发光层结构的器件通常都会比荧光器件效率高。把红绿蓝三种磷光染料掺杂到阶梯结构的HOMO/LUMO能级的不同主体材料中，将激子产生区域扩展到三种主体材料以获得高效有机EL器件。

2.7 发光材料的选择

选择发光材料应该满足以下几点条件:(1)以荧光量子效率较高的材料作为发光材料，荧光发射光谱处于400～800nm可见光区域。(2)具有良好的半导体特性，能传导电子或空穴，或两者兼具。(3)具有良好的热稳定性。(4)具有良好的成膜性，在几十纳米的薄层内不产生针孔。为达到更精确的试验结果，判断所制薄膜内部所含元素的种类和含量，我们通常采用EXD分析［9］。

3 结语

本文主要介绍了有机电致发光器件的发展史与发展现状，以及存在的问题和其未来的发展前景。通过对有机电致发光器件结构的解析，探究提高有机电致发光器件外量子效率的方法。总结并提出了一系列方法，包括材料的准备以及制备过程中需要注意的一些细节，从各个微小细节入手，多方面解剖器件的特性，根据其特性制造一个合适的制备环境。具体方法主要有提高腔体真空度、控制真空腔体的温度、OLED采用多层多层结构、提高薄膜的洁净度、提高薄膜的均匀性、选择荧光量子效率较高的材料制备发光层、基地表面修饰、提高载流子注入效率、利用三线态激子、提高薄膜的均匀性等。总之，有机EL器件具有很广阔的发展前景，不断去探究摸索，器件的外料子效率将会达到更高的高度。

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