基于荧光材料DPVBi的蓝光有机电致发光器件的制备及发光性能研究

喻叶

【摘 要】我们使用高效荧光蓝光有机材料DPVBi制作了高效的蓝光有机发光器件，结构为ITO/HAT-CN/NPB/DPVBi/Bphen/LiF/Al。通过控制发光层DPVBi和电子传输层材料Bphen的厚度，我们发现在厚度变化时，器件效率也随之变化，说明随着厚度的改变，调节了电子注入，载流子在发光区的平衡分布发生变化，电子与空穴形成激子的复合发光实现可控。当发光层厚度为15nm，电子传输层厚度为50nm时，器件的发光性能最佳，最大亮度为7127cd/m2，最大电流密度为4.23cd/A。与发光层厚度为5nm，电子传输层厚度为50nm的器件相比，效率提高了35%。该器件在亮度为1000cd/m2时，电流效率为2.97cd/A，对应的色坐标为（0.14，0.17），处于色度图中的蓝光区。

【关键词】有机电致发光器件；DPVBi；电子传输层；载流子平衡

中图分类号： TN383.1 文献标识码： A 文章编号：2095-2457（2018）08-0028-002

Preparation and Photoluminescence Properties of Blue High-efficiency Organic Light-emitting Diodes Based on DPVBi

YU Ye

（Huaqiao University School of Information Science and Engineering，Fujian Xiamen 360021， China）

【Abstract】We use efficient fluorescent blue organic material DPVBi to prepare a high-efficiency blue organic light-emitting diodes， the structure is ITO/HAT-CN/NPB/DPVBi/Bphen/LiF/Al. By controlling the thickness of electron transporting material Bphen， we discover that with the increase of thickness， the efficiency of our device is improved. This performance indicate that the thick Bphen improved the injection of electrons and the distribution of balanced carriers in emitting zone. The more electrons attract holes to form a lot of excitons， which expand the recombination region. When the thickness of electron transporting layer is 50nm， the photoluminescence property of device is best， the maximum luminance is 7354cd/m2， the max current efficiency is 3.4cd/A. Compared to the device with 35nm electron transporting layer， the efficiency is improved by 26%. The current efficiency is 2.9cd/A at the luminance of 1000cd/m2， the corresponding CIE 1931 chromaticity coordinates is （0.14，0.17）， which locate the blue zone in chromaticity diagram.

【Key words】Organic light-emitting diodes； DPVBi； Electron transporting layer； Balanced carriers

0 引言

有機电致发光器件由于具有成本低、可实现柔性显示、低功耗、主动发光、响应速度快等优点，自CW. Tang十九世纪七十年代发表以来，日益受到人们的重视[1]，很有希望成为新一代平板显示技术，同时也被国际上越来越多的研究团体和机构看好用作新一代的固态照明光源和液晶显示的背光源，目前有机电致发光的发展已经开始商业化生产[2]。为了满足平板显示的要求，我们需要解决作为像素点的红、绿、蓝三基色的单色有机发光器件的研制。在三种基色中，蓝光器件的研究最为困难[3-5]。磷光材料中，由于重金属原子的存在，电子自旋轨道发生耦合，打破自旋禁阻，发生单线态到三线态的系间窜越，从而三线态激子可以复合发光，理论上可以到达100%的内量子效率，但是磷光材料发光非常不稳定，容易发生浓度猝灭，效率滚降严重，并且材料制备需要用到重金属或者稀土元素，对自然环境不友好。如果选择蓝光磷光材料，首先磷光材料需要掺杂在母体材料中，以减少浓度猝灭的风险，蓝光由于波长太短，那么蓝光材料禁带带隙就很宽[4-8]，为了主客体之间能发生良好的能量传递作用，对母体材料的选择范围就狭隘了很多，使器件各个功能层的能级排列非常困难。所以我们选择不需要掺杂母体，并且不会发生浓度猝灭，高效率的荧光蓝光有机材料DPVBi。DPVBi是小分子联苯乙烯类衍生物，根据之前的研究，具有较好的热稳定性，不会与空穴传输材料形成激基复合物，其通过蒸镀形成的薄膜光滑平整[9-10]，且无针孔，是一种非常适合制作高效有机电致发光器件的发光材料。

1 实验

将完整无损的ITO（铟锡氧化物）玻璃基片浸入浓度为5%的Decon 90溶液，在热水中用超声波清洗机清洗十分钟，用去离子水清洗两次后放入无水乙醇反复冲洗干净，放在烘箱内烘干。将处理后的基片送入LN-1103SC多源气相沉积系统进行镀膜。蒸镀过程中蒸镀室内真空度始终保持在5.0×10-4Pa以下以保证镀膜的平整性，尽量不要有针孔。生长薄膜时使用石英晶体膜厚监控仪来观察蒸镀的速率和厚度。器件的电致发光光谱、电压、电流、亮度等测量使用的仪器分别是光纤光谱仪、亮度计和程控电源，测量工作在充满氮气的手套箱内进行。实验中我们选择DPVBi为蓝光荧光材料，HAT-CN为空穴注入层，NPB为空穴传输层， Bphen为电子传输层，LiF作为电子注入层，阴极选用金属材料Al。

2 结果与讨论

首先我们进行第一组实验，保持DPVBi和Bphen总厚度保持不变，调节DPVBi为5nm，10nm，15nm和20nm，Bphen的厚度为60nm，55nm，50nm和45nm器件结构为ITO/HAT-CN/NPB/DPVBi（dnm）/Bphen（65-dnm）/LiF/Al，d=5，10，15，20。图1为器件的电致发光归一化光谱图 ，可以看到，在器件结构相同的基础上，当蓝光发光层和电子传输层厚度变化时，光谱没有变化，保持稳定，光谱峰值在447nm处，为蓝色的辐射发光。

表1为该组器件的测试结果，效率在蓝光层15nm，电子传输层50nm时，器件性能最好，最大电流效率为4.23cd/A，在亮度为1000cd/m2时，效率为2.97cd/A。说明了在这个厚度比例下，空穴注入到发光层，电子经电子传输层注入到发光层，此时电子和空穴的数量配比最为平衡，没有很多多余堆积的载流子，所以有效形成了大量稳定的单线态激子，激子在蓝光层中复合，辐射出光子，电子跃迁回基态。但是可以看到虽然此时效率最好，但是发光亮度并不是最高，最高的发光亮度7127cd/m2发生在当蓝光层为20nm，电子传输层为45nm时，由此我们认为蓝光层越厚，电子传输层越薄，亮度越大，亮度与效率之间并没有佷直接的联系。

为了最终研究电子传输层的厚度对于蓝光器件性能的影响，我们在第一组器件的基础上，设计了第二组器件，器件结构为ITO/HAT-CN/NPB/DPVBi（15nm）/Bphen（dnm）/LiF/Al，其中d=50，45，40，35。图2为第二组器件的电致发光归一化光谱，可以看到，在器件结构相同的基础上，随着电子传输层厚度的减小，光谱发生了蓝移，发光峰值从447nm移动到了440nm。我们经过计算分析认为该现象是由于电子传输层厚度的减小，器件总厚度发生改变，那么光线在器件内传播的光学环境会发生变化，导致光谱峰值发生有规律的变化，但是光谱形状未变，可以认为器件中激子只有在DPVBi一种材料内发生复合。

从表2 内可以看到，依然是当蓝光层为15nm，电子传输层50nm时，器件的性能最好，最大电流效率为3.48cd/A，在亮度为1000cd/m2时，效率为2.90cd/A。说明在这个厚度设计下，由器件两端注入传输到发光层中的载流子最为平衡，激子复合发光比较充分，载流子利用率高，从而器件效率高。与第一组器件不同的是，最高亮度随着电子传输层厚度的减小先增加后减小，当蓝光层15nm，电子传输层45nm时，亮度最高，为7121cd/m2，由此我们认为并不是电子传输层越薄越好，因为如果电子传输层太薄，进入发光层的电子会增加，打破与空穴间的平衡，减少了激子形成的数目，从而造成辐射光子的减少。

3 结论

在器件结构为ITO/HAT-CN/NPB/DPVBi/Bphen/LiF/Al的实验中，改变发光层DPVBi和电子传输层的厚度，调节发光层内载流子平衡，从而控制激子的产生与复合，直接影响了器件的效率与亮度，制备了高效率，高亮度的蓝光高效有机电致发光器件。蓝光层15nm，电子传输层50nm时，器件最大电流效率为4.23cd/A，与发光层厚度为5nm，电子传输层厚度为50nm的器件相比，效率提高了35%。最高的发光亮度为7127cd/m2，色坐标稳定在（0.14，0.17）。器件性能的提高我们认为包括以下两个方面因素：（1）在这个厚度比例下，空穴注入到发光层与电子相互吸引，此时电子和空穴的数量配比最为平衡，没有大量多余堆积的载流子，有效形成了大量稳定的单线态激子。（2）电子传输层厚度决定了注入到发光层中电子的多少，对于器件中载流子的平衡起着决定性的作用，因此对于器件的性能和发光特性影响最大。

【参考文献】

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