TPBi作为空穴阻挡层对有机电致蓝光器件性能的影响

丁大江

【摘 要】利用TPBi作为空穴阻挡层，色纯度较好、色度较稳定，而且还使得来自阳极的载流子被阻挡到有机功能层薄膜中，改善了载流子的平衡，激子在有机功能层中的复合几率变大，提高了有机电致发光器件的效率。

【关键词】有机电致蓝光器件 TPBi空穴阻挡层 色度 效率 亮度

有机电致发光显示技术被誉为具有梦幻般显示特征的平面显示技术，因其发光机理与发光二极管（LED）相似，所以又称之为OLED（organic？light？emitting？diode）。由于其工艺简单，原料易得，工作时需要的驱动电压低，电流小，发光效率高，功耗低等，它在平板显示领域具有很高的潜在应用价值，因此，有机电致发光器件成为海内外非常热门的新兴平板显示器产业。因为其他颜色的光可以通过蓝光转换而得到，蓝光的研究直接关系到显示和照明器件性能的优劣，所以对蓝光的研究就显得很有必要。目前器件中的电子传输材料的电子迁移率比空穴传输材料中的空穴迁移率一般低两个数量级，因此，在器件中加入空穴阻挡层，有利于传输电子并且在一定程度上阻挡空穴向阴极流动，把载流子限制在发光区，可能可以改善器件中载流子的平衡，提高器件的发光效率。常见的用作空穴阻挡层的材料有：Bphen、BCP、TPBi等，TPBi比以BCP作为空穴阻挡层的器件性能有了很大的改善，TPBi材料更为常见，因此本文采用TPBi作为空穴阻挡层，研究利用TPBi作为空穴阻挡层对有机发光器件性能的影响，通过实验及分析，得出TPBi材料作为空穴阻挡层，使得来自阳极的载流子被阻挡到有机功能层薄膜中，激子在两个发光层的复合几率变大，提高了有机电致发光器件的最大亮度和效率。

有机电致发光器件的制备方法有：真空溅射、旋涂、真空热蒸渡、自组装等。虽然真空热蒸镀是在真空条件下加热蒸发，比较耗时耗能，但是真空热蒸镀适合用于沉积有着较好热稳定性的有机小分子材料和金属电极材料，适合本实验，因此本实验采用真空热蒸镀方法。实验前将ITO玻璃衬底用清洁剂、丙酮、乙醇、去离子水反复浸泡、用棉花擦洗，然后放在恒温中干燥。因为大多数有机电致发光材料、载流子传输材料及活泼金属电极材料对氧气和水汽的侵入均特别敏感，因此，把系统中中的水蒸气等杂质抽出。实验中，不同材料分别放在不同的蒸发源中，器件的制备在多源有机分子气相沉积系统中进行。按所需器件的结构分别镀上不同的有机结构层，每层有机薄膜蒸发的温度不同，所以每个蒸发源的温度都能单独控制，同时以控制每一层的镀膜速率，镀完膜后冲入氮气将系统打开取出完成的器件。在两种器件都表现出典型的二极管整流特性。随着电压的增高，两种器件的电流密度也都随之增大，并且在相同电压下，器件A的电流密度更大，可能是因为两种器件在相同的结构及相同的电压下，面积相同，但器件A自身电流更大。并且随着电压的增高，增长的电流会使电流密度差距更大。

两种器件的亮度都随着电流密度的增加而增大，但是相同的电流密度，器件B的亮度比器件A大。可能是因为器件B加入的TPBi材料作为空穴阻挡层，把载流子更好地限制在发光层中，避免其未经复合就流向其它层以致影响发光，使其亮度更亮。加入TPBi薄层材料后，对器件的电流效率产生一定的影响。没有加入TPBi层的器件A电流效率出现的滚降比有加入TPBi层器件B平缓得多，可能是因为器件B在低电压下产生空穴电子复合几率比较大，以此拥有更高的电流效率，随着电压的升高，空穴被TPBi空穴阻挡层阻挡在发光层，而电子会流向阳极，载流子注入不平衡更加突出使得载流子复合几率降低，所以器件发光效率将受到较大的影响[7-8]。但是器件B的电流效率都比器件A高，并且器件A的发光效率器件B的最高效率为8.30cd/A，器件A的最高效率4.24cd/A。所以器件B的发光效率比较好。器件A随着驱动电压的改变而改变，色坐标变化较大，即色度不稳定。而器件B在驱动电压4V增加到18V时，发光色度稳定在x=0.168，y=0.17附近，色坐标变化很小，是色纯度较好、色度较稳定的蓝光器件。引起器件A色坐标位移的的最主要原因可能是器件A没有加入TPBi材料作为空穴阻挡层，载流子的复合区域随着电压的升高而改变直接影响发光的颜色。

虽然器件A的发射光谱发生蓝移，但是因为DPVBi的发射相对较弱，Alq的发射强度相对较强，所以器件A的色度较差。因此，在器件B在蓝光发射材料DPVBi和电子传输层Alq之间插入材料TPBi，TPBi的HOMO能级为6.7eV，能级较高，可以用来做空穴阻挡层，会阻挡空穴流向阴极，空穴难以流向Alq，空穴和电子难以在Alq材料层复合形成激子，从而限制Alq的绿光发射，只有蓝光材料材料NPB和DPVBi的发射[9]。得到器件B的归一化光谱图，可以看出，器件在不同电压下的的发射光谱几乎重合，只有蓝光材料NPB和材料DPVBi的发射，没有出现绿光材料Alq的发射峰，使得器件的色度比较好也更加稳定。

有加TPBi材料厚度为6nm作为空穴阻挡层的有机电致蓝光器件B和没有加TPBi材料作为空穴阻挡层的有机电致蓝光器件A，TPBi作为阻挡层探究其对有机电致蓝光器件性能的影响。分析得出TPBi材料作为空穴阻挡层，使得来自阳极的载流子被阻挡到有机功能层薄膜中，激子在两个发光层的复合几率变大，提高了有机电致发光器件的最大亮度和效率，有加TPBi材料的器件最大电流效率为8.30cd/A，最大亮度在18V时达到5555cd/㎡。没加TPBi的器件最高效率4.24cd/A，在17V时亮度达到最大为5820 cd/m2。并且可以使发出的蓝光色度稳定在x=0.168，y=0.17附近，色坐标变化很小，光谱也很稳定，色纯度较好、色度较稳定。因此，TPBi材料对蓝色有機电致发光器件的性能、亮度、发光效率都有较好的影响。

由于有机电致发光器件（OLED）具有驱动电压低、功耗低、亮度高、视角宽、效率高、响应快、柔韧性、价格低等特点，因而在许多领域中有广泛的应用前景，已成为当今显示器件研究的热点。蓝光电致发光器件的制备对于白光电致发光器件的研制都有重要的意义，因此蓝光OLED的研发受到广泛关注。作为空穴阻挡层，TPBi薄层的加入不但能使器件发出的蓝光色纯度较好、色度较稳定，而且还使得来自阳极的载流子被阻挡到有机功能层薄膜中，改善了载流子的平衡，激子在有机功能层中的复合几率变大，提高了有机电致发光器件的效率。