有机发光二极管器件白光实现及其色坐标计算

王光华，张 杰，高思博，段良飞，武艳鸣，周 芳，尹 莉，段登辉，王丽琼，季华夏

有机发光二极管器件白光实现及其色坐标计算

王光华1,2，张 杰1，高思博1，段良飞1，武艳鸣1,2，周 芳1，尹 莉1，段登辉1，王丽琼1，季华夏1

（1. 云南北方奥雷德光电科技股份有限公司，云南 昆明 650223；2. 昆明物理研究所，云南 昆明 65022）

白光有机发光二极管可以作为照明、全彩色显示器的光源，成为显示领域研发的重点方向。但白光有机发光二极管的实现还存在性能控制较难，色坐标易漂移等问题。本文通过有机发光二极管器件白光实现及其色坐标计算，初步获得实现白光OLED器件红、绿、蓝三基色的优化比，通过实验验证制备了色坐标为(0.31，0.35)的白光OLED器件，进一步通过理论计算和实验优化，减少红光掺杂浓度和增加绿光掺杂比例，实现接近标准白光(0.33，0.33)的有机发光二极管器件制备。

有机发光器件；白光；色坐标计算；器件制备

0 引言

有机发光二极管OLED（organic light-emitting diode）具有自发光、厚度薄、响应时间快、可作为柔性显示等优异特性，被公认为最具发展潜力的固体照明和显示器件[1-2]。白光有机发光二极管WOLED（white organic light-emitting diode）既可作为平面照明光源，又可与彩色过滤层结合实现全彩色显示，具有广阔的应用前景[3-4]。目前，有机发光二极管通常采用红、绿、蓝共掺杂的单发光层结构，红、绿、蓝分别掺杂的多发光层结构和通过下转换方式的光致发光结构实现白光发射[5-6]。其中，共掺杂单发光层结构的白光OLED器件易于设计与制造，但器件光电性能较依赖于高性能有机材料，而且器件效率较低。通过下转换实现白光显示的发光结构，器件光电性能严重依赖蓝光材料光电特性，同时器件寿命较低。多发光层的叠层OLED结构器件驱动电压较高[7-9]，器件色坐标会随着驱动电压发生漂移，影响了器件实际应用。为了获得性能稳定、高效的白光OLED器件，通过掺杂以多种颜色混合实现标准白光OLED器件制备，主要方法是利用互补色蓝色和黄色、红色和青色或红、绿、蓝三基色混合等得到白光[10-13]。为了提高试验效率，准确找到实现白光的红、绿、蓝三基色的优化比，实现对有机发光二极管器件白光色坐标计算，将有助于为白光(0.33, 0.33) OLED器件的制备及其掺杂浓度准确控制提供理论依据。

1 获得白光所需要的三基色亮度比值计算

有机发光实现白色显示的方法主要有以下几种：由红、绿、蓝混合实现，颜色匹配可用方程：(C)=(X)＋(Y)＋(Z)来计算。其中，(C)为白色单位；(X)、(Y)、(Z)为红、绿、蓝单位；为白色数量；、、为红、绿、蓝数量。

白光三刺激值计算：

＝1＋2＋3

＝1＋2＋3(1)

＝1＋2＋3

式中：1、2、3为红色三刺激值；Y、2、3为绿色三刺激值；1、2、3为蓝色三刺激值。1、1、1为红基色坐标；2、2、2为绿基色坐标；3、3、3为蓝基色色坐标；1、2、3为红、绿、蓝三基色亮度，白光的三刺激值可用公式(2)计算：

将公式(2)式代入公式(1)可得：

色坐标为：

由于＋＋＝1，因此通常用(,)来表示色坐标。标准白光的色坐标为(0.33, 0.33)。

将(3)式代入(4)式得：

通过式(5)可以计算得到OLED器件红、绿、蓝、三基色亮度之间的比例，可根据比例调整三基色的发光强度。另外通过式(5)计算得到理论三基色亮度之间的比值，但由于发光层产生的光要经过电子注入层、电子传输层、密封层，最后从阴极射出，不同材料对不同波长的光吸收情况不同，所以如果按照(5)式计算得到的三基色亮度比例进行掺杂时色坐标可能存在偏离。

2 光谱色品坐标计算

要计算颜色的色品坐标，需要先求得颜色的三刺激值，公式为：

式中：积分范围380～780nm。在计算中应用了求和近似积分的处理方法，式(6)化为：

式中：()称为颜色刺激函数。因为OLED器件是自发光体，()为OLED器件是自发光体辐射的相对光谱功能分布：

()＝() (8)

图1 1931CIE标准色度观察者光谱三刺激值

由式(8)计算出OLED器件三刺激值后，由式(9)计算出色品坐标值：

图2和图3为在20mA/cm2电流密度下，测试得到的OLED器件光谱辐射值和归一化电致发光谱。将测试得到相对光谱功率值代入上述公式，可计算得到OLED色坐标值。其理论计算和实验测试结果如表1所示。从试验情况来看，理论计算得到的色坐标与实验测试结果相吻合。

3 实现白光(0.33, 0.33)所需三基色发光比例分析

试验根据公式(1)～(5)计算了三基色混合形成白光(0.33, 0.33)所需亮度比例，计算得到红光、绿光、蓝光所需亮度比例分别为28.8%，56.8%，15.4%，即绿光＋蓝光占白光亮度的72.2%。为了进一步验证计算结果，实验分别制备了在蓝光主体中掺杂绿光客体材料（Y-1#）、在蓝光主体中掺杂红光客体材料（Y-2#）以及在蓝光主体中掺杂红光和绿光客体材料的3个OLED器件。图2、图3和图4分别为3个器件的光谱辐射值、归一化电致发光光谱和色品坐标计算结果。由于亮度与发光强度成正比，实验对制备得到白光OLED器件绿光＋蓝光和红光部分归一化电致发光光谱分别进行了积分计算，计算得到了绿光＋蓝光和红光部分归一化电致发光光谱面积为80.95平方和35.31平方，整个白光光谱的积分面积为116.26平方，其中绿光＋蓝光部分占整个发光面积的比例为69.63%，红光部分占30.37%。其详细实验结果如表2和图5和图6所示。

表1 光谱色品坐标计算结果

从试验结果可以看出，制备得到的白光器件色坐标为(0.31, 0.35)，还稍微偏离白光色坐标等能点(0.33, 0.33)。之所以有偏离现象产生，这是因为三基色发光强度比例偏离理论计算值，蓝光＋绿光比例为69.63%，小于理论计算值的71.2%，而红光比例30.37%，大于理论计算所需28.8%，即器件色坐标表现为蓝光＋绿光亮度不够，而红光亮度较大，这是导致色坐标有偏离的本质原因。实验中通过进一步减少红光掺杂浓度或进一步增加绿光掺杂比例，可以有效改善发光强度之间配比关系，实现接近白光(0.33, 0.33)的白光OLED器件制备。

图2 OLED器件光谱辐射值

图3 OLED器件归一化EL光谱

图4 OLED器件色品坐标计算结果

表2 三基色发光强度比例计算

图5 白光OLED器件EL光谱

图6 白光OLED器件色坐标计算值

4 结论

实验通过三基色亮度比值计算，得到白光OLED器件红、绿、蓝三基色亮度之间的理论比例，并与光谱色品坐标计算得到的色坐标与实验测试结果相吻合。根据计算得到的三基色混合形成白光所需比例，计算得到红光、绿光、蓝光所需亮度比例分别为28.8%、56.8%、15.4%。依据理论计算结果，实验制备了白光OLED器件，色坐标为(0.31,0.35)，还稍微偏离白光等能点(0.33,0.33)。理论计算与实验结果的偏离，主要是由于发光层产生的光要经过电子注入层、电子传输层、密封层，最后从阴极射出，不同材料对不同波长的光其吸收情况不同。同时，计算得到三基色发光强度比例偏离理论计算值，蓝光＋绿光比例为69.63%，小于理论计算值的71.2%，而红光比例30.37%，大于理论计算值的28.8%。实验可以通过进一步减少红光掺杂浓度或进一步增加绿光掺杂比例，改善发光强度之间配比关系，实现接近色坐标为(0.33,0.33)的白光OLED器件制备。

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White Light Realization and Color Coordinate Calculation of OLED Devices

WANG Guanghua1,2，ZHANG Jie1，GAO Sibo1，DUAN Liangfei1，WU Yanming1,2，ZHOU Fang1，YIN LI1，DUAN Denghui1，WANG Liqiong1，JI Huaxia1

(1. Yunnan Olightek Opto-electronic Technology Co., Ltd., Kunming 650223, China;2. Kunming Institute of Physics, Kunming 650223, China)

White-light OLED devices can be used as a surface light source and for full color displays, which have become the focus of OLED research and development. However, there are some shortcomings in the realization of white-light OLED devices, such as insufficient luminous performance, difficult process control, and easy color drift. To solve these problems, the optimized ratios of primary colors(red, green, and blue) of organic OLED devices were preliminarily obtained through the realization of white light and calculation of the color coordinate. An experimental white-light OLED device was prepared with a color coordinate of (0.31, 0.35). Further, theoretical calculations and experimental optimizations were carried out to reduce the red-light doping concentration and increase the green-light doping ratio to realize standard white-light (0.33, 0.33) OLED devices.

OLED, white light, coordinate calculation, device preparation

TN312.8

A

1001-8891(2020)10-0958-05

2019-05-29；

2019-07-22.

王光华（1984-），男，博士研究生，主要从事有机光电材料与器件研究，E-mail：wangguanghua@oleid.com。

云南省“新型硅基OLED微型显示技术开发”创新团队项目、云南省应用基础研究面上项目（2016FB112）、国家自然科学基金（61604064）项目、云南省技术创新人才培养项目（2017HB111）、云南省“万人计划”产业技术领军人才培养项目等资助。