红色有机发光二极管研究

郝斌 张春玉 孙铭泽 赵梓强

【摘  要】有机发光二极管是近年来发展非常迅速的一种新型显示技术。对于实现全色显示而言，要求有红、绿、蓝三色发光。本文简述了红色有机发光二极管的研究进展。

【关键词】有机发光二极管;红色发光

一、前言

有机发光二极管（Organic Light-Emitting Diode，OLED）又称有机电致发光器件，经过近20年来发展，时至今日已能达到实用化水平。目前蓝色及绿色有机发光二极管已经实现高亮度、高效率，但是红光发光二极管的发光效率和色纯度还有些差强人意，这是由于人眼对橙光的反应比红光更敏感，如果光谱有很小一部分落在橙光波段，则器件的颜色就表现为“橙红”，滤掉橙光又会损失一部分能量，器件的效率会降低，所以红色有机发光二极管的色纯度及高效率方面都存在问题，有待更深入的研究。

二、有机发光二极管

第一次用真空蒸镀成膜制备高效的OLED是在1987年，美国Kodak公司的C.W.Tang等人，采用新结构并选用新材料，制造了具有双层结构器件。1990年英国剑桥大学的Friend等人成功地以旋转涂敷方式制成聚合物电致发光器件，得到了直流驱动偏压小于14V的蓝绿色光输出。使聚合物发光材料也开始受到科学家们的广泛关注。进而引起了人们对PLED的研究兴趣，从此全球有百余家科研单位和商业公司开始OLED的研究开发和产业化工作。目前产业化方面走在前列的是日本、韩国以及我国台湾。OLED从有机材料上来分，分为小分子OLED和高分子PLED器件。小分子OLED的核心专利主要掌握在柯达公司手中，而对于高分子OLED的核心专利主要掌握在英国剑桥显示科技公司CDT手中。

三、红色有机发光二极管

从目前红色有机发光二极管的研究来看有两条实现红色发光的途径：（1）掺杂能发红光的染料，利用能有效进行能量传递的染料掺杂，通过在靠近空穴传输层和发光界面附近形成的激子被染料中心俘获来实现发光。（2）用稀土离子配合物作基质或激化剂。如Kido利用稀土有机物作为红色发射体，但稀土离子配合物的发射光谱很窄，而且性能不太稳定，成膜性较差，不能用于真空蒸镀，只能掺入聚合物中使用，并且发光效率不高。因此，制备红色OLED器件往往采用掺杂法，将具有高发光性能的红光染料分散在主体材料中，通过从主体至发光客体分子（即掺入的红光染料）间有效的能量传递来实现制作高效、稳定的红光器件，同时将荧光染料掺入发光主体大大扩展了发光主体材料的选择范围。

1996年，Jordan，Rothberg等人研制出了效率增强的微腔有机发光二极管。微腔结构是由具有反射率80%的介质镜布拉格反射镜与金属镜构成。发红光的染料不像其他染料那么多，并且对于小分子的有机器件来说，有机膜是在真空下加热蒸镀的，要求红色染料要有一定挥发性，因此许多离子型染料不太适用。要使能量传递完全，一般可以有两种方法：使用辅助掺杂剂作为中介使从基质至发光客体的能量传递更为有效;或选用能级更为匹配的有机荧光染料与基质材料。

2013张麦丽等使用新型红光磷光材料R-4B作为微腔有机电致发光显示器（OLED）的发光层，高反射AI阴极和半透半反射AI阳极为微腔的两端反射镜。讨论了腔长的变化对器件性能的影响。结果表明，微腔结构可以使光谱窄化，得到了性能较好的红色磷光OLED。安涛等研究了掺杂剂（DCJTB）浓度对红光有机发光二极管性能影响.实验采用真空热蒸镀的方法，在高准确度膜厚控制仪的监控下，实现了有机薄膜功能材料的精确蒸镀.研究表明：红光掺杂剂掺杂浓度为（2.5～3.0）%时，在12V电压下，可以得到发光亮度最高达到8900cdm2，发光效率大于2.8cd/A，较为理想的红光有机发光二极管器件.

2016年，关云霞等研究了空穴注入层对微腔有机发光二极管光电性能的影响，实验结果表明，在有机微腔发光二极管内部，电子为多数载流子，空穴是少数载流子。Mn03薄膜在4～10nm的厚度范围，能够极大地增强器件空穴的注入能力。并且，随着MnO3薄膜厚度的增加，空穴注入能力不断增大。

2019年，郭方志等制作了异质结堆叠发光层红色磷光有机发光二极管，采用主客体交错结构的发光层，分别优化了单主体层和单客体层的厚度。研究表明，单主体层厚度为3～4nm，单客体层厚度为0.3nm时，器件能够获得的最大电流效率为3.92cd/A，色纯度和发光稳定性俱佳，采用的主客体交错发光层的制备方法，工艺简单，且因为能分别调整主客体层的厚度而改善因客体分子聚集或因长程偶极子间相互作用对发光效率的影响，为非掺杂磷光有机发光二极管的制备提供了思路。

总之，染料掺杂和引入微腔是提高红光发光二极管发光效率和色纯度的有效方法。

参考文献：

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[3]張麦丽、张方辉、张微等. 微腔结构对红光磷光OLED的性能的影响研究[J].光电子.激光，2013，24（5）：887-891

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[5]关云霞，陈丽佳，陈平等.空穴注入层对微腔有机发光二极管光电性能的影响[J].光谱学与光谱分析.2016，36（3）;648-652.

[6]郭方志，彭应全，朱化彪等，异质结堆叠发光层红色磷光有机发光二极管[J]. 光电子· 激光，2019.30（6）568-573

基金项目：

吉林省大学生创新创业项目（项目编号S202110191091）资助项目