红色微腔有机发光二极管

郝斌 张春玉 赵梓强 孙铭泽

摘要：有机发光二极管是一种新型显示技术。对于实现全色显示而言，要求有红、绿、蓝三色发光。其中红光最不易于实现，研究表明染料掺杂和加入微腔结构是实现高效红色发光的有效方法。

关键词：有机发光二极管;红色;微腔

一、前言

有机发光二极管（OLED）又称有机电致发光器件，是近年来发展起来的一种令人瞩目的固体化平板显示技术。与其它显示技术相比，OLED显示具有低直流电压工作、功耗小、成本低、发光效率高、发光颜色可覆盖整个可见光谱区等优点，使其在平板显示领域成为非常有竞争力的技术之一。但是多数有机发光材料发射谱带都很宽，难以满足实际显示应用对色纯度的要求，促使人们探索获得窄化谱线的方法。

目前OLED的纯红光发光主要是通过掺杂的方法：将红光染料掺杂到宽带隙的主体材料中，能量通过空间传递（Foster）原理从主体材料转移至红光染料。虽然目前有很多研究小组致力于开发新型高效的红光染料。但真正具有实际应用价值的仍然十分有限。为此，如何合理设计器件结构，有效、方便的提高红光成分的发光效率，已经成为解决红光OLED瓶颈的首要任务。

二、微腔有機发光二极管

光学微腔是一种具有高品质因子而尺寸在光波长量级的光学微型谐振腔。目前，国际上已经对有机微腔的腔量子电动力学效应进行了广泛的研究，并获得了三基色及白色发光的有机微腔发光二极管。展示了其在高效显示与照明方面的重要应用前景。对于实现全色显示而言，要求有色纯度较高的红、绿、蓝三色发射。有研究表明在染料掺杂红色有机发光二极管中引入光学微腔，通过模拟计算对结构进行合理优化设计，用来提高器件的发光效率，并通过控制发射波长来提高发光色纯度，模拟结果用于指导实验，可以节省时间、人工和材料损耗。此项研究能深化人们对空间限域条件下光与物质相互作用规律的认识，并且利用微腔来控制材料自发发射特性，将进一步加快OLED在光电信息领域的应用进程。

三、红色微腔有机发光二极管

目前红色有机发光二极管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，（3）引入微腔结构实现红光发光。

1996年，Jordan，Rothberg等人研制出了效率增强的红色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。

2008年，李阳等通过对溶液法金属诱导晶化多晶硅薄膜制备工艺的优化，制备出性能良好的P 型掺杂多晶硅薄膜，其光学特性表现为在红光区域具有比较高的反射率和很小的吸收率，因此用它替代ITO 用作红光OLED 的阳极材料。由于此薄膜对可见光比较高的反射率和阴极铝对可见光的高反射性，使之形成了一定Q 值的微腔效应。结果显示该器件最大流明效率比用ITO 作阳极制备的OLED 提高了57%。进一步优化器件结构，调整发光层在腔中的最佳位置，可以大大增强发光强度，从而可以实现发光强度高、单色性好的红色微腔有机电致发光显示器件。

2013张麦丽等使用新型红光磷光材料R-4B作为微腔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.得到较为理想的红光有机发光二极管.

2019年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。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：

[1]钟建，成建波，陈文彬等.高亮度掺杂红色有机电致发光器件的制备与光电性能研究[J].光学学报，2006，26（9）1392-1396

[2] 李 阳，孟志国，吴春亚等，基于MIC 多晶硅薄膜阳极的微腔有机发光器件[J]，固体电子学研究与进展，2008.28（2）241-244

[3]张麦丽、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

[4] 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