利用蓝色发光材料DPVBi掺杂高荧光染料rubrene做发光层制备的蓝色发光器件

一、 引言
 
有机电致发光器件(OL EDs) 作为新一代的平板显示器件,具有广阔的应用前景,已引起人们日益浓厚的兴趣并取得了较大进展。有机电致发光显示器(又称有机发光二管,organic light emitting diode ,OLED) 的研究始于20 世纪60 年代,Pope 等[1 ] 首次报道了蒽单晶发光现象,揭开了有机固体电致发光的序幕。1987年,美国柯达公司的研究人员C. W. Tang 等[2] 在总结前人工作的基础上,提出了双层结构的设计思想,选择具有较好成膜性能的三芳胺类衍生物和8羟基喹啉铝(Alq3 ) 配合物分别作为空穴传输层和发光层(兼电子传输层) ,得到了高量子效率(1 %) 、高发光效率(1. 5 lm/W) 、高亮度( > 1 000cd/m2 ) 和低驱动电压( < 10 V) 的有机电致发光器件。1990年,剑桥大学Cavendish 实验室的R. H.Friend 等[3 ] 以聚对苯撑乙烯(PPV) 为发光层材料制成了聚合物电致发光器件,开辟了发光器件的又一个新领域——聚合物薄膜电致发光器件。这两个突破性进展使人们看到了有机电致发光器件作为新一代平板显示器件的潜在希望。全彩色、大面积、高信息量的平板显示器是OLED 发展的最重要目标之一。通过新材料的研究与使用，器件结构和工艺的不断完善，有机电致发光器件的发展已取得了长足的进步。[4-7]由于蓝光发光材料的带隙比较宽，蓝光发光效率比较低，所以如何提高有机电致发光器件中蓝光成分的发光效率是制备高色度、高效率、高亮度的有机电致发光器件的关键 [8-12]。为此，我们合理设计了一种器件结构，有效、方便的提高了蓝光成分的发光效率。本文采用一种高荧光效率的黄光荧光染料rubrene作为掺杂剂掺杂在母体材料DPVBi中，由于rubrene 分子具有俘获空穴和传输电子的能力，因而能控制激子在某一层面上有效的复合 [13-15] ，从实验中我们看到发光层被有效控制在了DPVBi和rubrene层，促进了蓝光发射，所以在发光层中, 掺杂客体荧光染料能有效地提高OLED的性能和特性。
二、 实验
   该器件所用的有机材料分别是N,N’-bis-(1-naphth1)-N,N’-dipheny1,1’-bipheny1-4,4’-diamin（NPB）4,4’-bis(2,2 ,’-diphenylbinyl)  -1,1’-bipheny1(DPVBi) ,5,6,11,12,-tetraphenylnaphthacene (rubrene), tris-(8-hydroxyquinoline)
aluminium (Alq3),其化学结构式如图1所示。 采用器件的结构是ITO/NPB(40nm)/DPVBi ：rubrene(xnm)/Alq3(ynm) /LiF(0.8nm)/Al(200nm) (其中x=10,20,30,40nm,相应y=50,40,30,20nm，对应器件的编号分别为①②③④)。其中DPVBi和rubrene作为发光层，Alq3和NPB分别作为电子和空穴传输层，LiF作为电子注入层，透明的ITO作为阳极， Al作为阴极。首先将带有ITO的玻璃片用甲苯、丙酮、乙醇、去离子水反复擦洗，并超声10分钟，用氮气吹干，然后放入多源有机蒸发系统中按结构生长有机薄膜，最后蒸镀Al阴极，在制作器件的过程中真空室的压力保持在3×10-4Pa以下。发光区的面积为5mm2。器件的亮度、电流——电压特性，色坐标及电致发光光谱由计算机控制的， Keithley Source 2400和PR650构成的测试系统测得的。

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图1 所用有机材料的化学结构式
Fig.1  Chemical structures of the organic materials used.

三、 结果与分析
通过实验我们知道，当DPVBi和rubrene的掺杂浓度是1.5%时器件的性能是比较好的。我们通过该器件的电致发光光谱曲线图2可以看到，只有DPVBi和rubrene的发射而没有NPB和Alq3的发射。这说明这种结构把器件的发光区控制在了DPVBi和rubrene层，而且频谱很宽。在实验中我们调整掺杂层的厚度，使掺杂层的厚度分别是10、20、30、40nm，同时相应的调节Alq3的厚度，对应的厚度分别是50、40、30、20nm。发现器件②③，蓝光和黄光的强度几乎相等，因而器件②③为近白光发射，其色坐标分别为（0.28，0.31），（0.29，0.31）接近白光的等能点（0.33，0.33），而器件①的蓝光强度比黄光的略大，光的颜色蓝移，色坐标为（0.24，0.28）。器件④蓝光的强度相对于黄光的强度更大，因而光的颜色就更接近于蓝色，其色坐标为（0.24，0.24），如图2所示。
不仅如此，通过器件的电流-电压、亮度-电压、效率-电压特性曲线如图3、4、5所示，器件④比器件①②③有很好的电流-电压特性、有很高的亮度。亮度达到了14000cd/m2,这在蓝光器件中是很少见的，且效率也是四个器件中最高的，说明这种结构的器件是一个较理想的蓝光器件。

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图2、有机电致发光器件的(EL)谱                            图3、有机电致发光器件的电压-电流关系曲线
Fig.2  EL spectrum of the organic light-emitting device        Fig.3 Relationships of current-voltage of organic light-emitting device   
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图4、有机电致发光器件的电压-亮度关系曲线                图5、有机电致发光器件的电压-效率关系曲线。
Fig.4 Relationships of brightness-voltage of organic             Fig.5 Relationships of efficiency-voltage of organic
light-emitting device .                                     light-emitting device.
四、 结论
通过该器件的电致发光光谱曲线可以看到，只有DPVBi和rubrene的发射而没有NPB和Alq3的发射。这是由于rubrene 分子具有俘获空穴和传输电子的能力，rubrene 俘获了空穴带正电，与传输过来的电子形成激子，并控制了激子在DPVBi和rubrene的层面内进行复合而发光。器件①和器件④虽然发射的都是蓝光，但器件④的亮度远大于器件①，这是由于器件④的发光区的厚度大于器件①的厚度，在发光区中，激子形成的几率增大，从而激子的总量增加，形成了较强的辐射，增大了蓝光的亮度。这种结构的特点在于通过结构的设计提高了蓝光的亮度和效率，从而使器件的性能有了明显的改善，而这种改善我们认为是通过牺牲色度换得的。