有機電致發光器件外量子效率提高方法

賀小光，姚春梅

(長春師范大學物理學院，吉林長春130032)

有機電致發光器件(OLED)突破了傳統顯示器和液晶顯示器的缺陷障礙，凸顯出了自身的優點。OLED擁有豐富的色彩，能夠主動發光，體積小，厚度薄，視角寬，而且能耗低，響應快，這都使得它能夠在顯示領域迅速占據一席之地并且擁有廣闊的市場，成為新一代平板顯示器的有力競爭者［1］。OLED技術正處于一個發展和調整的關鍵時期，雖然目前我國相關科研機構及公司已投入了大量資金支持OLED的產業化，但其產業化的進程中仍然有很多關鍵的技術問題未得到實質性解決［2］。因此，應進一步優化材料性能，改善薄膜制備工藝，提高顯示分辨率，改進封裝技術。尤其是對器件使用壽命和提高外量子效率的研究已到了瓶頸期，也是一個待解決的重大問題［3］。為實現OLED的大規模產業化，本文總結了幾種提高器件效率的方法。

1 有機電致發光器件制備及性能

有機發光器件一般為多層薄膜構成的三明治結構，即將陽極和陰極之間制備成有機發光層(圖1)。圖1a為典型的有機層，是由空穴傳輸層、發光層、電子傳輸層構成的OLED。當所選材料可以同時具備發光層和載流子傳輸層的兩種功能時，有機層就可以簡化成雙層結構甚至單層結構(圖1b、圖1c、圖1d)。為了優化和提高器件的性能，通常OLED會采用多層結構，以引入多種不同作用的功能層。

圖1 OLED 的結構示意圖

外量子效率是指器件發射出的光子數與注入的電子數的比值。通常表示為

其中，q為基本電荷電量，λ為器件發光波長，Idet(λ)dλ為探測波長在λ到λ+dλ區間內的入射光電流，R(λ)為λ到λ+dλ區間內的探測波長相應光強，h為普朗克常數，c為真空光速，f為器件與探測光線之間的耦合系數(小于 1)［4］。

2 有機電致發光器件外量子效率的優化方法

2.1 提高蒸發腔體的真空度

通常實驗中采取的是真空熱蒸發法制備有機電致發光器件，因此，提高熱蒸發鍍膜機腔體的真空度可以有效地提高OLED的外量子效率。為了提高真空度，首先需要有一個能夠將腔體抽成真空的機械泵，然后需要與之相連的渦輪分子泵。在電機的帶動下，機械泵是由轉子的旋轉完成對氣體的吸入、壓縮和排出。通常機械泵僅能抽到10－1Pa的極限真空，因此在有機電致發光器件的制備過程中，真空室的真空度需要通過渦輪分子泵與機械泵的聯合才能達到高真空。渦輪分子泵靠高速旋轉的葉片對氣體分子施加外力作用，使氣體分子單一地向一個方向運動，類似于一個極為精密的電風扇，從而實現腔體的高真空［5］。

2.2 優化有機電致發光器件的結構

為了提高OLED器件的發光性能，OLED結構中需要經常引入多種不同作用的功能層，例如:電子注入層和空穴注入層降低了電荷的注入勢壘，可以降低器件的工作電壓，減少器件工作過程中的焦耳熱。加入電子阻擋層和空穴阻擋層是為了提高器件內的電子和空穴平衡，提高激子形成比例，從而提高器件效率［6］。

2.3 提高薄膜的潔凈度及均勻性

有機電致發光器件在制備之前一定要對帶有ITO的玻璃基板進行紫外臭氧處理，這樣既可以清潔ITO的表面，同時也能增加ITO的功函數［7］。在使用紫外線處理時需要注意:(1)進一步地清除灰塵，避免灰塵殘留在物體的表面，如加裝真空除塵裝置或同超聲波干洗配套使用;(2)清洗表面與光源的距離稍遠時，臭氧會自動分解，其作用被大大削弱;(3)容易被氧化的表面不適宜采用臭氧，應通過氧化反應來去除污垢。可通過提高系統穩定性、厚皮成型過程、拉伸工藝等方法來提高薄膜的均勻性，以減少反射，避免造成局部光線無法射出，從而提高透過率。

2.4 基底表面修飾

微透鏡技術是修飾表面技術中的一種常用的方法，主要是通過在基底背面覆蓋無序或者有序的微透鏡陣列來減少光的全反射，從而提高光取出的效率。

2.5 提高載流子注入效率

載流子的注入效率是決定器件正負電荷注入是否均衡的主要因素。選擇高功函數的陽極材料和低功函數的陰極材料可提高載流子的注入效率。此外，可以通過等離子處理來改善透明導電薄膜表面平整度及提高其功函數，從而益于載流子的注入，降低器件啟動電壓，提高器件使用效率。另外，電荷傳輸層和發光層之間的勢壘相差較大，會導致電荷不易注入到發光層。

2.6 利用三線態激子

一般地，只有一種情況會發出電熒光，那就是單線態激子輻射衰減發出電熒光［8］。當引入三線態激子，無論單發光層還是多發光層結構的器件通常都會比熒光器件效率高。把紅綠藍三種磷光染料摻雜到階梯結構的HOMO/LUMO能級的不同主體材料中，將激子產生區域擴展到三種主體材料以獲得高效有機EL器件。

2.7 發光材料的選擇

選擇發光材料應該滿足以下幾點條件:(1)以熒光量子效率較高的材料作為發光材料，熒光發射光譜處于400～800nm可見光區域。(2)具有良好的半導體特性，能傳導電子或空穴，或兩者兼具。(3)具有良好的熱穩定性。(4)具有良好的成膜性，在幾十納米的薄層內不產生針孔。為達到更精確的試驗結果，判斷所制薄膜內部所含元素的種類和含量，我們通常采用EXD分析［9］。

3 結語

本文主要介紹了有機電致發光器件的發展史與發展現狀，以及存在的問題和其未來的發展前景。通過對有機電致發光器件結構的解析，探究提高有機電致發光器件外量子效率的方法。總結并提出了一系列方法，包括材料的準備以及制備過程中需要注意的一些細節，從各個微小細節入手，多方面解剖器件的特性，根據其特性制造一個合適的制備環境。具體方法主要有提高腔體真空度、控制真空腔體的溫度、OLED采用多層多層結構、提高薄膜的潔凈度、提高薄膜的均勻性、選擇熒光量子效率較高的材料制備發光層、基地表面修飾、提高載流子注入效率、利用三線態激子、提高薄膜的均勻性等。總之，有機EL器件具有很廣闊的發展前景，不斷去探究摸索，器件的外料子效率將會達到更高的高度。

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