TPBi作為空穴阻擋層對有機電致藍光器件性能的影響

丁大江

【摘 要】利用TPBi作為空穴阻擋層，色純度較好、色度較穩定，而且還使得來自陽極的載流子被阻擋到有機功能層薄膜中，改善了載流子的平衡，激子在有機功能層中的復合幾率變大，提高了有機電致發光器件的效率。

【關鍵詞】有機電致藍光器件 TPBi空穴阻擋層 色度 效率 亮度

有機電致發光顯示技術被譽為具有夢幻般顯示特征的平面顯示技術，因其發光機理與發光二極管（LED）相似，所以又稱之為OLED（organic？light？emitting？diode）。由于其工藝簡單，原料易得，工作時需要的驅動電壓低，電流小，發光效率高，功耗低等，它在平板顯示領域具有很高的潛在應用價值，因此，有機電致發光器件成為海內外非常熱門的新興平板顯示器產業。因為其他顏色的光可以通過藍光轉換而得到，藍光的研究直接關系到顯示和照明器件性能的優劣，所以對藍光的研究就顯得很有必要。目前器件中的電子傳輸材料的電子遷移率比空穴傳輸材料中的空穴遷移率一般低兩個數量級，因此，在器件中加入空穴阻擋層，有利于傳輸電子并且在一定程度上阻擋空穴向陰極流動，把載流子限制在發光區，可能可以改善器件中載流子的平衡，提高器件的發光效率。常見的用作空穴阻擋層的材料有：Bphen、BCP、TPBi等，TPBi比以BCP作為空穴阻擋層的器件性能有了很大的改善，TPBi材料更為常見，因此本文采用TPBi作為空穴阻擋層，研究利用TPBi作為空穴阻擋層對有機發光器件性能的影響，通過實驗及分析，得出TPBi材料作為空穴阻擋層，使得來自陽極的載流子被阻擋到有機功能層薄膜中，激子在兩個發光層的復合幾率變大，提高了有機電致發光器件的最大亮度和效率。

有機電致發光器件的制備方法有：真空濺射、旋涂、真空熱蒸渡、自組裝等。雖然真空熱蒸鍍是在真空條件下加熱蒸發，比較耗時耗能，但是真空熱蒸鍍適合用于沉積有著較好熱穩定性的有機小分子材料和金屬電極材料，適合本實驗，因此本實驗采用真空熱蒸鍍方法。實驗前將ITO玻璃襯底用清潔劑、丙酮、乙醇、去離子水反復浸泡、用棉花擦洗，然后放在恒溫中干燥。因為大多數有機電致發光材料、載流子傳輸材料及活潑金屬電極材料對氧氣和水汽的侵入均特別敏感，因此，把系統中中的水蒸氣等雜質抽出。實驗中，不同材料分別放在不同的蒸發源中，器件的制備在多源有機分子氣相沉積系統中進行。按所需器件的結構分別鍍上不同的有機結構層，每層有機薄膜蒸發的溫度不同，所以每個蒸發源的溫度都能單獨控制，同時以控制每一層的鍍膜速率，鍍完膜后沖入氮氣將系統打開取出完成的器件。在兩種器件都表現出典型的二極管整流特性。隨著電壓的增高，兩種器件的電流密度也都隨之增大，并且在相同電壓下，器件A的電流密度更大，可能是因為兩種器件在相同的結構及相同的電壓下，面積相同，但器件A自身電流更大。并且隨著電壓的增高，增長的電流會使電流密度差距更大。

兩種器件的亮度都隨著電流密度的增加而增大，但是相同的電流密度，器件B的亮度比器件A大。可能是因為器件B加入的TPBi材料作為空穴阻擋層，把載流子更好地限制在發光層中，避免其未經復合就流向其它層以致影響發光，使其亮度更亮。加入TPBi薄層材料后，對器件的電流效率產生一定的影響。沒有加入TPBi層的器件A電流效率出現的滾降比有加入TPBi層器件B平緩得多，可能是因為器件B在低電壓下產生空穴電子復合幾率比較大，以此擁有更高的電流效率，隨著電壓的升高，空穴被TPBi空穴阻擋層阻擋在發光層，而電子會流向陽極，載流子注入不平衡更加突出使得載流子復合幾率降低，所以器件發光效率將受到較大的影響[7-8]。但是器件B的電流效率都比器件A高，并且器件A的發光效率器件B的最高效率為8.30cd/A，器件A的最高效率4.24cd/A。所以器件B的發光效率比較好。器件A隨著驅動電壓的改變而改變，色坐標變化較大，即色度不穩定。而器件B在驅動電壓4V增加到18V時，發光色度穩定在x=0.168，y=0.17附近，色坐標變化很小，是色純度較好、色度較穩定的藍光器件。引起器件A色坐標位移的的最主要原因可能是器件A沒有加入TPBi材料作為空穴阻擋層，載流子的復合區域隨著電壓的升高而改變直接影響發光的顏色。

雖然器件A的發射光譜發生藍移，但是因為DPVBi的發射相對較弱，Alq的發射強度相對較強，所以器件A的色度較差。因此，在器件B在藍光發射材料DPVBi和電子傳輸層Alq之間插入材料TPBi，TPBi的HOMO能級為6.7eV，能級較高，可以用來做空穴阻擋層，會阻擋空穴流向陰極，空穴難以流向Alq，空穴和電子難以在Alq材料層復合形成激子，從而限制Alq的綠光發射，只有藍光材料材料NPB和DPVBi的發射[9]。得到器件B的歸一化光譜圖，可以看出，器件在不同電壓下的的發射光譜幾乎重合，只有藍光材料NPB和材料DPVBi的發射，沒有出現綠光材料Alq的發射峰，使得器件的色度比較好也更加穩定。

有加TPBi材料厚度為6nm作為空穴阻擋層的有機電致藍光器件B和沒有加TPBi材料作為空穴阻擋層的有機電致藍光器件A，TPBi作為阻擋層探究其對有機電致藍光器件性能的影響。分析得出TPBi材料作為空穴阻擋層，使得來自陽極的載流子被阻擋到有機功能層薄膜中，激子在兩個發光層的復合幾率變大，提高了有機電致發光器件的最大亮度和效率，有加TPBi材料的器件最大電流效率為8.30cd/A，最大亮度在18V時達到5555cd/㎡。沒加TPBi的器件最高效率4.24cd/A，在17V時亮度達到最大為5820 cd/m2。并且可以使發出的藍光色度穩定在x=0.168，y=0.17附近，色坐標變化很小，光譜也很穩定，色純度較好、色度較穩定。因此，TPBi材料對藍色有機電致發光器件的性能、亮度、發光效率都有較好的影響。

由于有機電致發光器件（OLED）具有驅動電壓低、功耗低、亮度高、視角寬、效率高、響應快、柔韌性、價格低等特點，因而在許多領域中有廣泛的應用前景，已成為當今顯示器件研究的熱點。藍光電致發光器件的制備對于白光電致發光器件的研制都有重要的意義，因此藍光OLED的研發受到廣泛關注。作為空穴阻擋層，TPBi薄層的加入不但能使器件發出的藍光色純度較好、色度較穩定，而且還使得來自陽極的載流子被阻擋到有機功能層薄膜中，改善了載流子的平衡，激子在有機功能層中的復合幾率變大，提高了有機電致發光器件的效率。