基于藍色磷光材料Firpic和黃色熒光材料Rub的WOLED

劉秭君 潘李航

摘? ?要：有機磷光電致發光器件的發現，使OLED的發光效率比起熒光OLED有很大的提高。這主要是由于有機磷光材料可以打破自旋禁阻的限制， 使本來禁阻的三重態激子參與發光，使得OLED內部量子效率在理論上能夠達到100%。而磷光染料單獨使用時， 其壽命較長， 存在三重態-三重態間濃度湮沒， 所以有機電致磷光器件多采用主客體摻雜體系作為發光層。然而藍色有機電致發光器件的性能卻一直落后于紅光和綠光器件，主要存在發光效率低、色純度不飽和、穩定性差等不足，嚴重制約了全彩色顯示的發展。所以要獲得高效的白光磷光WOLED器件，藍色磷光材料的選擇是關鍵。

關鍵詞：藍色磷光材料? 主客摻雜體系? 高效? 白光

本實驗選用藍色磷光材料Firpic，并以MCP為主體材料摻雜Firpic為藍色磷光發光層，以TPBi：Rub為橙紅色熒光發光層，獲得了白色有機電致發光器件。器件結構為ITO/MoO3/TCTA/MCP：Firpic/MCP/TPBi：Rub/TPBi/CdS/LiF/Al。實驗過程首先制備了ITO/MoO3/TCTA/MCP：Firpic/Rub/TPBi/CdS/LiF/Al，通過改變Rub的厚度，發現無法獲得想要的白光。為了獲得白光，提高熒光材料的壽命，提出了TPBi：Rub的橙紅色發光層，通過改變TPBi：Rub的摻雜比例，改變功能層厚度的方法，發現摻雜濃度為1%，且MCP：Firpic層和TPBi：Rub層厚度為15nm和20nm時，獲得了高效率白光。

1? 實驗過程

實驗使用MoO3作為電子注入層，TCTA作為電子傳輸層，MCP：Firpic作為藍色發光層，TPBi：Rub作為橙紅色發光層，TPBi作為空穴傳輸層和電子阻擋層，LiF/Al作為復合陰極。MoO3、TCTA、TPBi、CdS的厚度分別固定在10nm、20nm、20nm、0.6nm不變，實驗過程首先制備了ITO/MoO3/TCTA/MCP：Firpic/Rub/TPBi/LiF/Al，無論怎么改變Rub的厚度，得到的器件均不理想，無法獲得想要的白光。為了獲得白光，提高熒光材料的壽命，提出了TPBi：Rub的橙紅色發光層，利用Rub染料本身的載流子俘獲空穴特性與TPBi母體轉移來的能量發射熒光特性，獲得了高亮度的白光器件。實驗首先制備了摻雜濃度為1%、3%、5%、7%的器件，并且發光層厚度均定為30nm，30nm，發現摻雜濃度為1%和3%時，均可以看到橙紅色和藍色發光峰，但沒有獲得理想的白光，摻雜濃度為5%和7%時，只看到了橙紅色發光，所以把TPBi：Rub層的摻雜濃度定為1%和3%，并改變發光層MCP：Firpic，MCP，TPBi：Rub層厚度，器件A（15nm，2nm，20nm，1%），B（20nm，0nm，20nm，3%），C（20nm，2nm，20nm，1%），D（20nm，2nm，20nm，3%），當摻雜濃度為3%器件主要以橙紅光發射為主，藍色發光幾乎沒有，所以摻雜濃度為1%，且MCP：Firpic層和TPBi：Rub層厚度為15nm和20nm時，獲得了白光，。器件的陽極用的是ITO玻璃。在蒸鍍有機材料薄層之前，依次用丙酮、無水乙醇、去離子水超聲反復清洗ITO玻璃基片，干燥后置于多源有機分子氣相沉積系統的腔室內，腔內真空度小于5×10-4Pa，有機薄膜的蒸發速率控制在0.1～0.2nm/s的范圍內，LiF的蒸發速率約0.01nm/s，金屬Al的蒸發速率約1.5nm/s，蒸鍍過程中采用FTM-V型石英晶體膜厚監測儀監測厚度，通過keithley 2400和光譜掃描光度計PR655對器件的亮度，電流，電壓，發光光譜，色度進行測量。測量需在空氣中室溫條件下進行。

2? 實驗結果與討論

由圖1電流密度-電流效率曲線可知，器件A的最大效率為8.8cd/A，是器件B4.4 cd/A的2倍，是器件C 3.8cd/A的2.3倍，是器件D 2.6cd/A的3.4倍。器件A和器件C相比，MCP：Firpic層的厚度減少5nm，效率卻提高了2.3倍，原因是更薄的MCP：Firpic層，導致電荷更好地在發光層中傳輸。器件B比器件D的效率高主要是因為使用了極薄的MCP間隔層，有效的阻止了發光層內部的能量轉移。器件C比器件D效率高，說明摻雜比例為1%時，可以使載流子極大的復合，獲得更高的效率。

由圖2電壓-亮度曲線可知，器件A的啟亮電壓最低，啟亮電壓為4.5V，其次是器件C為5V，B，D均為5.5V。在相同電壓下，器件A獲得的亮度最大，最大亮度為17750cd/cm2。器件A與其他器件相比，主要是減少了MCP：Firpic層的厚度，厚度減少了，導致載流子在發光層注入的阻力減少了，增加了載流子的注入，導致器件在很低的電壓下，獲得了更高的亮度。器件亮度也與摻雜濃度有關，1%的摻雜濃度獲得了更高的效率，說明TPBi：Rub層摻雜濃度為1%時，載流子能夠極大的復合，從而提高器件亮度，減少器件啟亮電壓。

如圖3電壓-電流密度曲線可知，器件A在相同電壓下的電流密度最大，這仍然因為薄的MCP：Firpic層被使用，且使用了MCP間隔層，使復合區域遠離界面，避免了載流子在界面的積累，減少了T-T湮滅和T-P湮滅，提高了載流子的遷移率，從而提高了器件的電流密度。

圖4為器件A在8v時的歸一化光譜圖，從光譜圖中可以看到主要有兩個發光峰，一個來自Firpic的藍色發光峰，一個為Rub的黃色發光峰，且器件A的CIE坐標為（0.36，0.42），器件基本可以獲得白光。

3? 結語

15nm厚的MCP：Firpic層，導致載流子在發光層注入的阻力減少了，增加了載流子的注入，導致器件在很低的電壓下，獲得了更高的亮度，MCP薄層的使用有效的阻止了發光層內部的能量轉移，使發光層能夠更好的復合，1%的橙紅色發光層TPBi：Rub層，有效的提高了載流子復合幾率，增加了器件的效率，最終獲得CIE坐標為（0.36，0.42），最大效率為8.8cd/A，最大亮度為17750cd/cm2的白光器件。

參考文獻

[1] 姜文龍，孫繼芳.加CdS薄層的白色有機電致發光器件色度的優化[J].吉林師范大學學報，2014，35（2）：15-18.

[2] 劉翔，鄧振波.白光有機電致發光器件最新研究進展[J].激光與電子學進展，2008，3（45）：25-31.

[3] 丁桂英，王立忠，韓強，等.一種新的多發光層白色有機電致發光器件[J].光電子·激光，2011，22（1）：60-63.

[4] 姜文龍，薛志超，常喜，等.CdS薄層對有機電致發光器件性能的影響[J].光電子.激光，2013，24（1）：11-15.

[5] 張運虎，吳有智.超薄插入法實現的理想白色有機電致發光器件[J].發光學報，2013，34（6）：748-752.