紅色微腔有機發光二極管

郝斌 張春玉 趙梓強 孫銘澤

摘要：有機發光二極管是一種新型顯示技術。對于實現全色顯示而言，要求有紅、綠、藍三色發光。其中紅光最不易于實現，研究表明染料摻雜和加入微腔結構是實現高效紅色發光的有效方法。

關鍵詞：有機發光二極管;紅色;微腔

一、前言

有機發光二極管（OLED）又稱有機電致發光器件，是近年來發展起來的一種令人矚目的固體化平板顯示技術。與其它顯示技術相比，OLED顯示具有低直流電壓工作、功耗小、成本低、發光效率高、發光顏色可覆蓋整個可見光譜區等優點，使其在平板顯示領域成為非常有競爭力的技術之一。但是多數有機發光材料發射譜帶都很寬，難以滿足實際顯示應用對色純度的要求，促使人們探索獲得窄化譜線的方法。

目前OLED的純紅光發光主要是通過摻雜的方法：將紅光染料摻雜到寬帶隙的主體材料中，能量通過空間傳遞（Foster）原理從主體材料轉移至紅光染料。雖然目前有很多研究小組致力于開發新型高效的紅光染料。但真正具有實際應用價值的仍然十分有限。為此，如何合理設計器件結構，有效、方便的提高紅光成分的發光效率，已經成為解決紅光OLED瓶頸的首要任務。

二、微腔有機發光二極管

光學微腔是一種具有高品質因子而尺寸在光波長量級的光學微型諧振腔。目前，國際上已經對有機微腔的腔量子電動力學效應進行了廣泛的研究，并獲得了三基色及白色發光的有機微腔發光二極管。展示了其在高效顯示與照明方面的重要應用前景。對于實現全色顯示而言，要求有色純度較高的紅、綠、藍三色發射。有研究表明在染料摻雜紅色有機發光二極管中引入光學微腔，通過模擬計算對結構進行合理優化設計，用來提高器件的發光效率，并通過控制發射波長來提高發光色純度，模擬結果用于指導實驗，可以節省時間、人工和材料損耗。此項研究能深化人們對空間限域條件下光與物質相互作用規律的認識，并且利用微腔來控制材料自發發射特性，將進一步加快OLED在光電信息領域的應用進程。

三、紅色微腔有機發光二極管

目前紅色有機發光二極管實現紅色發光的途徑：（1）摻雜能發紅光的染料，利用能有效進行能量傳遞的染料摻雜，通過在靠近空穴傳輸層和發光界面附近形成的激子被染料中心俘獲來實現發光，（2）用稀土離子配合物作基質或激化劑，（3）引入微腔結構實現紅光發光。

1996年，Jordan，Rothberg等人研制出了效率增強的紅色微腔有機發光二極管。微腔結構是由具有反射率80%的介質鏡布拉格反射鏡與金屬鏡構成。發紅光的染料不像其他染料那么多，并且對于小分子的有機器件來說，有機膜是在真空下加熱蒸鍍的，要求紅色染料要有一定揮發性，因此許多離子型染料不太適用。要使能量傳遞完全，一般可以有兩種方法：使用輔助摻雜劑作為中介使從基質至發光客體的能量傳遞更為有效;或選用能級更為匹配的有機熒光染料與基質材料。

2008年，李陽等通過對溶液法金屬誘導晶化多晶硅薄膜制備工藝的優化，制備出性能良好的P 型摻雜多晶硅薄膜，其光學特性表現為在紅光區域具有比較高的反射率和很小的吸收率，因此用它替代ITO 用作紅光OLED 的陽極材料。由于此薄膜對可見光比較高的反射率和陰極鋁對可見光的高反射性，使之形成了一定Q 值的微腔效應。結果顯示該器件最大流明效率比用ITO 作陽極制備的OLED 提高了57%。進一步優化器件結構，調整發光層在腔中的最佳位置，可以大大增強發光強度，從而可以實現發光強度高、單色性好的紅色微腔有機電致發光顯示器件。

2013張麥麗等使用新型紅光磷光材料R-4B作為微腔OLED的發光層，高反射AI陰極和半透半反射AI陽極為微腔的兩端反射鏡。討論了腔長的變化對器件性能的影響。結果表明，微腔結構可以使光譜窄化，得到了性能較好的紅色磷光OLED。安濤等研究了摻雜劑（DCJTB）濃度對紅光有機發光二極管性能影響.實驗采用真空熱蒸鍍的方法，在高準確度膜厚控制儀的監控下，實現了有機薄膜功能材料的精確蒸鍍.得到較為理想的紅光有機發光二極管.

2019年制作了異質結堆疊發光層紅色磷光有機發光二極管，采用主客體交錯結構的發光層，分別優化了單主體層和單客體層的厚度。采用的主客體交錯發光層的制備方法，工藝簡單，且因為能分別調整主客體層的厚度而改善因客體分子聚集或因長程偶極子間相互作用對發光效率的影響，為非摻雜磷光有機發光二極管的制備提供了思路。

總之，染料摻雜和引入微腔是提高紅光發光二極管發光效率和色純度的有效方法。

參考文獻：

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基金項目：吉林省大學生創新創業項目（項目編號S202110191091 ）資助項目