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基于ADN:TBPe发光层的蓝光OLED器件

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第22卷第5期 液晶与显示 VoI.22,NO.5 2007年10月 Chinese Journal of Liquid Crystals and Displays Oct.,2007 文章编号:1007—2780(2007)05—0520—04 基于ADN:TBPe发光层的蓝光OLED器件 李新贝 ,张术鹏 ,李洪法 (1.中国航天科技集团五院513所,山东烟台264000,E—mail:limingjingl986@yahoo.corn.cn; 2.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春 130033) 摘要:全色显示是有机电致发光显示(OLED)器件发展的目标,而高性能蓝色发光器件,也 是目前有机电致发光显示研究的热点。以NPB和Alq。分别作为空穴传输层和电子传输层, 制作了结构为IT0/CuPc(150 nm)/NPB(500 nm)/ADN(300 nm):TBPe(30 nm)/Alqs (350 nm)/RbF(20 nm)/A1(1 000 nm)的蓝光0LED器件,发光亮度达8 600 cd/m ,发光效 率达2.669 cd/A,色坐标(x一0.131 5,y一0.180 9)。研究发现ADN,TBPe发光层体系的引 大改善了蓝光器件的发光效率和性能。 关键词:蓝光有机电致发光器件;FOrster能量转移;掺杂 中图分类号:TN873.3 文献标识码:A 1 引 言 有机基质材料中掺杂荧光染料是获得高效、长寿 命和所希望发光颜色的一种有效而简单的方 有机电致发光显示(oLED)作为新型的平板 法『9]。自C.W.Tang等人将荧光染料DCM掺杂 显示技术受到人们广泛关注。其研究目标之一就 到配合物Alq。中应用于OLED,首次实现红色有 是发展全色显示[1]。为了实现全色显示,首先红、 机电致发光器件,这一研究开创了荧光染料应用 绿、蓝三基色的电致发光器件要实用化。目前绿 的新空间。要制作效率和色度都非常好的有机蓝 光器件已基本能满足要求,而红光和蓝光器件的 光器件,在有机器件结构和工艺设计方面还有待 性能与实际应用还有不小的差距。相对于绿光而 突破。通常采用将蓝光染料掺入主体材料中的方 言,蓝光器件的研究一直处于相对落后的状态,其 法制作蓝光有机电致发光器件;染料掺杂的方法 发光亮度、效率、稳定性和色纯度都无法与之相 制备蓝色OLED器件不仅可以改变器件的色纯 比,在一定程度上制约了全彩色显示的发展[2]。 度,而且客体发光材料能够利用主体发光材料中 因此,研究高性能的蓝色发光材料和选择合理的 不发光的那部分能量,提高器件的效率,同时增加 器件结构,已经成为解决蓝光OLED瓶颈的首要 器件的稳定性_1 。 任务 。 本文采用ADN主体材料和TBPe蓝光染料 1987年至今,各大公司投入了很大的精力研 制作了蓝光有机电致发光器件的发光层,发现器 究蓝光。柯达公司的C.W.Tang[4 等人研究开 件具有很好的性能。 发了一系列蓝光材料,这类材料不仅稳定性好,荧 光量子产率高,而且具有优良的成膜性能[5],其中 2 实 验 ADN具有较好的色纯度,其电致发光光谱为 2.1 OLED器件制备 450 nm[6]。早在1999年Y Kijima等人使用经典 本实验采用的蓝光有机电致发光器件结构 的空穴传输材料NPB获得了高效的蓝光发射[7], 为:ITO/CuPc(150 nm)/NPB(500 nm)/ADN 而TBPe作为一种高效蓝光染料目前正逐渐被广 (300 nm):TBPe(30 nm[低探头])/Alq3(350 nm)/ 泛地使用[8]。利用FOrster能量传递的原理,在 RbF(20 nm)/A1(1 000 nm)。这里Copper 收稿B期:2007—04—23;修订B期:2007—06—22 基金项目:国家自然科学基金(No.20476054);陕西省教育厅专项研究基金(No.O3JK16lO)资助项目 维普资讯 http://www.cqvip.com

第5期 李新贝,等:基于ADN:TBPe发光层的蓝光()LED器件 521 phthalocyanine(CuPc)是空穴注入层;N,N -di- [(1-naphthaleny1)一N,N'-dipheny1]一(1,1 一bi— pheny1)一4,4 diamine(NPB)是空穴传输层; 9,10-di-(2-naphthy1)anthracene(ADN)是发光 层;tris(8-quinolinolato)aluminium complex (Alq。)是电子传输层(发光峰值520 rim);2,5,8, 1 1-tetra—t—butylperylene(TBPe)是蓝光染料; RbF是氟化铷,与Al形成双电极。在真空度为 5×10 Pa条件下,依次蒸镀空穴缓冲层CuPc、空 穴传输层NPB、发光层、电子传输层Alq。、RbF和 Al阴极,掺杂采用双源共蒸技术,通过不同的蒸 发速率来控制掺杂浓度,最后分别对蓝光器件的 电压一亮度特性、电压一发光效率特性及发光光谱 等特性进行了测试与讨论。 2.2性能测试 在室温和大气条件下,利用光谱辐射计(北京 奥博迪光电技术有限公司)、ST一900B型辐射计、 恒流源和HB-17300SL3A直流稳定电源(中国鸿 宝股份),分别对所有未封装的OLED器件的电 压、电流、亮度和光谱进行测试。 3 实验结果与分析 3.1发光亮度、电流密度-电压特性 有机电致发光器件电流随电压的变化曲线反 应了器件的电学性质,它与发光二极管的电流一电 压关系类似,具有整流特性,即只在正向偏压下有 电流通过,当改变加在电致发光器件两极上的驱 动电压时,流过器件的电流也会随之发生变化,载 流子由电极向有机层的注入有时还受空间电荷限 制。注入或输运方式不同,则对应着不同的电流一 电压关系,所以,测量电流随电压的变化是了解器 件内电荷注入和输运过程的一种有效手段,也是 得到器件发光效率的一个必不可少的物理 参数Ll ”]。 图1所示为该蓝光OLED器件的发光亮度、 电流密度一电压特性曲线,从图上我们可以看到, 在外界电压达到3.4 V时,器件开始发光;随着驱 动电压的继续升高,通过器件的电流密度随之增 大,并且与发光亮度成近似线性关系。通过对器 件进行测试,该蓝光OLED器件的最大发光亮度 为8 600 cd/m。,击穿电压为18 V。电流随驱动 电压的增加,呈非线性增加状态;该曲线表明该器 件具有二极管整流特性,在低电压区域,低迁移率 的欧姆接触以及少量的热生载流子是主要的注入 电荷,而在高于阈值电压区域,电子的有机迁移 率明显提高,增大了注入电荷的密度,使得在发光 区域注入电流(或电流密度)与电压成高阶指数 关系。 吕 南 刨 根 图1 发光亮度、电流密度一电压特性曲线 Fig.1 Characteristic of the brightness,current density and voltage curves. 3.2发光效率-电压特性 图2为器件的发光效率一电压特性曲线,发光 效率的变化趋势为先增大,达到最大值后再减小。 随着驱动电压的增大,器件的发光效率逐渐增大, 驱动电压在7.5 V左右时,发光效率达到最大值 2.669 cd/A;随后,在外界电压继续增大的同时, 发光效率缓慢下降。 图2发光效率电压特性 结合图1分析,器件发光效率在低电流密度 时急剧上升,而在高电流密度时则缓慢下降。这 维普资讯 http://www.cqvip.com 522 液 晶 与 显 示 第22卷 是因为在该蓝光OLED器件中,染料TBPe的 在460 nm左右,但由于其电致发光光谱很窄,所 以它的色纯度依然很好,CIE坐标为(X一0.131 5, y一0.180 9),这归功于TBPe的荧光发射 。 从图中还能看出器件在490 nm处有一明显的发 射峰,这也是来自于TBPe的发光。 HOMO能级高于ADN的HoMo能级0.5 eV, 空穴更容易直接注入到TBPe中(但TBPe比 ADN约小一个数量级,因此注入到ADN的Ho— Mo能级的空穴数更多),但由于空穴是多子,也 能注入到ADN的HoM0能级,然而TBPe的 LUMo能级高于ADN的LUMo能级,电子注 入到ADN的势垒更小,由于器件中电子是少子, 不可能注入到TBPe中。因此,激子主要在ADN 中生成,并通过FOrster能量转移机制传递给 TBPe,ADN:TBPe掺杂层具有较高的荧光量子 效率,所以,器件具有较小的电流密度和较高的发 光效率 。 研究发现,随着蓝光染料TBPe掺杂量的增 加,掺杂层中的ADN激子有足够的机会将能量 j 越 嘿 转移到TBPe上,使器件的发光效率和亮度增加。 但是掺杂浓度过大时,荧光发射强度的增长与浓 度的增长是不成比例的,反而会引起浓度猝灭,这 是因为客体分子TBPe在主体分子ADN中的浓 图3电致发光光谱 Fig.3 Characteristic of the electroluminescent spectrum CUrve 度增加,在局域造成客体分子之间的距离缩小,导 致它们之间的相互作用加强,即产生了很强的局 域自发极化场 ,正是这种客体分子的自极化作 4 结 论 用影响了能量传递过程,使得器件发光效率往往 较低,甚至不发光,造成这种现象是很多物理和化 学作用的共同结果。TBPe掺杂浓度较大还会造 成物质的吸收与浓度增加不成比例,这将导致激 通过在蓝光电致发光器件的基质材料ADN 中掺杂蓝光染料TBPe,制作了一种新颖的结构 为ITO/CuPc(150 nm)/NPB(500 nm)/ADN (300 nm):TBPe(30 nm)/Alq3(350 nm)/RbF 发效率相对降低;其次,高浓度时处于激发态的分 子通过其他途径耗散能量的可能性也加大了。通 常存在一个最佳的掺杂浓度,在此浓度时可获得 最大的发光效率,因此掺杂浓度的选择将直接影 响到发光层的荧光效率和掺杂器件的电致发光 效率 16,1 7]。 3.3电致发光光谱 (20 nm)/AI(1 000 nm)的发光器件,器件起亮电 压3.4 V,击穿电压18 V,最高亮度达8 600 cd/m2, 最高发光效率2.669 cd/A,色坐标(X一0.131 5, Y一0.180 9),主波长481 nm,波峰463 nm。研 究发现通过引入ADN:TBPe发光层体系大大改 善了蓝光oLED器件的性能,使得器件具有很好 的发光效率和发光亮度,具有较高的色纯度。 图3为器件的电致发光光谱,器件发光光谱 参 考 文 献: [1]蒋雪茵,张志林,张步新,等.高稳定的红色有机薄膜电致发光器件EJ].发光学报,2000,21(2):174—176. [2]Hosokawa C,Tokailin H,Higashi H,el a1.Efficient electroluminescence of distyrylarylene with hole teansporting ability EJ].Jpn.J.App1.Phys.Lett.,1995,67(Part 2):3853—3855. [3]季兴桥,黎威志,钟志有,等.掺杂材料对蓝光OLED器件性能的影响EJ].功能材料与器件学报,2006,12(2): 125—129. [4]Tang C W,Vanslyke S A,Chen C H.Electroluminescence of doped organic thin film[J].J.App1.Phys.,1989,65 (9):3610—3616. 维普资讯 http://www.cqvip.com

第5期 李新贝,等:基于ADN:TBPe发光层的蓝光()LED器件 523 [5]Shi J,Tang C W,Chen C H.Organic dectroluminescent elements for stable blue electroluminescent:US patent, 5935721[P1.1999—08—10. [6]Shi J,Tang C W.Anthracene derivatives for stable blue—emitting organic electroluminescence devices EJ1.App1. Phys.Lett.,2002,80(17):3201—3203. [7]Kijima Y,Asai N,Tamura S I.A blue organic light emitting diode EJ1.Jpn.J.App1.Phys.,1999,80(9):5274— 5277. [8]Chen C H,Tao Y T.Highly—bright white organic light—emitting diodes based on a single emission layer EJ1.App1. Phys.Lett.,2002,81(24):4499—4501. [9]赵伟明,朱文清,张步新,等.染料掺杂的红色有机薄膜电致发光器件EJ1.发光学报,2000,21(1):78—80. [101李文连.染料掺杂型有机电致发光器件EJ1.液晶与显示,1999,14(1):64—69. [111郑加金,华玉林.Zn(BTZ) 白色有机电致发光材料的合成及其器件制备[D1.天津:天津理工学院,2004:18—40. [121李新贝,张方辉,张麦丽.掺杂型红色有机电致发光显示器件[J1.发光学报,2006,27(5):689—695. [131季兴桥,黎威志,钟志有,等.掺杂材料对蓝光()LED器件性能的影响[J].功能材料与器件学报,2006,12(2): l25一l29. [141 0’Brien D F,Baldo M A,Thompson M E,et a1.Improved energy transfer in e1ectrophosphorescent devices[J]. App1.Phys.Lett.,1999,74(3):442—444. [151 Bulovic V,Shoustikov A,Bsldo M A,et a1.Bright,saturated,red—to—yellow organic light—emitting devices based on polarization—induced spectral shifts EJ1.Chem.Phys.Lett.,1998,287(3):455—460. [161胡忠,徐洪光,庄筱磊,等.双主体掺杂红色有机电致发光显示器件的研究EJ1.液晶与显示,2007,22(14 ):65—68. [171季兴桥,黎威志,钟志有,等.双异质型蓝色()LED器件的研究EJ1.液晶与显示,2005,20(3):235—239. [1 8]Shi J,Tang C W.Anthracene derivatives for stable blue-emitting organic electroluminescence devices[J].App1. Phys.Lett.,2002,80(17):3201-3203. Blue Organic Light—emitting Diode Using ADN:TBPe as Light—emitting Layer LI Xin—bei ,ZHANG Shu—peng ,LI Hong—fa (1.No.513 Institute,China Aerospaee and Technology Corporation,Yantai 264000,China,E-mail:limingJing1986 yahoo.corn.en; 2.Changchun Institute of Optics,FineMechanics and Physics,ChineseAcademy of Sciences,Changchun 130033,China) Abstract Full color display is the goal of organic light—emitting display(OLED),but the making of stable blue organic light—emitting devices is very valuable for the mass production of it and is also the most interesting study of OLED nowadays.In order to improve the performances,one kind of blue 0LED with 9,10一di一(2-naphthy1)anthracene(ADN):2,5,8,11一tetra—t—butylperylene(TBPe)as light—emit— ting layer was fabricated.The structure is ITO/CuPc(150 nm)/NPB(500 nm)/ADN(300 nm):TBPe (30 nm)/Alq3(350 nm)/RbF(2O nm)/Al(1 000 nm),where NPB and Alq3 are used respectively as the hole transporting layer and electron transporting layer.The maximum luminescence and efficiency are 8 600cd/m and 2.669 cd/A,respectively.It is found that the doped system of ADN:TBPe can greatly improve the luminance efficiency and performances of diodes. Key words:blue organic light—emitting diode;FOrster energy transfer;doping 作者简介:李新贝(1981一),男,山东烟台人,硕士,从事电子技术方面的研究与开发。 

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