利用藍色發(fā)光材料DPVBi摻雜高熒光染料rubrene做發(fā)光層制備的藍色發(fā)光器件

一、 引言
 
有機電致發(fā)光器件(OL EDs) 作為新一代的平板顯示器件,具有廣闊的應用前景,已引起人們?nèi)找鏉夂竦呐d趣并取得了較大進展。有機電致發(fā)光顯示器(又稱有機發(fā)光二管,organic light emitting diode ,OLED) 的研究始于20 世紀60 年代,Pope 等[1 ] 首次報道了蒽單晶發(fā)光現(xiàn)象,揭開了有機固體電致發(fā)光的序幕。1987年,美國柯達公司的研究人員C. W. Tang 等[2] 在總結前人工作的基礎上,提出了雙層結構的設計思想,選擇具有較好成膜性能的三芳胺類衍生物和8羥基喹啉鋁(Alq3 ) 配合物分別作為空穴傳輸層和發(fā)光層(兼電子傳輸層) ,得到了高量子效率(1 %) 、高發(fā)光效率(1. 5 lm/W) 、高亮度( > 1 000cd/m2 ) 和低驅動電壓( < 10 V) 的有機電致發(fā)光器件。1990年,劍橋大學Cavendish 實驗室的R. H.Friend 等[3 ] 以聚對苯撐乙烯(PPV) 為發(fā)光層材料制成了聚合物電致發(fā)光器件,開辟了發(fā)光器件的又一個新領域——聚合物薄膜電致發(fā)光器件。這兩個突破性進展使人們看到了有機電致發(fā)光器件作為新一代平板顯示器件的潛在希望。全彩色、大面積、高信息量的平板顯示器是OLED 發(fā)展的最重要目標之一。通過新材料的研究與使用，器件結構和工藝的不斷完善，有機電致發(fā)光器件的發(fā)展已取得了長足的進步。[4-7]由于藍光發(fā)光材料的帶隙比較寬，藍光發(fā)光效率比較低，所以如何提高有機電致發(fā)光器件中藍光成分的發(fā)光效率是制備高色度、高效率、高亮度的有機電致發(fā)光器件的關鍵 [8-12]。為此，我們合理設計了一種器件結構，有效、方便的提高了藍光成分的發(fā)光效率。本文采用一種高熒光效率的黃光熒光染料rubrene作為摻雜劑摻雜在母體材料DPVBi中，由于rubrene 分子具有俘獲空穴和傳輸電子的能力，因而能控制激子在某一層面上有效的復合 [13-15] ，從實驗中我們看到發(fā)光層被有效控制在了DPVBi和rubrene層，促進了藍光發(fā)射，所以在發(fā)光層中, 摻雜客體熒光染料能有效地提高OLED的性能和特性。
二、 實驗
   該器件所用的有機材料分別是N,N’-bis-(1-naphth1)-N,N’-dipheny1,1’-bipheny1-4,4’-diamin（NPB）4,4’-bis(2,2 ,’-diphenylbinyl)  -1,1’-bipheny1(DPVBi) ,5,6,11,12,-tetraphenylnaphthacene (rubrene), tris-(8-hydroxyquinoline)
aluminium (Alq3),其化學結構式如圖1所示。 采用器件的結構是ITO/NPB(40nm)/DPVBi ：rubrene(xnm)/Alq3(ynm) /LiF(0.8nm)/Al(200nm) (其中x=10,20,30,40nm,相應y=50,40,30,20nm，對應器件的編號分別為①②③④)。其中DPVBi和rubrene作為發(fā)光層，Alq3和NPB分別作為電子和空穴傳輸層，LiF作為電子注入層，透明的ITO作為陽極， Al作為陰極。首先將帶有ITO的玻璃片用甲苯、丙酮、乙醇、去離子水反復擦洗，并超聲10分鐘，用氮氣吹干，然后放入多源有機蒸發(fā)系統(tǒng)中按結構生長有機薄膜，最后蒸鍍Al陰極，在制作器件的過程中真空室的壓力保持在3×10-4Pa以下。發(fā)光區(qū)的面積為5mm2。器件的亮度、電流——電壓特性，色坐標及電致發(fā)光光譜由計算機控制的， Keithley Source 2400和PR650構成的測試系統(tǒng)測得的。

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圖1 所用有機材料的化學結構式
Fig.1  Chemical structures of the organic materials used.

三、 結果與分析
通過實驗我們知道，當DPVBi和rubrene的摻雜濃度是1.5%時器件的性能是比較好的。我們通過該器件的電致發(fā)光光譜曲線圖2可以看到，只有DPVBi和rubrene的發(fā)射而沒有NPB和Alq3的發(fā)射。這說明這種結構把器件的發(fā)光區(qū)控制在了DPVBi和rubrene層，而且頻譜很寬。在實驗中我們調(diào)整摻雜層的厚度，使摻雜層的厚度分別是10、20、30、40nm，同時相應的調(diào)節(jié)Alq3的厚度，對應的厚度分別是50、40、30、20nm。發(fā)現(xiàn)器件②③，藍光和黃光的強度幾乎相等，因而器件②③為近白光發(fā)射，其色坐標分別為（0.28，0.31），（0.29，0.31）接近白光的等能點（0.33，0.33），而器件①的藍光強度比黃光的略大，光的顏色藍移，色坐標為（0.24，0.28）。器件④藍光的強度相對于黃光的強度更大，因而光的顏色就更接近于藍色，其色坐標為（0.24，0.24），如圖2所示。
不僅如此，通過器件的電流-電壓、亮度-電壓、效率-電壓特性曲線如圖3、4、5所示，器件④比器件①②③有很好的電流-電壓特性、有很高的亮度。亮度達到了14000cd/m2,這在藍光器件中是很少見的，且效率也是四個器件中最高的，說明這種結構的器件是一個較理想的藍光器件。

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圖2、有機電致發(fā)光器件的(EL)譜                            圖3、有機電致發(fā)光器件的電壓-電流關系曲線
Fig.2  EL spectrum of the organic light-emitting device        Fig.3 Relationships of current-voltage of organic light-emitting device   
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圖4、有機電致發(fā)光器件的電壓-亮度關系曲線                圖5、有機電致發(fā)光器件的電壓-效率關系曲線。
Fig.4 Relationships of brightness-voltage of organic             Fig.5 Relationships of efficiency-voltage of organic
light-emitting device .                                     light-emitting device.
四、 結論
通過該器件的電致發(fā)光光譜曲線可以看到，只有DPVBi和rubrene的發(fā)射而沒有NPB和Alq3的發(fā)射。這是由于rubrene 分子具有俘獲空穴和傳輸電子的能力，rubrene 俘獲了空穴帶正電，與傳輸過來的電子形成激子，并控制了激子在DPVBi和rubrene的層面內(nèi)進行復合而發(fā)光。器件①和器件④雖然發(fā)射的都是藍光，但器件④的亮度遠大于器件①，這是由于器件④的發(fā)光區(qū)的厚度大于器件①的厚度，在發(fā)光區(qū)中，激子形成的幾率增大，從而激子的總量增加，形成了較強的輻射，增大了藍光的亮度。這種結構的特點在于通過結構的設計提高了藍光的亮度和效率，從而使器件的性能有了明顯的改善，而這種改善我們認為是通過犧牲色度換得的。