NPB厚度對白光OLED性能的影響研究

引言

近年來，由于全球能源危機的影響，白光OLED的研究越來越受到科學(xué)界和研究人員的廣泛重視，因為它不僅能夠作為新一代的照明光源，而且還可以作為固體光源應(yīng)用于制造全彩顯示器和顯示器的背光源。它具有節(jié)能、環(huán)保、可卷曲、輕薄和驅(qū)動電壓低等諸多優(yōu)點，因此受到業(yè)界人士的關(guān)注。白光OLED的獲得大都通過混合三種顏色(紅、綠、藍)的小分子、聚合物或磷光材料或兩種補償色(天藍和橙黃)的材料到多層或單層結(jié)構(gòu)中。大多數(shù)WOLED都采用堆疊式結(jié)構(gòu)或者單發(fā)光層多摻雜劑的結(jié)構(gòu)。

目前國內(nèi)外的研究人員用不同方法制備了白光器件，如用聚合物PVK作為主體材料摻雜藍光染料和橙紅光染料的單一發(fā)光層，沒有空穴注入層和空穴傳輸層，陰極采用Mg2Ag合金陰極，這一方法制備出來的白光器件具有較好的白光發(fā)射，但是亮度和發(fā)光效率都較低，器件性能較為不好。國內(nèi)的研究人員也做過一篇調(diào)整空穴傳輸層NPB(4,42N,N2bis2N212naphthy12N2pheny12amino2bipheny1)的厚度改善藍光OLED器件性能的文章，得出亮度會隨厚度的增加而增加，對應(yīng)的發(fā)光效率也有很大變化，從而得出厚度對器件的發(fā)光性能影響很大。后來有人用了多發(fā)光層結(jié)構(gòu)制備白光器件，通過調(diào)整空穴傳輸層的厚度使器件的性能有了較大改善，但是對比以ADN為主體摻雜兩種染料的單發(fā)光層，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，操作程序繁瑣，控制誤差較大，同時發(fā)光層多，厚度增加，啟亮電壓增大，效率降低。

實驗采用ADN作為主體材料，摻雜紅光和藍光染料的白光OLED體系制備器件，結(jié)果表明：這種結(jié)構(gòu)制備出來的白光OLED器件具有較好的色穩(wěn)定性，并且發(fā)光效率也較高。曾有文章討論了發(fā)光層中的紅光摻雜劑DCJTB的摻雜濃度對器件性能的影響，并得出了白光OLED的較佳摻雜濃度的器件。本文將進一步討論空穴傳輸層NPB厚度對基于ADN體系的白光OLED性能的影響，并對器件做進一步的優(yōu)化，這對白光照明及顯示的制備具有一定的指導(dǎo)作用。

1　實驗

實驗用材料為西安瑞聯(lián)近代電子材料有限公司的OLED專用高純化學(xué)品，對所用ITO導(dǎo)電玻璃基片進行了嚴格的清洗流程，分別用洗滌劑溶液、丙酮溶液、乙醇溶液和去離子水超聲清洗10min,然后在真空干燥箱中烘干。再將清潔而且干燥的ITO玻璃基片移入OLED2V型有機多功能真空成膜設(shè)備預(yù)處理室，在500V電壓下進行氧等離子體濺射處理5min,這樣有利于除去ITO表面的碳污染，并提高ITO的功函數(shù)，有利于空穴從ITO電極注入到有機材料中。預(yù)處理后的基片傳入真空腔體，有機材料和金屬陰極都在真空度為610×10-4Pa下依次進行蒸鍍，有機材料的蒸發(fā)速率為012nm/s,陰極Al/LiF的蒸發(fā)速率為1nm/s,使用SI2TM206型六通道膜厚監(jiān)測儀進行實時控制。

電子傳輸層采用Alq3,是因為它具有高的電離能EA(約310eV)和電子親和能Ip(約5195eV)以及好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，量子效率高且能夠通過真空蒸鍍的方法形成高質(zhì)量無針孔的薄膜。發(fā)光層用兩種熒光材料藍與紅摻雜在主體材料ADN中，形成白光發(fā)射。

TBPe是藍色發(fā)光材料，能夠有效地傳輸電子并且有效地阻止激基復(fù)合物的形成，提高效率。相關(guān)文獻表明DCJTB是目前最佳紅色染料，用DCJTB作為輔助摻雜劑，器件表現(xiàn)出了穩(wěn)定的電致發(fā)光EL效率。器件的結(jié)構(gòu)以及能級結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1　器件結(jié)構(gòu)與能級結(jié)構(gòu)圖

實驗制備了四組OLED器件

A)ITO/22TNATA(15nm)/NPB(15nm)/

ADN(30nm)：TBPe(2%)：DCJTB(1%)/

Alq3(20nm)/LiF(1nm)/Al(100nm);

B)ITO/22TNATA(30nm)/NPB(15nm)/

ADN(30nm)：TBPe(2%)：DCJTB(1%)/

Alq3(20nm)/LiF(1nm)/Al(100nm);

C)ITO/22TNATA(15nm)/NPB(35nm)/

ADN(30nm)：TBPe(2%)：DCJTB(1%)/

Alq3(20nm)/LiF(1nm)/Al(100nm);

D)ITO/22TNATA(15nm)/NPB(40nm)/

ADN(30nm)：TBPe(2%)：DCJTB(1%)/

Alq3(20nm)/LiF(1nm)/Al(100nm)。

在室溫、大氣環(huán)境下，測試以上四組未封裝器件，發(fā)光亮度采用ST2900B型光度計測量，器件的電致發(fā)光(EL)光譜特性使用杭州遠方光電信息有限公司的PMS280光譜分析系統(tǒng)進行測試，I2V特性曲線用直流電源DCPowerSupplyPS23003D進行測量。

2　結(jié)果與討論

從圖2中可以看出，四組器件的電流密度和發(fā)光亮度均隨驅(qū)動電壓的增加而增大，并且在高電場強度與正偏電壓呈指數(shù)關(guān)系，表現(xiàn)出典型的二極管整流特性。器件的電流密度和亮度隨著空穴傳輸層NPB厚度的變化而變化。當NPB的厚度分別為15,30和35nm時，電流密度相似，發(fā)光亮度隨著厚度的增加而逐漸增大，到35nm時亮度達到最大值14020cd/m2,擊穿電壓為1318V,當NPB厚度再增加到40nm后，電流密度突然下降，隨之器件的發(fā)光亮度也顯著下降，當下降到7790cd/m2,此時擊穿電壓為1313V。這一現(xiàn)象說明，NPB作為空穴傳輸層材料不能太厚，否則會影響載流子傳輸，降低器件的發(fā)光效率。圖2同時由表1也可以看出，隨著NPB厚度的增加，四組器件的啟亮電壓和擊穿電壓都逐漸增大，而電流效率(ηL)和功率效率(ηP)也都逐漸增加，到厚度35nm時為最佳值，分別為7181cd/A和2194lm/W;當厚度增加到40nm時，發(fā)光效率則明顯下降，此時最大電流效率在電壓為9V時為4181cd/A,功率效率為2173lm/W,功率效率的值均在電流密度為2815mA/cm2處獲得。

圖2　器件的電流密度-電壓(J2V)，亮度-電壓(L2V)與亮度-電流密度(L2J)特性曲線

表1　四組器件的電致發(fā)光性能