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NPB厚度对白光OLED性能的影响研究

编辑:hattie 2012-11-06 10:45 浏览 评论 1 赞    来源:  中国OLED网

  近年来,由于全球能源危机的影响,白光OLED的研究越来越受到科学界和研究人员的广泛重视,因为它不仅能够作为新一代的照明光源,而且还可以作为 固体光源应用于制造全彩显示器和显示器的背光源。它具有节能、环保、可卷曲、轻薄和驱动电压低等诸多优点,因此受到业界人士的关注。白光OLED的获得大都通过混合三种颜色(红、绿、蓝)的小分子、聚合物或磷光材料或两种补偿色(天蓝和橙黄)的材料到多层或单层结构中。大多数WOLED都采用堆叠式结构或者单发光层多掺杂剂的结构。

  目前国内外的研究人员用不同方法制备了白光器件,如用聚合物PVK作为主体材料掺杂蓝光染料和橙红光染料的单一发光层,没有空穴注入层和空穴传输 层,阴极采用Mg2Ag合金阴极,这一方法制备出来的白光器件具有较好的白光发射,但是亮度和发光效率都较低,器件性能较为不好。国内的研究人员也做过一 篇调整空穴传输层NPB(4,42N,N2bis2N212naphthy12N2pheny12amino2bipheny1)的厚度改善蓝光OLED 器件性能的文章,得出亮度会随厚度的增加而增加,对应的发光效率也有很大变化,从而得出厚度对器件的发光性能影响很大。后来有人用了多发光层结构制备白光 器件,通过调整空穴传输层的厚度使器件的性能有了较大改善,但是对比以ADN为主体掺杂两种染料的单发光层,其结构复杂,操作程序繁琐,控制误差较大,同 时发光层多,厚度增加,启亮电压增大,效率降低。

  实验采用ADN作为主体材料,掺杂红光和蓝光染料的白光OLED体系制备器件,结果表明:这种结构制备出来的白光OLED器件具有较好的色稳定性, 并且发光效率也较高。曾有文章讨论了发光层中的红光掺杂剂DCJTB的掺杂浓度对器件性能的影响,并得出了白光OLED的较佳掺杂浓度的器件。本文将进一 步讨论空穴传输层NPB厚度对基于ADN体系的白光OLED性能的影响,并对器件做进一步的优化,这对白光照明及显示的制备具有一定的指导作用。

  1 实验

  实验用材料为西安瑞联近代电子材料有限公司的OLED专用高纯化学品,对所用ITO导电玻璃基片进行了严格的清洗流程,分别用洗涤剂溶液、丙酮溶 液、乙醇溶液和去离子水超声清洗10min,然后在真空干燥箱中烘干。再将清洁而且干燥的ITO玻璃基片移入OLED2V型有机多功能真空成膜设备预处理 室,在500V电压下进行氧等离子体溅射处理5min,这样有利于除去ITO表面的碳污染,并提高ITO的功函数,有利于空穴从ITO电极注入到有机材料 中。预处理后的基片传入真空腔体,有机材料和金属阴极都在真空度为610×10-4Pa下依次进行蒸镀,有机材料的蒸发速率为012nm/s,阴极Al /LiF的蒸发速率为1nm/s,使用SI2TM206型六通道膜厚监测仪进行实时控制。

  电子传输层采用Alq3,是因为它具有高的电离能EA(约310eV)和电子亲和能Ip(约5195eV)以及好的热稳定性和化学稳定性,量子效率高且能够通过真空蒸镀的方法形成高质量无针孔的薄膜。发光层用两种荧光材料蓝与红掺杂在主体材料ADN中,形成白光发射。

  TBPe是蓝色发光材料,能够有效地传输电子并且有效地阻止激基复合物的形成,提高效率。相关文献表明DCJTB是目前最佳红色染料,用DCJTB作为辅助掺杂剂,器件表现出了稳定的电致发光EL效率。器件的结构以及能级结构图如图1所示。

 

 

图1 器件结构与能级结构图

  实验制备了四组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)。

  在室温、大气环境下,测试以上四组未封装器件,发光亮度采用ST2900B型光度计测量,器件的电致发光(EL)光谱特性使用杭州远方光电信息有限公司的PMS280光谱分析系统进行测试,I2V特性曲线用直流电源DCPowerSupplyPS23003D进行测量。

  2 结果与讨论

  从图2中可以看出,四组器件的电流密度和发光亮度均随驱动电压的增加而增大,并且在高电场强度与正偏电压呈指数关系,表现出典型的二极管整流特性。 器件的电流密度和亮度随着空穴传输层NPB厚度的变化而变化。当NPB的厚度分别为15,30和35nm时,电流密度相似,发光亮度随着厚度的增加而逐渐 增大,到35nm时亮度达到最大值14020cd/m2,击穿电压为1318V,当NPB厚度再增加到40nm后,电流密度突然下降,随之器件的发光亮度 也显着下降,当下降到7790cd/m2,此时击穿电压为1313V。这一现象说明,NPB作为空穴传输层材料不能太厚,否则会影响载流子传输,降低器件 的发光效率。图2同时由表1也可以看出,随着NPB厚度的增加,四组器件的启亮电压和击穿电压都逐渐增大,而电流效率(ηL)和功率效率(ηP)也都逐渐 增加,到厚度35nm时为最佳值,分别为7181cd/A和2194lm/W;当厚度增加到40nm时,发光效率则明显下降,此时最大电流效率在电压为 9V时为4181cd/A,功率效率为2173lm/W,功率效率的值均在电流密度为2815mA/cm2处获得。

图2 器件的电流密度-电压(J2V),亮度-电压(L2V)与亮度-电流密度(L2J)特性曲线

表1 四组器件的电致发光性能 

  同样,从图2(c)电流密度与亮度的关系曲线中看出,四组器件的发光亮度随电流密度的增加而增大,在同一电流密度下,NPB的厚度为35nm时器件 的亮度最大,30nm其次,15nm时的亮度也达到了11650cd/m2,最低亮度7790cd/m2是NPB厚度为40nm时器件的亮度,总之对比同 一电流密度下各个器件的发光亮度,仍然是NPB厚度为35nm时器件的发光性能最佳。另外,封装后经实验测得,采用以ADN作为主体材料,掺杂红光和蓝光 染料体系制备的白光OLED器件其可靠性较好,表现出较好的色稳定性。

  由此可以得出:增加NPB的厚度可以提高器件的发光效率和亮度,对于有机小分子发光器件来说,电子传输层的迁移率比空穴传输层的迁移率要小两个数量 级。一般的器件电荷都是不平衡的,电子是少子。然而虽然在NPB层中空穴的迁移率较高,考虑了空穴在薄的NPB层中隧穿效应的影响,增加NPB层厚度能够 很好地匹配到达载流子复合区域的空穴数量,使电子和空穴的注入达到平衡。器件在初始发光时,复合区域内部电子的数目与空穴的数目相匹配,这是提高器件效率 的重要原因。但是NPB太厚了发光效率会下降也是同样的道理。可以推测:在器件C中,电子和空穴的注入达到了更为平衡的趋势,激子辐射跃迁的概率最大。器 件效率较高的另外一个原因是用于蓝光发射的NPB层较厚,为NPB激子的形成、扩散和辐射衰减都提供了充分的空间和充足的能量。

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