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驱动方式对磷光器件的影响 摘要：制备了以聚合物为主体的磷光掺杂型有机电致发光器件，通过引入空穴阻挡层改善了载流子注入平衡，从而改善了器件的发光性能，通过比较直流和不同频率交流驱动下的电致发光，发现器件的发光随交流驱动电压的频率增大而减小。分析认为，频率影响到对空穴和电子的渡越时间，进而影响到其复合发光的几率。关键词：聚合物电致发光；交流驱动；载流子复合；磷光TN27；TN383：A引 言自1 987年邓青云博士研究出新结构有机电致发光器件以来，有机电致发光技术飞速发展，在显示和照明等领域展现出卓绝的性能。在显示领域，具有高效、广视角、宽色域、快响应、超轻薄和柔性等特点的有机发光二极管（OLED，是有机电致发光器件的一种俗称）显示设备被称为新一代的梦幻显示技术，近年已有商用化的TV来自Www.lw5u.Com产品。有机电致发光器件按照有机材料分为小分子型和聚合物型，其中基于聚合物的电致发光器件与小分子器件相比，具有效率高、结构简单、制程难度低、材料利用率高、易实现大尺寸和成卷制造等优点，是OLED技术领域内的一大分支。电致发光器件的效率依赖于贡献发光的激子产率，利用磷光材料中三线态激子的发光，是获得高效率器件的重要途径，在此基础上通过适当的掺杂和器件结构设计，可获得几乎100%的内量子效率。典型的材料如lr(ppy)3，以它为发光掺杂的器件，目前亮度效率已经超过100cd/A。在聚合物电致发光器件中，聚乙烯基咔唑( PVK)、常用做空穴传输层，尤其是在掺杂后具有较好的载流子平衡作用。由于其较宽的禁带，也常用于主体材料。通常有机电致发光器件是有极性的，驱动时常用有极性的脉冲驱动，通过调节脉冲的占空比来控制显示亮度，形成不同的灰度级显示。而无机电致发光器件是没有极性的，通过交流驱动，驱动频率影响器件的发光性能。有机电致发光器件在交流驱动下也可点亮，在驱动的正半周发光，负半周则不发光，在负半周的时候还可以在一定程度上抑制串扰，并且交流驱动可以使部分外围电路简化。因此我们制备了简单的掺杂聚合物的有机发光器件，通过改善结构来提高其性能，并研究了器件在交流驱动下的性能。1 实 验为了研究驱动方式的影响，我们制备了器件A，其结构为ITO/PVK:lr(ppy)3/AI，以及器件B，其结构为ITO/NP B/PVK:lr (ppy)来自wWw.lW5u.CoM3/BC P/Alq3，AI，两种器件如图1所示。其中器件B中增加了空穴传输层、电子传输层和空穴阻挡层，期望能平衡载流子注入，并将激子限制在PVK层内，最终改善器件A的电致发光性能。器件的制备方法如下：使用市售非定制的覆ITO镀层碱玻璃作为器件的基板，并将此一侧作为器件的出光方向。ITO玻璃依次用无水乙醇和丙酮擦拭，在金属洗衣粉溶液中加热至600C并超声清洗1 5分钟，用去离子水洗净后，在丙酮、乙醇和ITO清洗液中各超声清洗1 5分钟，用去离子水冲洗，4N氮气吹干后在无尘干燥箱中1200C烘30分钟，冷却后在无尘恒温干燥箱中储存备用。在蒸镀有机层之前，用大功率紫外灯近距离照射，对ITO表面进行处理。lr(ppy)3以质量百分比1%、3%、5%、7%，掺入PVK氯仿溶液中，并采用旋涂的方法制膜，转速为1，500rpm。利用自制掩膜真空蒸镀100nm厚的Al作为金属电极，速率为0.1 nm/s，通过Al电极在有机层上的形状来限定发光区域。器件B中的NPB、BCP和Alq3的厚度分别为20nm、10nm和20nm，在大干10-4Pa真空下蒸镀制成，蒸镀速率为0.05nm/so为测试光致发光，在石英衬底上旋涂了质量掺杂1%和3%的PVK：lr(ppy)3发光层。本文中的电致发光( EL)和光致发光(PL)光谱都是利用SPEFluorolog-3型荧光光谱仪在室温、大气条件下测得。2 结果和讨论图2是在345nm紫外光激发下，掺杂1%和3% lr(ppy)3的PVK薄膜的发射光谱，其中发光峰位于508nm处和418nm处，由PVK氯仿溶液的吸收光谱可知，PVK在346nm处有较高的吸收，而PVK氯仿溶液的发光在418nm处附近，显然508nm处的峰值应该来自lr(ppy)3的发光。单独监测508nm处的发光，发现其激发峰与PVK在346nm处的吸收相对应。由此说明lr(ppy)3的激发与PVK的吸收有关，即与对PVK的激发有关。因此在这一混合体系中，光致发光的过程可推测为：PVK吸收光子产生激子而后复合发光，另外还有部分激发能量可以通过单线态和三线态的系间串越(ISC)将能量传给lr(ppy)3吲，使lr(ppy)3分子激发并形成三线态激子，三线态激子复合则产生508nm处的磷光发射。从图2得出，在一定掺杂浓度范围内，掺杂浓度越高，发生系间串越的几率越大，传递到lr(ppy)3上的激发能量的比例越高，所以508nm处lr(ppy)3的发射强度与PVK 418nm处的发射强度之比越大。图3是lr(ppy)3掺杂PVK的单层器件的直流驱动电致发光光谱，驱动电压分别为12V、14V、17V。在508nm处有明显的I r(ppy)3的发光，并且在537nm处有一肩峰也属于lr(ppy)3的发射。在此结构中，lr(ppy)3掺杂的PVK层既做发光层，又兼具电子传输层和空穴传输层的功能，由于PVK材料本身的传导特性（空穴迁移率大于电子迁移率），因此载流子注入并不平衡，导致驱动电压高，器件的发光性能不佳。因此我们制作了以铱配合物lr(ppy)3掺杂高分子材料PVK为发光层的多层器件ITO/NPB/PVK:lr(ppy)3/BCP/Alq3AI，多层器件的掺杂浓度分别为1%、3%、5%、7%，其中NPB作为空穴传输层加在发光层与ITO之间，能大大增加空穴的注入和传输能力。在发光层靠近阴极一侧，加入BCP作为空穴阻挡层，同时加入具有电子传输性的Alq3作为电子传输层，使得PVK发光层中电子和空穴的注入改善平衡，增加在发光层复合发光的几率，提高了器件的发光性能。在相同的激发条件下，多层器件的电致发光同单层器件的基本相似，在508nm处有明显的lr(ppy)3发光和537nm处有一肩峰，在浓度为1%的器件中探测到了PVK位于418nm处微弱的发射，当浓度增大时没有探测到属于PVK的、位于418nm处的发射，其中掺杂浓度为5%的器件的发光强度最大，如图4所示。在电场激发下，lr(ppy)3的发光来自于配体的激发和PVK的能量传递，在电场激发下，PVK的发光很弱，同光致发光对比（图2），说明lr(ppy)3的发光主要来自于配体的激发。在交流电压驱动下，当电压强度不变时，器件的电致发光光谱图形与直流驱动电压下相同，并随交流电压频率的变化而变化。如图5所示，在测试范围内，当频率为1，OOOHz时，发光强度最大；当频率增大时，器件亮度下降，并且很不稳定；当驱动频率增大至1 5，OOOHz时，发光很微弱。我们认为，在多层器件结构中，由于带隙的原因，在发光层界面处积累空穴和电子，从而形成类似电容的效应。当交流电压的频率增加时，空穴和电子在正向电压时间内不能有效地在发光层复合而发光，所以器件的亮度降低。因此，在较高的电压频率下，器件的发光亮度明显降低；在频率很低的情况下，空穴和电子由于长时间地加速会超出复合区域，所以导致器件亮度下降，而不稳定的原因需进一步验证。3结 论制备了不同浓度的PVK：lr(ppy)3的单层和多层发光器件，研究了驱动方式对器件发光性能的影响。在器件的电致发光中，主体材料PVK仍有微弱的发光，lr(ppy)3的磷光主要位于508nm处。在直流驱动下，单层器件的发光较弱，通过改善器件结构，制备了多层器件，并得到了很好的发光特性：在交流电压驱动下测试了相同多层器件的发光性能，发现器件的发光强度在测试范围内随频率的增大而减弱，原因可能为器件结构和材料性能导致的电容效应，使载流子不能有效复合。 -全文完-