平衡载流子实现高显色指数、色稳定全荧光白色有机电致发光器件.pdf

第 卷 第 期吉林师范大学学报(自然科学版).年 月 ().收稿日期:基金项目:国家自然科学基金项目()吉林省科技发展项目()第一作者简介:汪 津()男吉林省东丰县人教授博士硕士生导师.研究方向:有机半导体器件物理.:./.平衡载流子实现高显色指数、色稳定全荧光白色有机电致发光器件汪 津李培顶王旭凤李佳欣孟 鑫柴 源袁 曦华 杰董 贺(.吉林师范大学 功能材料物理与化学教育部重点实验室吉林 长春.吉林师范大学 信息技术学院吉林 四平.吉林师范大学 光电子材料与器件吉林省工程研究中心吉林 四平)摘 要:通过平衡载流子传输能够实现白色有机电致发光器件的高显色指数、发光光谱稳定.采用红、绿色 材料与蓝色荧光材料作为发光染料通过单一双极性主体、无间隔层的结构设计方式平衡载流子在发光层中的分布制备了光谱稳定发射、高显色指数和低效率滚降的全荧光白色有机电致发光器件.三基色全荧光器件最大外量子效率.白色电致发光光谱稳定在 /范围色坐标从(.)变为(.)显色指数一直维持在.这为实现色稳定、高效率的白色有机电致发光器件提供了一种有效的途径.关键词:白色有机电致发光器件全荧光热活化延迟荧光高显色指数色稳定中图分类号:文献标志码:文章编号:()引言白色有机电致发光器件()在高品质色彩、节能、可实现柔性显示以及均匀的大面积发射等方面具有显著优点被认为是用于下一代显示器和固态照明应用的最有前景的技术.目前发展最好的白光器件是全磷光 通过合理的器件结构设计发光层中产生的单线态和三线态激子都能够被有效利用.然而由于缺乏长寿命、稳定的蓝色磷光客体材料使得磷光 的发展受到了限制.为了克服 中蓝色磷光的不稳定性结合稳定的蓝色荧光材料和高效的磷光材料形成荧/磷共混的 能够解决全磷光器件的寿命难题.但由于需要使用重金属掺杂的配合物发光材料尤其是在将来的大面积生产中极大地增加了器件的制作成本因此激发了研究人员对新材料的探索.近年来随着.等对热活化延迟荧光()材料取得的突破性进展基于延迟荧光的有机电致发光器件()进入了研究高潮.材料不含重金属荧光量子产率较高可以通过反向系间窜越()将三线态激子转化为单线态激子实现近 的内量子效率().年.等开始采用蓝色延迟荧光材料 与绿色、红色荧光材料组成的全荧光 器件性能优越最大外量子效率()为 显色指数(第 期 汪 津等:平衡载流子实现高显色指数、色稳定全荧光白色有机电致发光器件)为 展示出了 材料在实现高效的全荧光 方面所具有具大潜力.然而由于 结构的复杂性及红绿蓝掺杂剂对形成激子的影响不同实现载流子传输平衡还存在问题关于光谱稳定、高显色指数的全荧光 方面的相关报道还很少.采用绿色 材料、红色 材料 与蓝色荧光材料 搭配制备了光谱稳定、高显色指数、结构简单的三基色全荧光.发光层采用双极性单一主体材料 用于扩展激子复合区通过调整各发光层厚度平衡载流子在发光层中的分布实现全荧光 的光谱稳定发射.同时三基色发光材料的合理调整使器件在高亮度下也显示出了较高的效率和高显色指数.实验所提出的全荧光 的结构示意图及所使用的有机材料如图 所示.器件所用材料的最低未占用分子轨道()值和最高占用分子轨道()值均由参考文献中获得.这里 用作空穴传输层()作为电子传输和空穴阻挡层.是具有高空穴迁移率(约/()和高三重态能量(.)宽带隙的良好 材料.是具有高电子迁移率和高三重态能量()宽带隙的良好电子传输层()材料.作为发光层的主体展现双极性运输特性.和 分别用作绿色和橙色 材料.是蓝色荧光掺杂剂.和 分别用作空穴注入和电子注入材料.图 器件所用主要材料的化学式以及结构示意图.器件是使用多源有机分子气相沉积系统在预先涂有 的玻璃基底上采用热蒸发方法制备的.基底清洁方法采用丙酮、异丙醇和去离子水分别超声 干燥 紫外()臭氧 后再装入真空蒸发系统.在 的压力下通过热蒸发形式以./的速率沉积有机层分别以.、.、./的速率沉积、并且有机层共沉积时的总速率为./.有效发光面积为 .发光器件的亮度电压电流密度特性曲线、色坐标和电致发光光谱由分光辐射亮度计()和吉时利数字源表()共同完成测量.有机膜的蒸镀厚度监测由沈阳赛恩斯石英晶体膜厚监测仪()完成.所有器件均未经封装直接在大气环境中测试.使用角度依赖的电致发光光谱和强度进行校准.结果与讨论保持蓝光层厚度不变通过调整红光层及绿光层厚度制备 个白光器件结构为/()/()/:()/:()/:()/()/(.)/()分别记为(/)、(/)、(/).吉林师范大学学报(自然科学版)第 卷图 为器件 在 /电流密度下的归一化电致发光光谱.从图 可以看出在蓝光层厚度保持不变的情况下器件 光谱随着红光层及绿光层厚度的变化而不同这是由于红光材料 和绿光材料 之间的 能级差达.大部分电子被 俘获并与俘获的空穴复合辐射发射红光当红光层厚度增加时 俘获的电子与空穴增加复合发光强度会增加.另一方面绿光材料 较红光材料 的单线态能级高随红光材料的增加会通过 能量传递将绿光材料单线态能量向红光材料转移使绿光发光强度有所减弱.器件、的光谱色坐标在电流密度为 /时分别为(.)、(.)、(.)绿光层和红光层厚度均为 的器件 光谱最接近白光.图 器件 在电流密度为 /下的电致发光光谱./图 给出了器件 的电流密度电压亮度曲线()和电流效率电流密度功率效率曲线().从图()可以看到器件 的开启电压较低均为.这应该是由于 的 能级为.与空穴传输层 的 能级.和主体材料 的 能级.可以形成阶梯减小了空穴传输的势垒降低了器件的开启电压.从图()器件 的效率关系特性曲线可以看出器件 的最大电流效率都是在较低电流密度下获得这表明激子主要在掺杂剂分子中形成也就是掺杂剂分子自身复合辐射发光.随电流密度的增加器件 的效率都出现了不同程度的衰减这可能是由于 材料荧光寿命较长使器件受到了三线态三线态湮灭、三线态极化子湮灭引起的激子淬灭这说明激子主要是在掺杂材料分子中产生的.不断增加电流密度器件 的效率均有所衰减可能是 材料具有较长的荧光寿命使得器件受到三线态三线态湮灭和三线态极化子湮灭引起的激子淬灭.图 器件 的电流密度电压亮度曲线()和电流效率电流密度功率效率曲线().()()第 期 汪 津等:平衡载流子实现高显色指数、色稳定全荧光白色有机电致发光器件白光器件 的光谱特性以及电流密度外量子效率的曲线如图 所示器件 的性能如表 所示.从图 和表 可以看出器件 表现出了最佳的性能器件实现了.的最大外量子效率./的最大电流效率./的最大功率效率器件表现了非常稳定的电致发光光谱在 /范围内光谱变化比较小国际照明委员会()坐标从(.)变为(.)高达.同时器件 表现了相对较低的滚降()/时外量子效率下降.这是由于 材料与磷光器件相比具有较低的系间窜越过程使器件中的单线态激子密度明显增加单线态激子的淬灭过程会对全荧光器件的 有一定影响.而器件 采用了单一双极性主体材料、无间隔层的结构有利于拓宽激子产生区使激子可以横跨整个发光层降低激子复合区在高亮度时三线态激子的浓度以及空间电荷的累积进一步抑制单线态三线态湮灭()和三线态三线态湮灭()发生的几率降低了器件的.此外器件 利用载流子在客体材料上直接捕获产生激子的发光机制对于降低器件的 同样有利也对进一步降低器件的 及光谱的稳定性起到了一定的作用.图 器件 的外量子效率电流密度及光谱特性曲线.表 器件性能参数对比.器件/最大电流效率/()最大功率效率/()最大外量子效率/().(.).(.).(.)注:.亮度为 /时器件的电压.电流密度为 /时的色坐标.结论采用红色、绿色 材料和蓝色荧光材料制备了三基色高显色指数全荧光 其最大电流效率./、最大功率效率./、最大外量子效率.同时器件表现了非常稳定的白色 光谱在 /范围内光谱变化比较小 坐标从(.)变为(.)一直维持在.这些结果表明所提出的单一双极性主体、全荧光器件结构可以有效平衡载流子的传输、拓宽激子复合区为制备结构简单、低成本、高 和颜色稳定的 提供了的研究思路.参 考 文 献 .():.:.():.吉林师范大学学报(自然科学版)第 卷 .():.():.():.():.董贺朱龙山刘思驿等.全激基复合物发光实现结构简单、光谱稳定白色有机电致发光器件.吉林师范大学学报(自然科学版)():.肖心明朱龙山关宇等.低效率滚降、发光颜色稳定的磷光白色有机电致发光器件.物理学报():.():.():.():.:.():.:.():.王福军汪津姜文龙.利用激子敏化层研究蓝色有机发光器件的激子扩散问题.吉林师范大学学报(自然科学版)():.(.):().(.)(.)/.:(责任编辑:郎集会)