刘淑杰，杨喜臻

(1.长春大学 a.理学院;b.纪检委，长春 130022)

DCJTB掺杂浓度对有机电致白光器件性能的影响

刘淑杰a，杨喜臻b

(1.长春大学 a.理学院;b.纪检委，长春 130022)

通过改变红色荧光材料DCJTB的掺杂浓度设计了四个不同结构的器件，当DCJTB的掺杂浓度为0.8%时，平衡了器件中电子和空穴的传输能力，使载流子复合形成激子的几率增加，即使载流子的传输能力最优，又有效地抑制了器件的荧光淬灭效应，提高了器件的性能，器件的最大亮度为8 898 cd/cm2，最大效率为1.7 cd/A。

有机电致发光器件(OLED);载流子;掺杂浓度

0 引言

在平板显示领域，OLED具有化学直流驱动、自发光、高亮度、高效率、视角广阔、功耗低、超薄、可大面积显示、发光色彩齐全、制造成本低、寿命长、耐低温、工作温度范围宽等突出优点，被业界称为新一代平板显示产品。有机电致发光器件引起了人们的广泛关注，1987年美国Eastern Kodak公司的C.W.Tang和VanSlyke发明了双层结构的器件［1］，该器件得到了发光效率为1.51 lm/W，亮度为1000 cd/m2的绿光，寿命高达100小时。这一工作被誉为有机电致发光器件发展的里程碑。1994年Kido等人［2］报道了利用掺杂结构制备了高效白色有机电致发光器件(WOLED)，之后掺杂结构制备的有机电致发光器件引起了人们的广泛兴趣［3～6］。掺杂结构用得较多的还是磷光敏化方法，而近几年在磷光材料方面的进展很快，磷光材料由于可以利用三线态激子辐射，突破荧光发光器件的内量子效率最大只能到25%的极限。1998年Forrest等人［7］将红色磷光染料PtOEP掺杂在Alq3中作为电致发光(EL)材料，器件的外量子效率提高到4%，开辟了磷光EL的新领域。1999年，Baldo［8］等人报道使用CBP作为母体材料，BCP作为阻挡层，器件的最大外量子效率达到8%，流明效率达到31lm/W。随后，人们对磷光材料及磷光器件进行了更加深入的研究［9］。2004年，Liao［10］等报道了叠层结构的OLED，效率达到136 cd/A。由于掺杂结构器件的诸多优点吸引了研究人员的注意，指明了有机电致发光器件前进的方向。

1 实验

我们制备了器件结构为ITO/2-TNATA(30 nm)/NPB(40 nm)/DPVBi(20 nm)/Alq3:y%DCJTB(20 nm)/Alq3(35 nm)/LiF(0.8 nm)/Al，其中(4，4'，4''2N，(2-naphthyl)-N-phenylamino)-triphenylamine)2-TNATA 作为空穴注入层，(N，N’-diphenyl-N，N’-bis-1-naphthyl)-(1，1’-biphenyl)-4，4’-diamine)NPB 为空穴传输层，(8-tris-hydrox-yquinolinealuminum)Alq3为电子传输层，并用红光染料(4-dicyanomethylene-2-(tert-butyl)-6-methyl-4H-pyran)DCJTB 作为掺杂剂。(4，4'-bis(2，2'diphenylvi-nyl)-1，1'-biphenyl)DPVBi为蓝光发光层，ITO 为阳极，Al为阴极，其中 y的掺杂浓度分别为 0.5，0.8，1，1.5，记为器件 A，B，C，D。所用有机材料均从北京意莱特公司购买。所用材料的分子结构如图1所示。

在整个实验过程中，使用沈阳中科仪研发的多源有机气相分子束沉积(OMBD)设备进行有机材料的薄膜蒸镀。在蒸镀有机材料时，系统的真空度维持在5×10－4Pa左右。蒸发的温度精度为±0.1℃左右，发光面积为4 mm2。薄膜厚度和生长速率均由石英晶体振荡器控制，由中国上海生产的FTM-V型膜厚控制仪进行控制。薄膜的紫外可见吸收谱由UV-1700紫外可见分光光度计来测量，由美国生产的光谱色度辐射度计PR655和美国仪器程控数字源表Keithley-2400组成的稳流电源测试系统进行测试，测量有机电致发光器件的电学特性光谱、亮度大小、色度情况以及电流特性等。测试是在室温、大气环境条件下进行的。

图1 材料的分子结构图

2 结果与讨论

对于多层有机电致发光器件，由于各有机层之间的作用不同，以及它们之间厚度，浓度等不同对有机电致发光器件的发光机理载流子的注入情况产生很大的影响，而电子和空穴的平衡注入又是提高器件性能的关键因素。如图2所示，当DCJTB的掺杂浓度为0.8%时，器件的最大亮度为8898 cd/cm2，而有机电致发光器件在电场的激发下发光，激发态能量转移与光致电子转移两者的关系密切，有时它们并存于一个体系，或为彼此互相竞争的过程，能量转移可以发生在分子之间，也可以发生在分子内部，对于分子之间的能量转移来说，它既可以发生在相同分子之间的能量转移，也可以是不同分子间的能量转移，分子内部的能量转移处于基态的DCJTB电子给体和Alq3的电子受体在外界电场的作用下，发生光致电子转移，当DCJTB电子给体的浓度较低时，Alq3的电子受体接受能量较低，当DCJTB电子给体的浓度增加时，Alq3的电子接受电子的能量增强。

图2 器件的亮度－电压特性曲线

图3 器件的效率－电压特性曲线

当DCJTB电子的浓度为0.8%时，受体接受电子的能力达到饱和。但是当DCJTB的浓度持续增加时荧光淬灭发生，因为荧光淬灭过程与荧光发射过程相互竞争，使发光物质的激发态寿命缩短，激子复合产生光子的数量降低，使器件的发光亮度下降，如图3、4所示DCJTB的掺杂浓度为0.8%时，器件的电流密度效率都达到最好，最大电流密度是100cd/m2，最大效率为1.7 cd/A，在有机电致发光器件中，掺杂高荧光效率器件，可以提高有机发光器件的发光效率，客体中荧光染料的掺杂浓度控制相当关键，掺杂浓度低时，效率不能得到最大提高，浓度高时又产生浓度淬灭。所以一定要合理掌握有机电致发光器件中的荧光掺杂浓度。而掺杂系统的另一个优势是提高了器件的寿命，激子发光效率较低的主体转移到发光效率较高的客体上发光，从而大大降低了非辐射退激发的几率，同时，通过染料的掺杂浓度来改变器件的发光颜色，并且降低器件的开启电压。图5是掺杂浓度为0.8时件B的电致发光光谱图，由图4可知随着电压的升高，器件中DPVBi蓝光的发光强度变大，电压增大，电子的注入能力变大，使激子的复合区域向DPVBi层偏移。

图4 器件的电流密度－电压特性曲线

图5 器件的亮度－电压特性曲线

3 结论

通过改变客体中荧光染料的掺杂浓度制备有机电致发光器件，提高有机发光器件的发光效率，当掺杂浓度为0.8%时，器件的性能最好，最大亮度为8898 cd/cm2，最大效率为1.7 cd/A。

［1］ Tang C.W.，VanSlyke S.A.Organic Electroluinescent Diodes［J］.Appl.Phys.Lett，1987，51(12):913 －915.

［2］ Kido J，Hongawa K，Okuyama K，et al.White light-emitting organic electroluminescent devices using the poly(N-vinylcarbazole)emitterlayer doped with three fluorescent dyes［J］.Appl.Phys.Lett，1994，64(7):815 －817.

［3］ Kido J，Shionoya H，Nagai K.Single-layer white light-emitting organic-electrolu minescent devices based on dye-dispersed poly(N-vinylcar-bazole)［J］.Appl.Phys.Lett，1995，67(16):2281 －2283.

［4］ Tsuji T，Naka S，Okada H，et al.Nondoped-type white organic electroluminescent devices utilizing complementary color and exciton diffusion［J］.Appl.Phys.Lett，2002，81(18):3329 －3331.

［5］ Baldo MA，O'Brien D F，You Y，et al.Highly efficient phosphorescentemission from organic electroluminescent devices［J］.Nature，1998，395:151－154.

［6］ Andrade B D，Baldo M，Adachi C，et al.High-efficiency yellow double-doped organic light-emitting devices based on phosphor-sensitizedfluorescence［J］.Appl.Phys.Lett，2001，79(7):1045 －1047.

［7］ Forrest S R.Baldo M A，Thompson M E，High-efficiency fluorescent organic light-emitting devices using a phosphorescent sensitizer［J］.Nature，2000，403:750 －753.

［8］ Baldo M A，Lamansky S，Burrows P E，et al.Very high-efficiency green organic light-emitting devices based on electrophosphorescence［J］.Appl.Phys.Lett.，1999，75(1):4 － 6.

［9］ Cheng G，Zhao Y，Hou J Y，et al.White organic light-emitting devices［J］.Optical and Quantum Electronics 2004，36(7):659 －664.

［10］ Liao L.S，Klubek K.P.，Tang C.W..High-efficiency tandem Organic light-emitting diodes［J］.Appl.Phys.Lett.，2004，84(2):167 －169.

Influence of DCJTB Doping Concentration on the Property of White Organic Light Emitting Devices

LIU Shu-jiea，YANG Xi-zhenb

(a.College of Science;b.Discipline Inspection Committee，Changchun University，Changchun 130022，China)

By changing red fluorescent material DCJTB doping concentration，we design four different devices.When DCJTB doping concentration is 0.8%，balance of transmission capacity of electron and cavity in the device is achieved.The probability of forming excitons is increased by recombination of the carriers，which makes both carriers increase their transmission capacity and restrain effectively the device of fluorescence quencher effect and thus improve the performance of the device.The maximum brightness is 8898cd/cm2and the maximum efficiency is 1.7 cd/A.

organic light emitting device(OLED);carrier;doping concentration

O433.2

A

1009－3907(2011)08－0052－03

2011-06-10

吉林省科技发展计划项目(20100555)

刘淑杰(1981-)，女，吉林长春人，助教，硕士，主要从事有机发光器件研究。杨喜臻(1967-)，男，吉林长春人，副研究员，博士，主要从事金属材料表面处理研究。

责任编辑:钟 声