张 刚，王骏桃，田晓萃，郭金昌，赵丽娜，姜文龙

(吉林师范大学信息技术学院 吉林 四平 136000)

0 引言

自从1987年 C.W.Tang［1］等对有机电致发光器件(OLEDs)的研究取得历史性的突破以来，经过多年的高速发展［2-7］，它的应用越来越广泛.OLED研究的目标是发展全彩色显示，最终实现产业化.红、绿和蓝三基色是实现全色显示的重要方案之一，日本先锋公司用这种方案实现了全色显示［8］.蓝色是实现三基色全色显示的重要组成部分，与绿光相比，其性能还有一定的差距.所以，目前的主要研究方向是高性能的蓝光材料及其合理的器件结构.基于磷光材料的有机电致发光器件(POLEDs)比传统荧光材料OLEDs的优势大得多.这是因为荧光器件是激发单线态激子发光，而单线态激子只占激子总数的四分之一，所以其内量子效率只能达到25%.而POLEDs可以同时捕获电场激发的单线态激子和三线态激子，并且三线态激子占激子总数的四分之三，在理论上其内量子效率可以达到100%.所以，对于有机电致磷光器件的研究也在广泛开展.丁磊等利用微腔效应制备了高饱和度的蓝色磷光OLED［9］.廖亚琴等在空穴传输层掺杂SrF2获得了高效率蓝色磷光OLED器件［10］.其它的研究工作者也取得了在蓝色磷光器件方面也取得了很好的成绩［3，11-12］.

Firpic是第一个被报道的蓝色磷光染料分子［13］，以之掺杂制作的磷光OLED器件可以获得比较高的效率.但是，其色坐标有很大幅度的变化，原因之一是其位于492nm左右的肩峰在强度上不尽相同所造成的.本文以MCP为主体材料，Firpic为磷光客体材料，制备了结构为ITO/NPB(20nm)/MCP(3nm)/MCP:FirPic(z%，xnm)/TPBi(10nm)/Alq3(30nm)/Cs2CO3:Ag2O(2nm，20%)/Al(100nm)的蓝色有机电致磷光器件.通过调整发光层的掺杂浓度和厚度，得到了性能较好的蓝色POLED.

1 实验

选用NPB作空穴传输层，MCP:FirPic作蓝光发射层，Alq3作电子传输层，TPBi作空穴阻挡层，Cs2CO3:Ag2O作电子注入层，Al作为阴极.器件的结构为:ITO/NPB(20nm)/MCP(3nm)/MCP:FirPic(z%，xnm)/TPBi(10nm)/Alq3(30nm)/Cs2CO3:Ag2O(20%，2nm)/Al(100nm).实验中使用的ITO玻璃基片(20 Ω/sq)购买于深圳南玻显示器件公司，有机材料购买于吉林奥来德公司.将ITO玻璃基片分别用丙酮、乙醇、去离子水各反复擦洗3次，再采用丙酮、乙醇、去离子水各超声处理3次，每次为15min，然后在恒温箱中，温度调到120℃进行干燥处理，最后放到多源有机分子气相沉积系统的真空腔中，腔中的真空度小于4×10－4Pa.按照上述的器件结构，依次蒸镀各层有机材料，蒸发速度为0.1 ～0.2nm/s.真空度在1.5 ×10－3Pa左右时蒸镀Al，蒸发速度为15nm/s.采用FTM-V型石英晶体膜厚仪监测各层的生长厚度.通过由微机控制的Keithley 2400型电源和光谱扫描光度计PR655所构成的测量设备对器件的电致发光光谱、亮度L、电流密度J、CIE色坐标、亮度、电压等特性进行测量.所有的特性都是在器件未封装时，室温大气环境中进行的.图1是发光层中材料的化学结构图.图2是使用的材料的能级图.

图1 发光层材料化学结构式

图2 有机材料的能级图

2 结果与讨论

为了确定掺杂的浓度，我们首先制备了一组器件，器件的结构为:ITO/NPB(20nm)/MCP(3nm)/MCP:FirPic(z%，5nm)/TPBi(10nm)/Alq3(30nm)/Cs2CO3:Ag2O(2nm，20%)/Al(100nm).固定MCP:FirPic层的厚度为5nm，当 z为5，8，10和12时，器件分别定义为 A、B、C和D.发光层为MCP:FirPic的主客体掺杂的形式，而且MCP具有高的能隙(3.75 eV)，FirPic 的能隙较低(2.7 eV)，所以MCP上形成的三线态激子会很充分的把能量传递到FirPic上，有利于FirPic的发光.

图3为器件A～D在10 V的驱动电压下的电致发光光谱图.从图中我们可以看出，器件A的主发射峰在468nm处，器件B～D的主发射峰在472nm处.A～D在500nm处都有一肩峰.这是FirPic的三线态发射［14］，没有其他材料的发光峰.所以四个器件都是FirPic发光.

图3 器件A～D在10 V电压下的电致发光光谱图

图4为器件A～D的亮度随电压的变化曲线图.从图中我们可以看出，在10 V以下时，四个器件的亮度相差不大.当驱动电压超过10 V时，随着掺杂浓度的提高，器件的亮度逐渐升高，到10%(器件C)时达到最大.当驱动电压为15 V时，器件获得最大亮度为10064 cd/m2.当浓度继续增加时，亮度反而下降了.

图4 器件A～D的电压—亮度曲线

图5为器件A～D的效率随电压变化曲线图.从图中我们可以看出，随着掺杂浓度的逐渐升高，器件的电流效率也是先增大后减小.器件C的效率要明显高于其它三个器件.当FirPic的质量分数为10%(器件C)时，器件获得最大的电流效率.当驱动电压为8V时，效率为6.996 cd/A.提高掺杂浓度使得效率明显下降，这证明在10% 的质量分数时，由母体MCP到客体FirPic的Dexter能量转移是最充分的.当FirPic掺杂浓度继续增加时，由于三线态-极化子猝灭以及三线态-三线态湮灭过程的加剧，器件的效率明显下降.综合以上因素，确定掺杂的质量分数为10%.

图5 器件A～D的电压—电流效率曲线

确定MCP:FirPic的掺杂质量分数为10%后，改变其厚度，制备了一组器件，结构为ITO/NPB(20nm)/MCP(3nm)/MCP:FirPic(10%，xnm)/TPBi(10nm)/Alq3(30nm)/Cs2CO3:Ag2O(2nm，20%)/Al(100nm).当x的值为10、15、20和25时，器件分别定义为E、F、G和H.图6为器件E～H的效率随电流密度变化曲线.从图中我们可以看出，随着掺杂层厚度的增加，器件的电流效率先增大，当厚度为20nm(器件G)时达到最大值.当电流密度为2.248 mA/cm2，驱动电压为13 V时，器件G的最大电流效率为10.35 cd/A.当厚度超过20nm时，器件的效率又开始下降.

图6 器件E～H的电流密度—电流效率曲线

图7为器件E～H的亮度随电流密度变化曲线.从图中我们可以看出，在低电流密度下，四个器件的亮度相差不大.当电流密度超过50 mA/cm2时，器件的亮度随着厚度的增加而增加.并且器件G和H的亮度在同一电流密度下要明显高于器件E和F.当器件G的电流密度为304.16 mA/cm2时，获得最大的亮度为21950 cd/m2.所以，掺杂层的厚度对器件的影响比较大.当掺杂层的厚度为20nm时，由阳极传输过来的空穴和阴极传输过来的电子复合的几率最大，所以效率最高.在同一电流密度下，器件E、F、G和H的亮度是依次增加的.说明掺杂层的厚度越厚，空穴和电子复合成激子的总数越多，所以能发光的激子总数也越多，亮度也随之而增加.但是，综合考虑效率和亮度的总体因素，掺杂层的厚度在20nm时，器件的效果是最好的.

图7 器件E～H的电流密度—亮度曲线

3 结论

制备了结构为ITO/NPB(20nm)/MCP(3nm)/MCP:FirPic(10%，20nm)/TPBi(10nm)/Alq3(30nm)/Cs2CO3:Ag2O(2nm，20%)/Al(100nm)的高效率的蓝色磷光有机电致发光器件.通过对发光层(MCP:Firpic)掺杂浓度和厚度的调节，研究了其对器件性能的影响.最终确定发光层掺杂浓度为10%，厚度为20nm时，器件的性能较好.驱动电压为13 V时，电流密度为 2.248 mA/cm2，效率为10.35 cd/A;驱动电压为 21 V时，电流密度为304.16 mA/cm2，亮度为 21950 cd/m2.

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