TPBi作為空穴阻擋層對(duì)有機(jī)電致藍(lán)光器件性能的影響

丁大江

【摘 要】利用TPBi作為空穴阻擋層，色純度較好、色度較穩(wěn)定，而且還使得來(lái)自陽(yáng)極的載流子被阻擋到有機(jī)功能層薄膜中，改善了載流子的平衡，激子在有機(jī)功能層中的復(fù)合幾率變大，提高了有機(jī)電致發(fā)光器件的效率。

【關(guān)鍵詞】有機(jī)電致藍(lán)光器件 TPBi空穴阻擋層 色度 效率 亮度

有機(jī)電致發(fā)光顯示技術(shù)被譽(yù)為具有夢(mèng)幻般顯示特征的平面顯示技術(shù)，因其發(fā)光機(jī)理與發(fā)光二極管（LED）相似，所以又稱之為OLED（organic？light？emitting？diode）。由于其工藝簡(jiǎn)單，原料易得，工作時(shí)需要的驅(qū)動(dòng)電壓低，電流小，發(fā)光效率高，功耗低等，它在平板顯示領(lǐng)域具有很高的潛在應(yīng)用價(jià)值，因此，有機(jī)電致發(fā)光器件成為海內(nèi)外非常熱門的新興平板顯示器產(chǎn)業(yè)。因?yàn)槠渌伾墓饪梢酝ㄟ^(guò)藍(lán)光轉(zhuǎn)換而得到，藍(lán)光的研究直接關(guān)系到顯示和照明器件性能的優(yōu)劣，所以對(duì)藍(lán)光的研究就顯得很有必要。目前器件中的電子傳輸材料的電子遷移率比空穴傳輸材料中的空穴遷移率一般低兩個(gè)數(shù)量級(jí)，因此，在器件中加入空穴阻擋層，有利于傳輸電子并且在一定程度上阻擋空穴向陰極流動(dòng)，把載流子限制在發(fā)光區(qū)，可能可以改善器件中載流子的平衡，提高器件的發(fā)光效率。常見(jiàn)的用作空穴阻擋層的材料有：Bphen、BCP、TPBi等，TPBi比以BCP作為空穴阻擋層的器件性能有了很大的改善，TPBi材料更為常見(jiàn)，因此本文采用TPBi作為空穴阻擋層，研究利用TPBi作為空穴阻擋層對(duì)有機(jī)發(fā)光器件性能的影響，通過(guò)實(shí)驗(yàn)及分析，得出TPBi材料作為空穴阻擋層，使得來(lái)自陽(yáng)極的載流子被阻擋到有機(jī)功能層薄膜中，激子在兩個(gè)發(fā)光層的復(fù)合幾率變大，提高了有機(jī)電致發(fā)光器件的最大亮度和效率。

有機(jī)電致發(fā)光器件的制備方法有：真空濺射、旋涂、真空熱蒸渡、自組裝等。雖然真空熱蒸鍍是在真空條件下加熱蒸發(fā)，比較耗時(shí)耗能，但是真空熱蒸鍍適合用于沉積有著較好熱穩(wěn)定性的有機(jī)小分子材料和金屬電極材料，適合本實(shí)驗(yàn)，因此本實(shí)驗(yàn)采用真空熱蒸鍍方法。實(shí)驗(yàn)前將ITO玻璃襯底用清潔劑、丙酮、乙醇、去離子水反復(fù)浸泡、用棉花擦洗，然后放在恒溫中干燥。因?yàn)榇蠖鄶?shù)有機(jī)電致發(fā)光材料、載流子傳輸材料及活潑金屬電極材料對(duì)氧氣和水汽的侵入均特別敏感，因此，把系統(tǒng)中中的水蒸氣等雜質(zhì)抽出。實(shí)驗(yàn)中，不同材料分別放在不同的蒸發(fā)源中，器件的制備在多源有機(jī)分子氣相沉積系統(tǒng)中進(jìn)行。按所需器件的結(jié)構(gòu)分別鍍上不同的有機(jī)結(jié)構(gòu)層，每層有機(jī)薄膜蒸發(fā)的溫度不同，所以每個(gè)蒸發(fā)源的溫度都能單獨(dú)控制，同時(shí)以控制每一層的鍍膜速率，鍍完膜后沖入氮?dú)鈱⑾到y(tǒng)打開(kāi)取出完成的器件。在兩種器件都表現(xiàn)出典型的二極管整流特性。隨著電壓的增高，兩種器件的電流密度也都隨之增大，并且在相同電壓下，器件A的電流密度更大，可能是因?yàn)閮煞N器件在相同的結(jié)構(gòu)及相同的電壓下，面積相同，但器件A自身電流更大。并且隨著電壓的增高，增長(zhǎng)的電流會(huì)使電流密度差距更大。

兩種器件的亮度都隨著電流密度的增加而增大，但是相同的電流密度，器件B的亮度比器件A大?？赡苁且?yàn)槠骷﨎加入的TPBi材料作為空穴阻擋層，把載流子更好地限制在發(fā)光層中，避免其未經(jīng)復(fù)合就流向其它層以致影響發(fā)光，使其亮度更亮。加入TPBi薄層材料后，對(duì)器件的電流效率產(chǎn)生一定的影響。沒(méi)有加入TPBi層的器件A電流效率出現(xiàn)的滾降比有加入TPBi層器件B平緩得多，可能是因?yàn)槠骷﨎在低電壓下產(chǎn)生空穴電子復(fù)合幾率比較大，以此擁有更高的電流效率，隨著電壓的升高，空穴被TPBi空穴阻擋層阻擋在發(fā)光層，而電子會(huì)流向陽(yáng)極，載流子注入不平衡更加突出使得載流子復(fù)合幾率降低，所以器件發(fā)光效率將受到較大的影響[7-8]。但是器件B的電流效率都比器件A高，并且器件A的發(fā)光效率器件B的最高效率為8.30cd/A，器件A的最高效率4.24cd/A。所以器件B的發(fā)光效率比較好。器件A隨著驅(qū)動(dòng)電壓的改變而改變，色坐標(biāo)變化較大，即色度不穩(wěn)定。而器件B在驅(qū)動(dòng)電壓4V增加到18V時(shí)，發(fā)光色度穩(wěn)定在x=0.168，y=0.17附近，色坐標(biāo)變化很小，是色純度較好、色度較穩(wěn)定的藍(lán)光器件。引起器件A色坐標(biāo)位移的的最主要原因可能是器件A沒(méi)有加入TPBi材料作為空穴阻擋層，載流子的復(fù)合區(qū)域隨著電壓的升高而改變直接影響發(fā)光的顏色。

雖然器件A的發(fā)射光譜發(fā)生藍(lán)移，但是因?yàn)镈PVBi的發(fā)射相對(duì)較弱，Alq的發(fā)射強(qiáng)度相對(duì)較強(qiáng)，所以器件A的色度較差。因此，在器件B在藍(lán)光發(fā)射材料DPVBi和電子傳輸層Alq之間插入材料TPBi，TPBi的HOMO能級(jí)為6.7eV，能級(jí)較高，可以用來(lái)做空穴阻擋層，會(huì)阻擋空穴流向陰極，空穴難以流向Alq，空穴和電子難以在Alq材料層復(fù)合形成激子，從而限制Alq的綠光發(fā)射，只有藍(lán)光材料材料NPB和DPVBi的發(fā)射[9]。得到器件B的歸一化光譜圖，可以看出，器件在不同電壓下的的發(fā)射光譜幾乎重合，只有藍(lán)光材料NPB和材料DPVBi的發(fā)射，沒(méi)有出現(xiàn)綠光材料Alq的發(fā)射峰，使得器件的色度比較好也更加穩(wěn)定。

有加TPBi材料厚度為6nm作為空穴阻擋層的有機(jī)電致藍(lán)光器件B和沒(méi)有加TPBi材料作為空穴阻擋層的有機(jī)電致藍(lán)光器件A，TPBi作為阻擋層探究其對(duì)有機(jī)電致藍(lán)光器件性能的影響。分析得出TPBi材料作為空穴阻擋層，使得來(lái)自陽(yáng)極的載流子被阻擋到有機(jī)功能層薄膜中，激子在兩個(gè)發(fā)光層的復(fù)合幾率變大，提高了有機(jī)電致發(fā)光器件的最大亮度和效率，有加TPBi材料的器件最大電流效率為8.30cd/A，最大亮度在18V時(shí)達(dá)到5555cd/㎡。沒(méi)加TPBi的器件最高效率4.24cd/A，在17V時(shí)亮度達(dá)到最大為5820 cd/m2。并且可以使發(fā)出的藍(lán)光色度穩(wěn)定在x=0.168，y=0.17附近，色坐標(biāo)變化很小，光譜也很穩(wěn)定，色純度較好、色度較穩(wěn)定。因此，TPBi材料對(duì)藍(lán)色有機(jī)電致發(fā)光器件的性能、亮度、發(fā)光效率都有較好的影響。

由于有機(jī)電致發(fā)光器件（OLED）具有驅(qū)動(dòng)電壓低、功耗低、亮度高、視角寬、效率高、響應(yīng)快、柔韌性、價(jià)格低等特點(diǎn)，因而在許多領(lǐng)域中有廣泛的應(yīng)用前景，已成為當(dāng)今顯示器件研究的熱點(diǎn)。藍(lán)光電致發(fā)光器件的制備對(duì)于白光電致發(fā)光器件的研制都有重要的意義，因此藍(lán)光OLED的研發(fā)受到廣泛關(guān)注。作為空穴阻擋層，TPBi薄層的加入不但能使器件發(fā)出的藍(lán)光色純度較好、色度較穩(wěn)定，而且還使得來(lái)自陽(yáng)極的載流子被阻擋到有機(jī)功能層薄膜中，改善了載流子的平衡，激子在有機(jī)功能層中的復(fù)合幾率變大，提高了有機(jī)電致發(fā)光器件的效率。