基于新型共基質(zhì)電子傳輸層的有機(jī)發(fā)光器件

OLED具有驅(qū)動(dòng)電壓低、效率高、能實(shí)現(xiàn)大面積全色顯示等優(yōu)點(diǎn)，在平板顯示領(lǐng)域引起廣泛的關(guān)注，近年來成為國(guó)際上的研究熱點(diǎn)。OLED要求材料本身性能好(熱穩(wěn)定性好且具有高的熒光效率)，而且還要求載流子注入的平衡及易于注入和輸運(yùn)。Alq3為發(fā)綠光材料，其電子遷移率比通常的空穴傳輸材料TPD或NPB的空穴遷移率要小2個(gè)數(shù)量級(jí)。4，7一二苯基-1，10-鄰二氮雜菲(Bphen)是一種新型的電子傳輸材料，其電子遷移率為3．9×10-4~5．2×10-4 cm2／Vs，是Alq3材料的200倍以上。使用Bphen作電子傳輸材料獲得了許多性能優(yōu)異的有機(jī)電致發(fā)光器件。在電子傳輸層材料中，摻雜Li、Cs等活潑金屬，可以進(jìn)一步提高材料的電子遷移能力，活潑金屬同有機(jī)分子間的化學(xué)作用。本文將8-羥基喹啉鋰(Liq)與4，7-二苯基-1，10-鄰二氮雜菲(Bphen)按一定比例混合，組成混合電子傳輸層。實(shí)驗(yàn)表明，混合電子傳輸層能夠有效增強(qiáng)電子注入和輸入，顯著提高了器件效率。

1 實(shí)驗(yàn)

把氧化銦錫(ITO)玻璃襯底經(jīng)清洗及等離子體處理后放入1．33×10-4Pa的真空室內(nèi)，相繼蒸發(fā)空穴注入層、空穴傳輸層、發(fā)光層、電子傳輸層及電子注入層，然后制作金屬電極，其中混合電子傳輸層采用雙源蒸發(fā)的方法，最后器件密封測(cè)量。器件的亮度一電壓、電流．電壓特性用Keithley 2400測(cè)試儀及LSll0型亮度計(jì)組成的測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量。圖1是本實(shí)驗(yàn)所用的主要有機(jī)材料分子結(jié)構(gòu)及器件結(jié)構(gòu)示意圖。

2 結(jié)果與討論

2．1 Bphen：x％Liq層的電子傳輸特性研究

為了考察Bphen：x％Liq的電子注入與傳輸能力，首先制備了結(jié)構(gòu)為ITO／BCP(10 nm)／Bphen：x％Liq(80 nm)／LiF(1 nnl)／Al(120 nm)的單載流子器件。從圖2可見，在Bphen中摻入一定比例的Liq后，電子傳輸性能有了顯著提高，摻雜質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低時(shí)，隨質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，其電子傳輸能力也逐漸提高，摻雜質(zhì)量分?jǐn)?shù)為33％時(shí)，導(dǎo)電性能最好，進(jìn)一步增加Liq的含量，電子傳輸性能反而下降。驅(qū)動(dòng)電壓為8 V時(shí)，Liq摻雜質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0％、20％、33％、50％的單電子器件的電流密度分別為：74．6、202、260、169 mA／cm2。

2．2 器件性能

由上面的分析可知，當(dāng)Liq的摻雜質(zhì)量分?jǐn)?shù)為33％時(shí)，混合層具有最高的導(dǎo)電能力，用其做為電子傳輸層，可以提高電子的注入效率，進(jìn)而降低器件的驅(qū)動(dòng)電壓，提高發(fā)光效率。因此，本文以Liq(33％)：Bphen做電子傳輸層，以檢驗(yàn)其對(duì)器件性能的影響，并與純Bphen的器件作對(duì)比。采用的器件結(jié)構(gòu)為：

cell—EBL：ITO／m-MTDATA／NPB／Alq3／Liq(33％)：Bphen／LiF／A1

cell-EB：ITO／m—MTDATA／NPB／Alqa／Bphen／LiF／A1

圖3為器件的電流密度-電壓和亮度-電流密度特性曲線。很容易看到，基于混合基質(zhì)的電子傳輸層，能有效提高電子注入。20 mA／cm2電流下，器件cell-EBL和cell-EB的驅(qū)動(dòng)電壓分別為4．6、5．2 V，二者的亮度分別為984 cd／m2和930 cd／m2。也就是說在20 mA／cm2電流下，引入Liq(33％)：Bphen的混合層作電子傳輸層，使工作電壓下降了0．6 V，而亮度卻增加了6％。

其次，OLED器件的發(fā)光效率也呈現(xiàn)相同的規(guī)律，圖4是器件的效率-電流密度關(guān)系曲線(插圖是器件的流明效率-電流密度關(guān)系曲線)。由圖4可知，器件cell-EBL的效率明顯高于器件cell-EB。20 mK／cm2電流下，器件cell-EBL的電流效率和流明效率分別為4．9 cd／A和3．33 lm／W，而器件cell-EB的電流效率和流明效率分別為4．6 cd／A、2．76 lm／W。也就是說在20 mA／cm2電流下，引入Liq(33％)：Bphen的混合層作電子傳輸層，使器件的電流效率和流明效率分別增加了7％和21％。同時(shí)，隨著電流密度的增加，器件cell-EBL的電流效率降低很緩慢，盡管輸入器件的電流密度不斷提高，器件的發(fā)光效率卻始終維持在4．8 cd／A左右，混合電子傳輸層的電子遷移率隨電場(chǎng)的變化很小，非常穩(wěn)定，這在有機(jī)電致發(fā)光器件中具有突出的意義。

3 結(jié)論

當(dāng)Liq的摻雜質(zhì)量分?jǐn)?shù)為33％時(shí)，Liq：Bphen的混合層具有最高的導(dǎo)電能力，用其做為電子傳輸層，可以提高電子的注入效率，進(jìn)而降低器件的驅(qū)動(dòng)電壓，提高發(fā)光效率。基于共基質(zhì)電子傳輸層的器件驅(qū)動(dòng)電壓比傳統(tǒng)器件降低了13％，器件的電流效率和流明效率分別增加了7％和21％。同時(shí)，隨著電流密度的增加，器件的電流效率降低很緩慢，盡管輸入器件的電流密度不斷提高，器件的發(fā)光效率卻始終維持在4．8 cd／A左右，可見，混合電子傳輸層的電子遷移率隨電場(chǎng)的變化很小，非常穩(wěn)定，這在有機(jī)電致發(fā)光器件中具有重要的意義。