基于新型共基质电子传输层的有机发光器件

2009-08-13 10:44:33来源: 半导体技术

  0 引言

  OLED具有驱动电压低、效率高、能实现大面积全色显示等优点,在平板显示领域引起广泛的关注,近年来成为国际上的研究热点。OLED要求材料本身性能好(热稳定性好且具有高的荧光效率),而且还要求载流子注入的平衡及易于注入和输运。Alq3为发绿光材料,其电子迁移率比通常的空穴传输材料TPD或NPB的空穴迁移率要小2个数量级。4,7一二苯基-1,10-邻二氮杂菲(Bphen)是一种新型的电子传输材料,其电子迁移率为3.9×10-4~5.2×10-4 cm2/Vs,是Alq3材料的200倍以上。使用Bphen作电子传输材料获得了许多性能优异的有机电致发光器件。在电子传输层材料中,掺杂Li、Cs等活泼金属,可以进一步提高材料的电子迁移能力,活泼金属同有机分子间的化学作用。本文将8-羟基喹啉锂(Liq)与4,7-二苯基-1,10-邻二氮杂菲(Bphen)按一定比例混合,组成混合电子传输层。实验表明,混合电子传输层能够有效增强电子注入和输入,显著提高了器件效率。

  1 实验

  把氧化铟锡(ITO)玻璃衬底经清洗及等离子体处理后放入1.33×10-4Pa的真空室内,相继蒸发空穴注入层、空穴传输层、发光层、电子传输层及电子注入层,然后制作金属电极,其中混合电子传输层采用双源蒸发的方法,最后器件密封测量。器件的亮度一电压、电流.电压特性用Keithley 2400测试仪及LSll0型亮度计组成的测试系统进行测量。图1是本实验所用的主要有机材料分子结构及器件结构示意图。

本实验所用的主要有机材料分子结构及器件结构示意图

  2 结果与讨论

  2.1 Bphen:x%Liq层的电子传输特性研究

  为了考察Bphen:x%Liq的电子注入与传输能力,首先制备了结构为ITO/BCP(10 nm)/Bphen:x%Liq(80 nm)/LiF(1 nnl)/Al(120 nm)的单载流子器件。从图2可见,在Bphen中掺入一定比例的Liq后,电子传输性能有了显著提高,掺杂质量分数较低时,随质量分数的增加,其电子传输能力也逐渐提高,掺杂质量分数为33%时,导电性能最好,进一步增加Liq的含量,电子传输性能反而下降。驱动电压为8 V时,Liq掺杂质量分数为0%、20%、33%、50%的单电子器件的电流密度分别为:74.6、202、260、169 mA/cm2。

单电子器件的电流-电压关系曲线

  2.2 器件性能

  由上面的分析可知,当Liq的掺杂质量分数为33%时,混合层具有最高的导电能力,用其做为电子传输层,可以提高电子的注入效率,进而降低器件的驱动电压,提高发光效率。因此,本文以Liq(33%):Bphen做电子传输层,以检验其对器件性能的影响,并与纯Bphen的器件作对比。采用的器件结构为:

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

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

  图3为器件的电流密度-电压和亮度-电流密度特性曲线。很容易看到,基于混合基质的电子传输层,能有效提高电子注入。20 mA/cm2电流下,器件cell-EBL和cell-EB的驱动电压分别为4.6、5.2 V,二者的亮度分别为984 cd/m2和930 cd/m2。也就是说在20 mA/cm2电流下,引入Liq(33%):Bphen的混合层作电子传输层,使工作电压下降了0.6 V,而亮度却增加了6%。

器件的电流密度-电压和亮度-电流密度特性曲线

  其次,OLED器件的发光效率也呈现相同的规律,图4是器件的效率-电流密度关系曲线(插图是器件的流明效率-电流密度关系曲线)。由图4可知,器件cell-EBL的效率明显高于器件cell-EB。20 mK/cm2电流下,器件cell-EBL的电流效率和流明效率分别为4.9 cd/A和3.33 lm/W,而器件cell-EB的电流效率和流明效率分别为4.6 cd/A、2.76 lm/W。也就是说在20 mA/cm2电流下,引入Liq(33%):Bphen的混合层作电子传输层,使器件的电流效率和流明效率分别增加了7%和21%。同时,随着电流密度的增加,器件cell-EBL的电流效率降低很缓慢,尽管输入器件的电流密度不断提高,器件的发光效率却始终维持在4.8 cd/A左右,混合电子传输层的电子迁移率随电场的变化很小,非常稳定,这在有机电致发光器件中具有突出的意义。

器件的效率-电流密度关系曲线

  3 结论

  当Liq的掺杂质量分数为33%时,Liq:Bphen的混合层具有最高的导电能力,用其做为电子传输层,可以提高电子的注入效率,进而降低器件的驱动电压,提高发光效率。基于共基质电子传输层的器件驱动电压比传统器件降低了13%,器件的电流效率和流明效率分别增加了7%和21%。同时,随着电流密度的增加,器件的电流效率降低很缓慢,尽管输入器件的电流密度不断提高,器件的发光效率却始终维持在4.8 cd/A左右,可见,混合电子传输层的电子迁移率随电场的变化很小,非常稳定,这在有机电致发光器件中具有重要的意义。

关键字:有机发光器件  电子传输  传导率

编辑:金海 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2009/0813/article_1649.html
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