基于新型共基质电子传输层的有机发光器件

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。

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。

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％。

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。

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。

作者：委福祥　方亮　蒋雪茵　张志林 来源：半导体技术