摘 要:讨论了结构为ITO/2T-NATA/CzHQZn/TPBi/LiF/Al的有机电致黄光器件。该器件中CzHQZn层既是空穴传输层,又是黄光发射层。在保证2T-NATA,TPBi和LiF的厚度分别为20,35和0.5 nm下,当CzHQZn的厚度为20 nm时器件的性能较好。在电压为8 V时,其最大亮度为2 968 cd/m2,在电压为7 V时效率也达到最大,为0.50 cd/A。效率和亮度几乎是同步达到最大的。该器件的启亮电压比较低,在电压为3 V时亮度为12 cd/m2。其色坐标在(0.51,0.47)和(0.48,0.49)的范围内,属于黄光器件。
0 引言
有机电致发光器件中的空穴传输材料均具有强的给电子特性。通常被用于空穴传输的材料有芳香二胺类、芳香三胺类、芳香族联胺类、吡唑啉类化合物等。芳香叔胺是目前用的最多的空穴传输材料,其代表材料TPD的空穴迁移率达10-3cm2/(V·S)[1]。但是TPD的玻璃化温度(Tg)比较低(63℃),热稳定性比较差。为了提高器件的寿命,采用高Tg材料是十分必要的。NPB是目前应用最为广泛的空穴传输材料[2],以NPB作为空穴传输材料制备的器件,其效率和稳定性较TPD得到了很大的改善,其原因主要是NPB的成膜性好,且具有较高的玻璃化温度(Tg=95℃)和良好的电化学稳定性。
人们也研究了联苯二胺类化合物,它具有高的空穴迁移率和理想的空穴传输能力,其中芴取代的联苯双胺FFD具有较高的玻璃转化温度(Tg=165℃)和好的空穴传输性能[3]。有人将NPB的萘基换成二苯乙烯基合成p-dmDPS,其Tg=108℃,将其作为空穴传输层引入到器件ITO/CuPc(10 nm)/p-dmDPS(50 nm)/Alq(50 nm)/LiF/Al中,有效地提高了器件的电致发光性能[4]。近年来人们又合成了一系列具有线性成对偶联和支化结构的咔唑类空穴传输材料[5],最近有人报道了这些树枝状的化合物具有较高的玻璃转化温度(146~189℃)[6],将它们作为空穴传输材料(HTM)引入到双层器件ITO/HTM/Alq3/Mg∶Ag中,获得了较好的绿光发射,表明该材料具有较好的空穴传输能力。Adachi等人[7]的研究表明,空穴传输层与ITO界面的势垒对器件的影响很大,小的势垒导致器件的开启电压低,从而提高器件的寿命。所以人们常常将具有更低HOMU能级的分子如m-MTDATA或CuPc[8]用于ITO与空穴传输材料之间,作为空穴注入层,从而进一步降低了空穴注入势垒,改善了空穴注入效率,提高了器件的发光效率和稳定性[9-13]。借鉴以上工作,制作了结构为2T/CzHQZn/TPBi/LiF/Al的器件,在保证2T-NATA,TPBi和LiF的厚度分别是20,35和0.5 nm条件下,使CzHQZn的厚度分别是10,15,20和25 nm而制作了四个器件,器件编号分别为器件1,2,3和4。
1 实验
器件结构如图1所示。实验中以玻璃作为衬底,覆于其上的铟锡氧化物ITO用作阳极。我们选用4, 4′, 4″-{ N,-( 2-naphthyl)-N-phenylamino}-triphenylamine(2T-NATA)作空穴注入层,以华南理工大学化学与化工学院合成的新材料(E)-2-(2-( 9-ethyl-9H-carbazol-3-yl ) vinyl ) quinolato-Zinc[CzHQZn]作为空穴传输和黄光发射层;以2, 2′,2″-( 1, 3, 5-phenylene ) tris ( 1-phenyl-1H-benzimidazole-[TPBi]作为电子传输层;LiF用作缓冲层,Al作阴极。
实验中将ITO玻璃衬底用清洁剂、丙酮、乙醇、去离子水反复擦洗、超声,干燥。器件的制备在多源有机分子气相沉积系统中进行。将所用材料分别放在不同的蒸发源(石英坩埚)中,每个蒸发源的温度可以单独控制。按设计的结构分别生长不同的有机材料层,最后生长LiF和Al作为阴极。在生长的过程中系统的真空度维持在4×10- 4Pa左右,蒸发速度控制在0.2~0.4 nm/s,器件有效发光面积为5mm2,亮度-电流-电压特性、色坐标及电致发光光谱由计算机控制的可编程的电流-电压源KeithleySource 2400和光谱扫描光度计PR655所构成的测试系统测量。有机膜的厚度由上海产的FTM-Ⅴ型石英晶体膜厚监测仪来监测。所有的数据都是在室温的大气中测得的。
2 结果与分析
器件的电流-电压特性曲线如图2所示,从该图可以看出电流随着电压稳步增加,表明器件具有较好的载流子传输特性。由图3的亮度-电压特性曲线可以看到器件3在电压是8 V时亮度最大,达到2 950 cd/m2,器件的启亮电压也比较低,在3 V的电压下亮度达到12 cd/m2。由图4的效率-电压特性曲线可以看到,在电压为7 V时最大效率是0.5 cd/A,器件的亮度和效率几乎同步达到最大。由图5的CIE色坐标可以看到器件的色度在(0.51,0.47)和(0.48,0.49)的范围内,属于较好的黄光器件。开启电压较低的主要原因是由发光材料CzHQZn本身的性质决定的。其LUMU能级和TPBi的接近,HOMU能级应该和2T-NATA的接近,从而使得器件的载流子注入较容易,降低了开启电压。器件的发光效率不高,仅达到0.5 cd/A。主要原因是在形成薄膜状态时材料分子之间的距离很小,分子之间相互作用强烈,导致荧光量子产率下降,也就是浓度淬灭效应。进一步提高器件效率应该采用掺杂的办法。
器件1~4中,无论是I-V特性,还是L-V及η-V特性,器件1与其余三组器件有较明显的差异,而且器件1在电压为8 V时就已经烧毁。这表明发光材料CzHQZn的厚度较小时耐压较小。其原因就在于膜的质量不高,各处厚度不均匀,有较薄的局部区域存在,使器件容易烧毁。器件1效率很低的原因可由图2和图3进行说明,首先是在同一电压下器件1的电流较大,亮度也最低,这就造成了其发光效率最低。其内在原因在于载流子注入的不平衡,漏电流较大,形成激子的电子-空穴对概率不大。
3 结论
以CzHQZn为空穴传输及发光层,制作了结构为: ITO/4, 4′, 4″-{ N,-( 2-naphthyl )-N-phenylamino}-triphenylamine[2T-NATA]/(E)-2-(2-(9-ethyl-9H-carbazol-3-yl)vinyl) quinolato-Zinc[CzHQZn]/ 2, 2′,2″-(1,3,5-phenylene) tris(1-phenyl-1H-benzimidazole-[TPBi]/LiF/Al的有机电致黄光器件。在该器件中使2T-NATA,TPBi和LiF的厚度分别是20,35和0.5 nm保持不变,当CzHQZn的厚度为20 nm时器件的性能较好。在电压为8 V时,其最大亮度为2 968 cd/m2,在电压为7 V时效率也达到最大,为0.50 cd/A。效率和亮度几乎是同步达到最大的。该器件的另一个重要特点是启亮电压比较低,在电压为3 V时亮度为12cd/m2。该器件的色坐标在(0.51,0.47)和(0.48,0.49)的范围内,属于较好的黄光器件。
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作者简介:姜文龙(1963-),男,吉林省公主岭市人,教授,主要从事有机电致发光器件的研究。
