利用激基复合物发光的有机白光电致发光器件
收稿日期:2001209218;修订日期:2001211220
基金项目:国家自然科学基金资助项目(59973007;597905006);国家863基金资助项目(863271520012024;8632307222253) 作者简介:
冯晶(1974-),女,满,辽宁新宾人,博士研究生,主要从事有机电致发光器件的研究工作。
3:
通讯联系人
文章编号:100027032(2002)0120025204
利用激基复合物发光的有机白光电致发光器件
冯 晶1,刘 宇2,王 悦2,刘式墉13
(1.吉林大学集成光电子学国家重点联合实验室,吉林长春 130023;2.吉林大学超分子结构与材料教育部重点实验室,吉林长春 130023)
摘要:以NPB 为空穴传输材料,(dppy )BF 为发光层,Alq 为电子传输层和色度调节层,制备了有机白光电致
发光器件。该器件的白光发射是来自于(dppy )BF 与NPB 的固界表面形成的激基复合物发光,以及NPB 与(dppy )BF 发射的蓝光。该白光器件的色度稳定,在电压10～25V 的变化范围内,色坐标变化由(0129,0133)到(0131,0135)。器件在4V 开启,12V 电压下亮度和效率分别为200cd/m 2和0145lm/W 。关 键 词:发光二极管;有机电致发光;白光发射中图分类号:TN38311 文献标识码:A
1 引 言
有机电致发光器件因其高亮度、低功耗、多种发光颜色等优点而成为当今发光显示领域的研究热点。不同的应用要求不同的发光颜色,作为液晶显示的背照明光源、个人电脑显示等都需要白光的发光二极管。目前制备有机白光发光器件的方法主要有:微腔结构[1]、多层结构[2～4]、多量子阱结构[5,6]、聚合物共混[7,8]等。这些方法大多存在着制备工艺复杂、色度随电压变化显著等缺点。我们在已有工作基础上[9,10]研制了一种新型的利用激基复合物发光的有机白光电致发光器件。以N PB 为空穴传输材料,(dppy )BF 为发光层,Alq 为电子传输层和色度调节层,利用(dppy )BF
与N PB 的固界表面形成的激基复合物发光,通过调整器件的结构,获得白光发射。
2 实 验
衬底材料分别选用石英玻璃和ITO 导电玻璃。石英玻璃主要用于光致发光的测量;ITO 导电玻璃用作电致发光器件的透明电极。器件的制备在多源有机分子气相沉积系统中进行。在制备过程中系统的真空度保持在4×10-4Pa 左右。所用材料的分子结构及器件能带结构如图1所示。
N PB 和(dppy )BF 的厚度分别为50nm 和30nm ,Alq 的厚度从0变化到30nm ,最后蒸发LiF/Al 作
为电子注入电极。器件的发光面积为2×2mm 2。光谱及色度由PR650光谱仪测量,亮度2电流密度2电压特性利用Keithley 2400型可编程电流2电压源与光谱、色度同步测量。所有的测试都是在室温、大气中进行的。
图1 所用材料的分子结构及器件能带结构图
Fig.1 Chemical structures of materials used and energy
band diagram of the device.
3 结果与讨论
图2所示为不同Alq 厚度(0～30nm )下器件的电致发光(EL )谱,插图为N PB 和(dppy )BF 固体膜的光致发光(PL )谱。(dppy )BF 在455nm 处有一个显著的发光峰,482nm 处有一个稍弱的肩峰。N PB 的发光峰值波长在450nm 左右。器件
第23卷 第1期
2002年2月
发 光 学 报
CHIN ESE J OU RNAL OF L UM IN ESCENCE
Vol 123No.1
Feb.,2002
发射白光,其光谱覆盖了400～700nm的整个可见光区。此外,其光谱在515nm和560nm处出现了两个新的发光峰,这两个发光峰不同于N PB 和(dppy)BF薄膜的发光。为了确定N PB和Alq 是否参与发光,我们在N PB和Alq层分别掺入了黄光染料红荧烯(Rubrene)。在N PB层中掺入红荧烯的器件发光变为黄色,其光谱在560nm处有一个很强的发光峰,而在Alq层中掺入红荧烯的器件其光谱没有明显的变化。这表明在靠近N PB/(dppy)BF界面的N PB层中有载流子的分布,而在Alq层中几乎没有载流子分布。从而我们可以推断该器件的蓝光部分(450nm,482nm)来自于N PB和(dppy)BF层内的激子复合发光,而新的发光峰来自于在N PB/(dppy)BF的固界表面形成的激基复合物发光。激基复合物发光覆盖了500～700nm部分的可见光,所以是该白光发射的重要组成部分。
图2 Alq厚度不同的器件EL谱(a)0nm,(b)10nm,
(c)20nm,(d)30nm。插图为NPB与(dppy)BF薄
膜的PL谱
Fig.2 EL spectra of the device with different Alq thick2 ness.Insert:PL spectra of NPB and(dppy)BF thin
film.
激基复合物是激发态的电子转移复合物,它是一种分子的激发态与另一种分子的基态的相互作用。从器件的能带结构图(图1)上看,N PB与(dppy)BF的HOMO能级存在着较大的势垒(≈1eV),这一势垒使得N PB HOMO能级上的空穴难以到达(dppy)BF,而是在界面形成堆积,从而促进了与(dppy)BF L UMO能级上的电子的间接复合。
从图2可见随Alq厚度的变化,器件的光谱也发生了明显的变化。Alq层增厚,(dppy)BF和激基复合物的发光强度相对增强,发光颜色也由偏蓝变为偏黄。这是因为Alq的加入引起了载流子的重新分布。随着Alq层的增厚,N PB层中的载流子分布减少,从而引起了发光光谱中各部分强度的变化。以上现象表明通过适当调整Alq层的厚度,可能获得较纯正的白光发射。我们发现当Alq的厚度为15nm时,器件的发光色度最好。图3所示为该器件在不同电压下的光谱图,插图所示为器件色坐标随电压变化曲线。从图中可以看到该器件发光的色度随电压变化很小,在10～25V的电压变化范围内,发光色度由(x=0129,y =0133)变化到(x=0131,y=0135)。
图3 Alq厚度为15nm时器件在不同电压下的EL谱图
(a)10V,(b)14V,(c)18V。插图为该器件的色坐
标随电压的变化曲线
Fig.3 The EL spectra of the device(Alq15nm)with in2 creasing applied voltage;the insert is the shift of the
CIE coordinates at various voltage.
图4所示为器件的电流密度-电压及亮度-电压曲线。器件在4V开启,12V电压下亮度和效率分别为200cd/m2和0145lm/W。最大亮度和效率分别为2000cd/m2和0158lm/W 。
图4 Alq厚度为15nm时器件的电流密度2电压及亮度2电压曲线
Fig.4 Luminance2voltage and current density2voltage
characteristics of the device.
62 发 光 学 报第23卷
总之,我们采用蓝光染料(dppy )BF ,利用它
与空穴传输材料N PB 的固界表面形成的激基复合物发光,并通过调整Alq 层的厚度来调节器件色度,制备了白光电致发光器件。该白光器件的结构简单、色度稳定,在整个工作电压范围内(10～25V ),器件的发光色度由(x =0129,y =0133)变化到(x =0131,y =0135),始终接近白光等能点(x =0133,y =0133)。
参 考 文 献:
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White Light Emission from Exciplex
FEN G Jing 1,L IU Yu 2,WAN G Yue 2,L IU Shiyong 1
(1.N ational L aboratory of Integrated Optoelect ronics ,Jili n U niversity ,Changchun 130023,Chi na ;
2.Key L aboratory of S upramolecular St ruct ure and M aterials of Mi nist ry of Education ,
Jili n U niversity ,Changchun 130023,Chi na )
Abstract :Electroluminescent devices based on organic semiconductors have gained a great deal of attention because of their high luminance ,low drive voltage ,and variety of emission colors.Different applications have different demands on the emitted light ;sometimes colors are needed and in other cases it is necessary to have a bright white light source ,especially for backlight applications in liquid crystal https://www.wendangku.net/doc/977937575.html,anic
white light emitting diodes (L EDs )based on electroluminescent organic molecules have been reported using the microcavity technique ,multilayer structures ,multiple 2quantum wells structures ,or polymer L ED based on polymer blends.However ,most of the methods have the drawback that the chromaticity of emission coulor changes largely with the operating voltage ,or the fabrication processes are more complex.
We demonstrate efficient organic white light 2emitting devices (L EDs ),using N ,N 2diphenyl 2N ,N ′2bis (12naphthyl )2(1,12biphenyl )24,4′2diamine (N PB )as hole 2transporting layer ,1,62bis (22hydroxyphenyl )pyridine boron complex ((dppy )BF )as emitting layer ,tris 2(82hydroxyquinoline )aluminum (Alq )as elec 2tron 2transporting and chromaticity 2tuning layer.This type of device has a simpler structure than those men 2tioned above ,thus the fabrication process is much simpler.The white light comes from exciplex emission at the solid 2state interface between (dppy )BF and N PB and from the exciton emission of N PB and (dppy )BF layers respectively.The chromaticity of white emission can be tuned by adjusting the thickness of Alq
72第1期冯 晶,等:利用激基复合物发光的有机白光电致发光器件
layer.The white L EDs with the Alq thickness of15nm exhibit a maximum luminescence of2000cd/m2 and efficiency of0158lm/W,and the Commission Internationale De L’Eclairage(CIE)coordinates of re2 sulting emission vary from(x=0129,y=0133)to(x=0131,y=0135)with increasing forward bias from 10V to25V.The region is very close to equienergy white point(x=0133,y=0133).
K ey w ords:L EDs;organic electroluminescence;white light emission
Received18September2001
第八届全国L ED产业研讨与学术会议(2002’L ED)
(第一轮征文通知)
主办单位:中国光学光电子行业协会光电器件专业分会;中国物理学会发光分科学会承办单位:上海金桥大晨光电科技有限公司
协办单位:南昌大学材料科学研究所;上海信茂新技术有限公司;上海三思科技发展有限公司第八届全国L ED产业研讨与学术会议将于2002年9月在上海浦东或山东烟台召开,这是继2000年9月厦门会议后的又一次全国性重大行业活动,目的是为全国从事L ED及相关领域研究、教学、生产的科技人员及管理人员提供一个学术与技术交流的机会,促进我国L ED技术创新和产业发展。本届会议拟组织特邀报告、大会交流、专题讨论和产品、样品宣展等活动。热诚欢迎大陆和港澳台广大科研人员、工程技术人员和管理人员积极撰写论文,并到会交流,展示最新研究成果和在应用、开发及生产实践中所取得的宝贵经验和成绩。现将会议征文的有关事项通知如下:
征文范围
11L ED材料性能及制备工艺研究; 21L ED器件性能、结构及工艺研究; 31G aN基L ED和LD的进展;
41有机/聚合物L ED的进展;
51高品质L ED产品的制造技术;
61L ED平板显示技术及其应用;
71L ED产业化中的技术及相关问题;
81L ED测试技术、标准化技术、可靠性研究; 91L ED外延设备及相关问题;
101L ED企业经营管理和市场开发等。
征文要求
11论文内容力求反映国内外最新研究方法、成果和企业生产经营管理、技术改造的最新动态。
21为了保证会议论文集的质量,论文一律采用A4纸激光打印,打印顺序为:题目(3号黑体字),作者(4号字),单位、邮编及摘要(6号字),正文(5号字)。字体除题目外,统一用宋体字,版芯尺寸为145×215mm2,包括图表在内,每篇论文不超过3页。论文1式两份(并按征文范围注明选题号)供评审。请自留底稿,一律不退稿。
征文截止日期 2002年4月15日
论文邮寄地址
论文请于征文截止日期前邮寄:江西省南昌市南昌大学材料科学研究所 彭学新 收
邮 编:330047 电 话:0791-******* 传 真:0791-*******
论文邮寄时请勿折叠,为确保安全,请挂号邮寄。论文经审稿后,于2002年6月份发出录用通知。其他
会议届时将邀请国内外厂商举办展示、演示会,承办者将以优惠条件提供场所,并同时在论文集上刊登专业产品介绍,欢迎来函联系。有关光电器件分会的事宜请与分会挂靠单位厦门华联电子有限公司联系:
联系人:李俊华 电 话:0592-*******;60374662219 传 真:0592-*******
地 址:厦门市火炬园华联电子大厦 邮 编:361006
82 发 光 学 报第23卷