引言

近年來，由于全球能源危機的影響，白光OLED的研究越來越受到科學界和研究人員的廣泛重視，因為它不僅能夠作為新一代的照明光源，而且還可以作為固體光源應用于制造全彩顯示器和顯示器的背光源。它具有節(jié)能、環(huán)保、可卷曲、輕薄和驅(qū)動電壓低等諸多優(yōu)點，因此受到業(yè)界人士的關注。白光OLED的獲得大都通過混合三種顏色（紅、綠、藍）的小分子、聚合物或磷光材料或兩種補償色（天藍和橙黃）的材料到多層或單層結(jié)構中。大多數(shù)WOLED都采用堆疊式結(jié)構或者單發(fā)光層多摻雜劑的結(jié)構。

目前國內(nèi)外的研究人員用不同方法制備了白光器件，如用聚合物PVK作為主體材料摻雜藍光染料和橙紅光染料的單一發(fā)光層，沒有空穴注入層和空穴傳輸層，陰極采用Mg2Ag合金陰極，這一方法制備出來的白光器件具有較好的白光發(fā)射，但是亮度和發(fā)光效率都較低，器件性能較為不好。國內(nèi)的研究人員也做過一篇調(diào)整空穴傳輸層NPB（4,42N,N2bis2N212naphthy12N2pheny12amino2bipheny1）的厚度改善藍光OLED器件性能的文章，得出亮度會隨厚度的增加而增加，對應的發(fā)光效率也有很大變化，從而得出厚度對器件的發(fā)光性能影響很大。后來有人用了多發(fā)光層結(jié)構制備白光器件，通過調(diào)整空穴傳輸層的厚度使器件的性能有了較大改善，但是對比以ADN為主體摻雜兩種染料的單發(fā)光層，其結(jié)構復雜，操作程序繁瑣，控制誤差較大，同時發(fā)光層多，厚度增加，啟亮電壓增大，效率降低。

實驗采用ADN作為主體材料，摻雜紅光和藍光染料的白光OLED體系制備器件，結(jié)果表明：這種結(jié)構制備出來的白光OLED器件具有較好的色穩(wěn)定性，并且發(fā)光效率也較高。曾有文章討論了發(fā)光層中的紅光摻雜劑DCJTB的摻雜濃度對器件性能的影響，并得出了白光OLED的較佳摻雜濃度的器件。本文將進一步討論空穴傳輸層NPB厚度對基于ADN體系的白光OLED性能的影響，并對器件做進一步的優(yōu)化，這對白光照明及顯示的制備具有一定的指導作用。

1實驗

實驗用材料為西安瑞聯(lián)近代電子材料有限公司的OLED專用高純化學品，對所用ITO導電玻璃基片進行了嚴格的清洗流程，分別用洗滌劑溶液、丙酮溶液、乙醇溶液和去離子水超聲清洗10min,然后在真空干燥箱中烘干。再將清潔而且干燥的ITO玻璃基片移入OLED2V型有機多功能真空成膜設備預處理室，在500V電壓下進行氧等離子體濺射處理5min,這樣有利于除去ITO表面的碳污染，并提高ITO的功函數(shù)，有利于空穴從ITO電極注入到有機材料中。預處理后的基片傳入真空腔體，有機材料和金屬陰極都在真空度為610×10-4Pa下依次進行蒸鍍，有機材料的蒸發(fā)速率為012nm/s,陰極Al/LiF的蒸發(fā)速率為1nm/s,使用SI2TM206型六通道膜厚監(jiān)測儀進行實時控制。

電子傳輸層采用Alq3,是因為它具有高的電離能EA（約310eV）和電子親和能Ip（約5195eV）以及好的熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性，量子效率高且能夠通過真空蒸鍍的方法形成高質(zhì)量無針孔的薄膜。發(fā)光層用兩種熒光材料藍與紅摻雜在主體材料ADN中，形成白光發(fā)射。

TBPe是藍色發(fā)光材料，能夠有效地傳輸電子并且有效地阻止激基復合物的形成，提高效率。相關文獻表明DCJTB是目前最佳紅色染料，用DCJTB作為輔助摻雜劑，器件表現(xiàn)出了穩(wěn)定的電致發(fā)光EL效率。器件的結(jié)構以及能級結(jié)構圖如圖1所示。

圖1器件結(jié)構與能級結(jié)構圖

實驗制備了四組OLED器件

A）ITO/22TNATA（15nm）/NPB（15nm）/

ADN（30nm）：TBPe（2%）：DCJTB（1%）/

Alq3（20nm）/LiF（1nm）/Al（100nm）；

B）ITO/22TNATA（30nm）/NPB（15nm）/

ADN（30nm）：TBPe（2%）：DCJTB（1%）/

Alq3（20nm）/LiF（1nm）/Al（100nm）；

C）ITO/22TNATA（15nm）/NPB（35nm）/

ADN（30nm）：TBPe（2%）：DCJTB（1%）/

Alq3（20nm）/LiF（1nm）/Al（100nm）；

D）ITO/22TNATA（15nm）/NPB（40nm）/

ADN（30nm）：TBPe（2%）：DCJTB（1%）/

Alq3（20nm）/LiF（1nm）/Al（100nm）。

在室溫、大氣環(huán)境下，測試以上四組未封裝器件，發(fā)光亮度采用ST2900B型光度計測量，器件的電致發(fā)光（EL）光譜特性使用杭州遠方光電信息有限公司的PMS280光譜分析系統(tǒng)進行測試，I2V特性曲線用直流電源DCPowerSupplyPS23003D進行測量。

2結(jié)果與討論

從圖2中可以看出，四組器件的電流密度和發(fā)光亮度均隨驅(qū)動電壓的增加而增大，并且在高電場強度與正偏電壓呈指數(shù)關系，表現(xiàn)出典型的二極管整流特性。器件的電流密度和亮度隨著空穴傳輸層NPB厚度的變化而變化。當NPB的厚度分別為15,30和35nm時，電流密度相似，發(fā)光亮度隨著厚度的增加而逐漸增大，到35nm時亮度達到最大值14020cd/m2,擊穿電壓為1318V,當NPB厚度再增加到40nm后，電流密度突然下降，隨之器件的發(fā)光亮度也顯著下降，當下降到7790cd/m2,此時擊穿電壓為1313V。這一現(xiàn)象說明，NPB作為空穴傳輸層材料不能太厚，否則會影響載流子傳輸，降低器件的發(fā)光效率。圖2同時由表1也可以看出，隨著NPB厚度的增加，四組器件的啟亮電壓和擊穿電壓都逐漸增大，而電流效率（ηL）和功率效率（ηP）也都逐漸增加，到厚度35nm時為最佳值，分別為7181cd/A和2194lm/W;當厚度增加到40nm時，發(fā)光效率則明顯下降，此時最大電流效率在電壓為9V時為4181cd/A,功率效率為2173lm/W,功率效率的值均在電流密度為2815mA/cm2處獲得。

圖2器件的電流密度-電壓（J2V），亮度-電壓（L2V）與亮度-電流密度（L2J）特性曲線

表1四組器件的電致發(fā)光性能

同樣，從圖2（c）電流密度與亮度的關系曲線中看出，四組器件的發(fā)光亮度隨電流密度的增加而增大，在同一電流密度下，NPB的厚度為35nm時器件的亮度最大，30nm其次，15nm時的亮度也達到了11650cd/m2,最低亮度7790cd/m2是NPB厚度為40nm時器件的亮度，總之對比同一電流密度下各個器件的發(fā)光亮度，仍然是NPB厚度為35nm時器件的發(fā)光性能最佳。另外，封裝后經(jīng)實驗測得，采用以ADN作為主體材料，摻雜紅光和藍光染料體系制備的白光OLED器件其可靠性較好，表現(xiàn)出較好的色穩(wěn)定性。

由此可以得出：增加NPB的厚度可以提高器件的發(fā)光效率和亮度，對于有機小分子發(fā)光器件來說，電子傳輸層的遷移率比空穴傳輸層的遷移率要小兩個數(shù)量級。一般的器件電荷都是不平衡的，電子是少子。然而雖然在NPB層中空穴的遷移率較高，考慮了空穴在薄的NPB層中隧穿效應的影響，增加NPB層厚度能夠很好地匹配到達載流子復合區(qū)域的空穴數(shù)量，使電子和空穴的注入達到平衡。器件在初始發(fā)光時，復合區(qū)域內(nèi)部電子的數(shù)目與空穴的數(shù)目相匹配，這是提高器件效率的重要原因。但是NPB太厚了發(fā)光效率會下降也是同樣的道理?？梢酝茰y：在器件C中，電子和空穴的注入達到了更為平衡的趨勢，激子輻射躍遷的概率最大。器件效率較高的另外一個原因是用于藍光發(fā)射的NPB層較厚，為NPB激子的形成、擴散和輻射衰減都提供了充分的空間和充足的能量。

圖3四組器件在2815mA/cm2下的電致發(fā)光（EL）光譜

圖3所示為四組器件在2815mA/cm2下的電致發(fā)光（EL）光譜。從圖中可以看出，隨著NPB厚度從15nm增加到40nm,四組器件的顏色也稍微發(fā)生了變化，但都處于白光區(qū)域。15nm時的色坐標位于（013446,013175）處，器件發(fā)白光偏黃色，發(fā)光效率為2142lm/W,發(fā)光譜峰在463nm和567nm處，在492nm處伴有微弱的尖峰。當NPB厚度為30nm時，器件發(fā)標準白光，色坐標位于（013016,013385）處，接近白光中心點，發(fā)光效率為2161lm/W,發(fā)光譜峰在464nm和564nm處，在493nm處伴有微弱的尖峰，紅光成分明顯減少。

012715,013139），發(fā)光顏色偏藍光，此處發(fā)光效率最大，為2194lm/W,發(fā)光譜峰在463nm和563nm處，在492nm處伴有微弱的尖峰，紅光成分進一步減少。當NPB厚度為40nm時，色坐標為（012748,013129），發(fā)光顏色仍然是白光偏藍色，發(fā)光效率為2173lm/W,發(fā)光譜峰在462nm和565nm處，在491nm處伴有微弱的尖峰。

NPB層的厚度有效地調(diào)節(jié)了載流子復合區(qū)域的位置并且改變了器件的發(fā)光顏色，圖中四組器件的前半個譜峰基本重合，與藍光材料TBPe的雙峰波長相近，因此考慮是TBPe的藍光發(fā)射貢獻。但是后半個譜峰隨著NPB厚度的增加其高度各不相同，然而波峰位置都在565nm左右，這可能是由于器件中的綠光材料Alq3和紅光材料DCJTB疊加產(chǎn)生的結(jié)果，高度不同說明摻雜的紅光材料DCJTB在四組器件中的比重隨著NPB膜層厚度的不同在發(fā)生變化，以致影響了四組器件的發(fā)光顏色。當NPB層的厚度為15nm時，DCJTB紅光發(fā)射較強，比重較大，紅光綠光藍光的比重分別為1314%,7914%和712%,因此器件顏色偏黃。隨著NPB厚度的增加，當厚度在30nm時，紅光發(fā)射減弱，比重減少，紅綠藍分別為1117%,7813%和919%,器件調(diào)整成標準的白光器件，色坐標幾乎和白色等能點重合；當NPB層的厚度在35nm以上時，DCJTB紅光發(fā)射進一步減弱，比重減少，而TBPe的藍光發(fā)射變強，紅綠藍比重分別為1011%,7717%和1212%,所以器件為白光偏藍色?？捎梦⑶恍獊斫忉屵@一結(jié)果，OLED器件極易受到微共振腔體光學干涉效應的影響，尤其是空穴傳輸層NPB厚度的影響，常常由于這些微小的膜厚因素的變化而導致器件電致發(fā)光性能的變化，其理論依據(jù)是微腔能對諧振波長和非諧振波長處的自發(fā)輻射起到增強和抑制作用，因此有機電致發(fā)光中的微腔不僅將材料的自發(fā)輻射光譜重新分布，而且有可能帶來效率的提高。NPB厚度的增加可能會在NPB薄膜表面形成微腔效應，從而帶來器件顏色和效率等電致發(fā)光性能的改變。

3結(jié)論

通過實驗可以得到如下結(jié)論：

（1）改變NPB的厚度對于堆疊式白光OLED性能影響很大。增加NPB厚度可以提高白光OLED器件的性能。當厚度為35nm時，亮度和發(fā)光效率都達到最大值，然而增加到40nm時，亮度和效率顯著下降。

（2）增加NPB的厚度可以提高器件的發(fā)光效率和亮度，通過調(diào)節(jié)厚度能夠很好地限制到達載流子復合區(qū)域的空穴數(shù)量，使電子和空穴的注入達到平衡。

（3）NPB層厚度的增加有效地調(diào)節(jié)了載流子復合區(qū)域的位置并且改變了器件的發(fā)光顏色。