改善有机电致发光器件的效率和稳定性的研究第二章.doc
《改善有机电致发光器件的效率和稳定性的研究第二章.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《改善有机电致发光器件的效率和稳定性的研究第二章.doc(12页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、【精品文档】如有侵权,请联系网站删除,仅供学习与交流改善有机电致发光器件的效率和稳定性的研究第二章.精品文档.第二章 采用辅助掺杂的方法制备的有机红光电致发光器件及母体与掺杂染料间能量转移的研究2.1 引言有机薄膜电致发光器件的主要研究目标就是制作高分辨率、大面积、全色的有机发光显示器。要想实现全色显示,作为全色显示基础的红、绿、蓝三基色的电致发光器件首先要实用化。目前,有机绿光电致发光器件和有机蓝光电致发光器件的色度和效率已经达到了实用水平1-10,而有机红光电致发光器件的性能还有待提高11-20。尤其是制作效率和色度都非常好的有机红光器件,在有机器件结构设计方面还有待突破。通常采用将红光染
2、料掺入母体材料中的方法来制作有机电致红光器件,然而采用这种方法制作的红光器件的色纯度不好,随着所加电压的升高,色坐标向黄光区偏移,母体与客体之间的能量转移不充分21,最近,一些研究组报道了应用两步能量转移的方法来改善红光器件的特性。这种方法就是将两种染料共掺入母体材料中,一种染料作为辅助掺杂剂帮助能量从母体转移到另一种染料,另一种染料发红光。Hamada等人将rubrene和DCM2共掺入Alq中,rubrene作为辅助掺杂剂改善了器件的色纯度,这种器件随着电压的升高,色坐标几乎不变21。Moria等人报道了掺杂DCM和Sq的红光器件的效率是只掺杂Sq器件的2-3倍22。Ohmori等人报道了
3、DCM和TPP共掺入Alq层的器件,其红光发射得到了改善23。我们选用rubrene和DCJTB共掺入Alq中,rubrene充当辅助掺杂剂制作了红光电致发光器件,发现器件的性能与只掺杂DCJTB的红光器件相比得到了改善。并通过对Alq:rubrene:DCJTB(100:5:3重量比)薄膜的光致发光衰减曲线的拟合发现当Alq:rubrene:DCJTB的重量比为100:5:3时,能量从Alq通过rubrene到DCJTB的转移速率是直接从Alq到DCJTB的转移速率的2.7倍。2.2器件的电致发光及光致发光特性的研究2.2.1所用材料 选用NPB作为空穴传输材料,黄光荧光染料rubrene作
4、为辅助掺杂材料,红光荧光染料DCJTB作为发光材料,Alq作为掺杂母体和电子传输材料。它们的化学结构如图2.1所示。图2.1所用材料的化学结构2.2.2 器件制备和结构采用多源有机分子气相沉积系统制备有机电致发光器件。系统的真空度可以达到810-5 Pa。待蒸发材料装在石英坩埚中,每个坩埚的温度可以单独控制,控制精度在1,每个源都有挡板对其进行控制。衬底放在真空室的上部,距离蒸发源20cm, 可以自转和公转以保证有机膜生长的均匀性,在衬底的下部有一挡板。 实验中以ITO玻璃和石英玻璃为衬底,衬底的处理过程如下:分别用甲苯、丙酮、乙醇和去离子水擦洗并超声清洗,然后经紫外光处理。石英玻璃衬底用于研
5、究光致发光特性,ITO玻璃衬底用于研究电致发光特性。将所用材料分别放在有机分子气相沉积系统的不同蒸发源中,按设计的结构分别生长不同的有机材料,在生长的过程中系统的真空度维持在310-4Pa左右。Al(120 nm)LiF(0.5 nm)ITO/glass(120/sq)NPB(50 nm)Alq:rubrene:DCJTB(50 nm)图2.2器件的结构用于测量电致发光特性的器件结构如图2.2所示。器件的制备是在有机分子沉积系统中,连续在清洁处理过的ITO衬底片上沉积50nm的NPB作为空穴传输层,掺杂有rubrene和DCJTB的Alq作为发光层及电子传输层,最后沉积0.5nm的LiF和12
6、0nm的Al做为电子注入电极。我们选择LiF/Al做电极,是因为LiF薄层可以增加电子从阴极注入到电子传输层,提高器件的性能。rubrene 的掺杂比率分别为0%、3%、5%(重量比),DCJTB的掺杂比率分别为1%、3%(重量比),NPB、Alq及金属材料的沉积速率为0.1 0.2 nm/s,速率和厚度由膜厚仪监控生长。具体的器件结构如下:ITO/NPB(50nm)/ Alq:rubrene:DCJTB (50nm) /LiF(0.5nm)/Al(120nm)。2.2.3 蒸镀及测试仪器 计算机控制的Keithley Source 2400, PR650电流-电压-亮度及色坐标、电致发光光谱
7、测试系统、RF-5301PC 荧光光谱仪、 Shimadzu UV-3100 紫外吸收谱仪,多源有机分子束沉积系统,北京科学仪器厂DM300B型真空镀膜机。2.2.4 器件的性能分析图2.3 Alq薄膜的吸收(a)及发射(b)谱、rubrene溶液的吸收(c)及发射(d)谱、DCJTB溶液的吸收(e)及发射(f)谱图2.3给出了Alq、rubrene和DCJTB的光致发光及紫外吸收谱。从图中可以看出Alq的发射谱与DCJTB的吸收谱的光谱重叠比Alq的发射谱与rubrene的吸收谱的光谱重叠大,并且rubrene的发射谱与DCJTB的吸收谱之间重叠比较小。根据Frster共振能量转移理论(光谱
8、重叠越大能量转移速率越大),能量直接从Alq到DCJTB的转移比能量通过rubrene到DCJTB的转移更有效,然而在下面的实验里我们将证明能量通过rubrene到DCJTB的转移更有效,并对此现象作出解释。图2.4给出了掺杂不同浓度的rubrene及DCJTB的器件的电致发光光谱。为了表述方便,我们用器件x,y表示掺杂了x%的DCJTB及y%的rubrene的器件。图2.4掺杂不同浓度的rubrene及DCJTB器件的电致发光光谱 从图中可以看出在器件1,0和器件3,0的电致发光光谱曲线上存在Alq的发射峰(峰值波长位于516nm),这表明在DCJTB浓度为1%及3%且不掺杂rubrene时
9、,从Alq到DCJTB的能量转移不充分。在器件1,3和器件1,5的电致发光光谱曲线上,Alq的发射消失了,出现了rubrene的发射(峰值波长位于561nm),这表明rubrene的出现淬灭了由于从Alq到DCJTB能量转移不充分导致的Alq的发射,既能量已经完全从Alq转移给了DCJTB和rubrene,由于DCJTB的浓度比较低(1%),rubrene的能量不能有效地转移给DCJTB,于是导致rubrene自身发光。在器件3,3和器件3,5的电致发光光谱曲线上,我们既看不到Alq的发射也看不到rubrene的发射,这表明当DCJTB的浓度增加到3%时,能量从Alq到DCJTB以及能量从Al
10、q到rubrene然后到DCJTB的转移都比较充分。 为了进一步弄清楚rubrene在器件中是与DCJTB竞争获得Alq的能量还是充当能量传输的桥梁,帮助能量从Alq到DCJTB的转移,我们在石英衬底上制作了Alq:rubrene(100:5重量比)和rubrenen:DCJTB(5:3重量比)薄膜,并测试了它们的光致发光特性。图2.5为Alq:rubrene薄膜的光致发光光谱,激发波长位于Alq的吸收峰位置(384nm)。图2.5 Alq:rubrene薄膜的光致发光光谱,激发波长位于Alq的吸收峰位置(384nm)从图2.5可以看出只有rubrene的发射没有Alq的发射,这表明能量能有效
11、地从Alq传递到rubrene。图2.6为rubrene:DCJTB薄膜的光致发光光谱,激发波长位于494nm(rubrene的一个吸收峰),我们可以看出只有DCJTB的发射,没有rubrene的发射,这表明能量能有效地从rubrene传递到DCJTB。这些现象说明在Alq:rubrene:DCJTB的重量比为100:5:3时,能量经过rubrene从Alq到DCJTB是一个有效的传递路径。图2.6 rubrene:DCJTB薄膜的光致发光光谱,激发波长位于494nm(rubrene的一个吸收峰)表2.1掺杂不同浓度的DCJTB、rubrene的器件在6、12、18V时的色坐标DCJTB ru
12、brene V V V (%) (%) (6 V) (12 V) (18 V)1 0 x=0.63 y=0.36 x=0.60 y=0.39 x=0.60 y=0.393 x=0.62 y=0.37 x=0.60 y=0.40 x=0.59 y=0.405 x=0.61 y=0.37 x=0.59 y=0.40 x=0.58 y=0.413 0 x=0.60 y=0.33 x=0.64 y=0.36 x=0.63 y=0.36 3 x=0.64 y=0.33 x=0.66 y=0.34 x=0.65 y=0.35 5 x=0.64 y=0.32 x=0.66 y=0.34 x=0.64 y=0
13、.35 表2.1列出了这些器件分别在6、12、18V时的色坐标。我们可以看出器件3,3和器件3,5的色坐标在6-18V的范围内比较稳定,是色纯度比较好的红光。当DCJTB的浓度为3%时掺了rubrene的器件的红光色纯度明显好于只掺DCJTB的器件。掺杂不同浓度的DCJTB、rubrene的器件的亮度-电压及效率-电压特性分别如图2.7、2.8所示。图2.7掺杂不同浓度的DCJTB、rubrene的器件的亮度-电压特性曲线 可以看出rubrene和DCJTB共掺的器件的亮度和效率与只掺DCJTB的器件相比得到明显改善。掺杂3%DCJTB的器件亮度和效率要低于掺杂1%DCJTB的器件,然而掺杂3
14、%DCJTB的红光色纯度要优于掺杂1%DCJTB的器件,这是由于随着红光染料浓度的增加,激子之间的相互作用增强,浓度淬灭效应增强,导致器件亮度及效率下降,发光峰值波长红移。从红光色纯度的角度考虑,DCJTB的浓度应选择3%来制作红光器件。表2.2为掺杂不同浓度的DCJTB、rubrene的器件的性能。图2.8掺杂不同浓度的DCJTB、rubrene的器件的效率-电压特性曲线表2.2掺杂不同浓度的DCJTB、rubrene的器件的性能DCJTB rubrene Maximum efficience Brightness at 9V Efficience at 9V(%) (%) (lm/W) (
15、cd/m2) (lm/W)1 0 0.86 339 0.39 3 0.91 446 0.54 5 0.77 302 0.553 0 0.25 44 0.14 3 0.37 110 0.175 0.49 104 0.222.3 器件的时间分辨光致发光特性分析 为了进一步研究Alq、rubrene、DCJTB之间的能量转移情况,我们分别在石英玻璃衬底上制作了Alq:rubrene:DCJTB (100:5:3重量比)、Alq:DCJTB(100:3重量比)、 Alq薄膜及配制了rubrene和DCJTB的氯仿溶液,来进行时间分辨光致荧光的测试。2.3.1测试仪器采用长春光学精密机械与物理研究所的皮
16、秒相关单光子记数光谱仪。由Nd:YVO4激光泵浦的锁模Ti:Sapphire激光通过BBO倍频晶体后作为激发光源,工作在394nm,重复频率82MHz。时间分辨率10Ps。图2.9为激发光源系统示意图。所有测试均在室温大气环境中进行。Nd:YVO4Laser(Millennia)Mode-locked Ti:Sapphire Laser (Tsunami)BBO double frequence crystalExciting Laser图2.9激发光源系统示意图2.3.2器件时间分辨光致发光光谱的多指数衰减拟合 这里我们采用多指数衰减表达式: (2.3.1)对各光致发光衰减曲线进行了拟合,并
17、根据 (2.3.2)对拟合出的荧光寿命进行了平均。表2.3为拟合出的荧光寿命ti及系数ai的值。表2.3 Alq、Alq:DCJTB、Alq:rubrene:DCJTB薄膜及rubrene和DCJTB氯仿溶液的荧光衰减曲线的拟合结果 Alq rubrene DCJTB 1 (a1) 2 (a2) 3 (a3) 1 (a1) 2 (a2) 1 (a1) 2 (a2) (ns) (ns) (ns) (ns) (ns) (ns) (ns) (ns) (ns) (ns)Film 14.50(100%)Resolusion 6.71(100%) 3.82(100%)Alq:DCJTB film 4.09
18、(14%) 0.80(86%) 0.90 3.12(17%) 1.23(83%) 1.37Alq:rubrene:DCJTB film 2.60(5%) 0.52(35%) 0.14(60%) 0.20 1.41(19%) 0.29(81%) 0.34 1.68(20%) 0.62(80%) 0.71图2.10为Alq的荧光衰减曲线,监测波长位于516nm。从图中可以看出,Alq的荧光强度在Alq:DCJTB薄膜中的衰减比在Alq薄膜中的衰减快的多,荧光寿命从Alq薄膜中的14.5ns降到了在Alq:DCJTB中的0.90ns(表2.3)。这表明在Alq:DCJTB薄膜中,除了Alq激子自身的
19、本征衰减过程外,还存在别的衰减过程。这个过程被认为是Alq激子到DCJTB的能量转移过程。Alq的荧光强度在Alq:rubrene:DCJTB薄膜中的衰减与在Alq:DCJTB薄膜中的衰减相比变的更快,荧光寿命从在Alq:DCJTB薄膜中的0.90ns降到了在Alq:rubrene:DCJTB薄膜中的0.20ns。 这表明在Alq:rubrene:DCJTB薄膜中,除了Alq激子自身的本征衰减过程以及Alq激子到DCJTB的能量转移过程之外,还存在别的Alq激子的衰减过程,由于在Alq:rubrene:DCJTB薄膜中多了rubrene材料,所以这个额外的Alq激子衰减过程被认为是Alq激子到
20、rubrene的能量转移过程。Alq薄膜自身的激发态寿命(即Alq薄膜自身的荧光寿命)可以表示为: (2.3.3)这里KFT表示Alq激子的荧光衰减速率,KnFT表示Alq激子的非辐射衰减速率,KISC表示Alq激子的系间窜跃速率。图2.10 Alq的荧光衰减曲线,监测波长位于516nmAlq在Alq:DCJTB以及Alq:rubrene:DCJTB薄膜中的荧光寿命可以分别表示为: (2.3.4) (2.3.5)K1和K2分别是能量从Alq转移给DCJTB和rubrene的速率。由以上两式可以得出: (2.3.6) (2.3.7)需要注意的是这些计算是近似计算,只有当能量给体的衰减是单指数衰减
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 改善 有机 电致发光 器件 效率 稳定性 研究 第二
限制150内