改善取有机电致发光器件的效率和稳定性的研究第三章.doc

第三章新型磷光材料的有机电致发光器件的研究 §3.1 引言 在有机电致发光器件中，总的自旋量子数S=0的激子称为单线态激子，总的自旋量子数S=1的激子称为三线态激子。当激子发生辐射复合跃迁回基态时，其自旋必须守恒。由于一般材料基态的总自旋量子数S=0，所以通常单线态激子向基态的跃迁是允许的，而三线态激子向基态的跃迁是禁止的。一般情况下从器件的阳极注入的空穴与从阴极注入的电子在发光区相遇时，形成单线态激子的数目与形成三线态激子的数目之比为1:3[1]，占总激子数目25%的单线态激子向基态跃迁产生荧光。所以在理想情况下，使用荧光材料制作的有机电致发光器件的内量子效率最高只能达到25%。 事实上由于电子不断地自旋同时又沿着轨道运动，这样电子既具有自旋磁矩又具有轨道磁矩。自旋磁矩和轨道磁矩相互作用使得自旋角动量发生变化，结果使三线态中存在一些单线态的特征，这就是自旋-轨道耦合效应。如果一种材料中存在强烈的自旋-轨道耦合，那么这种材料中的三线态激子向基态的跃迁就变成可能，从而产生磷光。 为了突破有机荧光电致发光器件内量子效率25%的限制，人们寻找有机磷光材料（即内部存在强烈自旋-轨道耦合的材料）来制作电致发光器件[2-13]，其中研究铱系［14-22］和铂系［23-25］磷光材料及利用它们制作的器件的文章已经非常多。比较典型的有绿光材料Ir(ppy)3和红光材料PtOET。利用bis(2-phyenylpyridine)iridium(Ⅲ)acetylanetonate[(ppy)2Ir(acac)]制作的绿光器件的内量子效率已经接近100%［15］。 　　到目前为止比较成功的可用于制作电致发光器件的磷光材料还比较少（仅限于铱系和铂系金属有机化合物，在这类磷光材料中重金属原子的出现显著地增强了自旋－轨道耦合效应），因此开发新型有机磷光材料及研究利用这些材料制作的发光器件的特性还是非常有意义的。 通常采用掺杂的方法来制备有机磷光电致发光器件，一般有以下几种方式： 掺杂母体是荧光材料，掺杂客体是磷光材料，尽量使母体的单线态激子和三线态激子的能量都转移给客体的三线态激子，然后客体的三线态激子辐射复合发出磷光，这种方式是目前最常用的方法。 掺杂母体和掺杂客体都是磷光材料，这种方式也有报导[8]，但是器件的性能不是很好，还有待于进一步研究。 掺杂母体是磷光材料，掺杂客体是荧光材料，由于母体的能量转移给客体后，客体是荧光材料，只有单线态激子发光，对提高器件的效率没有帮助，所以一般不采用这种方式。 在本章我们利用新型的铼系磷光材料（重金属原子铼的出现显著地增强了自旋－轨道耦合效应）采用在荧光母体CBP中掺杂磷光材料的方式制作了电致发光器件，设计了一种适合于研究电致磷光过程的器件结构，并测试器件的性能，分析了实验结果。 §3.2材料的选择及器件的制备和测试 §3.2.1材料的选择 我们选用NPB作为空穴传输材料，CBP作为掺杂母体，BCP作为空穴阻挡及电子传输材料，铼系磷光材料作为掺杂剂。其中NPB、CBP、BCP材料由购买获得，铼系磷光材料由吉林大学超分子实验室合成。它们的化学结构如图3.1所示。 §3.2.2器件的制备和结构 制备过程与第二章类似。器件结构为ITO/NPB(40 nm)/CBP:铼系磷光材料(30 nm)/BCP(30 nm)/LiF(0.5 nm)/Al(120 nm)。器件的发光面积为2 mm(2mm图3.2为器件的结构示意图。 §3.2.3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、电致发光光谱测试系统、RF-5301PC 荧光光谱仪、沈阳四达真空技术研究所多源有机分子束沉积系统，北京科学仪器厂DM－300B型真空镀膜机。 §3.3在CBP中掺杂不同的铼系磷光材料的器件的性能 图3.3为NPB薄膜及DMFbpy-Re、Dpphen-Re、Dmphen-Re、phen-Re 分别分散在聚碳酸酯薄膜中的光致发光光谱。 §3.3.1在CBP中掺杂DMFbpy-Re的器件性能 图3.4为掺杂不同浓度DMFbpy-Re材料的器件的效率电压曲线。我们可以看出器件的效率随着电压的升高迅速达到最大值，之后随着电压的继续升高而下降。掺杂浓度为6%（重量比）的器件的效率最高，当掺杂浓度太高（2%）或太低（20%）时，器件的效率都不高。 图3.5为掺杂不同浓度DMFbpy-Re材料的器件在外加电