不同玻璃基板对蓝光OLED的影响

摘 要：文章使用ADN:TBPe作为荧光金属微腔OLED的发光层，以高反射的Al膜作为阴极顶电极，以半透明的Al膜作为阳极底电极，在不同的玻璃基板上制备了结构为Glass/Al(15nm)/MoO3(60nm)/NPB(40nm)/ AND:TBPe(30nm,3%)/Alq3(20nm)/LiF(1nm)/Al(140nm)的荧光金属微腔OLED，研究了在普通玻璃及粗化玻璃的粗糙面和平滑面上蒸镀器件时的光学及电学性能影响。实验结果表明，当蒸镀面为光面时，其器件效率及亮度都优于其它器件。

关键词： 蓝光OLED；微腔；玻璃基板

中图分类号：TN383+.1 　 文献标识码：B

The Impact of Different Glass Substrate on Blue OLED

MU Xi-yuan, ZHANG Jing, MU Qiang

(College of Electrical & Information Engineering, Shaanxi University of Science & Technology, Xi'an Shaanxi 710021, China)

Abstract: The metallic microcavity OLED employed a structure of Glass/Al(15nm)/MoO3(60nm)/NPB(40nm)/AND:TBPe(30nm,3%)/Alq3(20nm)/LiF(1nm)/Al(140nm), using ADN-TBPe as the light emitting. The cavity structure was construed of the highly reflective Al cathode and the semitransparent Al anode. Studied in the optical and electrical performance impact when evaporation devices on different glass substrate. The results show: When the evaporation surface is smooth, the efficient and luminance are both superior to the other device.

Keywords: OLEDs; microcavity; glass substrate

引　言

作为最有潜力成为下一代显示及照明技术的有机发光二极管器件（organic light-emitting diodes，OLED），拥有自主发光、全固态结构、厚度薄、响应时间短、视角宽、发光效率高等诸多优点[1,2]。有机电致发光技术最终目标是全色显示，实现全彩显示首先要获得RGB三基色。OLED的技术关键在于发光效率、亮度及与使用寿命有关的材料稳定性，迄今，全面满足要求的只有绿光材料，而红光和蓝光材料的性能与实际应用还有不小的差距。

目前提高蓝光的发光效率，一种方法是通过微腔结构来改变染料的颜色[3,4]。事实上，传统OLED通过界面较弱的反射形成微腔，微共振腔效应能使光线在空间及谱线上的分布重新分配，进而直接影响器件的各项特性。同时，微腔结构使得发光具有较强的方向性，减少了OLED中波导效应造成的能量损失，提高器件的出光耦合效率，最终能够明显提高器件的发光效率。

另一种方法是减少玻璃与空气界面的全反射，可以减少衬底模式对光的吸收，增加出光率。常用的方法有玻璃表面粗化[5]、涂布微球粒[6]及覆盖散射介质[7]等。玻璃表面粗化后可以使入射光进入散射层后经过多次散射而出光，减少全反射损失，Shiang和Duggal提出了散射层的设计理论[8]，Do等人提出了在基板与ITO间制造二维光子晶体[9]。

在本文中，我们设计了一种强微共振腔结构的蓝光OLED，利用微腔原理提高蓝色荧光有机发光显示器（OLED）的色纯度。并且在不同的玻璃基板上蒸镀了OLED器件，研究了玻璃基板的表面对器件光电性能的影响。经实验初步研究表明：当蒸镀面为光面时，其效率优于其它器件。

1　实验部分

1.1　器件制备

本实验所涉及的材料来源为：有机材料NPB购于吉林奥来德光电材料股份有限公司，Alq3购于西安瑞联近代电子材料有限责任公司，MoO3购于Sigma-Aldrich公司。

镀膜机采用沈阳真空研究所研制的OLED-V型有机多功能成膜设备。将平整度较好的玻璃依次用丙酮、乙醇各超声清洗15min左右，再用纯净水冲洗，将冲洗干净的玻璃用氮气枪吹干。将处理过的玻璃基板首先置于预处理室进行等离子轰击15min，接着用机械手传递至主真空腔体内，待真空度抽到6×10-4Pa左右进行依次蒸镀。所设计的强微共振腔OLED结构为：

Glass/Al(15nm)/MoO3(60nm)/NPB(40nm)/AND:TBPe(30nm,3%)/Alq3(20nm)/LiF(1nm)/Al(140nm)

该强微共振腔由全反射的Al阴极和半透明的Al阳极构成，在不同玻璃基板上制备了三种器件。

1.2　器件性能表征

器件的各种特性由电脑连接Keithely2400电源进行测量和PR-655 SpectraScan采集。该OLED器件的发光面积约为0.72cm2，所有器件均在室温空气中未封装测量。

2　分析及讨论

图1所示为三种器件的电流-电压特性曲线。由图可知，在不同表面蒸镀器件时，器件的启亮电压几乎没有明显变化，均为4V左右。在电压相对较低时，三种镀膜方式对应的电流密度趋势基本相同，随着电压增加，普通玻璃镀膜的电流密度要高于其它两种，而光面镀膜的电流密度也高于粗面镀膜。这是因为三种器件有相同的结构，而平面器件的接触面积较小，所以在相同电压下其电流密度更大。而随着电压的增大，更显著的电流导致电流密度差距更大。

图2所示为三种器件的电压-亮度特性曲线。可以看到，三种器件有着相同的变化趋势，随着电压的增长，亮度逐渐增大。在8.5V时三种器件的亮度分别为：普通玻璃器件4,875cd/m2，光面镀膜器件4,445cd/m2，粗面镀膜器件3,784cd/m2。可以看出普通玻璃器件的亮度最高，其次是光面镀膜器件。但由图1可以看出，普通玻璃器件的电流密度同样是大于其它器件，而光面镀膜器件亮度曲线整体与普通玻璃曲线几乎重合，只有最高点略有区别，但是光面器件的电流密度却也低于普通器件。

图3所示为三种器件的电流效率-电流密度特性曲线。仔细比较这一系列器件的电流效率-电流密度曲线可以发现，普通玻璃器件在电流密度21.52mA/cm2下达到其最大发光效率（2.17cd/A），光面镀膜器件在电流密度约10.74mA/cm2时达到其最大发光效率（2.6cd/A），而粗面镀膜器件器件在电流密度10.7mA/cm2下达到最大发光效率（2.13cd/A），由此可知使用光面镀膜可以提高发光效率。

图4所示为三种器件的功率效率-密度曲线。可以看出，光面镀膜器件和粗面镀膜的器件都在相对较低的电流密度（21.5mA/cm2）下达到其最大功率效率1.14 lm/W。相比普通玻璃器件，使用这种有粗面光面的玻璃后，其功率效率得到提高。高的功率效率依赖于良好的载流子注入，因此光面镀膜可以有效地提高载流子的注入。

从达到最大电流效率和功率效率时最大值的电流密度来比较，光面镀膜器件都优于其它器件。

图5所示为两种器件在8V时的发光光谱，光谱代表了光组分中各波长的相对强度。OLED属于主客体掺杂发光，到达发光层的空穴与电子激发产生激子，激子从主体材料可以转移到客体材料，这样既提高了发光效率，又增强了稳定性，减少非辐射能量转移[10]。对于发光层为ADN:TBPe的蓝光器件，由于激子主要在ADN中生成，并通过Forster能量转移机制传递给TBPe，显见两者间可发生很好的能量转移[11]。

所使用的器件结构为具有两金属反射镜面的微共振腔有机发光器件，相比常规ITO做阳极的OLED器件，光谱有明显的窄化。一般OLED器件的半高宽约为100nm左右，而本微腔结构的半高宽小于50nm。微腔效应的作用在于光谱窄化，光强增强，因此具有更好的饱和度。对于光面镀膜器件的色坐标为（0.14，0.07），其色纯度良好。

3　结　论

本实验使用ADN:TBPe作为荧光金属微腔OLED的发光层，以高反射的Al膜作为阴极顶电极，以半透明的Al膜作为阳极底电极，在不同的玻璃基板上制备了结构为Glass/Al(15nm)/MoO3(60nm)/NPB(40nm)/AND:TBPe(30nm,3%)/Alq3(20nm)/LiF(1nm)/Al(140nm)的荧光金属微腔OLED，研究了在普通玻璃及粗化玻璃的粗糙面和平滑面上蒸镀器件时的光学及电学性能影响。实验结果表明，当蒸镀面为光面时，其器件效率及亮度都优于其它器件。

参考文献

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[2] Han Shiliang, Yuan Yongbo, Lian Jiarong, et al. The effects of ITO anode resistance on OLEDs performance[J]. Chin. J. Lumin., 2008, 29(3): 429-432.

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[4] Tsutsui T, Takada N, Saito S, et al. Sharply directed emission in organic electroluminescent diodes with an optical-microcavity structure[J]. Appl. Phys. Lett, 1994, 65, 1868.

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[8] 陈金鑫，黄 孝. OLED有机电致发光材料与器件[M]. 北京：清华大学出版社，2007：23-24.

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[10] Shi J, Tang C W. Dodeped organic electroluminescent device with improved stability[J]. Appl. Phys Lett., 1997, (70): 1665-1667.

[11] 李新贝，张术鹏，李洪法. 基于AND：TBPe发光层的蓝光OLED器件[J]. 液晶与显示，2007，22（5）：520-523.

作者简介：牟曦媛(1991-)，女，陕西西安人，陕西科技大学在读本科生，研究方向为显示技术应用，E-mail：。