双层有机电致发光器件中多成分激发态发射

在结构为ITO/TPD(60nm)/PBD(60nm)/Al的双层器件观察到了单体发射、激基复合物发射和电荷对复合物发射.该器件和TPD∶PBD(等摩尔)混合蒸发薄膜的光致发光光谱研究表明激基复合物仅在TPD/PBD界面形成.电致发光光谱随偏置变化，反映出各激发态的不同形成机理和不同的占有比例及载流子在器件中动态复合的过程. 关键词： 电致发光 激发态发射 激基复合物 电荷对复合物     

有机电致发光器件中界面激基复合物的形成

在ITO／TPD／PBD／Al双层器件中，电致发光光谱相对于TPD和PBD的荧光光谱有明显的红移。根据对TPD、PBD和TPD：PBD等量混蒸膜的PL激发光谱及电致发光光谱的研究，认为在TPD和PBD的界面产生了激基复合物。另外，该器件发射光谱既有TPD的成分也有激基复合物的成分，并且随着电流的改变，两者的相对强度发生变化。在电流密度增大时，峰值波长向长波方向移动，器件发光颜色由白光变为黄绿光。根据器件能级关系，说明了相关的现象。     

激基复合物给体作间隔层对激子复合区域的调节

为研究激基复合物器件激子复合区域的变化,在TPD/BPhen界面可形成激基复合物发光的基础上,以Ir(pq)2(acac)为探测层,制备器件ITO/Mo O_3(2.5 nm)/TPD((40-x)nm)/Ir(pq)2(acac)(0.5 nm)/TPD(x,x=0,3,6,10 nm)/BPhen(40 nm)/Cs2CO_3/Al,其中靠近BPhen的TPD称之为间隔层。电致发光光谱表明,该组器件的激子复合区域主要位于Ir(pq)2(acac)薄层和TPD/BPhen界面,分别发射595 nm和478 nm的光。随着TPD间隔层厚度的增加和电压的升高,发光区域向激基复合物区域(TPD/BPhen界面)移动,即更多的电子和空穴在TPD/BPhen界面形成激基复合物发光,Ir(pq)2(acac)发光减弱。当间隔层厚度由0 nm增至10nm时,6 V电压下的Ir(pq)2(acac)和激基复合物发光强度的比值由44降至1.5。对于间隔层厚度为6 nm的器件,Ir(pq)2(acac)和激基复合物发光强度的比值由6 V时的2.8降至10 V时的1.0。由此可见,激基复合物给体作间隔层能有效调节激子复合区域。     

基于激基复合物激发态的电致发光材料与器件研究进展

具有分子间电荷转移激发态特性的激基复合物(Exciplex)体系,由于前线分子轨道的分离特性——最高占有轨道(Highest occupied molecular orbital,HOMO)集中分布于给体分子上,最低空轨道(Lowest unoccupied molecular orbital,LUMO)集中分布于受体分子上,因此具有极小的单线态-三线态能级差(ΔE_st)以及热活化延迟荧光(Thermally activated delayed fluorescence,TADF)特性。因此,激基复合物体系的理论内量子效率可以达到100%。由于构建激基复合物体系的给体分子具有空穴传输特性,受体分子具有电子传输特性,因此,激基复合物体系具有平衡的载流子迁移特性,这使得激基复合物体系在作为发光层材料以及混合主体材料制备电致发光器件时具有平衡载流子迁移、扩大激子复合区域、提高器件效率以及降低效率滚降的优势。本文将讨论和总结基于激基复合物激发态体系的电致发光材料与器件基本原理、设计思路以及近期的研究进展。     

新型蓝色荧光材料5,5',6,6'-四苯基-2,2'-联吡嗪的制备和发光性质

以乙二胺和二苯乙二酮为原料合成了5,6-二苯基-2,3-二氢吡嗪(Dpdhpz),Dpdhpz在Ir Cl3·3H2O或三氟化硼乙醚等路易斯酸作用下发生自身氧化偶联得到了5,5',6,6'-四苯基-2,2'-联吡嗪(Dbppz)。在四氢呋喃(THF)溶液中,Dbppz的光致发光(PL)为深蓝色,最大发射峰位于400 nm,CIE坐标为(0.16,0.03)。Dbppz在THF溶液中最大量子效率为89%,在聚苯乙烯薄膜(Dbppz质量分数5%)中的量子效率为78%。将Dbppz制备成器件结构为ITO/HAT-CN(5 nm)/NPB(40 nm)/Dbppz(20 nm)/Tm Py PB(40 nm)/Li F(1 nm)/Al(100 nm)的非掺杂电致发光器件。实验发现,该非掺杂器件并没有产生预期的蓝色发光,而是意外地得到了一个白光器件。我们推测产生白光发射的原因与发光层和空穴传输层之间相互作用有关。由于空穴传输层NPB的芳胺结构具有电子给体性质,而Dbppz的吡嗪结构具有电子受体结构,发光层与空穴传输层的界面发生了电子给体和电子受体的相互作用,形成了激基复合物。在电致发光(EL)光谱中,除了Dbppz发光材料在415 nm的发射外,在550 nm还出现强的激基复合物的发射。激基复合物的产生使得EL发射出现了长波长光谱,同时减弱了发光层的"本征"发光。蓝色"本征"发光与激基复合物的黄色发光构成了一个CIE坐标值为(0.27,0.33)(亮度100 cd/m2)的白光器件。器件最大外量子效率、最大功率效率和最大电流效率分别为44%、0.74 lm/W和1.04 cd/A。     

白色有机电致发光器件中多组份电致激基复合物形成及抑制

从荧光-磷光复合结构的有机电致发光器件的研究入手,采用OXD-7作为蓝色荧光发光层,Ir(MDQ)2acac掺杂在母体材料作为红橙磷光发光层,设计制备了双波段白光有机电致发光器件。研究中发现,OXD-7,Alq3和NPB的三组分协同作用可以导致电致激基复合物的产生,以及由此导致的光谱红移,并使得器件发光效率降低。通过插入TDAF中间层可以有效地抑制激基复合物的产生,同时,通过控制载流子传输的平衡,以及磷光材料的掺杂浓度,可以获得器件发光亮度、效率的提升。     

PVK/BCP体系电致激基复合物的研究

在PVK/BCP双层电致发光器件中发现了电致激基复合物的发光,器件的光谱中,除了有与光致发光相同的发光峰,在长波方向还有一个新的发光峰,该发光峰就是电致激基复合物的发光,发光来源于BCP的激发态向PVK基态的跃迁。PVK∶BCP混合型器件由于复合区域扩展,BCP分子可以与PVK充分接触,因此电致激基复合物的发光更强。不论是在双层器件还是在混合型器件中,随驱动电压的增加,电致激基复合物的发光都会增强,而混合型器件更加明显,当电压比较高时,器件只有电致激基复合物的发光了,而没有本征发光。     

聚合物/碳量子点复合EL器件及光谱移动机理

制备了结构为ITO/PEDOT∶PSS/polyvinylcarbazole(PVK)/carbon quantum dots(CDs)/LiF/Al的电致发光器件。器件的发光光谱显示:在电压从7 V增大到13 V的过程中,光谱峰值从380 nm移动到520 nm,色坐标由(0.20,0.20)移动到(0.29,0.35)。经与PL光谱对比认为,EL光谱包含了PVK与碳量子点的双重贡献,随着电压的增大,碳量子点的发射逐渐增强,PVK发光先增强后减弱。结合器件能级结构讨论了器件的发光机制,认为低电场下的PVK兼具发光层和电子阻挡层的功能,EL光谱为PVK层和碳量子点的发光叠加;随着电场强度的增大,碳量子点和PVK界面区的空间电荷阻止了电子向PVK的传输,光谱转变为由碳量子点和激基复合物的共同贡献。     

3DTAPBP的双分子激发态——电致激基缔合物和激基复合物

研究了苯胺类化合物3DTAPBP(2,2’-二(3-二对甲苯基氨基苯基)联苯)的双分子激发态。首先,制备了3DTAPBP的单层有机发光二极管(OLED)：ITO/MoO₃/3DTAPBP/LiF/Al,其电致发光光谱中不仅含有3DTAPBP的单体激子发光(中心波长约420 nm,蓝光),还观察到电致激基缔合物的发光(峰值为578 nm, 黄光)。由单体发光和电致激基缔合物发光可以混合得到白光,如：7.0 V电压下,3DTAPBP的单层器件的色坐标为(0.36, 0.31),器件结构非常简单。不过由于单层器件中载流子注入和传输的严重不平衡,亮度和效率极低。此外,在3DTAPBP与电子传输材料TPBi(1,3,5-三(1-苯基-1H-苯并咪唑-2-基)苯)构成的双层器件(ITO/MoO₃/3DTAPBP/TPBi/LiF/Al)中,由于载流子在界面处的堆积,观察到3DTAPBP/TPBi界面处形成激基复合物发光(中心波长约490 nm),对应光子的能量和3DTAPBP与TPBi的HOMO(最高占有轨道)-LUMO(最低未占有轨道)能级差基本吻合。对双层器件的电致发光光谱进行洛伦兹分解拟合,发现随着电压的增加,激基复合物发光减弱,原因是更多的载流子越过3DTAPBP/TPBi界面势垒,相应的3DTAPBP的单体激子发光逐渐增强。4,6和8 V驱动电压下,双层器件的色坐标分别为(0.28, 0.35),(0.24, 0.29)和(0.27, 0.28),随着驱动电压的增大,发光颜色逐渐趋于白色。双层器件的最高亮度和最大电流效率分别达1 349.2 cd·m-2,1.22 cd·A-1。     

利用钆配合物调节激基复合物发光颜色的一种有机发光二极管

报道一种可用钆配合物[Gd（DBM）3bath]调节电致发光（EL）颜色的有机发光二极管（OLED）。该有机发光二极管是在空穴传输层（m-MTDATA）和电子传输层（TPBI）之间插入-薄层Gd（DBM）3bath。随着Cd（DBM）3bath厚度增加,二极管的发光颜色呈现出绿色（主峰525nm）-黄色-橙色（主峰593rim）变化。该二极管的电致发光主要来自界面激基复合物的发射而不是来自各有机功能层;而发光颜色的变化是由于两种激基复合物发射的相对强度的改变。     

The effect of driving voltage on the electroluminescent property of a blend of poly(9-vinylcarbazole) and 2-(4-biphenylyl)-5-phenyl-1,3,4-oxadiazole

The impact of driving voltage on the electroluminescence (EL) from organic light emitting diode with ITO/PVK:PBD:TBAPF₆(10:10:1)/Al structure was analyzed by the method of Gaussian fitting. Indium tin oxide (ITO) was used as anode, poly(9-vinylcarbazole) (PVK) as polymeric host, 2-(4-biphenylyl)-5-phenyl-1,3,4-oxadiazole (PBD) as electron-transporting molecule, tetrabutylammonium hexafluorophosphate (TBAPF₆) as organic salt and aluminium (Al) as cathode. A broad EL has been observed and it could be attributed to the overlap of emission from four different excited state complexes, including PVK:PBD exciplex, PVK:PBD electroplex, PBD electromer and PVK electromer. The EL spectra shifted to longer wavelength with the increase of driving voltage. The ratio of PVK electromer to PVK:PBD exciplex emission intensity first declined slightly and then increased remarkably, while the relative intensity of combination of PVK:PBD electroplex and PBD electromer emission remained unchanged when the voltage was increased.     

Charge tunneling and cross recombination at organic heterojunction under electric fields

Electroluminescence (EL) of bilayer organic light-emitting diodes based on N,N'-diphenyl-N,N'-bis(3-methylphenyl)-(1,1'-biphenyl)-4,4'-diamine (TPD) and 2-(4'-biphenyl)-5-(4”-tert-butylphenyl)-1,3,4-oxadiazole (PBD) were reported. The EL spectra of bilayer device ITO/TPD/PBD/Al consist of monomolecular emission from TPD, exciplex emission and charge carriers cross recombination at the TPD/PBD interface. By varying the thickness of each organic layer while keeping the thickness of the whole device constant, three kinds of bilayer devices were fabricated and their EL and photoluminescence spectra were compared with each other, and our experimental data show that charge tunneling and cross recombination coexist at the TPD/PBD interface, and these two processes compete with each other under high electric fields.     

Organic single-quantum-well electroluminescent device

A new kind of single-quantum-well electroluminescent (EL) device consists of a hole transport N,N-Bis(3-methyphenyl)-N,N-diphenylbenzidine(TPD) layer, and electron transport 8-(quinolinolate)-aluminum(Alq) layer and a light emitting layer of Alq doped with 5,6,11,12-tetraphenylnaphthacene (rubrene) has been fabricated by the multisource-type high-vaccum organic molecular deposition. The dopant rubrene is as a potential well, and the undoped Alq layer is as a barrier layer. The EL spectra shows the spectral narrowing and the emission peak energy blue-shift, and the efficiency and luminance of the device have been significantly improved. The experimental phenomena is explained as the result of recombination of carriers from the quantized energy state.     

ZnS薄膜参数对有机/无机复合发光器件特性的影响

半导体量子点(QDs)具有发光效率高和发光波长可调等特点。采用胶体CdSe QDs作电致发光器件的有源材料,TPD(N,N′-biphenyl-N,N′-bis-(3-methylphenyl)-1,1′-biphenyl-4,4′-diamine)作空穴传输层,ZnS作电子传输层,研究了有机/无机复合发光器件ITO/TPD/CdSe QDs/ZnS/Ag的电致发光特性。TPD和CdSe QDs薄膜采用旋涂方法、ZnS薄膜采用磁控溅射方法沉积,器件表面平整。CdSe QDs的光致发光和电致发光谱峰位波长均位于～580 nm,属于量子点的带边激子发光。我们与以前的ITO/ZnS/CdSe QDs/ZnS/Ag发光器件结构进行了对比,发现新的器件结构的电致发光谱没有观察到QDs表面态的发光,而且新器件的发光强度是ITO/ZnS/CdSe QDs/ZnS/Ag结构的～10倍。发光效率的提高归因于碰撞激发与载流子注入两种发光机制并存的结果：一方面电子经过ZnS 层加速后,碰撞激发CdSe QDs发光;另一方面,空穴从TPD层注入CdSe QDs 与QDs中激发的电子复合发光。我们进一步研究了ZnS电子加速层厚度对发光特性的影响,选择ZnS薄膜的厚度分别是80,120 和160 nm,发现随着ZnS层厚度增大,器件启亮电压升高,EL强度增大,但是击穿电压降低。EL峰位随着ZnS厚度的减小发生明显蓝移,对上述实验现象进行了机理解释。     

一种新型的稀土Tb配合物的光致和电致发光性能的研究

用一种新型的含酚羟基的Schiff碱三足配体H₃L3稀土Tb配合物作发光层制备了三层结构电致发光器件,器件在正向直流偏压下发出明亮的绿光。器件的电致发光(EL)光谱和Tb配合物薄膜的光致发光(PL)光谱与典型的Tb配合物的发光光谱相同。研究了器件发光及电学特性,讨论了该种新型的稀土Tc配合物的发光机理。     

TPD/PBD界面电致激基复合物几何结构和 电子结构的理论

利用第一性原理对由TPD⁺和PBD^-形成的电致激基复合物(TPD⁺PBD^-)进行基于密度泛函的能量、轨道等性质的计算。结果表明:界面处离子态的TPD⁺ 和 PBD^-更易形成处于更低能量状态的电致激基复合物。几何结构的数据分析表明:电致激基复合物(TPD⁺PBD^-)是电子从PBD^-转移至TPD⁺形成的电荷转移态;电致激基复合物的最低空轨道(LUMO)定域在电致激基复合物PBD^- 的一侧;它的最高占据轨道(HOMO)定域在电致激基复合物TPD⁺的一侧;且前线分子轨道无重叠。电致激基复合物的能隙为1.3 eV,与PBD 的LUMO到TPD的HOMO的能级差1.6 eV相近。在理论上说明了电致激基复合物的发光是从PBD的LUMO到TPD的HOMO的电子跃迁。     

Influence of heterojunction interface on exciplex emission from organic light-emitting diodes under electric fields

In this paper, electroluminescence from organic light-emitting diodes based on 2-(4^′-biphenyl)-5-(4^′′-tert-butylphenyl)-1,3,4-oxadiazole (PBD) and N,N^′-diphenyl-N,N^′-bis(3-methylphenyl)-(1,1^′-biphenyl)-4,4^′-diamine (TPD) is reported. Based on the exciplex emission from the TPD/PBD interface under high electric fields, the influence of the TPD/PBD interface on exciplex emission was investigated by increasing the number of TPD/PBD interfaces while keeping both the total thickness of the TPD layer and the PBD layer constant in the multiple quantum-wells (MQW) device ITO/TPD/[PBD/TPD]_n/PBD/Al (n is the well number that was varied from 0 to 3). Our experimental data shows that exciplex emission can be enhanced by suitably increasing the well number of this kind of MQW-like device. PACS 78.60.Fi; 78.55.Kz; 73.61.Ph     

有机电致发光器件中新型芴类小分子材料的光谱特性

针对新型芴类小分子材料6,6′-(9H-fluoren-9,9-diyl)bis(2,3-bis (9,9-dihexyl-9H-fluoren-2-yl) quinoxaline) (BFLBBFLYQ)和空穴传输材料N,N′-biphenyl-N,N′-bis-(3-methylphenyl)-1, 1′-biphenyl-4,4′-diamine(TPD)及二者混合体系的荧光光谱和吸收光谱进行了测试表征,制备了结构为indium-tin oxide (ITO)/BFLBBFLYQ∶TPD/Alq/Mg∶Ag的双层有机电致发光器件。研究发现,BFLBBFLYQ∶TPD混合薄膜存在一个不同于单独分子薄膜的低能量发射光谱,发光峰在530 nm处,与tris(8-hydroxyquinolinato)aluminum(Alq)薄膜的荧光光谱相同,亦与结构为BFLBBFLYQ∶TPD/Alq双层器件的电致发光光谱相同。鉴于荧光染料4-(dicyanomethylene)-2-tert-butyl-6(1,1,7,7-tetramethyljulolidyl-9-enyl) -4H-pyran(DCJTB)的吸收光谱与Alq的荧光光谱有很好的重叠,利用Forster能量传递理论,将DCJTB红色染料引入双层器件,通过调节掺杂位置,考察器件的发光光谱情况,进而对BFLBBFLYQ∶TPD/Alq双层器件的载流子复合区域进行了研究。结果表明,双层器件的载流子复合区域位于BFLBBFLYQ∶TPD/Alq界面附近的Alq层内。     

微腔有机发光器件中的电致发光光谱

设计了结构为Glass/DBR/ITO/TPD/Alq3/Ag的微腔有机发光器件。从理论上详细地研究了腔内各层结构对器件电致发光谱性能的影响。结果表明:随着腔长厚度的增加,器件的归一化电致发光谱强度不断减小;在可见光区,器件的EL谱随发光层厚度的增加出现振荡变化。空穴传输层和发光层的界面位置对器件电致发光谱的影响也很大。最后得到,在设计微腔时发光层厚度要尽量窄,并且中心发光区域应位于谐振腔中电场的峰值位置。