深陷阱对有机磷光双掺杂体系电致发光器件效率衰退的影响

研究利用溶液法制备的有机磷光双重掺杂体系电致发光器件的光致发光特性与电致发光特性,并研究了在这种体系中深能级陷阱导致的器件效率衰退现象。首先利用紫外光谱仪和光致瞬态寿命测试系统对基于旋涂法制备的以宽带隙材料4,4’-bis(N-carbazolyl)-1,1’-biphenyl（CBP）为主体,绿色磷光材料tris(2-phenylpyridine) iridium(Ⅲ)（Ir(ppy)₃）和红色磷光材料tris(1-phenylisoquinolinato-C2,N)iridium(Ⅲ)（Ir(piq)₃）为客体材料的薄膜进行了光致发射光谱测试和薄膜在Ir(ppy)₃发光峰516 nm处的光致发光寿命测试,实验发现在Ir(ppy)₃掺杂比例保持定值时,随着深能级掺杂材料Ir(piq)₃的引入,其光致发光光谱中Ir(ppy)₃的相对发光强度减弱且发光寿命变短,当Ir(piq)₃掺杂浓度继续提高时,薄膜光致发光光谱基本保持不变且Ir(ppy)₃的发光寿命基本不变。实验说明在低浓度掺杂下两者的三线态能级之间存在着能量传递,但当掺杂浓度达到高浓度时,能量传递主要来自于主客体之间的传递,两者作为独立的发光中心发光。然后利用溶液法制备了发光层分别为CBP∶Ir(ppy)₃,CBP∶Ir(ppy)₃∶Ir(piq)₃和CBP∶Ir(ppy)₃∶PTB7的三组器件,器件结构为ITO/PEDOT∶PSS/Poly-TPD/EML/TPBi（15 nm）/Alq₃（25 nm）/LiF（0.6 nm）/Al（80 nm）。在Ir(ppy)₃和Ir(piq)₃共掺杂器件和Ir(ppy)₃单掺杂器件的对比实验中发现,加入一定比例的深能级材料后,器件的电致发光光谱发生改变,Ir(piq)₃的相对发光强度增强,器件发光效率下降且效率滚降现象明显。通过对器件进行J-V测试,发现在Ir(ppy)₃单掺杂器件中陷阱填充电流随着掺杂材料浓度的提高而提高,但在加入等浓度深能级材料Ir(piq)₃后,陷阱填充电流基本保持一致。瞬态电致发光测试表明,随着Ir(ppy)₃掺杂比例的提高,器件内由于陷阱载流子释放而产生的瞬时发光强度降低,这是由于Ir(ppy)₃具有一定的传导电荷作用,会减少器件中的陷阱载流子,这进一步说明了具有较深能级的Ir(piq)₃是限制载流子的主要能级陷阱。同时发现随反向偏压的增大,瞬态发光强度增大且发光衰减加速,这是因为位于深能级陷阱的载流子在高电压下被释放,重新复合发光,说明深能级陷阱的确限制住了大量载流子,而由于主体三线态激子具有较长的寿命,激子间相互作用产生的单线态激子在高反压下解离,从而引起三线态激子-极化子相互作用的加剧,导致发光衰减加速。在窄带隙聚合物材料PTB7与Ir(ppy)₃共掺杂器件实验中发现,随着PTB7掺杂浓度提高,陷阱浓度变大且器件效率降低,具有较深能级的PTB7成为了限制载流子的深能级陷阱。因此说明在双掺杂有机磷光电致发光器件中,深能级材料会成为限制载流子的能级陷阱,引起载流子大量堆积,从而导致三线态激子与极化子相互作用加剧,使器件的发光效率衰退。     

电场变化对有机磷光器件中激子形成影响的研究

激子形成区域随电场变化的移动会使得有机电致发光器件(OLEDs)的效率和色度发生改变,从而影响器件的性能。文章首先制备了两种OLED器件,器件1为ITO/PEDOT∶PSS/PVK∶Ir(ppy)₃∶DCJTB (100∶2∶1 wt)/BCP(10 nm)/Alq₃(15 nm)/Al,器件2为ITO/PEDOT∶PSS/PVK∶Ir(ppy)₃(100∶2 wt)/BCP(10 nm)/Alq₃(15 nm)/Al,研究了电场强度对单层多掺杂结构器件激子形成的影响。实验发现在多掺杂发光层中,随着电压的增加,Ir(ppy)₃,PVK和DCJTB的发光均增强,PVK和DCJTB发光增强更快。对其发光机制进行分析,认为较高电场下,载流子获得较高能量,更容易形成高能量激子,产生宽禁带材料PVK的发光;另一方面,从能级结构分析DCJTB的带隙较窄, 俘获更多的载流子发光更强。同时,在器件的电致发光(EL)光谱发现在460 nm处一新的发射峰, 发光随着电压的增大相对减弱。为了研究460 nm发光的来源,制备了器件：ITO/PEDOT∶PSS/PVK∶BCP∶Ir(ppy)₃(x∶y∶2 wt)/Alq₃(15 nm)/Al, 改变x, y的比值研究发现,460 nm处的发光依然存在,推测此发光峰应与PVK及BCP之间有关。     

采用瞬态电致发光研究磷光掺杂体系发光瞬时过冲的发射机理

掺杂型有机电致发光器件中载流子累积、载流子复合等物理过程的深入了解对提高器件效率和稳定性有重要作用。通过瞬态电致发光测量可以研究掺杂型有机电致发光器件内部载流子累积。对结构为: ITO/NPB(30 nm)/host: Ir(ppy)₃/BCP(10 nm)/Alq₃(20 nm)/LiF(0.7 nm)/Al(100 nm)的器件分别研究主体材料以及客体掺杂浓度变化对有机掺杂型器件瞬态发光行为的影响。实验发现,当单脉冲驱动电压关闭后,只有TAZ: Ir(ppy)₃掺杂器件出现发光瞬时过冲现象,即发光强度衰减到一定时间时突然增强;且随着客体掺杂浓度的增加,瞬时过冲强度逐渐增强。通过分析TAZ: Ir(ppy)₃掺杂器件的瞬时过冲强度对主体材料与掺杂浓度的依赖关系,进一步发现,瞬时过冲效应强度主要受限于发光层内部积累的电子载流子;TAZ: Ir(ppy)₃发光层内电子容易被客体材料分子俘获并积累,电场突变时陷阱电子容易跳跃到主体材料上并与主体材料上积累的空穴形成激子,激子能量传递到客体材料上并复合发光继而出现发光强度的瞬时过冲现象。研究发光瞬时过冲行为可探究器件发光层内的载流子和激子的动态行为,有利于指导器件的设计,从而减少积累电荷的影响,提高器件的性能。     

荧光染料和磷光染料激子形成截面的比较

为了比较单线态激子与三线态激子形成截面的大小,作者将荧光染料4-(dicyanomethylene)-2-t-butyl-6-(1,1,7,7-tetramethyljulolidyl-9-enyl)-4H-pyran (DCJTB) 和磷光材料factris-(2-phenylpyridine) iridium [Ir(ppy)₃]共掺杂在N-vinylcarbazole (PVK)中作为发光层,制作了多层有机电致发光器件。通过对其光致发光及电致发光特性的研究,计算出Ir(ppy)₃激子的形成截面比DCJTB激子的形成截面大得多。     

Ir(ppy)3掺杂PVK体系发光特性的研究

对常温下磷光染料Ir(ppy)3掺杂PVK薄膜的光致发光(PL)和电致发光(EL)特性进行了研究。器件结构为ITO/PEDOT:PSS/PVK:Ir(ppy)3/BCP/Alq3/Al。实验发现随磷光材料掺杂浓度的不同,器件的发光性能发生变化。当浓度适宜时,主体材料PVK的发光很弱,主要为Ir(ppy)3的磷光发射。通过L-I-V特性曲线的比较,掺杂浓度为5%的光电性能最好,说明器件在掺杂浓度为5%时效果最佳。     

基于PVK的高色纯度高稳定性有机电致红光器件

利用旋涂法和真空蒸镀法相结合的方法,根据能量空间传递的原理制备了PVK ∶ Ir(piq)₂(acac)体系的红色有机电致发光显示器件。器件的结构为ITO/CuPc/PVK ∶ Ir(piq)₂(acac)/BCP/Alq₃/LiF/Al。研究了不同主客体掺杂比对器件发光性能的影响,得到了高色纯度、单色性较好的红光器件。当Ir(piq)₂(acac)掺杂的质量比为1 ∶ 0.08时,器件的综合性能达到最佳,发光峰位于625 nm,CIE坐标为(x=0.66,y=0.33)。通过对各层厚度的合理选择,形成相对优化的微腔结构,充分利用其对光谱的窄化效应,使得器件的EL光谱的发射半峰全宽仅为55 nm,提高了器件的发光性能。器件光谱具有很好的单色性,色纯度达到98.2%。     

两种主体材料中Ir(ppy)_3和Rubrene的能量传递特性

OLED技术被认为是最有可能取代液晶显示的全新技术,而OLED中的有机电致磷光器件是近年来的研究热点.有机电致磷光器件的发光层往往采用主客体掺杂体系,主客体分子内的能量传递是磷光发光体分子被激发的主要途径,因此选择吸收能量和传递能量好的主体材料是改进有机电致磷光器件性能的主要途径之一.文章分别以PVK和CBP作为主体材料,以磷光材料Ir(PPY)3和荧光材料Rubrene作为掺杂剂,制备了不同配比的器件,研究了主体材料和掺杂剂之间的能量传递特性.结果发现,这两种主体材料分别通过Ir(ppy)3向Rubrene传递能量是主要的能量传递机制,而且CBP作为主体时能量传递比PVK更充分.另外掺入Ir(ppy)3后的器件比不掺Ir(ppy)3的器件在相同电压下的光功率明显增强.当我们增加Ir(PPY)3的浓度时,相同电压下的光功率下降,浓度猝灭效应增强.     

掺磷光材料有机电致发光器件的能量传递

将高量子效率的磷光材料fac-tris-2-phenylpyridine iridium(III) (Ir(ppy)3)按不同的比例掺杂到具有载流子传输能力的主体材料poly(N-vinylcarbazole) (PVK)中作为发光层制备磷光电致发光器件。通过对器件发光机制的研究,发现光致发光过程中起主导作用的是Fo¨ster能量转移机制;而在电致发光过程中,器件的发光性能受Dexter能量转移和电荷陷获2种能量传递形式的影响。器件的I-V-L特性表明：Ir(ppy)3的掺杂比例为5%时,器件的光功率效率最大,能量转移最充分。     

Ir（PPY）3对Rubrene荧光材料的敏化性研究

最近几年,磷光器件是有机电致发光研究领域和产业化的一大热点。在实验中作者发现PVK∶PBD∶Rubrene共掺体系的发光中存在较强的PVK发光,能量传递不充分。由于一些具有重金属离子的有机物,存在强的自旋-轨道耦合作用,引入到共掺体系可以充分利用单线态和三线态的发光,从而获得高于一般有机材料器件所达到的内量子效率。为获得单色性较好的Rubrene发光,作者将磷光敏化剂Ir(ppy)3引入到PVK∶PBD∶Rubrene共掺溶液中,得到了纯正Rubrene发光,Forester能量传递也更加充分。当进一步提高Rubrene掺杂浓度以后,单色性Rubrene发光更加明显,并讨论了Ir(ppy)3所起的作用和器件的发光机理。磷光材料与有机小分子材料共掺的方法,可以有效提高器件的发光亮度及效率。     

Ir(Fppy)_3掺杂PVK体系发光特性的研究

对蓝色磷光材料Ir(Fppy)3不同浓度掺杂PVK薄膜的光致发光(PL)和电致发光(EL)特性进行了研究。并制备了结构为ITO/PEDOT:PSS/PVK:Ir(Fppy)3/BCP/Alq3/LiF/Al的蓝色磷光有机电致发光器件。实验结果发现,磷光材料掺杂浓度不同,器件发光特性不同。当Ir(Fppy)3掺杂浓度比较低时,EL光谱中可以观察到PVK较弱的发光;当Ir(Fppy)3掺杂浓度较高时,会发生浓度猝灭;当Ir(Fppy)3掺杂浓度比较适中时,EL光谱中观察不到PVK的发光,只有Ir(Fppy)3的发光。通过I-V-L特性的比较,当掺杂浓度为4%时,器件的光电特性最好。     

磷光材料fac-tris(2-phenylpyridinato-N，C2′)iridium(Ⅲ)对不同荧光材料的敏化作用及发光机制分析

在荧光材料中掺杂合适的磷光敏化剂,可以大大提高荧光有机电致发光器件(OLED)的效率。选择磷光材料知fac-tris(2-phenylpyridinato-N,C^2′)iridium(Ⅲ)(Ir(ppy)3)分别与荧光材料4-(dicyanomethylene)-2-t-butyl-6-(1,1,7,7-tetramethyljulolidyl-9-enyl(DCJTB)、5,6,11,12,-tetraphenylnaphthacene(Rubrene)掺杂作为发光层,当掺杂质量比合适时,磷光材料的发光消失,得到了纯正的荧光材料的发光。同时,对磷光材料的敏化作用及发光机制进行了分析,比较了Ir(ppy)3对两种不同荧光材料的敏化作用强弱,发现Ir(ppy)3对荧光材料Rubrene的敏化作用更强。对影响敏化作用的因素进行了分析,推测其原因与磷光材料和荧光材料的相容性质有关。     

Ir配合物染料调节有机发光二极管发光特性

为了研究有机发光二极管(OLED)中发光特性与材料能带结构的关系,把不同的Ir配合物染料掺杂到结构相同的OLED器件中。OLED结构为ITO/NPB/CBP∶染料/TPBi/Mg∶Ag/Ag,染料分别为Ir(MDQ)2(acac)、Ir(ppy)3和Firpic。实验表明,这3种染料对应的掺杂器件分别发红光、绿光和蓝光。3个器件的阈值电压基本一致((6为了研究有机发光二极管(OLED)中发光特性与材料能带结构的关系,把不同的Ir配合物染料掺杂到结构相同的OLED器件中。OLED结构为ITO/NPB/CBP:染料/TPBi/Mg:Ag/Ag,染料分别为Ir(MDQ)₂(acac)、Ir(ppy)₃和Firpic。实验表明,这3种染料对应的掺杂器件分别发红光、绿光和蓝光。3个器件的阈值电压基本一致((6±0.1) V),但是,在100 cd/m²亮度下,绿光器件外量子效率最高(7.64%),蓝光器件外量子效率(5.65%)与绿光相近,红光器件外量子效率最低(2.75%)。分析认为,由于染料的掺杂浓度低,器件结构和载流子传输特性变化小,因而掺杂对阈值电压影响小;CBP与掺杂染料间存在能量转移,红色染料能级差小,非辐射跃迁几率大,发光效率最低;相比于绿光,蓝色染料能级差大,跃迁几率小,因此发光效率比绿光低。实验还发现,染料的发光波长与其能级差相比有红移现象,分析认为,这是由激发态能量振动弛豫和系间窜越过程形成的。     

Synthesis, Crystal Structure and Photoluminescence of a Cyclometalated Iridium(III) Coumarin Complex

In this paper a new cyclometalated iridium(III) coumarin complex, Ir(III)bis(3-(2-benzothiazolyl)coumarinato N,C⁴)(acetylacetonate) (Ir(L)₂(acac)), was synthesized and characterized. X-ray crystallography demonstrated that the iridium(III) ion is hexacoordinated by two C atoms and two N atoms from 3-(2-benzothiazolyl)coumarinato ligands and two O atoms from acac ligand, displaying distorted octahedral coordination geometry. The Ir(L)₂(acac) complex has good thermal stability with less than 2 % weight-reduction occurring at 300 °C, and exhibits strong reddish orange emission. The results shown that Ir(L)₂(acac) is useful for fabrication organic light-emitting diodes.     

中间层对三原色白光OLED的影响

基于ITO/NPB/TCTA/Ir（MDQ）₂（acac）：TCTA/FIrpic：TmPyPb/Ir（ppy）₃：TmPyPb/TmPyPb/LiF/Al结构的三原色白光器件,通过分别在蓝光与红光、绿光发光层界面处插入2 nm TCTA与2 nm TmPyPb中间层,研究了中间层的有无对器件性能的影响。结果表明,中间层的引入可以调整激子的分布,影响能量转移。具有双中间层的器件实现了高质量的白光发射,最大发光效率达到22.56 cd/A。     

室温下磁场对基于Alq3的有机电致发光器件的影响

制备了ITO/NPB/LiF/Alq₃/LiF/Al的器件,测量了该组器件效率和亮度的磁效应.结果表明,在50 mT磁场中,当LiF缓冲层厚度为0.8 nm时,器件的效率最大增加了12.4%,磁致亮度最大变化率17%.同时,制备的磷光器件ITO/NPB/LiF/CBP:6 wt% Ir(ppy)₃/BCP/Alq₃/ LiF/Al,在50mT磁场作用下,当LiF缓冲层的厚度为0.8 nm时,器件的效率最大增加12.1%.在Alq_{3 关键词： 有机发光 磁场 效率 磁致亮度}     

不同主体材料对红色磷光OLED器件性能的影响

制作了结构为ITO/2T-NATA (20 nm)/NPB(60 nm)/Zn(BTZ)₂ : Ir(DBQ)₂(acac) (80 nm)/Alq₃(70 nm)/LiF(1 nm)/Al(200 nm)的红光器件,其中2T-NATA是4,4',4″-tris(N-(2-naphthyl)-N-phenyl-amino)-triphenylamine,NPB是N,N'-di(naphthalen-1-yl)-N,N'-diphenyl-benzidine, Zn(BTZ)₂是Bis-(2-(2-hydroxyphenyl) benzothiazole)zinc,Ir(DBQ)₂(acac)是iridium complex,Alq₃ 是tris(8-hydroxyquinolato)aluminum。基于Ir(DBQ)₂(acac) 掺杂的Zn(BTZ)₂体系的器件给出最高电致发光(EL)性能。结果显示:10％Ir(DBQ)₂-(acac) 掺杂Zn(BTZ)₂器件的亮度和效率分别为25 000 cd/m²和12 cd/A,其相应的EL峰位于620 nm,色坐标(x=0.63,y=0.37)。由于未使用激子阻挡层,所以,比通常磷光器件的制作工艺简单并且操作过程容易控制。     

Ir(PPY)3掺杂PVK的电致发光机理

近几年来发展起来的电致磷光(electrophosphorescence)是有机发光二极管(OLED)研究的新生长点。对电致磷光发光机理的研究随即得到了人们普遍的关注。比较了不同正向偏压条件下Ir(PPY)₃掺杂聚乙烯基咔唑(PVK)的光致发光(PL)和电致发光(EL)光谱。研究结果显示在电场和注入电流的共同作用下,PL光谱中基质PVK发光的相对强度并没有发生显著的变化。电场或注入载流子不会影响PVK向Ir(PPY)₃的能量传递。磷光掺杂聚合物EL主要是由于载流子在掺杂磷光分子上的直接复合,而不是由基质向磷光掺杂分子的能量传递。     

Influence of surface cleaning effects on properties of Schottky diodes on 4H-SiC

Ir/4H-SiC and IrO₂/4H-SiC Schottky diodes are reported in terms of different methods of surface pretreatment before contact deposition. In order to find the effect of surface preparation processes on Schottky characteristics the SiC wafers were respectively cleaned using the following processes: (1) RCA method followed by buffered HF dip. Next, the surface was oxidized (5.5 nm oxide) using a rapid thermal processing reactor chamber and circular geometry windows were opened in the oxide layer before metallization deposition; (2) the same as sequence (1) but with an additional in situ sputter etching step before metallization deposition; (3) cleaning in organic solvents followed by buffered HF dip. The I-V characteristics of Schottky diodes were analyzed to find a correlation between extracted parameters and surface treatment. The best results were obtained for the sequence (1) taking into account theoretical value of Schottky barrier height. The contacts showed excellent Schottky behavior with ideality factors below 1.08 and barrier heights of 1.46 eV and 1.64 eV for Ir and IrO₂, respectively. Very promising results were obtained for samples prepared using the sequence (2) taking into account the total static power losses because the modified surface preparation results in a decrease in the forward voltage drop and reverse leakage current simultaneously. The contacts with ideality factor below 1.09 and barrier height of 1.02 eV were fabricated for Ir/4H-SiC diodes in sequence (2).     

Modeling excitation properties of iridium complexes

Five iridium Ir(III) complexes have been studied using B3P86, B3LYP, M05, M06, M05‐2X, and M06‐2X functionals within configuration interaction singles (CIS) and time dependent density functional theory (TDDFT) formalisms with the aim of finding theory level that would allow for reliable prediction of emission properties. Knowledge of these properties prior to synthesis may significantly facilitate rational design of organic light‐emitting diodes (OLEDs). Our results indicate that the M05‐2X functional gives excellent results in this respect for the class of complexes studied here with the exception of the (bsn)₂Ir(acac) complex. We have shown that the discrepancy between the theoretical and experimental values for this complex is due to the presence of the sulfur atom. Copyright © 2009 John Wiley & Sons, Ltd.