摘要：
微腔有機(jī)發(fā)光二極管（ MOLED ）被研究用來發(fā)射白光。制備結(jié)構(gòu) 為 glass/dielectric mirror/ITO/NPB/Alq/MgAg 微 腔有機(jī)發(fā)光二極管。盡管只有一個(gè)發(fā)光層，但是由于器件具有兩種微腔模式，器件發(fā)出了白光。通過調(diào)整微腔模式的響應(yīng)波長（ 488nm 和 612nm ）和強(qiáng)度，兩種微腔模式最終可以得到明亮的，最大發(fā)光亮度為 16435cd/m2 ，最大流明效率為 11.1cd/A 的白色電致發(fā)光。在國際照明協(xié)會(huì)色品圖中色坐標(biāo)的位置為（ 0.32, 0.34 ），在不同的外加電壓下，顏色非常穩(wěn)定。
1 導(dǎo)言
近來，由于在照明光源、液晶背光源和全彩顯示等方面具有的潛在應(yīng)用，白光有機(jī)發(fā)光二極管得到了很多人的關(guān)注 [1-3] 。通常發(fā)白光使用的方法是采用多發(fā)光層，其中每個(gè)發(fā)光層發(fā)出不同的光。通過顏色混合，最后得到白光。目前，這種方法制備器件得到的電致發(fā)光性能，例如顏色穩(wěn)定性和效率方面仍然需要提高。
光學(xué)微腔結(jié)構(gòu)是一種至少在一個(gè)維度上的尺度要和光的波長在同一數(shù)量級的結(jié)構(gòu) [4-7] 。在一個(gè)微腔器件中，只有一種或少數(shù)幾種光學(xué)模式能夠和微腔中的材料相互作用。因此，與在自由空間的條件相比，光在微腔中經(jīng)過與材料的相互作用，得到了更顯著的改變。
在過去的幾年里，有機(jī)材料通過微腔效應(yīng)多發(fā)光性能的修正已經(jīng)取得了顯著的效果，例如在增強(qiáng)亮度和調(diào)制色彩方面 [5-9] 。在有機(jī)發(fā)光二極管中，單色光和白光都可以利用微腔來進(jìn)行性能調(diào)制。為了在 MOLED 中獲得白光，在寬帶發(fā)光材料的發(fā)光譜內(nèi)具有多個(gè)微腔模式是非常重要的，這可以通過增加腔體的長度或結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn) [9] 。然而在文獻(xiàn) [9] 中報(bào)道的白光 MOLED 中使用了多種發(fā)光材料，電致發(fā)光性能也沒有進(jìn)行充分的報(bào)道。在本文中，我們在一個(gè)簡單的雙層結(jié)構(gòu)中，利用一種發(fā)光材料成功制備了明亮的白光 MOLED 。
2 設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)
MOLED 器件的結(jié)構(gòu)為 glass/DBR/ITO/NPB/Alq/MgAg 。 ITO 作為陽極。 MgAg 鏡面作為陰極。 4-40-bis[N-(1-naphthyl)-N-phenyl-amino]biphenyl(NPB) 作為空穴傳輸層（ HTL ）。 Tris(8-hydroxyquinoline)aluminum (Alq) 作為發(fā)光層 (EML) 和電子傳輸層 (ETL) 。分布式布拉格反射鏡（ DBR ）和 MgAg 作為微腔結(jié)構(gòu)的兩個(gè)得妗?
圖 1 ：器件中使用的有機(jī)材料的分子結(jié)構(gòu)
圖 1 顯示的是 NPB 和 Alq 的分子結(jié)構(gòu)。 Alq 是被經(jīng)常用來發(fā)黃綠光使用的有機(jī)發(fā)光材料。 Alq 被選擇用來作為 EML 是因?yàn)樗哂袑拵Ч庵掳l(fā)光光譜，發(fā)光峰值在 515nm 。為了實(shí)現(xiàn)白光 MOLED ，至少需要兩種能夠在 Alq 的紅光和藍(lán)光光譜區(qū)激發(fā)出光的微腔模式，同時(shí)大部分 Alq 中的綠光應(yīng)該被抑制。因此， DBR 被設(shè)計(jì)在 530nm 布拉格波長處具有最大的反射系數(shù)。
MOLED 點(diǎn)至發(fā)光光譜通過下面的公式來決定 :
這里  是激子形成區(qū)和金屬鏡面的有效距離，  和 分別是 DBR 和金屬鏡面的反射系數(shù)。 是微腔總的光學(xué)厚度， 是在  處的自由空間密度。通過模擬，我們決定 MOLED 的器件結(jié)構(gòu)如下：
Glass/DBR/ITO(194 nm)/NPB(93 nm)/Alq(49 nm)/MgAg(150nm)
DBR 和 ITO 通過電子束蒸發(fā)沉積。所有的有機(jī)層和金屬 MgAg （速率比 10:1 ）層通過真空沉積制備。 PL 譜由日立 F-4500 分光光度計(jì)測量。亮度和 EL 譜通過 Optikon CCD 分光計(jì)測量。發(fā)射光譜（ transmittance spectrum ）通過 Shimadzu UV-3000 分光光度計(jì)測量。
3 結(jié)果
DBR 的發(fā)射光譜如圖 2 所示，圖 2 中還有 Alq 薄膜的 PL 譜和 MOLED 的模擬 EL 譜。 Alq 的 PL 譜在 515nm 處有一個(gè)峰，半高寬為 90nm 。 DBR 發(fā)射光譜在 530nm 處具有最大的反射系數(shù)，大約為 66% 。模擬的 EL 譜顯示兩個(gè)微腔模式分別位于 489nm （半高寬為 18nm ）和 613nm （半高寬為 42nm ）處。在國際照明協(xié)會(huì)的色品圖中坐標(biāo)位置在（ 0.27, 0.4 ），屬于白光范圍。
圖 2.MOLED 的模擬 EL 譜（線）和 Alq 薄膜的 PL 譜（點(diǎn)）以及 DBR 的發(fā)射光譜
MOLED 中的電場分布和材料的折射系數(shù)如圖 3 所示。 Ta 2 O 5 、 SiO 2 、 ITO 、 NPB 、 Alq 和 MgAg 的折射系數(shù)分別為 2.0 ， 1.46 ， 2.05 ， 1.84 和 1.74 。為了使器件亮度達(dá)到最大，微腔區(qū)的腹點(diǎn)（ antinodes ）應(yīng)該位于距 NPB 和 Alq 界面 489nm 和 613nm 處。
圖 3.MOLED 中的電場分布和材料的折射系數(shù)
MOLED 的開啟電壓為 3V 。當(dāng)加上外加電壓時(shí)，器件從玻璃一側(cè)出光。當(dāng)外加電壓在 12V 時(shí)，器件的 EL 譜如圖 4 所示。兩個(gè)諧振峰位于 488nm 和 612nm 處，與模型符合非常好。峰的半高寬分別為 20nm 和 32nm 。
圖 4.MOLED 在 12V 電壓時(shí)的 EL 譜
圖 5.MOLED 器件發(fā)光效率（空心方塊）和亮度與電流密度的關(guān)系
圖 5 顯示的是 MOLED 器件發(fā)光效率和亮度與電流密度的關(guān)系。器件的最大亮度是 16435cd/m 2 ，最大效率是 11.1cd/A 。當(dāng) MOLED 器件的亮度是 100cd/m 2 是，器件的發(fā)光效率、電壓和電流密度分別為 9cd/A ， 6 V 和 1.2mA/cm 2 。器件發(fā)光的顏色在國際照明協(xié)會(huì) 1931 年色品圖中坐標(biāo)是（ 0.32, 0.34 ）。發(fā)光顏色在不同的電壓下也非常穩(wěn)定，這主要是因?yàn)槠骷慕Y(jié)構(gòu)簡單，而且發(fā)光材料 Alq 比較穩(wěn)定的緣故。
4 總結(jié)
我們發(fā)展了一種白光 MOLED 器件，這種器件結(jié)構(gòu)簡單，使用寬帶的 Alq 作為發(fā)光材料。通過控制微腔結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)白光， 器件的最大亮度是 16435cd/m 2 ，最大效率是 11.1cd/A 。 器件發(fā)光的顏色在國際照明協(xié)會(huì) 1931 年色品圖中坐標(biāo)是（ 0.32, 0.34 ），并且在不同外加電壓下，發(fā)光顏色非常穩(wěn)定。以上結(jié)果顯示微腔結(jié)構(gòu)是一種有效的制備白光 OLED 的方法。 |
