引言

近年來，由于全球能源危機的影響，白光OLED的研究越來越受到科學界和研究人員的廣泛重視，因為它不僅能夠作為新一代的照明光源，而且還可以作為固體光源應用于制造全彩顯示器和顯示器的背光源。它具有節能、環保、可卷曲、輕薄和驅動電壓低等諸多優點，因此受到業界人士的關注。白光OLED的獲得大都通過混合三種顏色（紅、綠、藍）的小分子、聚合物或磷光材料或兩種補償色（天藍和橙黃）的材料到多層或單層結構中。大多數WOLED都采用堆疊式結構或者單發光層多摻雜劑的結構。

目前國內外的研究人員用不同方法制備了白光器件，如用聚合物PVK作為主體材料摻雜藍光染料和橙紅光染料的單一發光層，沒有空穴注入層和空穴傳輸層，陰極采用Mg2Ag合金陰極，這一方法制備出來的白光器件具有較好的白光發射，但是亮度和發光效率都較低，器件性能較為不好。國內的研究人員也做過一篇調整空穴傳輸層NPB（4,42N,N2bis2N212naphthy12N2pheny12amino2bipheny1）的厚度改善藍光OLED器件性能的文章，得出亮度會隨厚度的增加而增加，對應的發光效率也有很大變化，從而得出厚度對器件的發光性能影響很大。后來有人用了多發光層結構制備白光器件，通過調整空穴傳輸層的厚度使器件的性能有了較大改善，但是對比以ADN為主體摻雜兩種染料的單發光層，其結構復雜，操作程序繁瑣，控制誤差較大，同時發光層多，厚度增加，啟亮電壓增大，效率降低。

實驗采用ADN作為主體材料，摻雜紅光和藍光染料的白光OLED體系制備器件，結果表明：這種結構制備出來的白光OLED器件具有較好的色穩定性，并且發光效率也較高。曾有文章討論了發光層中的紅光摻雜劑DCJTB的摻雜濃度對器件性能的影響，并得出了白光OLED的較佳摻雜濃度的器件。本文將進一步討論空穴傳輸層NPB厚度對基于ADN體系的白光OLED性能的影響，并對器件做進一步的優化，這對白光照明及顯示的制備具有一定的指導作用。

1實驗

實驗用材料為西安瑞聯近代電子材料有限公司的OLED專用高純化學品，對所用ITO導電玻璃基片進行了嚴格的清洗流程，分別用洗滌劑溶液、丙酮溶液、乙醇溶液和去離子水超聲清洗10min,然后在真空干燥箱中烘干。再將清潔而且干燥的ITO玻璃基片移入OLED2V型有機多功能真空成膜設備預處理室，在500V電壓下進行氧等離子體濺射處理5min,這樣有利于除去ITO表面的碳污染，并提高ITO的功函數，有利于空穴從ITO電極注入到有機材料中。預處理后的基片傳入真空腔體，有機材料和金屬陰極都在真空度為610×10-4Pa下依次進行蒸鍍，有機材料的蒸發速率為012nm/s,陰極Al/LiF的蒸發速率為1nm/s,使用SI2TM206型六通道膜厚監測儀進行實時控制。

電子傳輸層采用Alq3,是因為它具有高的電離能EA（約310eV）和電子親和能Ip（約5195eV）以及好的熱穩定性和化學穩定性，量子效率高且能夠通過真空蒸鍍的方法形成高質量無針孔的薄膜。發光層用兩種熒光材料藍與紅摻雜在主體材料ADN中，形成白光發射。

TBPe是藍色發光材料，能夠有效地傳輸電子并且有效地阻止激基復合物的形成，提高效率。相關文獻表明DCJTB是目前最佳紅色染料，用DCJTB作為輔助摻雜劑，器件表現出了穩定的電致發光EL效率。器件的結構以及能級結構圖如圖1所示。

圖1器件結構與能級結構圖

實驗制備了四組OLED器件

A）ITO/22TNATA（15nm）/NPB（15nm）/

ADN（30nm）：TBPe（2%）：DCJTB（1%）/

Alq3（20nm）/LiF（1nm）/Al（100nm）；

B）ITO/22TNATA（30nm）/NPB（15nm）/

ADN（30nm）：TBPe（2%）：DCJTB（1%）/

Alq3（20nm）/LiF（1nm）/Al（100nm）；

C）ITO/22TNATA（15nm）/NPB（35nm）/

ADN（30nm）：TBPe（2%）：DCJTB（1%）/

Alq3（20nm）/LiF（1nm）/Al（100nm）；

D）ITO/22TNATA（15nm）/NPB（40nm）/

ADN（30nm）：TBPe（2%）：DCJTB（1%）/

Alq3（20nm）/LiF（1nm）/Al（100nm）。

在室溫、大氣環境下，測試以上四組未封裝器件，發光亮度采用ST2900B型光度計測量，器件的電致發光（EL）光譜特性使用杭州遠方光電信息有限公司的PMS280光譜分析系統進行測試，I2V特性曲線用直流電源DCPowerSupplyPS23003D進行測量。

2結果與討論

從圖2中可以看出，四組器件的電流密度和發光亮度均隨驅動電壓的增加而增大，并且在高電場強度與正偏電壓呈指數關系，表現出典型的二極管整流特性。器件的電流密度和亮度隨著空穴傳輸層NPB厚度的變化而變化。當NPB的厚度分別為15,30和35nm時，電流密度相似，發光亮度隨著厚度的增加而逐漸增大，到35nm時亮度達到最大值14020cd/m2,擊穿電壓為1318V,當NPB厚度再增加到40nm后，電流密度突然下降，隨之器件的發光亮度也顯著下降，當下降到7790cd/m2,此時擊穿電壓為1313V。這一現象說明，NPB作為空穴傳輸層材料不能太厚，否則會影響載流子傳輸，降低器件的發光效率。圖2同時由表1也可以看出，隨著NPB厚度的增加，四組器件的啟亮電壓和擊穿電壓都逐漸增大，而電流效率（ηL）和功率效率（ηP）也都逐漸增加，到厚度35nm時為最佳值，分別為7181cd/A和2194lm/W;當厚度增加到40nm時，發光效率則明顯下降，此時最大電流效率在電壓為9V時為4181cd/A,功率效率為2173lm/W,功率效率的值均在電流密度為2815mA/cm2處獲得。

圖2器件的電流密度-電壓（J2V），亮度-電壓（L2V）與亮度-電流密度（L2J）特性曲線

表1四組器件的電致發光性能

同樣，從圖2（c）電流密度與亮度的關系曲線中看出，四組器件的發光亮度隨電流密度的增加而增大，在同一電流密度下，NPB的厚度為35nm時器件的亮度最大，30nm其次，15nm時的亮度也達到了11650cd/m2,最低亮度7790cd/m2是NPB厚度為40nm時器件的亮度，總之對比同一電流密度下各個器件的發光亮度，仍然是NPB厚度為35nm時器件的發光性能最佳。另外，封裝后經實驗測得，采用以ADN作為主體材料，摻雜紅光和藍光染料體系制備的白光OLED器件其可靠性較好，表現出較好的色穩定性。

由此可以得出：增加NPB的厚度可以提高器件的發光效率和亮度，對于有機小分子發光器件來說，電子傳輸層的遷移率比空穴傳輸層的遷移率要小兩個數量級。一般的器件電荷都是不平衡的，電子是少子。然而雖然在NPB層中空穴的遷移率較高，考慮了空穴在薄的NPB層中隧穿效應的影響，增加NPB層厚度能夠很好地匹配到達載流子復合區域的空穴數量，使電子和空穴的注入達到平衡。器件在初始發光時，復合區域內部電子的數目與空穴的數目相匹配，這是提高器件效率的重要原因。但是NPB太厚了發光效率會下降也是同樣的道理。可以推測：在器件C中，電子和空穴的注入達到了更為平衡的趨勢，激子輻射躍遷的概率最大。器件效率較高的另外一個原因是用于藍光發射的NPB層較厚，為NPB激子的形成、擴散和輻射衰減都提供了充分的空間和充足的能量。

圖3四組器件在2815mA/cm2下的電致發光（EL）光譜

圖3所示為四組器件在2815mA/cm2下的電致發光（EL）光譜。從圖中可以看出，隨著NPB厚度從15nm增加到40nm,四組器件的顏色也稍微發生了變化，但都處于白光區域。15nm時的色坐標位于（013446,013175）處，器件發白光偏黃色，發光效率為2142lm/W,發光譜峰在463nm和567nm處，在492nm處伴有微弱的尖峰。當NPB厚度為30nm時，器件發標準白光，色坐標位于（013016,013385）處，接近白光中心點，發光效率為2161lm/W,發光譜峰在464nm和564nm處，在493nm處伴有微弱的尖峰，紅光成分明顯減少。

012715,013139），發光顏色偏藍光，此處發光效率最大，為2194lm/W,發光譜峰在463nm和563nm處，在492nm處伴有微弱的尖峰，紅光成分進一步減少。當NPB厚度為40nm時，色坐標為（012748,013129），發光顏色仍然是白光偏藍色，發光效率為2173lm/W,發光譜峰在462nm和565nm處，在491nm處伴有微弱的尖峰。

NPB層的厚度有效地調節了載流子復合區域的位置并且改變了器件的發光顏色，圖中四組器件的前半個譜峰基本重合，與藍光材料TBPe的雙峰波長相近，因此考慮是TBPe的藍光發射貢獻。但是后半個譜峰隨著NPB厚度的增加其高度各不相同，然而波峰位置都在565nm左右，這可能是由于器件中的綠光材料Alq3和紅光材料DCJTB疊加產生的結果，高度不同說明摻雜的紅光材料DCJTB在四組器件中的比重隨著NPB膜層厚度的不同在發生變化，以致影響了四組器件的發光顏色。當NPB層的厚度為15nm時，DCJTB紅光發射較強，比重較大，紅光綠光藍光的比重分別為1314%,7914%和712%,因此器件顏色偏黃。隨著NPB厚度的增加，當厚度在30nm時，紅光發射減弱，比重減少，紅綠藍分別為1117%,7813%和919%,器件調整成標準的白光器件，色坐標幾乎和白色等能點重合；當NPB層的厚度在35nm以上時，DCJTB紅光發射進一步減弱，比重減少，而TBPe的藍光發射變強，紅綠藍比重分別為1011%,7717%和1212%,所以器件為白光偏藍色。可用微腔效應來解釋這一結果，OLED器件極易受到微共振腔體光學干涉效應的影響，尤其是空穴傳輸層NPB厚度的影響，常常由于這些微小的膜厚因素的變化而導致器件電致發光性能的變化，其理論依據是微腔能對諧振波長和非諧振波長處的自發輻射起到增強和抑制作用，因此有機電致發光中的微腔不僅將材料的自發輻射光譜重新分布，而且有可能帶來效率的提高。NPB厚度的增加可能會在NPB薄膜表面形成微腔效應，從而帶來器件顏色和效率等電致發光性能的改變。

3結論

通過實驗可以得到如下結論：

（1）改變NPB的厚度對于堆疊式白光OLED性能影響很大。增加NPB厚度可以提高白光OLED器件的性能。當厚度為35nm時，亮度和發光效率都達到最大值，然而增加到40nm時，亮度和效率顯著下降。

（2）增加NPB的厚度可以提高器件的發光效率和亮度，通過調節厚度能夠很好地限制到達載流子復合區域的空穴數量，使電子和空穴的注入達到平衡。

（3）NPB層厚度的增加有效地調節了載流子復合區域的位置并且改變了器件的發光顏色。