摘 要 白光OLED微型显示器在信息显示领域具有重要的应用。 采用真空镀膜系统， 依次蒸镀Ag/ITO复合薄膜作为阳极结构， 共蒸制备Mg∶Ag复合膜作为半透明阴极结构， NPB作为空穴传输材料和黄光主体材料， rubrene作为黄光掺杂料， AND作为蓝光主体料， DSA-Ph作为蓝光掺杂料， Alq3作为电子传输材料， 以结构和工艺简化的蓝、 黄光互补色来实现白光， 通过共蒸发形式制备了结构为Ag/ITO/NPB/NPB∶rubrene(1.5%)/ADN∶DSA-Ph(x%/x=2， 5， 8)/Alq3/Mg∶Ag的白光OLED微型显示器， 利用由Photo Research PR655光谱仪、 Keithley 2400程控电源组成的光谱测试系统对器件的光电性能进行表征， 研究了蓝光掺杂比对白光OLED微型显器性能的影响。 结果表明， 随着蓝光掺杂比的增加， 白光OLED微型显示器的亮度先增加后降低， 蓝光、 黄光峰位有所偏移， 色坐标发生一定的漂移， 蓝光色纯度增加， 可通过调控发光材料掺杂比实现白光OLED微型显示器性能的可控制备。 初步优化获得的蓝、 黄混合白光OLED微型显示器的器件， 当驱动电压为5.0 V时， 器件亮度达到3 679 cd·m-2， CIE坐标为(0.263， 0.355)。
关键词 白光； OLED微型显示器； 掺杂结构； 器件性能
引 言
OLED微型显示器具有自发光、 厚度薄、 响应时间快、 高低温特性好、 发光效率高、 集成度高、 易于携带等优异特性[1-2]。 在军事、 航空航天和个人消费电子(数码相机、 电子观景窗、 可穿戴式设备)等领域具有重要的应用前景[3-4]。 主动式OLED微型显示器正向高分辨率、 高集成度、 超低功耗、 高亮度、 全彩色、 快速响应和长寿命等方向发展。 白光OLED可以作为液晶显示器的背光源， 用于固态照明， 用于全彩显示等方面， 受到了广泛关注[5-7]。 在有机电致发光的材料体系当中， 直接发白光的材料很稀少， 而且效果并不理想[8]。 为了克服这些问题， 采用在主体材料中引入一定比例的掺杂材料， 通过主体材料的直接激发或主体材料的能量转移， 客体分子发出它的特征光谱。 在掺杂比例合适的情况下器件的发光光谱得到改善， 效率也得到提升[9]。 白光OLED器件的获得大都是通过掺杂以多种颜色颜色混合实现， 主要方法有利用互补色蓝色和黄色， 红色和青色， 红、 绿、 蓝三原色混合等得到白光[10-11]。 为了简化器件结构， 采用共蒸发的方式在主体材料中分别掺杂蓝、 黄掺杂料， 制备出白光OLED微型显示器， 并通过优化蓝光掺杂料的掺杂比优化器件性能。
1 实验部分
1.1 器件制备
采用黄光与蓝光混合制备白光OLED微型显示器， 利用NPB作为空穴传输层， Alq3作为电子传输层， 其中黄光采用峰值光谱位于560 nm的rubrene材料作为黄光掺杂料， NPB作为黄光的主体料， 以共蒸发形式制备NPB∶rubrene(1.5%)结构作为黄光发射层， 蓝光采用峰值光谱位于470和500 nm的DSA-Ph作为掺杂料， AND作为主体料。 以共蒸发形式制备ADN∶DSA-Ph(x%， x=2， 5， 8)结构作为蓝光发射层， 阴极Mg和Ag的共蒸比率为10∶1， 通过调控蓝光掺杂料的掺杂比制备了不同的白光OLED微型显示器器件， 如图1所示。
图1 OLED微型显示器结构
Fig.1 Structure of OLED microdisplay devica
1.2 性能表征
发光光谱、 电压、 亮度、 色坐标等参数用自主搭建的OLED微型显示器测试系统进行测试， 通过控制由Photo Research PR655光谱仪、 Keithley 2400程控电源等进行同步测量。 计算机通过与Keithley 2400程控电源进行通讯， 控制电源按设定的范围与步长向OLED器件输出电流或电压， 同时对器件的电流-电压特性进行测量， OLED器件受到电源驱动发光后， 其发光亮度、 光谱和CIE坐标由Photo Research PR655光谱系统测量并传输到计算机存储。
图2 白光OLED的J-V曲线(a)和L-V特性曲线(b)
Fig.2 J-V characteristic curves (a) and L-Vcharacteristic curves (b) of white OLED
2 结果与讨论
图2为不同蓝光掺杂比的白光OLED微型显示器的J-V特性曲线和L-V曲线。 由图中可以看出， 3种白光OLED微型显示器件都具有整流效应， 在低电压时， 电流随电压增加变化不明显， 当超过一定电压时， 电流密度会急剧增加。 且随着掺杂量的增加， 启动电压逐渐减小。 随着DSA-Ph掺杂量从2%增加到5%和8%， 器件的亮度先增大后减小， 当掺杂量为5%时， 器件在较低电压下获得了较高的亮度。 在掺杂量为8%时， 同等电压下器件的电流密度较高， 亮度相差不大， 而电流密度过高不利于器件稳定性和寿命的提高。 结合J-V特性曲线和L-V曲线特性曲线的分析， 当DSA-Ph的掺杂质量为5%时， 器件的性能最好， 且所得白光OLED微型显示器在电压为5 V时， 亮度达到了3 679 cd·m-2。
图3为白光OLED微型显示器件在电流密度20 mA·cm-2条件下的光谱图。 并对各光谱进行分峰拟合， 结果如表1所示。 由图可知， 器件在470和500 nm附近获得两个蓝光发光峰， 在560 nm附近获得一个黄光发光峰。 其蓝光峰值随着DSA-Ph掺杂量的增加呈先增加后减小的趋势， 黄光峰呈递增趋势。 结合图3和表1可知， 随着DSA-Ph掺杂量的增加， 使得蓝光470 nm的峰位的蓝移偏移量、 峰强度、 峰面积先增加后减小， 半峰宽逐渐减小。 500 nm的蓝光峰位蓝移偏移量逐渐增加， 半峰宽逐渐减小， 峰强度和峰面积先增加后减小。 并且使得黄光560 nm峰位发生一定的偏移， 这主要时因为随着掺杂量的增加， 提高了蓝光发光激子的复合率， 掺杂比进一步增加又影响的激子复合几率。 掺杂量5%时黄光峰位接近560 nm， 偏移量只有0.72 nm。 色彩混合比和色彩纯度较好。
图3 白光OLED器件发光光谱图(a)和发光光谱的分峰拟合图(b)
Fig.3 Luminescence spectra (a) and peaks fitting (b) of white OLED
表1 白光OLED器件光谱参数
Table 1 Spectral parameters of white OLED devices
进一步对不同蓝光掺杂量下白光OLED器件的CIE坐标进行分析， 结果如图4所示。 电压为4.1～5.4 V时， DSA-Ph掺杂量为2%的白光OLED器件CIE坐标由(0.295， 0.399)逐渐漂移到(0.288， 0.392)， CIE坐标的最大漂移量为(0.007， 0.007)。 DSA-Ph掺杂量为5%的白光OLED微型显示器CIE坐标由(0.286， 0.375)逐渐漂移到(0.277， 0.367)， CIE坐标的最大变化量为(0.009， 0.008)。 DSA-Ph掺杂量为8%的白光OLED微型显示器件CIE坐标由(0.270， 0.362)逐渐漂移到(0.261， 0.353)， CIE坐标的最大变化量为(0.009， 0.009)。 DSA-Ph掺杂量在2%～5%变化时， 相同电压下CIE坐标也会发生偏移。 这主要是因为随着DSA-Ph掺杂比和电压的变化， 蓝光和黄光材料对载流子的俘获能力、 激子复合中心、 发光机理均不同， 从而导致色坐标的改变[12]。 标准白光发射点CIE坐标为(0.33， 0.33)， 通常实际应用的发光亮度白光器件的CIE坐标分别为(0.339， 0.376)与(0.335， 0.373)。 DSA-Ph掺杂量为5%的OLED器件CIE坐标更接近白光。
图4 白光OLED微型显示器件色坐标图
Fig.4 Color coordinate diagram of whiteOLED microdisplay device
结合图3、 图4可知， 发光层掺杂比对白光OLED器件发射峰的位置、 色纯、 色坐标及其漂移量造成一定的影响， 可通过控制发光层的掺杂比来实现色彩的调控， 优化得到DSA-Ph的掺杂量为5%。
3 结 论
采用结构和工艺简化的蓝、 黄光互补色来实现白光， 具体采用NPB作为空穴传输材料和黄光主体料， rubrene作为黄光掺杂料， AND作为蓝光主体料， DSA-Ph作为蓝光掺杂料， Alq3作为电子传输材料。 通过共蒸发形式制备了NPB∶rubrene(1.5%)/ADN∶DSA-Ph(x%)作为白光OLED微型显示器的主体发光结构， 初步优化获得DSA-Ph掺杂比为5%时， 器件的性能最好， 所得白光OLED微型显示器色彩纯度和蓝黄混合比较好， 亮度较高， 在电压为5 V时， 亮度达到了3 679 cd·m-2， CIE坐标为(0.263， 0.355)更接近白光。 通过控制发光层的掺杂比可实现白光OLED微型显示器性能的调控。
