白光有机电致发光器件最新研究进展

白光有机电致发光器件最新研究进展ＲｅｃｅｎｔＰｒｏｇｒｅｓｓｏｆＷｈｉｔｅＯｒｇａｎｉｃＬｉｇｈｔ－ＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅｓ刘翔１邓振波１王章涛２崔祥彦２贾勇１１北京交通大学光电子技术研究所发光与光信息技术教育部重点实验室，北京１０００４４２北京京东方光电科技有限公司，北京１００１７!"６ＬｉｕＸｉａｎｇ１ＤｅｎｇＺｈｅｎｂｏ１ＷａｎｇＺｈａｎｇｔａｏ２ＳａｎｇＵｎＣｈｏｉ２ＪｉａＹｏｎｇ１１ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＬｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅａｎｄＯｐｔｉｃａｌＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ，ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＯｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＢｅｉｊｉｎｇＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００４４，Ｃｈｉｎａ２ＢｅｉｊｉｎｇＢＯＥＯｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣＯ．，ＬＴＤ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１００１７６，Ｃｈｉｎａ#$$$$$$$%&’’’’’’’(１引言有机电致发光器件（ＯＬＥＤｓ），具有自主发光、视角宽、响应快、柔韧性好、温度适应性好、驱动电压低等［１￣４］其他平板显示器无可比拟的优点，倍受人们的关注。

随着单色ＯＬＥＤ发光显示技术的日趋成熟，全彩色、大面积、高信息量的平板显示器成为ＯＬＥＤ发展的最重要目标。

由于白光ＯＬＥＤ（ＷＯＬＥＤ）具有质量轻、阈值电压低、对比度高等优点，更适用于照明光源、彩色ＯＬＥＤ显示和液晶显示屏（ＬＣＤ）背光源［５￣１０］，再加上在薄膜晶体管－液晶显示屏（ＴＦＴ－ＬＣＤ）生产中应用的彩色滤色膜技术已经成熟，因此白光加彩色滤色膜成为实现彩色显示的重要研究方案。

研制高效、稳定的白光器件成为新的研究热点。

目前实现白光器件的结构模式主要有如下几种：１）由单一化合物或聚合物发光，制成白光器件。

２）将红光（Ｒ）、绿光（Ｂ）和蓝光（Ｇ）的掺杂染料掺在同一种基质（小分子或聚合物）的单发光层器件或掺在不同基质的光层中，制成白光器件［１１，１２］。

３）将黄光掺杂剂掺入发蓝光的基质中，利用不完全能量传递来实现白光发射［１３］。

４）利用两种蓝光材料所形成的激基复合物发射和其中一种蓝光的体发射形成白光［１４］。

２白光器件的结构目前，由白光和彩色滤色膜一起实现彩色显示的基本结构如图１所示。

ＷＯＬＥＤ从结构上可分为摘要最近白光有机电致发光二极管（Ｗｈｉｔｅｏｒｇａｎｉｃｌｉｇｈｔ－ｅｍｉｔｔｉｎｇｄｉｏｄｅ，ＷＯＬＥＤ）的研究和应用取得了长足的发展。

由于ＷＯＬＥＤ本身无可比拟的优点，用于全色彩有机电致发光显示、照明光源以及液晶显示器的背光源。

根据白光器件的不同结构，综述了ＷＯＬＥＤ最新研究进展，探讨了其中的优缺点，总结了ＷＯＬＥＤ最新应用成果，并提出了发展高效、稳定的白光器件的新思路。

关键词有机电致发光；白光；电致发光器件；器件结构ＡｂｓｔｒａｃｔＲｅｃｅｎｔｌｙｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｗｈｉｔｅｏｒｇａｎｉｃｌｉｇｈｔ－ｅｍｉｔｔｉｎｇｄｉｏｄｅｓ（ＷＯＬＥＤｓ）ｈａｖｅｗｉｔｎｅｓｓｅｄｇｒｅａｔｐｒｏｇｒｅｓｓ．Ｄｕｅｔｏｏｕｔｓｔａｎｄｉｎｇｍｅｒｉｔｓ，ＷＯＬＥＤｓｈａｖｅｄｒａｗｎｉｎｃｒｅａｓｉｎｇａｔｔｅｎｔｉｏｎａｓｆｕｌｌ－ｃｏｌｏｒＯＬＥＤｓｓｏｌｉｄ－ｓｔａｔｅｌｉｇｈｔｓｏｕｒｃｅａｎｄｂａｃｋｌｉｇｈｔｓｉｎｌｉｑｕｉｄ－ｃｒｙｓｔａｌｄｉｓｐｌａｙｓ（ＬＣＤ）．ＴｈｅｌａｔｅｓｔｐｒｏｇｒｅｓｓｏｆＷＯＬＥＤｓｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｉｓｒｅｖｉｅｗｅｄ，ｔｈｅｉｒｍｅｒｉｔｓａｎｄｓｈｏｒｔｃｏｍｉｎｇｓａｒｅａｎａｌｙｚｅｄ，ａｎｄｔｈｅｒｅｍａｒｋａｂｌｅａｃｈｉｅｖｅｍｅｎｔｓｉｎｔｈｉｓｆｉｅｌｄａｒｅｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ．Ｉｎａｄｄｉｔｉｏｎ，ｔｈｅｎｅｗｍｅｔｈｏｄｓｏｆｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇｈｉｇｈｌｙｅｆｆｅｃｔｉｖｅａｎｄｓｔａｂｌｅＷＯＬＥＤｓａｒｅｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓｏｒｇａｎｉｃｌｉｇｈｔ－ｅｍｉｔｔｉｎｇｄｉｏｄｅｓ；ｗｈｉｔｅｅｍｉｓｓｉｏｎ；ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔｄｅｖｉｃｅ；ｄｅｖｉｃｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ中图分类号ＴＮ３８３＋．１单发光层器件、双发光层器件和多发光层器件，以及最近才发展起来的顶部电极发射结构和ｐ－ｉ－ｎ结构；按发光材料可分为小分子白光器件和聚合物白光器件；从发光的性质可分为有机电致荧光器件和有机电致磷光发光器件；从用途来看，可分为照明用的白光器件、彩色显示用的白光器件和用于ＬＣＤ背光源的白光器件。

下面主要从器件的结构上综述白光有机电致发光器件的最新研究成果及其优缺点。

２．１单层白光器件单层白光器件就是采用单一发光层结构实现白光发光。

其优点是结构简单，工艺易于实现，并且发光层载流子的复合区域受驱动电压的影响小，可以得到稳定的白光；其缺点是发射白光的材料少，发光效率低。

用单一化合物构成的白光器件效率比较低。

ＪｉａｘｉｎｇＪｉａｎｇ等［１５］研究了单层聚合物发射白光的器件，获得了色坐标为（０．３１，０．３４）的白光，但效率比较低，仅为４．６ｃｄ／Ａ。

到目前为止，单层磷光材料的外量子效率一般只能达到１０％￣１２％［１６，１７］，仍没有关于理想白光材料的报道。

后来，Ｃｈｉ－ＭｉｎＣｈｅ等［１８］通过主体材料掺杂染料得到了高纯度的白光，但效率也很低。

委福祥等［１９］在发光层ＴＢＡＤＮ中掺杂高效的蓝光染料ＥＢＤＰ和红光染料ＤＣＪＴＢ，利用ＴＢＡＤＮ向ＥＢＤＰ和ＤＣＪＴＢ不完全能量传递，制成效率较高的白光器件，其发光效率达到８．３１ｃｄ／Ａ。

在掺杂发光过程中，伴随着能量的转移，经常发生三线态－三线态（Ｔ－Ｔ）猝灭，直接降低器件的发光效率。

磷光染料不但可以作为发光材料，而且还可以作为磷光敏化剂，可以有效地避免Ｔ－Ｔ猝灭。

ＪｉＨｙｕｎＳｅｏ等［２０］通过采用磷光敏化技术，在含Ｉｒ的复合物磷光发光材料中增加不同的官能团设计出新的磷光材料Ｉｒ（ｄｆｐｐｙ）２（ｐｑ），它在传递低能量的过程中，可以有效地避免Ｔ－Ｔ猝灭，提高器件的发光效率。

此器件最大的能量效率为５．６ｌｍ／Ｗ（Ｊ＝０．００１ｍＡ／ｃｍ２），色坐标为（０．４４３，０．４７３）。

为了进一步提高白光器件的发光效率，得到纯度更好的白光，Ｃｈｉｈ－ＨａｏＣｈａｎｇ等［２１］利用橙红色的掺杂荧光染料ＤＣＪＴＢ和蓝色的掺杂磷光染料ＦＩｒｐｉｃ掺杂在ｍＰＣ中，制成新的高效白光器件，获得了色坐标为（０．３３，０．３３）标准白光，显现指数达到７５，同时器件效率提高到１３．４ｌｍ／Ｗ（１０％，２３ｃｄ／Ａ）。

该器件产生的白光稳定性很好，随着驱动电压的升高，色坐标漂移很小。

如在ＤＣＪＴＢ的质量分数为１％时，电压从７Ｖ升高到１２Ｖ，对应的色坐标仅从（０．２９，０．３７）变到（０．２８，０．３６）。

后来，Ｃｈｉｈ－ＨａｏＣｈａｎｇ等［２２］把红光掺杂磷光材料Ｏｓ（ｂｐｆｔｚ）２（ＰＰｈ２Ｍｅ）２和蓝光掺杂磷光材料ＦＩｒｐｉｃ掺杂在发光层ｍＣＰ中，进一步提高了发光效率，其效率高达２８ｌｍ／Ｗ。

对于单层器件，由于不需要阻挡层控制能量转移和发光区域，可以降低工作电压，但小分子单层器件需要同时蒸镀多种有机材料，掺杂浓度较低，控制有一定难度，对制备工艺条件要求较高。

２．２双层白光器件根据色度学原理，两种互补的颜色混合可以产生白光，因此可以利用颜色互补的两个发光层构成白光器件。

一般来说，一层是蓝色发射层，另一层为黄色或橙色的发光层。

这种白光器件结构简单，可以通过调整掺杂染料的浓度和发光层的厚度，改变白光的纯度和效率，并且这种器件产生白光的色坐标稳定，不会随着器件的老化而改变。

李红燕等［２３］利用蓝色发光层和红色发光层制作双层白光器件，通过调整发光层的厚度和掺杂材料浓度，获得了色坐标为（０．３３５，０．３３３）的理想白光。

后来，ＪｉＨｏｏｎＳｅｏ等［２４］利用蓝色掺杂荧光发光层（ＭＡＤＮ：ＤＡＦ－ｐｈ）和红色掺杂磷光发光层［ＢＡｌｑ：（ａｃｐｐｙ）Ｉｒ（ａｃａｃ）］制成双层白光器件，也获得了色坐标为（０．３３，０．３３）的理想白光，但能量效率提高到９．６８ｃｄ／Ａ，亮度高达２１１００ｃｄ／ｍ２，并且产生白光的色坐标很稳定。

因为在该器件中，激子产生在蓝色发射层和红色发射层之间，当电压升高时，激子同时向蓝色发射层和红色发射层扩散，所以生成白光的色坐标很稳定，不会随着电压的升高而发生漂移。

图１基于ＷＯＬＥＤ彩色显示由于蓝光的能带间隙大，限制了基于蓝光产生白光的效率。

此外，基于蓝光磷光发射产生的白光的稳定性有待进一步提高［２５］。

Ｍｅｉ－ＦａｎｇＬｉｎ等［２６］为了提高基于蓝光磷光发射产生白光的稳定性，利用新的天蓝色掺杂染料ＢＵＢＤ－１与黄光掺杂染料ＴＢＲｂ制成新的双层白光器件，大幅度地改善了白光的稳定性，同时也提高了器件的发光效率。

该器件产生白光的最大的电流效率、能量效率、外量子效率分别为１７．１ｃｄ／Ａ、７．９ｌｍ／Ｗ、６．５％，寿命很长，高达４００００ｈ（３００ｃｄ／ｍ２），其色坐标为（０．２９，０．４１），很稳定，随着驱动电压的升高变化很小。

２．３多层白光器件由色度学原理可知，把红、绿、蓝三基色按照一定的比例混合，可以形成白光。

因此可以用红、绿、蓝三层发光层发光构成白光器件（其典型多发光层结构如图２所示）。

在此类器件中，发光层厚度与掺杂染料的浓度对器件的性能影响很大，因此可以通过调整发光层的厚度与掺杂染料的浓度获得高质量的白光。

张麦丽等［２７］理论推导出合成色坐标为（０．３３，０．３３）的白光所需要红、绿、蓝三基色的最佳亮度配比，并进行了实验验证，得到了色坐标为（０．２５，０．３２）的白光器件。

最近，Ｍ．Ａ．Ｋｈａｎ等［２８］通过改变Ｒ，Ｇ，Ｂ各发光层的厚度和发光层的顺序来改善白光器件的性能。

红光发射层、绿光发射层、蓝光发射层分别为Ａｌｑ：ＤＣＪＴＢ，Ａｌｑ：Ｃ５４５和ＴＢＡＤＮ：ＤＳＡ－Ｐｈ，获得了色坐标为（０．３４，０．３４）的理想白光，最大电流效率为５．６０ｃｄ／Ａ。

在该器件中，激子产生在空穴传输层与发光层的界面处，在此界面处聚集的大量激子，能激发出更多的光子，因此此处的发光亮度较高。

产生的激子在器件中传输，当激子传播距离大于第一发光层的厚度时，激子就会穿越第一发光层到达第二发光层，在那里继续发光。

如果激子传播距离小于第一发光层的厚度，则很少有激子到达第二发光层，因此那里的发光相当弱。

因此可以通过改变Ｒ，Ｇ，Ｂ各发光层的厚度和发光层的顺序来改善白光器件的性能。

多层发光的白光器件制作工艺比较复杂，发光层比较厚，具有相对较高的驱动电压。

此外，Ｒ，Ｇ，Ｂ有独立的发光层，其颜色纯度比较好，但是由于各个发光层的老化速率不同，随着器件的老化，白光的色坐标将发生改变，直接影响了器件的寿命，但是可以通过激基复合物结构的白光器件来改善色纯度的变化。