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, 6, 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。

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2

Fig.2

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	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-V characteristic curves (b) of white OLED

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

Fig.3

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	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

Table 1

表1(Table 1)

表1 白光OLED器件光谱参数 Table 1 Spectral parameters of white OLED devices 序号 蓝光掺杂 比/% Peak-fit Peak1 Peak2 Peak3 470 nm 500 nm 560 nm λ /nm FWHM/nm A λ /nm FWHM/nm A λ /nm FWHM/nm A 1 2 467.68 32.02 0.86 498.28 37.62 0.87 562.98 69.47 1.77 2 5 466.89 31.43 6.25 497.00 37.49 5.37 560.72 71.60 8.46 3 8 467.24 30.64 5.66 496.67 36.80 5.16 562.10 71.70 9.23

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4.15.4 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

Fig.4

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	图4 白光OLED微型显示器件色坐标图Fig.4 Color coordinate diagram of white OLED 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%。

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。