作者： Chunyu Zhang, Xingyuan Liu_, Li Qin, Wanbin Zhu, Lijun

来源： Journal of Luminescence 122–123 (2007) 590–592

摘要：

　　微腔有机发光二极管（ MOLED ）被研究用来发射白光。制备结构 为 glass/dielectric mirror/ITO/NPB/Alq/MgAg 微 腔有机发光二极管。尽管只有一个发光层，但是由于器件具有两种微腔模式，器件发出了白光。通过调整微腔模式的响应波长（ 488nm 和 612nm ）和强度，两种微腔模式最终可以得到明亮的，最大发光亮度为 16435cd/m2 ，最大流明效率为 11.1cd/A 的白色电致发光。在国际照明协会色品图中色坐标的位置为（ 0.32, 0.34 ），在不同的外加电压下，颜色非常稳定。

1 导言

　　近来，由于在照明光源、液晶背光源和全彩显示等方面具有的潜在应用，白光有机发光二极管得到了很多人的关注 [1-3] 。通常发白光使用的方法是采用多发光层，其中每个发光层发出不同的光。通过颜色混合，最后得到白光。目前，这种方法制备器件得到的电致发光性能，例如颜色稳定性和效率方面仍然需要提高。

　　光学微腔结构是一种至少在一个维度上的尺度要和光的波长在同一数量级的结构 [4-7] 。在一个微腔器件中，只有一种或少数几种光学模式能够和微腔中的材料相互作用。因此，与在自由空间的条件相比，光在微腔中经过与材料的相互作用，得到了更显著的改变。

　　在过去的几年里，有机材料通过微腔效应多发光性能的修正已经取得了显著的效果，例如在增强亮度和调制色彩方面 [5-9] 。在有机发光二极管中，单色光和白光都可以利用微腔来进行性能调制。为了在 MOLED 中获得白光，在宽带发光材料的发光谱内具有多个微腔模式是非常重要的，这可以通过增加腔体的长度或结构来实现 [9] 。然而在文献 [9] 中报道的白光 MOLED 中使用了多种发光材料，电致发光性能也没有进行充分的报道。在本文中，我们在一个简单的双层结构中，利用一种发光材料成功制备了明亮的白光 MOLED 。

2 设计和实验

　　MOLED 器件的结构为 glass/DBR/ITO/NPB/Alq/MgAg 。 ITO 作为阳极。 MgAg 镜面作为阴极。 4-40-bis[N-(1-naphthyl)-N-phenyl-amino]biphenyl(NPB) 作为空穴传输层（ HTL ）。 Tris(8-hydroxyquinoline)aluminum (Alq) 作为发光层 (EML) 和电子传输层 (ETL) 。分布式布拉格反射镜（ DBR ）和 MgAg 作为微腔结构的两个镜面。

图 1 ：器件中使用的有机材料的分子结构

　　图 1 显示的是 NPB 和 Alq 的分子结构。 Alq 是被经常用来发黄绿光使用的有机发光材料。 Alq 被选择用来作为 EML 是因为它具有宽带光致发光光谱，发光峰值在 515nm 。为了实现白光 MOLED ，至少需要两种能够在 Alq 的红光和蓝光光谱区激发出光的微腔模式，同时大部分 Alq 中的绿光应该被抑制。因此， DBR 被设计在 530nm 布拉格波长处具有最大的反射系数。

MOLED 点至发光光谱通过下面的公式来决定 :

　　这里 是激子形成区和金属镜面的有效距离， 和分别是 DBR 和金属镜面的反射系数。 是微腔总的光学厚度，是在 处的自由空间密度。通过模拟，我们决定 MOLED 的器件结构如下：

Glass/DBR/ITO(194 nm)/NPB(93 nm)/Alq(49 nm)/MgAg(150nm)

　　DBR 和 ITO 通过电子束蒸发沉积。所有的有机层和金属 MgAg （速率比 10:1 ）层通过真空沉积制备。 PL 谱由日立 F-4500 分光光度计测量。亮度和 EL 谱通过 Optikon CCD 分光计测量。发射光谱（ transmittance spectrum ）通过 Shimadzu UV-3000 分光光度计测量。

3 结果

　　DBR 的发射光谱如图 2 所示，图 2 中还有 Alq 薄膜的 PL 谱和 MOLED 的模拟 EL 谱。 Alq 的 PL 谱在 515nm 处有一个峰，半高宽为 90nm 。 DBR 发射光谱在 530nm 处具有最大的反射系数，大约为 66% 。模拟的 EL 谱显示两个微腔模式分别位于 489nm （半高宽为 18nm ）和 613nm （半高宽为 42nm ）处。在国际照明协会的色品图中坐标位置在（ 0.27, 0.4 ），属于白光范围。

图 2.MOLED 的模拟 EL 谱（线）和 Alq 薄膜的 PL 谱（点）以及 DBR 的发射光谱

　　MOLED 中的电场分布和材料的折射系数如图 3 所示。 Ta 2 O 5 、 SiO 2 、 ITO 、 NPB 、 Alq 和 MgAg 的折射系数分别为 2.0 ， 1.46 ， 2.05 ， 1.84 和 1.74 。为了使器件亮度达到最大，微腔区的腹点（ antinodes ）应该位于距 NPB 和 Alq 界面 489nm 和 613nm 处。

图 3.MOLED 中的电场分布和材料的折射系数

　　MOLED 的开启电压为 3V 。当加上外加电压时，器件从玻璃一侧出光。当外加电压在 12V 时，器件的 EL 谱如图 4 所示。两个谐振峰位于 488nm 和 612nm 处，与模型符合非常好。峰的半高宽分别为 20nm 和 32nm 。

图 4.MOLED 在 12V 电压时的 EL 谱

图 5.MOLED 器件发光效率（空心方块）和亮度与电流密度的关系

　　图 5 显示的是 MOLED 器件发光效率和亮度与电流密度的关系。器件的最大亮度是 16435cd/m 2 ，最大效率是 11.1cd/A 。当 MOLED 器件的亮度是 100cd/m 2 是，器件的发光效率、电压和电流密度分别为 9cd/A ， 6 V 和 1.2mA/cm 2 。器件发光的颜色在国际照明协会 1931 年色品图中坐标是（ 0.32, 0.34 ）。发光颜色在不同的电压下也非常稳定，这主要是因为器件的结构简单，而且发光材料 Alq 比较稳定的缘故。

4 总结

　　我们发展了一种白光 MOLED 器件，这种器件结构简单，使用宽带的 Alq 作为发光材料。通过控制微腔结构来实现白光， 器件的最大亮度是 16435cd/m 2 ，最大效率是 11.1cd/A 。 器件发光的颜色在国际照明协会 1931 年色品图中坐标是（ 0.32, 0.34 ），并且在不同外加电压下，发光颜色非常稳定。以上结果显示微腔结构是一种有效的制备白光 OLED 的方法。

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来源：中国半导体照明网编译