劉奕君 ， 朱 峰 *， 閆東航

（1.中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所 高分子物理與化學(xué)國家重點實驗室， 吉林 長春 130022；2.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 應(yīng)用化學(xué)與工程學(xué)院， 安徽 合肥 230026）

1 引 言

有機發(fā)光二極管（Organic light-emitting di?odes, OLED）具有自發(fā)光、輕薄、柔性、節(jié)能、響應(yīng)快、色域廣等優(yōu)勢，是一種極具競爭力的新型顯示技術(shù)。有機電致發(fā)光現(xiàn)象可追溯到20世紀(jì)60年代，1963年，Pope等[1]首次在單晶蒽及其摻雜體系中觀察到有機電致發(fā)光現(xiàn)象。由于蒽單晶的厚度達(dá)到幾十微米，只有當(dāng)驅(qū)動電壓施加到400 V時才能觀察到微弱的藍(lán)光。有機單晶制備方法和單晶發(fā)光所需的高工作電壓使得早期的有機單晶發(fā)光器件沒有得到工業(yè)界的密切關(guān)注。直到1987年，美國科達(dá)實驗室的 Tang和VanSlyke[2]發(fā)明了以有機無定形（非晶態(tài)）材料8-羥基喹啉鋁（Alq3）為發(fā)光層的新型三明治器件結(jié)構(gòu)，器件表現(xiàn)出低電壓、高亮度的特征，其功率效率和外量子效率分別達(dá)到1.5 lm·W-1和1.0 %，引起了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛興趣。隨后非晶材料以其成膜性好、利于大面積加工的特點成為極具競爭力的顯示技術(shù)方案。相對于非晶態(tài)材料，有機晶態(tài)材料分子空間排布規(guī)則有序，具有很好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，具有遠(yuǎn)高于非晶材料的載流子遷移率。這些優(yōu)良的特性使有機晶態(tài)材料在光電器件領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力，是先進(jìn)光電器件的優(yōu)良載體。

目前基于有機晶態(tài)材料的發(fā)光器件工作主要集中在單晶 OLED[1,3-10]、多晶薄膜 OLED[11-16]、有機發(fā)光晶體管（Organic light-emitting transistors,OLET）[17-21]、有機光電泵浦激光[22-24]和光電性質(zhì)研究[25-33]等。弱取向外延生長（Weak-epitaxy-growth,WEG）[34-36]是2007年閆東航研究組提出的一種基于真空物理氣相沉積技術(shù)制備有機多晶薄膜的方法。如圖1所示，WEG是在有機半導(dǎo)體和非晶襯底（如SiO2、導(dǎo)電聚合物等）之間引入一層能夠?qū)訝钌L的有機棒狀小分子誘導(dǎo)層（如六聯(lián)苯（p-6P）等）,使半導(dǎo)體層分子受誘導(dǎo)作用進(jìn)行取向生長。傳統(tǒng)有機外延生長早期借鑒無機分子束外延，使用單晶襯底在低溫和室溫下進(jìn)行，襯底與分子間的相互作用強于分子與分子間的相互作用。WEG則是在非晶襯底高溫條件下進(jìn)行分子生長，外延層分子與基底之間的相互作用小于分子與分子之間的作用力，即“弱”外延，使得沉積的有機分子在服從“擴散-聚集限制”生長規(guī)律的同時受誘導(dǎo)層作用進(jìn)行取向生長，形成大面積、連續(xù)、高質(zhì)量的多晶有機薄膜。外延層需要滿足與誘導(dǎo)層匹配的要求，實現(xiàn)有晶格匹配關(guān)系的有公度外延或溝道匹配關(guān)系的無公度外延。WEG方法是一種真空沉積技術(shù)，可以精確控制薄膜生長的厚度，形成具有分子級平滑度的多晶薄膜，并且可以直接連接后續(xù)的電極蒸鍍和器件集成。所以，WEG與現(xiàn)有的OLED工業(yè)制備方法和高真空蒸鍍設(shè)備有很好的兼容性，利于實現(xiàn)工業(yè)級大面積制備，利用WEG方法制備的多晶薄膜OLED有望發(fā)展成為器件技術(shù)。

圖1 分子弱取向外延生長示意圖［34-36］Fig.1 Schematic of weak-epitaxy-growth［34-36］

基于WEG方法，不同光色、不同器件結(jié)構(gòu)的多晶薄膜OLED在近幾年得到系列探索，該類器件不但實現(xiàn)了有效發(fā)光，而且展現(xiàn)出低工作電壓、高光子輸出等優(yōu)越特性。本文聚焦基于WEG方法制備的多晶有機薄膜OLED （Crystalline OLED,C-OLED），總結(jié)了WEG C-OLED的早期工作和研究進(jìn)展，包括WEG C-OLED發(fā)光路線的器件結(jié)構(gòu)設(shè)計、器件性能優(yōu)化、器件評估方法等。

2 WEG C?OLED的器件結(jié)構(gòu)發(fā)展

8-羥基喹啉鋁（Alq3）是一種經(jīng)典的綠色熒光發(fā)射有機材料。Yang等利用WEG方法[13]以p-6P為誘導(dǎo)層（圖2（a））成功外延生長了Alq3高質(zhì)量連續(xù)多晶薄膜（圖 2（b）~（e）），并基于該多晶薄膜首次制備了WEG C-OLED器件。器件采用簡單的單發(fā)光層結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)如圖2（g）所示，在ITO/PEDOT∶PSS（氧化銦錫/聚（3，4-乙烯二氧噻吩）-聚苯乙烯磺酸）導(dǎo)電基底上外延生長Alq3多晶薄膜后，直接蒸鍍LiF和Al電極形成完整的OLED器件。這樣保證了有機多晶薄膜與兩個電極之間的有效接觸，可以實現(xiàn)載流子均勻而高效的注入。p-6P誘導(dǎo)層與 Alq3的 HOMO（Highest occupied molecular orbital，最高占據(jù)分子軌道）能級匹配良好，有利于空穴傳輸。器件啟亮電壓僅為2.8 V，歸因于對晶體發(fā)光層厚度的精確控制以及有效的載流子注入。如圖 2（h）、（i）所示，器件在 518 nm處表現(xiàn)出穩(wěn)定均勻的面發(fā)光，外量子效率（Exter?nal quantum efficiency, EQE）最高達(dá)到 1.44%，實現(xiàn)了有效的綠色發(fā)光。更重要的是，與同時制備的相同結(jié)構(gòu)的非晶OLED（Amorphous OLED, AOLED） 相比，器件T50（亮度衰減到一半的時間）提高了兩個量級（圖2（j）），表現(xiàn)出有機晶態(tài)材料在提升OLED穩(wěn)定性方面的潛在優(yōu)勢。

圖2 （a）~（b）p-6P和 6 nm p-6P/80 nm Alq3多晶薄膜的 AFM 圖；（c）6 nm p-6P/150 nm Alq3多晶薄膜的掃描電子顯微鏡（scanning electron microscope，SEM）橫截圖；（d）多晶薄膜的面外 X 射線衍射（X-ray diffraction，XRD）圖；（e）多晶薄膜的選區(qū)電子衍射（selected area electron diffraction，SAED）圖；（f）p-6P/Alq3多晶薄膜的堆疊模式示意圖；（g）C-OLED的材料分子結(jié)構(gòu)式和能級圖；（h）不同電壓下多晶薄膜OLED的電致發(fā)光光譜；（i）多晶薄膜OLED的EQE隨亮度變化，插圖為Alq3 C-OLED發(fā)光狀態(tài)的照片；（j）不同電流密度下非晶器件和多晶薄膜器件的亮度衰減曲線［13］。Fig.2 （a）-（b）Atomic force microscope（AFM） images of p-6P and 6 nm p-6P/80 nm Alq3 crystalline thin film.（c）Scanning electron microscope （SEM） image of 6 nm p-6P/80 nm Alq3 crystalline thin film.（d）Out-of-plane XRD patterns of crys?talline thin films.（e）Selected area electron diffraction（SAED） patterns of the crystalline film.（f）Schematic packing dia?gram of the p-6P/Alq3 crystalline film.（g）Molecular structures and energy band diagram of the C-OLED.（h）Electrolumi?nescence（EL） spectra of Alq3 C-OLED.（i）EQE as a function of luminance.The inset shows a photograph of an operat?ing Alq3 C-OLED.（j）Time-dependent luminance evolutions of amorphous OLEDs and C-OLEDs［13］.

雖然單層C-OLED器件的制備過程簡單，但往往面臨著載流子傳輸不平衡、載流子復(fù)合區(qū)域靠近電極、易發(fā)生激子猝滅等問題，而多層結(jié)構(gòu)可以有效克服這些困難[6]。如前所述，WEG方法可以逐層生長不同晶體材料，并保證晶體發(fā)光部分與電極的良好接觸，因此適合用來制備多層結(jié)構(gòu)的多晶薄膜器件。如圖 3（a）~（d）所示，在WEG Alq3器件中引入了AlmND3晶態(tài)薄膜層后，AlmND3與Alq3可以進(jìn)行良好的異質(zhì)外延交替生長，形成高質(zhì)量大面積連續(xù)的外延多晶薄膜，并制備C-OLED發(fā)光器件[14]。AlmND3多晶薄膜的最低未占據(jù)分子軌道（Lowest unoccupied molecular orbital, LUMO）能級可以在晶態(tài)器件中形成一個電子勢阱來減弱電子傳輸能力（圖3（e）），進(jìn)而改善Alq3晶態(tài)薄膜中的電子空穴平衡傳輸。更重要的是，AlmND3晶態(tài)薄膜層的加入可以將激子限制在遠(yuǎn)離電極的區(qū)域以減少激子的猝滅。優(yōu)化后的晶態(tài)器件電流效率為7.80 cd·A-1，EQE達(dá)到 2.41%（圖 3（f）~（i）），器件表現(xiàn)出均勻明亮的綠光發(fā)射，說明多層晶態(tài)薄膜結(jié)構(gòu)能夠有效調(diào)節(jié)器件的載流子傳輸過程，實現(xiàn)電子空穴的相對平衡傳輸。

圖3 （a）~（d）弱取向外延生長 Alq3多晶薄膜的AFM圖；（e）多層 C-OLED中的載流子和激子示意圖；（f）C-OLED的電致發(fā)光光譜，插圖為工作狀態(tài)下多晶薄膜器件的照片；（g）C-OLED的J‐V‐L性能特征；（h）C-OLED的電流效率-亮度曲線和功率效率-亮度曲線；（i）C-OLED的 EQE-亮度曲線[14]。Fig.3 （a）-（d）Atomic force microscope（AFM） images of WEG Alq3 crystalline thin films.（e）Schematic diagram of carriers and excitons’ processes in the multi-layer C-OLED.（f）Electroluminescence spectra of C-OLED.The inset shows photo?graph of an operating multi-layer crystalline OLED.（g）J-V-L characteristics of C-OLED.（h）Current efficiency（CE） and power efficiency（PE） of C-OLED as a function of luminance.（i）EQE of C-OLED as a function of luminance[14].

3 WEG 深藍(lán)光OLED及器件結(jié)構(gòu)優(yōu)化

由于藍(lán)光材料的寬帶隙特征，藍(lán)光OLED的性能（效率、穩(wěn)定性等）通常不如紅光和綠光OLED，因此開發(fā)高效藍(lán)光OLED，尤其是深藍(lán)光OLED是發(fā)展OLED顯示技術(shù)的緊迫問題。

2020年，Liu等[15]設(shè)計了基于藍(lán)光ρ-DPPI熒光分子（圖 4（a）、（b））的多層結(jié)構(gòu) WEG C-OLED器件。該器件采用BP1T作為誘導(dǎo)層，BP1T在硅片和ITO/PEDOT∶PSS上都呈現(xiàn)良好的層狀生長規(guī)律。除此之外，如圖 4（c）、（d）所示，它具有合適的HOMO能級和良好的空穴傳輸性能[37]，不僅可以誘導(dǎo)后續(xù)多晶薄膜生長，更能作為空穴傳輸層來提升空穴注入效率。如圖 4（e）~（j）所示，ρ-DPPI分子在誘導(dǎo)層上生長出高質(zhì)量的多晶薄膜。相比于非晶的ρ-DPPI，多晶薄膜OLED表現(xiàn)出窄化的光譜和藍(lán)移現(xiàn)象，有利于制備深藍(lán)光器件。電子傳輸層和空穴傳輸層的存在可以解決正負(fù)電極的功函與有機材料載流子能級的雙向匹配問題，使得電子和空穴的注入更加高效。類似地，基于ρ-DP?PI的 WEG C-OLED器件額外引入了電子傳輸層以解決負(fù)電極的費米能級與有機材料LUMO的匹配問題，使得電子注入更加高效。由于WEG多晶薄膜是在高溫下直接蒸鍍而成，器件能夠直接在生長完多晶薄膜后進(jìn)行電子傳輸層的蒸鍍。如圖4（k）~（n）所示，該多晶薄膜器件表現(xiàn)出明亮的深藍(lán)光發(fā)射，國際照明委員會（Commission Internatio?nale de l’Eclairage, CIE）色坐標(biāo)約為（0.15, 0.11），接近標(biāo)準(zhǔn)藍(lán)光。得益于合適的能級設(shè)計構(gòu)建，器件的啟亮電壓低至2.80 V，實現(xiàn)了高效的載流子注入，同時器件呈現(xiàn)出低驅(qū)動電壓的特征。器件最大亮度約為15 000 cd·m-2，最大電流效率為4.5 cd·A-1，功率效率為 4.1 lm·W-1，EQE為4.1%。即使在1 000 cd·m-2亮度下，電流效率、功率效率和EQE 依然可以保持在 4.5 cd·A-1、3.4 lm·W-1和3.9%。該工作說明多晶薄膜作為發(fā)光層可以實現(xiàn)有效的藍(lán)光發(fā)射。

圖4 （a）ρ-DPPI分子結(jié)構(gòu)式和分子構(gòu)象；（b）ρ-DPPI的晶體堆積形式；（c）C-OLED的器件結(jié)構(gòu)示意圖；（d）C-OLED的器件能級示意圖；（e）6.6 nm厚的BP1T多晶薄膜AFM圖；（f）~（j）不同厚度的ρ-DPPI多晶薄膜AFM圖；（k）不同電壓下C-OLED的電致光譜，插圖為工作狀態(tài)下多晶薄膜C-OLED器件的照片，照片中的樣品尺寸為30 mm × 30 mm；（l）COLED的 J‐V‐L曲線；（m）C-OLED的電流效率-亮度曲線和功率效率-亮度曲線；（n）C-OLED的EQE-亮度曲線[15]。Fig.4 （a）Chemical structure and molecular conformation of ρ-DPPI.（b）Interlayer herringbone packing of ρ-DPPI molecules.（c）Schematic illustration of the device architecture.（d）Schematic illustration of the energy level diagram.（e）AFM im ?ages of 6.6-nm thick BP1T film.（f）-（j）AFM images of ρ-DPPI film with different thickness grown on BP1T inducing layer.（k）Normalized EL spectra of C-OLED at different driving voltages.The inset: photograph of C-OLED operating un?der ambient conditions.The size of the sample shown in the inset is 30 mm × 30 mm.（l）Current density‐voltage‐lumi?nance（J‐V‐L） characteristics of C-OLED.（m）Current efficiency and power efficiency versus luminance curves of COLED.（n）EQE-luminance of C-OLED[15].

4 摻雜WEG 深藍(lán)光OLED

主客體摻雜體系可以有效提高OLED器件的性能以及調(diào)控發(fā)光器件的光色，是半導(dǎo)體科學(xué)技術(shù)與非晶薄膜OLED器件發(fā)展中形成的重要方法[38-39]。將摻雜方法引入晶態(tài)OLED器件的制備能大幅拓寬多晶薄膜路線的適用范圍，提高發(fā)光性能[40]。

Xin等[16]利用WEG方法制備了一種基于氟代菲并咪唑化合物2FPPICz[41]的多晶薄膜。如圖5（a）~（b），在 BP1T 誘導(dǎo)層上，2FPPICz可以外延生長出連續(xù)的多晶薄膜，單個BP1T晶疇內(nèi)生長的2FPPICz晶條只有單一取向，不同晶疇之間的2FPPICz條狀晶體可以實現(xiàn)平滑的融合、連接。XRD表征結(jié)果（圖5（d））證明了外延薄膜的結(jié)晶性。圖5（c）說明在經(jīng)過PEDOT∶PSS修飾的ITO基底上，2FPPICz外延晶態(tài)薄膜即使在近1 μm的厚度下依然可以保持充分融合連接的晶條形狀。如圖 5（f）、（g）所示，經(jīng)過飛行時間法（Time of light, TOF）測試，2FPPICz多晶薄膜的空穴和電子遷移率分別約為0.10 cm2·V-1·s-1和0.015 cm2·V-1·s-1，遠(yuǎn)高于一般非晶態(tài)薄膜的遷移率（10-8~10-2cm2·V-1·s-1）。 高 遷 移 率 能 夠 促 進(jìn) 載 流 子 運 輸過程，提高激子復(fù)合效率，進(jìn)而帶來高電導(dǎo)率，降低整個器件的串聯(lián)電阻和驅(qū)動電壓，有利于構(gòu)筑高效 OLED 器件。如圖 6（a）~（e）所示，基于2FPPICz的多晶薄膜OLED表現(xiàn)出明亮均勻的深藍(lán)光發(fā)射，CIE坐標(biāo)為（0.162，0.029），最大EQE為1.6%。

圖5 （a）40 nm 2FPPICz外延多晶薄膜的AFM圖；（b）40 nm摻雜外延多晶薄膜的 AFM圖；（c）約0.6 μm 厚2FPPICz外延多晶薄膜的SEM橫截圖；（d）BP1T、外延2FPPICz和摻雜多晶2FPPICz薄膜的面外XRD圖；（e）摻雜外延多晶薄膜示意圖；（f）空穴遷移率對電場強度的依賴關(guān)系曲線；（g）電子遷移率對電場強度的依賴關(guān)系曲線［16］。Fig.5 （a）AFM images of the 40 nm WEG 2FPPICz crystalline thin films.（b）AFM images of the doped crystalline thin films.（c）Scanning electron microscope（SEM） image of a cross-section profile of the 0.6 μm thick 2FPPICz crystalline thin film.（d）Out-of-plane XRD patterns of BP1T， WEG 2FPPICz， and doped WEG 2FPPICz crystalline thin films.（e）Sche?matic illustration of the doped WEG crystalline thin film.（f）Hole mobility plotted with respect to E1/2.（g）Electron mobil?ity plotted with respect to E1/2［16］.

圖6 （a）2FPPICz純層多晶薄膜器件結(jié)構(gòu)圖；（b）C-OLED的電流密度-電壓-亮度曲線；（c）C-OLED的亮度-電流密度曲線；（d）C-OLED的EQE-亮度曲線；（e）C-OLED在5.0 V下的歸一化器件電致光譜，插圖為1931CIE色坐標(biāo)圖［16］。Fig.6 （a）Device structure of C-OLED based on non-doped 2FPPICz WEG crystalline thin film.（b）Voltage dependent of cur?rent density and luminance characteristics of C-OLED.（c）Luminance-current density characteristics of C-OLED.（d）EQE-Luminance-curves of C-OLED.（e）Normalized EL spectra of C-OLED at 5.0 V of C-OLED.The inset is CIE1931 chromaticity diagram［16］.

如前所述，摻雜是非晶器件中常用的一種制備器件策略，引入合適的高效客體材料能夠顯著提升器件效率。2FPPIPCz材料的分子結(jié)構(gòu)與2FPPICz類似，且具有更高的熒光量子產(chǎn)率，適合作為客體材料進(jìn)行摻雜。高效率客體與深藍(lán)光高遷移率主體的結(jié)合更有利于實現(xiàn)有效發(fā)光。由于利用WEG方法制備摻雜多晶薄膜只需要在制備過程中使不同材料共蒸發(fā)即可，因此選擇的材料不受升華溫度的限制，摻雜濃度也可以通過蒸發(fā)設(shè)備的晶振進(jìn)行精確控制。圖5（d）描繪了摻雜薄膜和未摻雜薄膜的XRD曲線，二者的一致性說明在進(jìn)行摻雜后，薄膜依然保持著高度有序的特征，摻雜并未改變薄膜的晶體結(jié)構(gòu)。如圖 7（a）~（d）所示，進(jìn)行摻雜后，器件的最大亮度和EQE分別由1 100 cd·m-2和1.6%上升到8 007 cd·m-2和2.68%。器件呈現(xiàn)明亮的深藍(lán)色發(fā)射，開啟電壓僅為3.0 V，即使在1 000 cd·m-2亮度下驅(qū)動電壓也僅為4.1 V，CIE色坐標(biāo)為（0.158, 0.034），是深藍(lán)光OLED中CIEy最小值之一。相比于傳統(tǒng)的非晶OLED，該摻雜OLED具有更低的驅(qū)動電壓。這說明WEG C-OLED可以實現(xiàn)主客體摻雜路線，為未來高效器件的制備打下了良好的基礎(chǔ)。晶態(tài)有機材料的高遷移率一方面可以提高載流子輸運效率，使得發(fā)光區(qū)的電子空穴可以快速復(fù)合形成激子；另一方面，高遷移率帶來了高電導(dǎo)的優(yōu)勢，因此多晶薄膜器件大多表現(xiàn)出低啟亮電壓并且在低電壓區(qū)亮度快速上升的特點。

圖7 （a）C-OLED的電壓-電流密度曲線（右）和電壓-亮度曲線（左）；（b）C-OLED的電流密度-亮度曲線；（c）C-OLED的EQE-亮度曲線；（d）C-OLED和ITU-R BT.2020-標(biāo)準(zhǔn)藍(lán)光的色坐標(biāo)圖以及其色坐標(biāo)值，插圖為驅(qū)動電壓5.0 V時的電致發(fā)光光譜［16］。Fig.7 （a）Voltage-dependent current density（right） and luminance（left） characteristics of C-OLED.（b）Current-density-de?pendent luminance characteristics of C-OLED.（c）EQE-luminance curves of C-OLED.（d）The CIE1931 chromaticity dia?gram， including the chromaticity coordinates of the EL spectrum from the doped C-OLED and ITU-R BT.2020-Standard，the inset is the EL spectra at 5.0 V［16］.

5 C?OLED的光輸出特征

晶體的高遷移率會降低器件的串聯(lián)電阻，因而帶來低驅(qū)動電壓以及低焦耳熱損耗等優(yōu)勢。目前非晶OLED的通常評價參數(shù)并不能完全反映多晶薄膜器件的這些特征。為了能夠更客觀地描述多晶薄膜器件的性能，Xin等[16]計算了多晶薄膜器件的一系列電學(xué)參數(shù)如電壓差、電導(dǎo)、輸入功率和焦耳熱等。計算結(jié)果表明，相對于目前報道的基于傳統(tǒng)熒光、熱活化延遲熒光（Thermal activated delayed fluorescence, TADF）、三線態(tài)-三線態(tài)湮滅（Triplet-triplet annihilation, TTA）和磷光材料的相似光色的非晶器件（CIEy≤ 0.05）來說，摻雜 COLED器件具有最高的發(fā)光亮度（圖8（a））和最小的電壓差（?V，定義為亮度為1 000 cd·m-2和 1 cd·m-2所對應(yīng)的驅(qū)動電壓差，表征發(fā)光器件平均啟亮速度）。同時，該類C-OLED器件具有最高的微分電導(dǎo)和最低的串聯(lián)電阻焦耳熱比例，說明晶體的高遷移率特性能夠減小焦耳熱帶來的能量損失，降低器件的驅(qū)動電壓和能量損耗。同樣地，多晶薄膜器件更高的斜率2（Slope2，當(dāng)亮度為1 cd·m-2時所對應(yīng)的電壓下的瞬時斜率）和Slope3（亮度為1 cd·m-2和 100 cd·m-2時所對應(yīng)的電壓下的平均斜率）數(shù)值，說明其具有超越其他同光色的非晶器件的載流子遷移率和更快的開啟速度。單位時間、單位面積發(fā)射的光子數(shù)（Noutp）是評價LED等發(fā)光器件光輸出能力的一項重要參數(shù)，根據(jù)EQE（ηEQE）和電流I的定義（公式（1）、（2））可以推導(dǎo)出發(fā)射的光子數(shù)（Noutp）計算公式（公式（3））：

圖8 （a）摻雜C-OLED和已報道的相似色純度深藍(lán)光OLED的電壓-亮度曲線對比；（b）摻雜C-OLED和已報道的相似色純度深藍(lán)光OLED的電壓-電流密度曲線對比；（c）摻雜C-OLED和已報道的相似色純度深藍(lán)光OLED的電壓-電流密度半對數(shù)曲線對比；（d）摻雜C-OLED和已報道的相似色純度典型深藍(lán)光OLED的電壓?光子數(shù)曲線（N）對比，包括傳統(tǒng)熒光、磷光材料、TADF、TTA和銦鎵氮（InGaN）/氮化鎵（GaN）無機LED的深藍(lán)光OLED。Slope 2/3：定義為lgJ-V的關(guān)系圖中當(dāng)亮度為1 cd·m-2時所對應(yīng)的電壓下的瞬時斜率/當(dāng)亮度為 1 cd·m-2和100 cd·m-2時所對應(yīng)的電壓下的平均斜率；Slope 4/5：定義為lgN-V（N，單位時間單位面積內(nèi)OLED所發(fā)射出的光子數(shù)）的關(guān)系圖中當(dāng)亮度為1 cd m-2時所對應(yīng)的電壓下的瞬時斜率/當(dāng)亮度為 1 cd·m-2和100 cd·m-2時所對應(yīng)的電壓下的平均斜率。所有這些用于比較的數(shù)據(jù)是從相應(yīng)參考文獻(xiàn)的圖中提取出來的［16］。Fig.8 （a）A comparison of voltage（V）-dependent luminance between doped C-OLED and reported deep-blue OLEDs with simi?lar color purity.（b）A comparison of voltage（V）-dependent current density（J） between doped C-OLED and reported deep-blue OLEDs with similar color purity.An inorganic LED based on InGaN/GaN is also plotted.?V = V1 （1 000 cd·m-2）-V0（1 cd·m-2）.Slope 1（mS·cm-2）： defined as the instantaneous slope of J-V curves at 1 000 cd·m-2.（c）A compari?son of voltage-dependent semi-log current density between doped C-OLED and reported deep-blue OLEDs.（d）A compari?son of voltage-dependent semi-log emitted photons（N） between doped C-OLED and reported deep-blue OLEDs based on typical fluorescent and phosphorescent materials， TADF， TTA， and InGaN/GaN LED.Slope 2/3： defined as the instanta?neous slope of the lgJ-V curve at a voltage relating to about 1 cd·m-2 （Slope 2）； and the average slope at a voltage relat?ing to about 1 cd·m-2 to 100 cd·m-2 （Slope 3）.Slope 4/5： defined as the instantaneous slope of the lgN-V curve at a volt?age relating to about 1 cd·m-2（Slope 4）； and the average slope at a voltage relating to about 1 cd·m-2 to 100 cd·m-2（Slope 5）.All reference data for comparison are extracted from the corresponding literature［16］.

其中，Nein為注入的電子數(shù)，Q為電荷量，e為自由電荷的電量，t為時間，J為電流密度。人眼對不同顏色的光的靈敏度不同，而且具有不同色坐標(biāo)數(shù)值的光的亮度也不同，參數(shù)Npout可以排除人眼視覺函數(shù)對不同顏色光帶來的差異，評估具有不同色純度的OLED的發(fā)光能力。如圖8（d）所示，在相同的驅(qū)動電壓下，摻雜的C-OLED具有最大的Npout，遠(yuǎn)高于其他基于傳統(tǒng)熒光、TADF、TTA和磷光材料的非晶器件的Npout。計算光子數(shù)變化曲線在低電壓區(qū)的斜率，可以發(fā)現(xiàn)摻雜晶態(tài)器件的斜率更高，說明晶態(tài)器件確實具有更高發(fā)射的光子數(shù)變化率，因而帶來了更快的開啟速度這一優(yōu)勢。

6 結(jié)論與展望

本文重點總結(jié)了WEG方法制備的多晶薄膜OLED（C-OLED）器件研究進(jìn)展。結(jié)果顯示W(wǎng)EG C-OLED可以實現(xiàn)有效發(fā)光，目前已成功發(fā)展出綠光和藍(lán)光發(fā)射器件。WEG C-OLED包括多晶薄膜發(fā)光層、空穴傳輸層和電子傳輸層等，整體器件結(jié)構(gòu)類似于傳統(tǒng)非晶薄膜OLED器件。由于晶態(tài)有機材料具有高載流子遷移率和良好的熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性等特征，器件表現(xiàn)出低啟亮電壓、低工作電壓、高光輸出、高功率效率和低焦耳熱損耗的優(yōu)越特性，展示出C-OLED在OLED領(lǐng)域中的巨大潛力。WEG C-OLED的制備方法可以兼容現(xiàn)有的OLED工業(yè)制備方法和高真空蒸鍍設(shè)備，利于實現(xiàn)工業(yè)級大面積加工，具有良好的應(yīng)用前景。目前，C-OLED器件的外量子效率仍然有待提高，在以下幾方面我們將繼續(xù)探索和完善：一是可以在發(fā)光區(qū)引入高激子利用率的發(fā)光材料改善發(fā)光過程；二是進(jìn)行新的器件結(jié)構(gòu)設(shè)計，在晶態(tài)框架結(jié)構(gòu)中利用摻雜工程等來增強和平衡載流子傳輸能力；三是開發(fā)新的電子和空穴傳輸能力平衡的高遷移率晶態(tài)主體材料。綜上所述，區(qū)別于傳統(tǒng)的有機非晶薄膜路線，利用有機晶態(tài)材料的本征性質(zhì)開發(fā)的多晶薄膜OLED有望發(fā)展成為新一代OLED器件技術(shù)。