基于聚集诱导发光材料的荧光/磷光混合型白光有机发光二极管的研究

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随着有机发光二极管(OLEDs)在显示面板行业的成功应用,白光OLEDs(WOLEDs)因其面发光、柔性、轻薄、接近太阳光、低蓝光以及无眩光危害等特点,在照明领域也显示了很大的应用前景。相比于单色光器件,白光器件结构更加复杂,激子淬灭造成的效率滚降也相对严重,而蓝光材料更是影响OLEDs效率和寿命的关键。然而,磷光材料效率高,但效率滚降严重,且蓝光磷光稳定性差,而荧光材料虽然稳定好,但效率低无法满足照明应用要求,同时为了降低成本,也需要简化器件结构,这些问题都迫切需要开发综合性能更好的有机电致发光材料,满足高性能WOLEDs的制备要求。我们的研究表明,聚集诱导发光(AIE)材料应该是制备高效率WOLEDs的一个潜在选择。AIE材料具备优异的固态发光特性,薄膜状态下荧光效率高,非常适合制备结构简单的非掺杂器件,且制备的器件具备高效率、低效率滚降的特点,满足OLEDs照明应用的要求。本论文围绕稳定的AIE材料开展了荧光/磷光混合型WOLEDs的结构设计与性能研究,主要工作总结如下:1.采用AIE深蓝光材料3TPA-CN作为非掺杂蓝光发光层和磷光客体发光材料的主体,通过发光层结构设计制备出了高效率、低效率滚降荧光/磷光混合型两色WOLEDs,该器件最大功率效率和外量子效率分别达到了86.7 lm W-1和22.3%,在1000 cd m-2亮度下依然有59.2 lm W-1和19.6%,色坐标为(0.44,0.48),为很好的暖白光发射。机理研究表明,器件中的磷光发射主要是以AIE主体到磷光客体的能量传递,并辅助一定的磷光客体的载流子俘获过程,蓝光和磷光层位置对器件性能起着非常重要的作用。同时利用单色光光谱建立的数学模型,发展出了一种准确而有效的激子分布计算方法,为高效率混合型WOLEDs的结构设计和激子分布对器件性能的影响研究提供了有用手段。2.采用AIE深蓝光材料TPB-AC作为非掺杂的蓝光发光层和磷光客体发光材料的主体,制备出了高效率、低效率滚降蓝光荧光和红、黄、绿光磷光OLEDs,并通过发光层结构设计,成功制备出了高效率、低效率滚降两色和四色WOLEDs。研究表明,由于TPB-AC高的荧光量子效率(98.6%)和良好的分子取向特性(79%),用TPB-AC做非掺杂发光层制备的蓝光OLEDs效率高达7.0%,在1000cd m-2亮度下仍维持6.3%,显示了非常低的效率滚降,其色度坐标为(0.15,0.08),是非常纯的蓝光发射;而用TPB-AC为主体制备的绿/橙/红光磷光OLEDs,其最大外量子效率分别达到了21.0%,27.3%和26.1%,也表现了非常低的效率滚降。在此基础上,制备的两色和四色混合型白光器件的最大外量子效率都超过了25%,其中,两色白光器件的最大功率效率高达99.9 lm W-1,在1000 cd m-2亮度下依然有72.1 lm W-1,色度坐标为(0.46,0.48);而四色白光器件最大功率效率达60.7 lm W-1,在1000 cd m-2亮度下仍然有43.5 lm W-1,色度坐标为(0.48,0.45),显色指数超过了90,这应该是目前综合性能最好的荧光/磷光混合型WOLEDs结果。机理研究表明,取得的高性能WOLEDs应该归因于有效发光层结构的设计,其梯度能量传递过程保证了激子的高效利用。3.采用AIE深蓝光材料TPB-AC和宽光谱的AIDF绿光材料CP-BP-PXZ为非掺杂发光层,结合红光磷光客体发光材料Ir(dmdppr-dmp)2(divm)掺杂TCTA为红光磷光发光层,制备出了高效率、低效率滚降三色荧光/磷光混合型WOLEDs。该器件最大功率效率和外量子效率高达50.5 lm W-1和20.5%,在1000 cd m-2亮度下仍然可以达到32.9 lm W-1和18.9%,色度坐标为(0.52,0.45),并且显色指数高达90,表现了良好的综合性能。机理研究表明,这种红光磷光/绿光AIDF/TCTA/蓝光AIE发光层结构的设计有效地调控了激子分布,实现了激子的高效利用,降低了激子淬灭,使器件具有高效率、低效率滚降特点,具有重要应用价值。
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