基于全激基复合物发光的单色和白光有机发光二极管研究

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白光有机发光二极管(WOLED)具有发光柔和均匀、自发光、面光源等优点,被认为是新一代的照明光源。白光的实现依赖于三原色或者是互补色的发射,高效的单色光是实现高水平白光的前提。基于分子间电荷转移的激基复合物,只需选用合适的给受体材料,利用其本征较小的ΔEST,三线态激子可以通过反向系间窜越(RISC)过程得以利用,理论上可以实现100%内量子效率。而且,激基复合物自身的宽谱带发光则有利于提高WOLED的光色质量。但现今全激基复合物WOLED还存在着结构复杂和效率较低等问题。本文基于全激基复合物发光,进行单色光与白光OLED的研究开发。通过选用高效的单色光激基复合物,采用互补色策略,调控激子复合区域,平衡载流子注入,合理设计器件结构,旨在制备出高效率高亮度高色质量的WOLED。主要研究内容如下:1.基于各个给体的HOMO能级与受体材料PO-T2T的LUMO能级,设计出五个不同光色的激基复合物单色光OLED,在可见光范围内,实现了全谱系覆盖。同时结合给体材料的分子结构以及给受体的能级带隙,分析了能级势垒对辐射跃迁以及发光颜色的影响。其中,天蓝光激基复合物26DCz PPy:PO-T2T以及黄光激基复合物DMAC-MPM:PO-T2T,最大外量子效率(EQE)分别达到了6.47%和10.47%,为后续章节利用互补色形成高效白光奠定了基础。2.设计制备以黄(橙)光激基复合物/间隔层/蓝光激基复合物作为器件核心结构的全激基复合物WOLED。系统地研究了不同特性的间隔层材料对发光性能以及激子复合区域的影响。间隔层材料依次选用双极性的给体材料DMAC-MPM、26DCz PPy,以及受体材料PO-T2T和惰性材料DPEPO,通过优化间隔层的厚度,实现了激子复合区域的调控。最终,当间隔层为4 nm的26DCz PPy时,实现了3.3 V的低启亮电压、8153 cd/m~2的高亮度、EQE为7.9%的高效率以及CIE为(0.28,0.44)的暖白光WOLED。在此基础上继续优化器件结构以及能级排列,将黄光激基复合物DMAC-MPM:PO-T2T换为橙光激基复合物TAPC:PO-T2T,当间隔层为4 nm的26DCz PPy时,改善了器件的CIE坐标,稳定在(0.32,0.43),并且最大亮度、电流效率(CE)、功率效率(PE)以及EQE分别达到了5788 cd/m~2、19.3 cd/A、16.9 lm/W和7.6%。3.设计制备基于三元给体/受体激基复合物体系的双色高显色指数单发光层(S-EML)全激基复合物WOLED。S-EML结构依次采用m CP:PO-T2T:m-MTDAT(1:1:x wt%)、26DCz PPy:PO-T2T:m-MTDATA(1:1:x wt%)和TAPC:TPBi:PO-T2T(1:1:x wt%)的互补色策略,通过调控掺杂剂浓度,改变双激基复合物之间比例,进而合理分配激子的能量,保证蓝光发射强度与橙红光发射强度大致相当,最终首次实现了S-EML结构的全激基复合物WOLED。其中最优的WOLED最大亮度为~3500 cd/m~2,最大EQE为~3%,最佳显色指数>80,是目前双色WOLED最佳结果之一。
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