基于激基复合物的高效简单白光有机电致发光器件的研究

来源 :吉林大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhangxinyao1121
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白光有机电致发光器件(OLED)所拥有的高性能、自发光、柔性透明和绿色环保等特性使其在固态照明和全彩显示领域成为了市场的新宠儿。然而OLED较高的制备成本大大阻碍了OLED的大规模商业化应用。目前,制备结构简单且性能高效的OLED仍然是一个颇具挑战的课题。近年来,热活化延迟荧光现象的发现掀起了对激基复合物研究的新热潮,激基复合物在作为OLED器件的发光单元和掺杂主体方面均展现出了巨大的应用潜力。本文拟利用激基复合物的特有性质,秉承简化器件结构的原则,设计制备了一系列高性能白光OLED器件并对其发光过程进行了详细探究,为实现低成本高性能的白光OLED提供了可行的解决方式。本文的具体研究内容如下:(1)利用激基复合物发光光谱宽、无需掺杂发光材料的优势,制备了基于激基复合物发光的全荧光白光OLED。首先我们以TAPC:TPBi作为发光层,利用其在电致状态下同时展现的蓝光激基复合物发光和橙光电致激基缔合物发光制备了荧光白光器件。通过改变TAPC和TPBi的掺杂比例调整器件内载流子的传输和蓝光橙光的相对发射强度,最终得到最大效率为1.5 cd/A和1.6 lm/W的白光器件。而后我们将效率较高的m-MTDATA:TPBi激基复合物作为一个单独的发光层引入到双色白光器件中,制备了效率更高光谱覆盖更宽的三色白光器件。通过进一步调整TAPC:TPBi的比例优化了载流子在器件内的传输平衡和三颜色的相对发光强度,最终得到了半峰宽达190 nm的白光器件并实现11.3 cd/A和11.8lm/W的最大效率。在器件的制备过程中我们仅使用了双发光层结构和三种有机传输材料,大大降低了器件的制备难度。(2)在基于TAPC:TPBi/m-MTDATA:TPBi三色荧光白光器件的结构基础上,通过引入红色和黄色磷光材料进一步制备了磷光荧光杂化的白光器件。我们首先探究了两种激基复合物作为主体的性能,发现m-MTDATA:TPBi更加适合作为红色和黄色磷光材料的主体,两色器件分别实现了18.2 lm/W和74.7 lm/W的最大功率效率。而后,我们通过组合TAPC:TPBi蓝光发光层和磷光发光层制备了基于多发光层结构的磷光荧光杂化的白光器件。其中基于黄蓝互补色的白光器件实现最大55.3 cd/A和46.8 lm/W的效率,而红黄蓝三色白光器件白光则实现了最大34.1 cd/A和26.8 lm/W的效率。其增强的效率来源于对三线态激子的高效利用,使得原本不能通过辐射复合发光的三线态激子通过多种能量转移途径将能量传递到更低能量的激子中,从而大大增加器件中激子的利用率。器件中利用了蓝光激基复合物发光取代较为昂贵的蓝色磷光材料,在降低器件制备成本的同时取得了较好的器件性能。(3)使用一种新型通用激基复合物主体MCP:B4PyPPM制备了全磷光的白光OLED。首先设计构建了一种新型激基复合物并测试了其作为四种常用颜色的磷光材料主体时的器件性能。相比于使用传统主体材料的器件,基于新型激基复合物主体的红黄绿蓝四色OLED的性能均得到了明显提升,分别实现了35.3 lm/W,106.1 lm/W,121.3 lm/W和47.4 lm/W的最大功率效率,同时大大降低了器件所需的开启电压。而后我们利用互补双色制备了双发光层结构的磷光白光器件,实现了73.6 lm/W的最大功率效率以及较低效率滚降。器件同时实现了优秀的光谱稳定性,在亮度范围500 cd/m~2到5000 cd/m~2的亮度范围内色坐标变化仅为(0.003,0.001),与已报道的基于激基复合物主体的白光器件相比有了显著的提升。通过对器件中激子分布和载流子传输性能的探究,我们得到其高光谱稳定性的原因在于器件内较平衡的载流子传输和主客体间高效的能量转移过程。与以往的报道相比,基于MCP:B4PyPPM激基复合物主体的器件在单色光纯度和白光稳定性上均有了明显改善,其简单高效的器件结构可以被广泛地应用在单色光和白光OLED的制备上。(4)使用一种新型界面激基复合物体系26DCzPPy/B4PyPPM构筑了基于单发光层结构的全磷光白光OLED。首先测试了界面激基复合物的给体材料和受体材料分别作为器件主体掺杂蓝光和黄光染料的性能,证明了以26DCzPPy作为发光层主体时器件的发光方式以载流子在染料上的直接复合为主,而以B4PyPPM为发光层主体的器件发光方式以F?rster能量转移为主,这种高效能量转移方式使得器件的性能得到了大幅增加。随后我们利用界面激基复合物结构对黄蓝单色光器件进行了浓度优化,得到的蓝光和黄光器件分别展示了51.4 lm/W和125.9 lm/W的最大功率效率。最后通过将互补色染料同时掺入到B4PyPPM中得到一种高效的单发光层暖白光器件,实现了最大81.0 cd/A和102.6 lm/W的效率和仅为2.43V的低开启电压,这是目前已报道的使用简单结构的白光器件中最好的性能之一。利用这种结构的器件不但可以通过激基复合物与染料之间高效的F?rster能量转移减小主体中三线态激子的能量损失,同时黄光染料较低的掺杂浓度也抑制了蓝-黄光之间的Dexter能量转移过程,在减小蓝光三线态激子损失的同时也提升了激基复合物与黄光染料的能量转移效率,从而大大提高的器件的性能。利用界面激基复合物体系制备的互补色单发光层白光OLED仅需同时掺杂三种材料,且无需高性能主体材料即可实现优异的器件性能,为白光OLED在商业化上的大规模应用提供了一种可行的技术方案。
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