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有机发光二极管(OLED)因其在平板显示和节能固态照明等领域具有广阔的应用前景,所以近二十年来,OLED材料研发在基础研究和工业制造方面都引起了相关业界的广泛关注。众所周知,在OLED器件中,外量子效率对OLED器件是最重要的性能指标之一,各国科研工作者都在各种技术层面想方设法地提高OLED器件的发光效率,例如采用高效的磷光材料,多层器件结构设计以及选用热活延迟荧光材料(TADF)等。其中高效磷光材料在器件制作中的应用能有效提升器件的发光效率。过渡金属有机配合物(例如铱、铂)因为重金属的引入,通过自旋轨道耦合(SOC)效应促进系间跨越(ISC)过程,从而增加三重态发射。因此磷光重金属配合物能够同时获取单线态和三线态激子转换成光子,克服了传统荧光材料只能利用25%激子的不足,从而有效提高了器件中激子的利用率,实现器件发光性能的提高。然而,重金属配合物的磷光激发态寿命相对较长(可达到微秒级),在高电流条件下会发生三线态-三线态湮灭和激子向外扩散,从而导致激子在OLED器件相邻层失活淬灭。重金属配合物必须要广泛的分散在主体材料基质中才能减少上述能量损失。因此,主体材料性能的优劣主要有以下几点来判断:(1)主体材料能有效地将能量传递给客体材料,且主体材料应该比客体材料具有更高的单线态和三线态能级,防止能量返转;(2)具有较高的玻璃化转变温度(Tg)和热分解温度(Td)防止器件在制作或运行过程中易受热变质。(3)希望主体材料的LUMO能级和HOMO能级能够与周围材料的能级匹配性要好,有利于空穴或电子迁移,可以减小器件的启动电压和工作电压。 由于对主体材料的高要求,一种主体材料往往不能满足上述的所有要求。为此,我们选择设计双主体结构来制作OLED器件,希望两种主体材料相互配合,弥补不足,在系统地探索研究双主体材料对器件性能影响的基础上,改善器件的整体性能,具体工作如下: 第一,通过文献调研,选择性能优越的咔唑类化合物2,4-联二苯基-6-双(12-苯基吲哚)[2,3-a]咔唑基-11)-1,3,5-三嗪(DICT)作为主体材料,同时引入具有更高的S1和T1能级化合物9-苯基-3,6-双(9-苯基芴基)-9-咔唑(PBFC)作为辅助材料,并对其进行光物理性能、热稳定性、电化学稳定性方面的测试,初步判断这两种主体材料是否适合制作OLED器件。 第二,在制作OLED器件的发光层时,将两种主体材料DICT、PBFC和客体材料三(2-苯基吡啶)合铱[Ir(ppy)3]按一定比例共蒸在一层薄膜中。采用真空蒸镀工艺制备了结构为ITO(150 nm)/HAT-CN(10 nm)/BDTBD(50 nm)/FSFA(60 nm)/DICT∶PBFC∶Ir(ppy)3=1∶1∶12 wt%(40 nm)/NAPI∶LiQ=1∶1(35 nm)/Al(80 nm)的OLED器件,得到高效绿色磷光有机发光二极管(PHOLED)。其外量子效率最高可达到19.05%,电流效率和功率效率最高可分别达到69.38 cd A-1和77.29 lm W-1。与其相应的单主体材料DICT(15.91%,57.83 cd A-1 and72.45lm W-1)和PBFC(9.19%,32.67 cd A-1 and9.64 lm W-1)制作的器件相比,基于双主体材料的器件发光性能显著提高。 第三,通过固定客体材料的质量比例不变,调节双主体材料的质量比,以及固定双主体比例不变,调节客体材料的质量分数,对器件结构进行了系统的优化实验。具体器件结构为ITO(150 nm)/HAT-CN(10 nm)/BDTBD(50 nm)/FSFA(60nm)/DICT∶PBFC∶Ir(ppy)3=X∶Y∶Z wt%(40 nm)/NAPI∶LiQ=1∶1(35 nm)/Al(80nm)。研究结果表明,通过调节发光层各种材料的比例,器件综合性能表现最佳的结构为ITO(150 nm)/HAT-CN(10 nm)/BDTBD(50 nm)/FSFA(60 nm)/DICT∶PBFC∶ Ir(ppy)3=1∶1∶12 wt%(40 nm)/NAPI∶LiQ=1∶1(35 nm)/Al(80 nm)。 第四,为验证本工作所设计的双主体材料体系在OLED器件制备中的普适性,将荧光客体材料DPCA替换之前的磷光客体材料Ir(ppy)3,制作成荧光OLED器件。通过对双主体体系荧光OLED器件测试结果与相应的单主体器件相比,发现双主体体系的荧光OLED器件的发光效率同样也优于相应的单主体器件。 综上所述,本文通过研究DICT和PBFC两种主体材料的基本性能来初步判定是否合适作为OLED器件的主体材料,同时将这两种主体材料与客体材料Ir(ppy)3配合制作成OLED器件。通过改变双主体材料和客体材料的比例来优化器件结构,寻找最佳材料的质量比,构建高性能的OLED器件结构。实验证明,该方法对于提高OLED器件发光效率或者其他有机电子器件方面的设计与应用具有重要的指导意义。