基于双极性磷光配合物的高浓度掺杂器件及TADF/磷光复合型白光器件的性能研究

来源 :吉林大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ericc0123
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近年来,有机发光二极管(OLED)在当前全色平板显示领域已经占据了相当大的市场份额,并在未来的节能环保型固态照明领域也展现了广阔的应用前景,吸引了越来越多的科研工作者和商业化企业的关注,并得到了快速的发展。材料是决定器件性能的最关键因素,基于磷光配合物材料对单重态和三重态激子的高效利用,OLED理论上可以实现100%内量子效率(Internal Quantum Efficiency,IQE),因此磷光材料已经成为目前有机电致发光实用领域应用最为广泛的材料体系。但由于磷光配合物材料分子自身较为严重的发光自猝灭及载流子传输能力上的不足,目前高性能的磷光OLED必须通过掺杂结构来实现,不同的磷光客体对于主体材料的前线轨道值及对应的能隙和三重态能量值、以及采用的掺杂浓度和浓度精度均有非常严格的要求。这种器件性能对制备条件苛刻的依赖性会严重影响未来产业化生产、特别是大面积产品的制备重复性和性能重现性,导致良品率下降,商业成本上升。此外,有机白光器件(White OLED,WOLED)经过近十几年的快速发展,其各项性能如效率、亮度及显色指数(CRI)等指标已经达到了接近实用化的较高水平。目前文献公开报道的高性能白光器件,无论是荧光-磷光混合型,还是全磷光型WOLED,都或多或少的存在着诸如结构复杂(发光组分多、层数多等)、高的亮度下效率滚降严重以及显色指数偏低的问题,影响白光器件的总体性能和实用性。基于上述有机电致发光材料和器件方面存在的问题,本论文合成了具有双极性传输特性的磷光材料,并制备了高掺杂浓度、高效率的绿光至橙光磷光OLED,在丰富双极性磷光材料体系的同时,深入探讨了其发光层内部激子的分布特性;此外,我们采用新型热致延迟荧光(TADF)蓝光主体发光材料和双极性磷光客体制备了结构简单的复合型WOLED,实现了高效率、高显色品质的白光发射。主要分为以下三个部分:1、在第二章中,以氟基团取代的苯基吡啶(ppy)为第一配体,以胍基类配体dipig(N,N′-diisoproguanidinate)为辅助配体合成了三种新型的铱配合物dfppypg、sfppypg和tfppypg,系统地研究了这三个配合物的光物理和电化学性质。理论计算结果表明这三个配合物均具有较为分散的HOMO/LUMO轨道分布,预示其具有双极性载流子传输性能,并通过单载流子器件测试得到了验证。三个化合物均表现出良好的热稳定性、较高的荧光量子效率和较短的磷光寿命。首先,以化合物dfppypg、sfppypg和tfppypg为发光层制备了非掺杂器件,器件的最大外量子效率分别为12.1%、12.2%和9.9%;其次,分别以双极性磷光分子FPPCA和传统的荧光分子CBP为主体材料,以化合物dfppypg、sfppypg和tfppypg为发光客体分别制备不同掺杂浓度下的掺杂器件,器件的最大外量子效率维持在20%左右的较高水平。最重要的是,三个化合物在较高的掺杂浓度下均能够保持高的效率和低的效率滚降,表现出了对掺杂浓度的低依赖性。2、在第三章中,我们采用经典的化合物Ir(ppy)2(acac)和双极性化合物Ir(ppy)2(dipba)作为客体材料制备了掺杂型磷光器件。其中,Ir(ppy)2(acac)在掺杂浓度为7 wt%和25 wt%的最大外量子效率分别为21.3%和16.4%,器件效率下降很多。这主要由Ir(ppy)2(acac)的单极性载流子传输性能和自身的浓度淬灭造成的。然而对于Ir(ppy)2(dipba),器件在掺杂浓度为7 wt%和25 wt%时的最大外量子效率分别为19.5%和24.0%,均能够维持较高的水平,表现出对掺杂浓度的低依赖性。为了探究这种效率差异的原因,基于Ir(ppy)2(dipba)和Ir(ppy)2(acac),我们制备了一系列监测器件来探究发光层内载流子复合区域的变化。实验证明,基于Ir(ppy)2(acac)和Ir(ppy)2(dipba)的器件发光层内载流子复合区域有很大不同。不论在低掺杂或是高掺杂浓度条件下,基于Ir(ppy)2(acac)的器件中载流子复合区域靠近发光层与电子传输层或空穴传输层间的界面;而基于Ir(ppy)2(dipba)的器件中载流子复合区域则是遍布整个发光层内。3、在第四章中,以3,6-二苯基咔唑做电子给体,二苯甲酮做电子受体合成了新型的蝴蝶状的蓝光TADF分子PHCz2BP。理论计算结果表明这个化合物具有明显分离的HOMO与LUMO轨道分布,预示着较小的ΔEST(0.14 eV),有利于加快反隙间窜越过程的速率。采用PHCz2BP分子制备了非掺杂的蓝光器件和其作为主体的掺杂磷光器件。其中非掺杂蓝光器件的最大外量子效率和功率效率分别为4.0%和6.9 lm W-1,实现了较高的发光水平。当其作为不同光色(绿、橙、红)磷光掺杂剂的主体材料时,最大的外量子效率大于20%。并且均表现出了较小的效率滚降。此外,我们采用PHCz2BP做磷光主体和发光体制备了三个复合型WOLED。对于双色WOLED W1来说,最大的功率效率为69.7 lm W-1,外量子效率为21.4%,然而,由于绿光发射的缺失,W1的CRI值很低,维持在5055的范围内。三色WOLED W2与W3实现了非常好的白光发射,W2与W3的最大外量子效率和功率分别为25.6%,23.8%和48.3,47.4 lm W-1,在亮度达到1000 cd m-2时,其外量子效率仍能够维持在25.1%和23.6%的较高的水平,是目前所报道的采用TADF/磷光策略制备复合型白光器件中最好数据之一。
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