基于激基复合物的高效率磷光白光有机发光二极管

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白光有机发光二极管(white organic light-emitting diodes,WOLEDs)由于具有高效、低能耗、无蓝光损伤、超薄、柔性和可弯曲发射等优点,被认为是最有前途的节能环保固态照明技术,在照明领域具有广阔的应用前景。目前,WOLEDs的商用化产品已经出现在市场上,但对于WOLEDs最重要的研究仍然是如何进一步提高其工作效率和稳定性。根据自旋统计理论,在电注入的情况下会产生25%的单线态激子和75%的三线态激子,由于重原子的存在,具有强自旋轨道耦合效应的磷光发光材料的内部量子效率(IQE)理论可达到100%,仍然是获得高效WOLEDs的必备材料。近年来,激基复合物的发展极大地提高了WOLEDs的效率,不仅可以通过调节给体和受体的比例来控制发光层中的电荷平衡,还能利用激基复合物的热活化延迟荧光特性对激子进行高效利用。因此,激基复合物是高效WOLEDs的发光层主体的理想选择。在WOLEDs制备中,通常采用主客体掺杂的方式,该方法不仅需要精确的掺杂浓度控制,其效率滚降、光谱稳定性等问题也需要进一步提高。相比之下,超薄层结构在不影响器件电学特性的前提下可以对激子进行有效调控,实现激子复合区和激子发光区分离,降低器件的效率滚降问题,而且还能节约材料成本。本论文利用具有双极性传输特性的激基复合物为主体结合掺杂多发光层结构和超薄层结构,通过器件结构优化,成功地制备出了高效率、高显色指数、光谱稳定和低效率滚降的WOLEDs,并且对器件的工作机制进行了研究。本论文的主要工作总结如下:1.选择m CP:B3PYMPM激基复合物作为主体,通过掺杂蓝光磷光材料FIrpic和优化器件结构,制备出了高效率蓝光OLEDs。激子分布的研究发现,器件在空穴传输层m CP一侧存在“激子泄露”,引入DMAC-DPS热活化延迟荧光(TADF)材料层可以显著改善激子的泄露问题,提高器件效率。优化后的蓝光器件启亮电压降至2.6 V,最大外量子效率(EQE)、电流效率(CE)和功率效率(PE)分别达到23.3%、46.1 cd A-1和54.9 lm W-1,在1000 cd m-2的亮度下仍可以保持21.9%、43.2 cd A-1和39.9 lm W-1,显示了很低的效率滚降。2.利用优化过后的蓝光OLEDs,通过采用掺杂多发光层结构和超薄多发光层结构,制备出了高效率WOLEDs。在掺杂多发光层结构中,设计了瀑布式能量传递结构,通过优化绿光、黄光和红光客体的掺杂浓度以及各发光层的相对厚度,制备出了互补色和三色WOLEDs。其中互补色器件的启亮电压为2.6 V,最大EQE、CE和PE分别为20.1%、55.9 cd A-1和63.6 lm W-1,CRI为55;而红绿蓝三色器件的启亮电压为2.6 V,最大EQE、CE和PE分别达20.8%、44.5 cd A-1和53.0 lm W-1,在1000cd m-2亮度下效率仍有19.3%、41.3 cd A-1和30.8 lm W-1,实现了较小的效率滚降。在超薄多发光层结构中,通过对位置和层数的优化,制备出了蓝黄红三色WOLEDs,其最大EQE、CE和PE分别为24.7%、48.2 cd A-1和52.0 lm W-1,在1000 cd m-2的亮度下仍保持24.4%、47.6 cd A-1和37.4 lm W-1,显示了较低的效率滚降。该器件还表现出非常稳定的光谱发射特性,CIE坐标从500 cd m-2时的(0.438,0.387)到20000 cd m-2时的(0.432,0.390),变化幅度仅为(0.006,0.003),其CRI高于80,显示出良好的综合性能。
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