【摘 要】
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有机电致发光二极管(OLED)自1987年被报道以来,因其结构简单、轻薄柔性、光色健康等众多优点在全彩显示和固态照明领域引起极大关注。本论文围绕红绿蓝(RGB)三基色和白光高效率高稳定性OLED,从新型热活化延迟荧光(TADF)材料和新型螺环(Spiro)主体材料的设计合成、RGB三基色OLED器件的结构优化,到低电压高性能白光OLED器件的工艺设计与制备等方面进行了系统研究和探索。本论文研究内容
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有机电致发光二极管(OLED)自1987年被报道以来,因其结构简单、轻薄柔性、光色健康等众多优点在全彩显示和固态照明领域引起极大关注。本论文围绕红绿蓝(RGB)三基色和白光高效率高稳定性OLED,从新型热活化延迟荧光(TADF)材料和新型螺环(Spiro)主体材料的设计合成、RGB三基色OLED器件的结构优化,到低电压高性能白光OLED器件的工艺设计与制备等方面进行了系统研究和探索。本论文研究内容主要概括为以下几个章节:第一章,简要回顾了 OLED的发展历程并介绍了研究现状,概述了 OLED的基本结构、工作过程及器件效率参数,简要总结了目前有机发光材料的种类,阐述了制备掺杂型高效OLED的必要条件和存在问题。第二章,通过新颖的材料结构设计,我们设计了具有平面结构特点的新型电子受体二苯并[a,c]吩嗪-3,6-二腈,结合常用的给电子基团三苯胺(TPA),合成并研究了刚性给体-受体(D-A)分子结构的新型红光热活化延迟荧光材料TPA-PZCN。其最高占据分子轨道(HOMO)和最低未占据分子轨道.(LUMO)实现了有效分离,单线态-三线态能量差(ΔEST)仅为0.13 eV,这将有利于三线态激子进行反系间窜跃(RISC),转换为辐射跃迁允许的单线态激子。将其掺杂在主体CBP的固体薄膜中,得到了非常高的光致发光量子产率(PLQY~97%)。基于TPA-PZCN,为了实现不同的电致发光谱,我们设计了不同的器件结构,分别制备了高效红光、深红光以及近红外OLED,其外量子效率(EQE)分别达到27.4%、28.1%和5.3%,电致发光波长分别在628 nm、648 nm和680 nm,对应的CIE坐标分别为(0.65,0.35)、(0.66,0.34)和(0.69,0.30),这是目前报道的发光峰在600nm以上基于热活化延迟荧光材料的OLED中的最高值(无光提取技术)。第三章,我们研究了螺芴体系中C1位点的取代作用对螺环类主体材料性能的影响,在芴的C9位衍生螺环功能化条件下,我们将TPA基团修饰在芴的C1位点,设计合成了新的RGB通用型螺环类主体材料Spiro-2TPA。Spiro-2TPA具有高的三线态能级(2.84eV)、优异的热稳定性,能够用于制备结构简单、高效稳定的红绿蓝三基色及白光OLED,其最高外量子效率分别为25.5%、26.0%、26.5%和32.9%。其中,在实用亮度1000cd/m2情况下,白光器件的功率效率(PE)依旧保持在94.71m/W,是目前报道的、在不采用光提取技术条件下第一个达到并超过节能荧光灯发光效率(70 1m/W)且为单主体的白光OLED。第四章,为了进一步降低白光OLED的驱动电压,减少空穴与电子的注入势垒,保证主客体间充分的能量传递,我们提出了多级激基复合物主体结构策略,设计了对应于白光OLED中不同发光客体的激基复合物主体,然后通过级联的方式进行组合,满足不同发光客体对相应主体的需求,构筑了低电压高性能的白光器件。对比传统单激基复合物主体的白光OLED,应用多级激基复合物主体的白光OLED在1000 cd/m2的高亮度下实现了 3.8V的超低驱动电压,与传统单一组分的激基复合物主体器件对比获得了约46%的外量子效率提升和约20%的功率效率提升。第五章,我们对当前研究工作进行了总结,并对后续工作进行了展望。综上所述,本文通过发光材料和主体材料的设计合成、RGB三基色器件的结构优化、以及低电压高性能白光OLED器件的工艺设计与制备,从有机半导体材料、有机半导体物理和有机半导体器件多个角度对高效率高稳定性OLED进行了较为系统的探究。相信本论文的工作将会对未来有机发光显示和固态照明的发展起到一定的指导作用。
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