高效有机发光二极管的结构设计与效率衰减研究

来源 :长春理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:dasaqa
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有机发光二极管(OLEDs)因其在照明和全彩显示领域的应用潜力而被受关注。近年来,虽然红光和绿光发射器件的效率和稳定性在新型磷光材料和热致延迟荧光(TADF)材料的帮助下得到明显改善,但是,OLEDs依然还有一些难题没有得到解决。其中比较突出的问题是蓝光和黄光发射器件的效率和稳定性和红、绿光发射器件的效率和稳定性相比依然还有很大差距,造成全彩显示和照明用OLEDs整体性能存在致命缺陷。目前解决这一问题的方法主要集中在新型蓝光和黄光材料的设计和合成上,很少有单一通过器件结构设计手段来解决蓝光器件和黄光器件效率衰减问题来实现器件高亮度下效率稳定性的研究。因此,本论文在器件结构设计方面提出一系列的有效方法,通过调整激子的分布和有效复合,不但使蓝光和黄光发射器件实现了较高的发光效率,也大幅度提升了器件在高亮度下的效率稳定性。主要工作总结如下:1.由于蓝色磷光客体分子iridium(III)bis(4’,6’-difluorophenylpyridinato)tetrakis(1-pyrazolyl)borate(FIr6)三重态激子能量高、能隙宽,选用高三重态激子的主体材料和电荷传输材料设计阶梯式能级分布的双发光层器件结构。将激子限制在发光层中的同时有效平衡器件内的载流子分布,实现器件的工作电压的下降。通过优化FIr6的掺杂浓度和器件结构,实现载流子在发光分子上的均衡分布和激子复合区间的拓宽,有效地抑制器件在高亮度下的效率衰减问题。最终,优化后的蓝色磷光OLEDs在700cd/m~2亮度下获得最大电流效率56.83 cd/A(对应外量子效率为28.35%),且在1000cd/m~2(3.9 V)和5000 cd/m~2(4.8 V)亮度下,器件的电流效率可以分别保持为56.33 cd/A和51.45 cd/A。2.结合设计的双发光层结构体系,利用磷光客体分子bis(2-phenylquinoline)(2,2,6,6-tetramethylheptane-3,5-dionate)iridium(III)(PQ2Ir(dpm))和tris[2-(p-tolyl)pyridine]iridium(III)(Ir(mppy)3)分别作为红、绿光发射材料并通过调整红光发射层和绿光发射层的厚度,详细研究发光层厚度对器件在高亮度下效率稳定性的影响。得益于激子复合区间的拓宽,激子猝灭引起的非辐射跃迁过程得到抑制,器件的发光性能,特别是高亮度下的效率稳定性得到大幅提升。最终,优化后的黄色磷光器件获得的最大电流效率值为65.51 cd/A,最大外量子效率值为30.80%;5000 cd/m~2亮度下(4.6 V)的电流效率值还可以保持为63.54 cd/A。同时,器件在10 m A/cm~2的电流密度下依然可以实现色坐标为(0.464,0.496)的优良黄光发射。3.目前大多数黄色热致延迟荧光材料的发光效率和稳定性都不是很高。这其中的主要原因是黄色热致延迟荧光分子的能隙窄,容易在发光层中形成载流子俘获中心和激子猝灭中心,从而导致器件发光效率和稳定性的降低。通过使用磷光客体小分子材料作为辅助发光层的主体材料设计新型的双发光层器件结构体系能够有效缓解这一问题。该结构体系能够利用磷光客体小分子的重金属原子效应,提升发光分子中激子的辐射跃迁几率。最终,使得器件的发光效率和高亮度下的效率稳定性较传统的双发光层结构体系有明显的提升。优化后的黄光发射器件的最大电流效率可达44.61 cd/A,最大外量子效率值为13.60%。2000 cd/m~2亮度下,该器件的电流效率和外量子效率值分别保持为36.51 cd/A和11.40%。黄色热致延迟荧光材料为2-[4-(diphenylamino)phenyl]-10,10-dioxide-9H-thioxanthen-9-one(TXO-TPA)。4.TXO-TPA的最低分子未被占据轨道(LUMO)能级低,降低发光层中的电子浓度可以进一步平衡发光分子上的载流子分布达到降低器件效率衰减、提升器件在高亮度下的效率稳定性的目的。因此,利用LUMO能级更低的磷光小分子掺杂剂作为电子俘获剂掺杂进电子传输层中来减少注入到发光层中的电子数目,以平衡发光分子上的载流子分布。最终,优化后的黄光发射器件所获得的最大电流效率最大功率效率和最大外量子效率分别为74.52 cd/A、75.81 lm/W和23.70%。该器件在2000 cd/m~2亮度下(3.4 V)的电流效率和外量子效率可分别达到70.86 cd/A和22.62%。器件在高亮度下的发光性能已经达到和优异黄色磷光器件相当的水平。
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