基于热活性延迟荧光材料的溶液加工型杂化白色电致发光器件的制备及性能研究

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自1995年白色有机发光二极管(WOLEDs)首次报道以来,WOLED在下一代显示器和舒适照明光源领域的应用引起了广泛关注。通常,白光器件主要采用真空气相沉积工艺构建串联结构,将不同光色的材料堆叠在一起形成宽光谱发射。虽然这种器件可获得高效率的电致发光,但真空气相沉积制备工艺存在成本高、工艺复杂、材料浪费严重及制备大面积器件困难等方面的缺点。与真空气相沉积工艺相比,溶液加工技术具有成本低、工艺相对简单、掺杂浓度控制精准等优点,在大面积及柔性器件制备方面具有更广阔的应用前景。近年来,基于溶液加工工艺的WOLEDs获得了飞速发展。然而,溶液加工型WOLED仍面临着一些急需解决的问题,如溶剂对于薄膜的侵蚀与渗透会导致器件内部薄膜形貌的缺陷、发光材料的溶解性较差、器件效率及稳定性不好等。因此,探索高效稳定的溶液加工型WOLED具有重要的研究意义。本论文以红绿蓝三基色热活性延迟荧光(TADF)材料为研究主体,首先制备溶液加工型TADF-OLEDs并进行器件性能优化;进一步选择相应的互补色发光材料,构筑高效、稳定的溶液加工型杂化WOLEDs。论文着重研究白光器件构筑、性能优化及器件发光机制,为获得高效溶液加工型杂化WOLED提供思路。论文研究内容分为以下三个部分:(1)以绿色TADF材料DPS-24Ac为客体,制备高效的溶液加工型TADF-OLED。研究结果显示,以mCP为主体材料时,器件获得了最佳性能,其最大外量子效率(EQE)为21.73%、发射波长在504nm且色坐标(CIE coordinates)为(0.22,0.44)。进一步以红色荧光、磷光或TADF材料为互补色发光客体,制备杂化白光器件。分别以DPS-24Ac和TS-1为绿光和红光掺杂剂时,器件获得了最大EOE为13.36%、最大功率效率(PE)为18.421m/W、色坐标为(0.31,0.46)、显色指数(CRI)为76的暖白光发射。实验结果证明,通过优化材料的掺杂浓度,绿光与红光客体的掺杂可有效构筑暖白光OLED。(2)以橙红色TADF材料TS-1为客体,制备高效的溶液加工型TADF-OLED。研究结果显示,以CBP为主体材料时,器件获得了最佳性能,其最大EOE为12.58%、发射波长在608nm且色坐标为(0.58,0.41),载流子传输测试证明了激子复合区域的变化影响了器件发光效率。进一步以天蓝色磷光或TADF材料为互补色发光客体,制备杂化白光器件。分别以TS-1和CzAcSF为橙红光和天蓝光掺杂剂时,器件获得了最大EQE为13.52%、最大PE为18.08 lm/W、色坐标为(0.31,0.37)、显色指数为77的标准白光发射。实验结果证明,通过正交溶剂法添加空穴传输层可以有效提升溶液加工型OLED的性能;而通过优化材料的掺杂浓度,天蓝光与橙红光客体的掺杂可有效构筑标准白光OLED。(3)以天蓝色TADF材料TTT-Ph-Ac为客体,制备高效溶液加工型TADF-OLED。研究结果显示,以mCPCN为主体时,器件获得了最佳性能,其最大EQE为23.23%、发射波长在492nm、色坐标为(0.19,0.36)。通过迁移率测试我们证明载流子传输平衡可以提升器件效率。进一步以红色荧光、磷光或TADF材料为互补色发光客体,制备杂化白光器件。分别以TTT-Ph-Ac和Ir(piq)2acac为天蓝光和红光掺杂剂时,器件获得了最大EQE为22.57%、最大PE为20.88 lm/W、色坐标为(0.34,0.35)、显色指数为73的标准白光发射。实验结果证明,通过改变空穴传输层厚度,可以促进激子的有效复合且降低激子浓度淬灭;天蓝光与红光客体的掺杂可有效构筑标准白光发射;红光客体的较短发光寿命有助于提升器件在不同电压下的光谱稳定性。
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