基于多组分单一发光层的光辐射性能调控及其OLED器件应用

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有机电致发光器件(Organic Light-emitting Device,OLED)作为第三代显示技术的核心,已从技术研究阶段进入产品工业化阶段,目前工业化的OLED产品多以真空蒸镀法为主,其高真空和高温的苛刻条件会增加制备的复杂性并降低材料的利用率。同时其大面积制备存在问题,由于在同一层中难以精确地同时沉积几种组分。而溶液法制备OLED具有材料利用率高、加工效率高、与柔性基板兼容性好、易于控制成分比例等优点,但其器件的稳定性差,效率滚降严重。本论文针对有机发光领域的一些“明星分子”进行了深入研究,包括热活化延迟荧光材料、聚合物主体材料、有机光敏化材料,以及这些材料之间协同发光特性,设计了一系列基于单一发光层的OLED器件,并对器件的工作机制进行了探究,获得了一批光学性能可调的、高效率的有机电致发光器件,为溶液法制备颜色可调的高效OLED器件以及大面积白光照明提供了参考。具体研究内容包括以下三个方面:(1)基于可调色的溶液加工型TADF-OLED器件的研究:我们采用了4种TADF材料,分别是4Cz IPN、DMAC-DPS、DDCz TRz和2Cz DPS,进行两两掺杂制备成光学薄膜,发现有激基复合物形成。在此基础上,我们采用溶液法制备了6个不同体系的发光器件,发现6个体系均实现了颜色调控。其中4Cz IPN:DMAC-DPS调色范围规律性最好,光谱范围从484 nm到556 nm,半峰宽从86 nm到130 nm,光谱色域覆盖天蓝色到黄绿色,实现了一个大范围的发射色调控。在4Cz IPN:DDCz TRz体系最大电流效率达到28.0 cd/A,最大外量子效率达到9.6%,该器件在10 000 cd/m2仍能达到20.0 cd/A的高电流效率。并对发光层薄膜形貌特征进行了表征,发现薄膜均匀致密。在结合实验数据的基础上,研究了器件发光机理,探讨了PL与EL过程。结果表明,在电场激发下,TADF分子间和分子内实现两个RISC,增大了激子利用率。(2)基于不同主体的溶液加工型TADF敏化器件的研究:我们采用两种不同主体材料PVK和26DCz PPy,探究了其UV与PL特性,发现主体到客体的F?rster能量转移可能性。基于此,制备了两种不同主体的器件,以26DCz PPy为主体的器件比PVK器件获得了更高的亮度以及更高的效率。经过优化,当4Cz IPN:DMAC-DPS=1:1时,总掺杂为20%时,器件获得最大电流效率达35.7 cd/A,最大外量子效率11.8%;器件效率滚降幅度很小,当器件亮度达到5000cd/m2时,仍保持10.0%的高外量子效率。并设计实验分析其获得高性能的原因来自于DMAC-DPS作为一种敏化剂,促进了三线态激子的有效上转换,增加了从DMAC-DPS到4Cz IPN的有效的F?rster能量转移通道,大大提高了激子利用率。同时发现,DMAC-DPS敏化剂与4Cz IPN客体在26DCz PPy主体中的分布较为均匀、成膜性好,有利于器件的稳定性。(3)基于四元混合主体的溶液加工型白光器件的研究:利用TAPC:TCTA:PVK:OXD-7四元混合主体,使用简单的溶液加工法制备了三种单一发光层的WOLED,并具备较高的色品质和效率。其中,蓝橙二元互补色WOLED的启亮电压低至3.4 V,最高电流效率达25.9 cd/A,EQE达到11.0%,器件的最高亮度为34 916 cd/m2,CIE为(0.375,398),CRI为67,CCT约为4000 K。优化后的蓝绿橙三基色WOLED实现了暖白色发射,其CCT、CRI和CIE分为3730 K、71和(0.423,0.403),启亮电压低至2.8 V,同时最大电流效率达到了30.9 cd/A,EQE达11.9%。为进一步提高光源色品质,我们引入红光元素,制备了蓝绿橙红四基色WOLED,获得了更宽的光谱覆盖区域,其CRI达到77,CIE为(0.411,0.432),启亮电压低至3.5 V,电流效率高达23.4 cd/A,EQE达到9.8%。
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