基于聚芴为主体材料的高效聚合物电致磷光器件的研究

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有机发光二极管(OLEDs)分为有机小分子发光二极管(OLED)和聚合物发光二极管(PLED)两种,它们由于在发光、显示、背光源等方面的应用得到了学术界和工业界的广泛关注。虽然小分子的有机发光二极管已经得到了商业化的发展,但是由于设备投资过大,价格过高的原因,它的市场竞争力仍然需要增强。另外一方面,基于聚合物的发光二极管由于可以通过溶液加工工艺,如旋涂、喷墨打印、丝网印刷技术等低成本方法实现,也得到了广泛的关注。即便如此,基于聚合物的发光二极管在效率等方面都需要做进一步的改善。本文主要研究以聚芴(PFO)为主体材料的聚合物电致磷光器件,同时做了一些界面材料对光电子器件性能的影响。在前人的工作基础上,我们知道聚芴类材料具有较高荧光量子产率和电致发光效率,并且具有深蓝的光谱特性,因此是一种比较理想的主体材料。但是聚芴类材料具有较低的三线态能级,在掺杂磷光三线态材料的时候,如果客体磷光材料的三线态能级高于聚芴的三线态能级时,就会导致能量从客体的三线态能级反转到主体的三线态能级上,从而导致器件的发光淬灭。因此一般来讲,聚芴本身只能作为红光磷光的主体材料,而不能作为绿光和蓝光磷光的主体材料。但是,最近我们发现当在空穴注入层PEDOT:PSS和发光活性层之间插入一层具有高三线态能级的材料PVK作为缓冲层时,我们可以利用聚芴为主体材料获得高效的绿光器件。基于这样的思路,我们通过掺杂FIrpic蓝色磷光材料的方法,做了以PVK为缓冲层,以PFO为主体的高效蓝光器件。随后,我们又做了一些相关的研究,全文工作主要分为以下几个部分。首先,我们以PVK为空穴缓冲层,把FIrpic掺杂到PFO-POSS主体中实现了高效的蓝光发射,实验证明,当FIrpic的掺杂比例为10%的时候,我们得到了电流效率为16.8cd/A的蓝光发射。为了进一步提高器件效率,我们在PFO-POSS与FIrpic的混合母体中掺杂电子传输材料来提高活性层的电子迁移率。最后,通过掺杂40%的电子传输材料OXD-7,我们获得了电流效率为26.4cd/A,功率效率为17lm/W的高效蓝光器件,并且器件具有较低的启亮电压(3.6V)。和以PVK为主体的蓝光器件相比,我们在效率以及启亮电压方面都存在很多优势。利用器件能级以及激子寿命等方面分析,我们研究了获得高效蓝光器件的原因。在以聚芴为主体获得高效蓝光器件的基础上,我们通过在蓝光器件中掺杂黄色磷光客体的方法,研究了以PFO-POSS为主体的高效白光器件。通过改变黄光磷光的掺杂比例,我们得到了电流效率为40.9cd/A,功率效率为31.4lm/W的高效白光器件,并且具有较低的启亮电压(3.4V)。随后,我们也研究了以PVK和PFO-POSS为主体的双层发光白光器件,通过将Ir(piq)掺杂到PVK中实现红光发射,FIrpic掺杂到PFO-POSS中实现蓝光发射,我们最终得到了电流效率为12.1cd/A的双层白光器件。由于有机发光器件为双载流子注入器件,因此有效的载流子注入是获得高效发光器件的基本要素,在这个思路的指导下,我们研究了含硫氧芴(SO)基团的电子注入材料PFN-SO在发光器件中的应用。利用这种电子注入材料,我们研究了其对红绿蓝三色材料的电子注入性能,研究表明,对于这三种不同带隙的材料,PFN-SO皆能够实现高效的电子注入功能,和CsF/Al阴极器件相比,以PFN-SO/Al为阴极的器件能够获得相当的效率,远远高于以Al为单独阴极的器件。研究发现,即便以金属Au为阴极,这种材料也具有较好的电子注入性能。基于上面的结果,我们最后分析了这种材料提高电子注入的原因。最近,倒置光电子器件由于其潜在的有利因素引起了人们的广泛关注,并且实验也证明,利用水醇溶性的电子注入材料能够显著增强ITO的电子注入功能,获得高效的倒置光电子器件。这里,我们利用电子注入材料PFN-SO也实现了高效的倒置发光器件。通过UPS测试,我们发现,PFN-SO能够降低ITO的功函数,因此能够实现高效的电子注入。
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