基于TADF材料结构简单的高效蓝光及白光器件研究

摘要

有机发光二极管（Organic light-emitting diode，OLED）因具有宽视角、反应快、可弯曲、低功耗、质量轻等优点被广泛应用于平板显示和固态照明设备中。在电激发下，有机发光二极管产生单线态激子和三线态激子,二者数目比例为1：3。传统荧光发光材料种类多，发光覆盖可见光，器件稳定性好，但传统荧光材料中只有单线态激子能被利用进行发光，75％的三线态激子以非辐射发光的方式退激活，极大地限制了器件效率。为了提高器件的发光效率，磷光材料被研发应用于有机发光二极管中。由于磷光材料能同时利用单线态激子和三线态激子发光，基于磷光材料的有机发光器件的内量子效率可达到100%。然而，蓝色磷光材料器件的驱动稳定性有待进一步提高，且磷光材料中含有铱、铂等贵金属导致了其价格昂贵，器件制备成本较高。TADF（thermally activated delayed fluorescence）材料在不含贵金属的情况下能同时利用单线态激子和三线态激子发光，被称为是继荧光材料和磷光材料之后的第三代有机光电材料，引起广泛关注。其中，蓝色 TADF材料双[4-(9,9-二甲基-9,10-二氢吖啶)苯基]硫砜（DMAC-DPS）在掺杂与非掺杂型器件中均展示了良好的发光特性。本文主要研究了基于蓝色 TADF材料DMAC-DPS的器件特性，主要包括以下几个方面：
　　（1）研究了基于 DMAC-DPS的非掺杂型器件，分别讨论了器件的空穴传输层、电子传输层以及发光层厚度对器件特性的影响。制备了结构为 ITO/MoO3(5 nm)/mCP(40 nm)/DMAC-DPS(30 nm)/SPPO13(50 nm)/CsF(1 nm)/Al(150 nm)的DMAC-DPS非掺杂型器件，器件的外量子效率和功率效率分别是14.3%和26.8 lm W-1。进一步通过比较单极性载流子器件的I-V特性，发现器件中空穴是多数载流子，载流子复合区域靠近发光层与电子传输层的界面。
　　（2）在以上非掺杂型器件的基础上，在 DMAC-DPS发光层中掺入不同比例的蓝色荧光材料TBPe，制备了结构为ITO/MoO3(5 nm)/mCP(40 nm)/DMAC-DPS:TBPe(30 nm)/SPPO13(50 nm)/CsF(1 nm)/Al(150 nm)的TADF敏化荧光器件。研究了TBPe掺杂浓度对器件的I-V-B特性、发光效率-电流密度特性及电致发光光谱特性的影响。DMAC-DPS：1.0% TBPe器件的外量子效率是12.7%，接近DMAC-DPS非掺杂型器件的外量子效率。器件色度为（0.15，0.25），较DMAC-DPS非掺杂型器件色度（0.16，0.27）有所改善。进一步讨论了DMAC-DPS：TBPe器件中激发态的产生与演变过程。
　　（3）为了避免TADF敏化荧光器件中多种能量损耗机制对器件效率的影响，我们选择在 DMAC-DPS中掺入绿色 TADF材料2,4,5,6-四(9-咔唑基)-间苯二腈（4CzIPN）和黄色 TADF材料2,3,5,6-四(3,6-二苯基-9-咔唑基)-对苯二腈（4CzTPN-Ph），制备了结构为 ITO/MoO3(5 nm)/mCP(40 nm)/DMAC-DPS:G/Y-TADF(30 nm)/SPPO13(50 nm)/CsF(1 nm)/Al(150 nm)的全TADF发光器件。绿光器件最大外量子效率和最大功率效率分别为为10.9%和32.1 lm W-1，黄光器件的器件最大外量子效率和最大功率效率分别为11.0%和36.6 lm W-1。在该类器件中我们可以在保持较高外量子效率的前提下，较大范围地调节客体材料的掺杂浓度而得到同时具有较好发光效率和发光色纯度的器件。另外我们还发现，与在普遍采用的主体材料CBP中相比，在DMAC-DPS中，4CzTPN-Ph的发光发生了约30 nm的蓝移，这主要来源于不同的主体和客体材料的偶极相互作用。
　　（4）在上述DMAC-DPS：4CzTPN-Ph器件研究的基础上，降低4CzTPN-Ph的掺杂浓度，制备了结构为ITO/MoO3(5 nm)/mCP(40 nm)/DMAC-DPS:4CzTPN-Ph(30 nm)/SPPO13(50 nm)/CsF(1 nm)/Al(150 nm)的白光器件。其中，0.4%4CzTPN-Ph的器件拥有最高14.7%外量子效率。0.8%4CzTPN-Ph的器件色度为（0.29,0.39），最接近白光且器件色度稳定较好。测量的DMAC-DPS：0.4%4CzTPN-Ph薄膜的光致发光光谱和瞬态光谱，光致发光光谱中同样发现550 nm处的发光且在对瞬态光谱中延迟发光部分用双指数衰减模型拟合得出其寿命为0.7μs和2.6μs，与文献报道相近，排除了 DMAC-DPS与4CzTPN-Ph形成激基复合物的可能。探讨了DMAC-DPS：TADF器件中激发态的产生与演化原理并与同 TADF敏化荧光器件进行了对比，DMAC-DPS：4CzTPN-Ph器件同 DMAC-DPS器件几乎相同的外量子效率证明了全 TADF器件能有效利用主客体材料产生的全部激子发光，减少了能量的损失。

目录

第一章 绪论

1.1有机电致发光及有机电致发光二极管

1.2有机电致发光二极管的基本原理

1.3有机电致发光二极管的结构及主要参数

1.4有机电致发光材料

1.5本论文的研究意义和主要工作

第二章 有机电致发光器件的制备与测量

2.1有机电致发光器件的制备

2.2器件性能测量，数据收集方法

第三章 基于DMAC-DPS发光层的非掺杂型蓝光器件的研究

3.1引言

3.2器件制备与测量

3.3实验结果分析与讨论

3.4 本章小结

第四章 基于DMAC-DPS敏化TBPe的蓝光器件研究

4.1 引言

4.2 器件制备与测量

4.3实验结果分析与讨论

4.4 本章小结

第五章 基于DMAC-DPS：TADF材料的全TADF单色发光器件研究

5.1 引言

5.2器件制备与测量

5.3实验结果分析与讨论

5.4 本章小结

第六章 基于DMAC-DPS：4CzTPN-Ph的全TADF白光器件研究

6.1 引言

6.2 器件制备与测量

6.3实验结果分析与讨论

6.4 本章小结

第七章 总结与展望

参考文献

致谢

研究生期间学术论文发表情况