基于腈類(lèi)熒光染料的有機(jī)電致發(fā)光器件及其機(jī)理研究.pdf

1、有機(jī)電致發(fā)光器件（organic light emitting devices,OLEDs）擁有自發(fā)光、能耗小、響應(yīng)快、對(duì)比度高、厚度薄、耐高低溫、制備工藝簡(jiǎn)單、材料來(lái)源廣泛、可實(shí)現(xiàn)柔性和大面積顯示等突出優(yōu)點(diǎn)，是目前最具發(fā)展?jié)摿Φ钠桨屣@示和固體照明技術(shù)。盡管OLEDs的發(fā)展已進(jìn)入商業(yè)化階段，但其居高不下的制造成本，有待于提高的發(fā)光效率和穩(wěn)定性，仍然需要繼續(xù)發(fā)展高性能新材料和進(jìn)行器件結(jié)構(gòu)優(yōu)化，并對(duì)器件內(nèi)部的發(fā)光過(guò)程和能量衰減機(jī)理進(jìn)行深入的

2、分析和研究。針對(duì)上述問(wèn)題，本論文主要圍繞兩種新型腈類(lèi)熒光染料，系統(tǒng)研究了基于腈類(lèi)熒光染料的互補(bǔ)色白光OLEDs、三原色白光OLEDs和高性能的紅色磷光敏化熒光OLEDs。并在增強(qiáng)載流子傳輸平衡、控制色坐標(biāo)穩(wěn)定、提高顯色指數(shù)、降低能量損失、探討功能材料的本征參數(shù)對(duì)器件性的影響等方面做了一系列探索性和創(chuàng)新性的工作，主要內(nèi)容分為以下四方面：
　　1.采用一種黃色腈類(lèi)熒光染料(2Z,2’Z)-3,3’-bis(2-phenylacrylo

3、nitrile)(1,4-phenylene)（BPhAN），通過(guò)旋涂工藝與聚合物poly(N-vinylcarbazole)（PVK）混合作為發(fā)光層制備了基于藍(lán)黃互補(bǔ)色的白光OLEDs。三刺激值的理論計(jì)算表明PVK和BPhAN的混合發(fā)光可以形成標(biāo)準(zhǔn)白光，在實(shí)驗(yàn)上進(jìn)行材料摻雜比例優(yōu)化，得到了藍(lán)黃發(fā)光成分平衡、光譜穩(wěn)定、Commission Internationale d’Eclairage(CIE)色坐標(biāo)為（0.32，0.33）互補(bǔ)色

4、白光器件。討論了不同濃度比例和不同驅(qū)動(dòng)電壓對(duì)器件光譜和色坐標(biāo)的影響，發(fā)現(xiàn)PVK對(duì)BPhAN的不完全能量轉(zhuǎn)移和BPhAN形成的載流子陷阱效應(yīng)是促進(jìn)激子復(fù)合發(fā)光的兩個(gè)主要因素。另外，針對(duì)器件發(fā)光效率不理想的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了基于NPB:PVK復(fù)合空穴傳輸層的載流子傳輸平衡實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)NPB的加入有助于提高空穴遷移率，增大薄膜的表面粗糙度，從而改善載流子注入和傳輸。與單一空穴傳輸層的器件相比，復(fù)合空穴傳輸層的器件效率提高了164％。
　　2.采

5、用一種紅色腈類(lèi)熒光染料3-(dicyanomethylene)-5,5-dimethyl-1-(4-dimethy lamino-styryl) cyclohexene（DCDDC），通過(guò)真空蒸鍍工藝分別制備了摻雜型和超薄層型三原色白光OLEDs。其中，摻雜型白光OLEDs采用雙發(fā)光層摻雜結(jié)構(gòu)，啟亮電壓為5V，最大功率效率為1.4 lm/W，最大正向觀察亮度為12580 cd/m2。當(dāng)外加電壓大于9 V后，白光顯色指數(shù)達(dá)到85，CIE色

6、坐標(biāo)接近(0.33,0.33)的標(biāo)準(zhǔn)白光區(qū)域。器件光譜隨電壓變化而移動(dòng)的原因是由于摻雜發(fā)光層無(wú)法有效限制載流子復(fù)合中心的移動(dòng)。超薄層型白光OLEDs采用三發(fā)光層超薄膜結(jié)構(gòu)，啟亮電壓為4 V，最大功率效率為2.4 lm/W，最大正向觀察亮度為16690 cd/m2。當(dāng)外加電壓為5 V時(shí)，白光顯色指數(shù)為80。CIE色坐標(biāo)為（0.330，0.300），在5-13 V電壓變化范圍內(nèi)僅有(-0.020,+0.002)的偏移。器件發(fā)光性能的改善歸結(jié)

7、于超薄發(fā)光層對(duì)載流子復(fù)合中心的限制和直接載流子俘獲對(duì)能量利用率的提高。
　　3.研究了紅色腈類(lèi)熒光染料DCDDC與磷光敏化劑的能級(jí)匹配對(duì)磷光敏化熒光OLEDs的影響。將兩種銥配合物磷光染料fac tris(2-phenylpyridine)iridium（Ir(ppy)3）和bis[2-(4-tertbutylphenyl)benzothiazolato-N,C2']iridium(acetylacetonate)（(t-bt)2

8、Ir(acac)）作為磷光敏化劑，分別與DCDDC共同摻雜到主體材料4,4’-N,N’-dicarbazole-biphenyl（CBP）中做發(fā)光層，在濃度優(yōu)化的基礎(chǔ)上，制備了高性能的紅色磷光敏化熒光OLEDs。Ir(ppy)3和(t-bt)2Ir(acac)對(duì)應(yīng)器件的啟亮電壓均為3.6 V，最大正向觀察亮度分別為11307 cd/m2和15871 cd/m2，最大功率效率分別為4.7 lm/W和8.5 lm/W，比純熒光器件的效率分別

9、高2倍和3倍。Ir(ppy)3敏化器件的EL光譜的主發(fā)光峰位于625 nm，有明顯的綠光和藍(lán)光成分肩峰，CIE色坐標(biāo)為(0.54±0.02,0.41±0.02)。(t-bt)2Ir(acac)敏化器件的EL光譜的主發(fā)光峰位于635 nm，有微弱的黃光成分肩峰，CIE色坐標(biāo)為（0.62±0.01,0.36±0.01）。相比Ir(ppy)3敏化器件，(t-bt)2Ir(acac)敏化器件的發(fā)光效率更高，紅光色純度更好。這是由于(t-bt)2

10、Ir(acac)與DCDDC的能級(jí)更匹配，可以有效地限制熒光染料的載流子陷阱效應(yīng)，減少三重態(tài)能量損失，并提高 DCDDC在瀑布式能量轉(zhuǎn)移中獲得激子能量效率。
　　4.研究了不同電子傳輸材料、空穴傳輸材料和主體材料的三重態(tài)能級(jí)和其他本征參數(shù)對(duì)以(t-bt)2Ir(acac):DCDDC共摻系統(tǒng)為發(fā)光層的紅色磷光敏化熒光器件的影響。完成了基于不同功能材料組合的器件制備和性能表征，發(fā)現(xiàn)電子傳輸材料的三重態(tài)能級(jí)與器件效率關(guān)系不大，但具有高

11、電子遷移率的電子傳輸材料更有利于平衡載流子傳輸和提高器件效率；空穴傳輸材料的三重態(tài)能級(jí)與器件性能有很強(qiáng)的關(guān)聯(lián)。對(duì)磷光染料的三重態(tài)激子有限制作用的空穴傳輸材料可以降低能量轉(zhuǎn)移中的損失，改善器件效率；此外，具有雙載流子傳輸特性的主體材料能在很大程度上提高載流子復(fù)合幾率。因此，在選擇合適功能材料的基礎(chǔ)上，磷光敏化熒光器件的性能得到了很大提高。最大電流效率和最大功率效率分別為20.5 cd/A和16.5 lm/W。最大正向觀察亮度為25530