【摘要】：有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)因其具有制備簡單、價(jià)格低廉、節(jié)能環(huán)保、超薄和柔性可折疊等優(yōu)勢,正逐步走進(jìn)人們的日常生活。普通熒光OLED只有25%的電子-空穴對(duì)能復(fù)合成單重態(tài)激子退激發(fā)光,剩下75%的三重態(tài)激子只能以非輻射退激的形式把能量耗散掉,其內(nèi)量子效率被限制在25%以內(nèi)。磷光OLED器件依托貴重金屬銥、鉑等金屬配合物的強(qiáng)自旋-軌道耦合作用使單重態(tài)激子和三重態(tài)激子都能被利用,盡管內(nèi)量子效率在理論上可以高達(dá)100%,但因涉及貴金屬造價(jià)昂貴、污染環(huán)境以及在大電流下效率滾降等缺點(diǎn)制約了其市場化進(jìn)程。近來發(fā)現(xiàn)的熱活化延遲熒光(TADF)有機(jī)器件不依賴于貴重金屬其內(nèi)量子效率也可高達(dá)100%,其發(fā)光效率是普通熒光器件的幾倍。TADF材料的設(shè)計(jì)主要由兩部分基團(tuán)組成,一部分是電子給體,另一部分是電子受體,這兩部分基團(tuán)拼接成一個(gè)分子,在分子內(nèi)相互獨(dú)立,可形成分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移態(tài)(CT)。TADF材料的最高被占有分子軌道(HOMO)能級(jí)和最低未被占有分子軌道(LUMO)能級(jí)電子云將實(shí)現(xiàn)分離,形成的單重激發(fā)態(tài)(~1CT)和三重激發(fā)態(tài)(~3CT)的能級(jí)能量差(ΔE_(ST))很小,~3CT將有機(jī)會(huì)靠吸收環(huán)境熱量通過反向系間竄越(RISC)過程上轉(zhuǎn)換為~1CT退激發(fā)光,從而提高器件的發(fā)光效率。目前對(duì)TADF材料和器件的研究還處在起步階段,TADF理論也還只是一個(gè)大框架,還存在許多問題亟待解決。本文利用有機(jī)器件的電致發(fā)光磁效應(yīng)(MEL)和磁電導(dǎo)效應(yīng)(MC),測量了主客體摻雜型TADF器件的MEL和MC特征曲線。通過對(duì)TADF器件MEL和MC的分析,得出TADF器件中所存在的自旋相互作用過程,主體材料和客體材料之間能量的傳遞方式和過程,以及有機(jī)材料中的電荷陷阱對(duì)TADF器件載流子和激發(fā)態(tài)的影響。其主要內(nèi)容有以下五個(gè)章節(jié):第一章先介紹了OLED器件的發(fā)展,在生活中的應(yīng)用,以及它的基本原理。緊接著介紹了熱活化延遲熒光(TADF)器件的基本原理及其有待解決的一些問題。隨后介紹了有機(jī)發(fā)光器件的電致發(fā)光磁效應(yīng)和磁電導(dǎo)效應(yīng)原理和應(yīng)用。最后描述了本論文的主要工作和意義,利用MEL和MC研究TADF器件中的自旋相互作用過程以及主客體之間激發(fā)態(tài)能量的傳遞過程和方式。第二章首先介紹了OLED器件以及TADF器件的制備方法和需要注意的事項(xiàng),我們主要采用旋涂和蒸鍍沉積的方法。隨后介紹了TADF器件的光-電-磁性質(zhì)的測試,測試包含在不同電流電壓下和不同環(huán)境溫度下進(jìn)行。第三章主要是選取4CzTPN-Ph、2CzPN、PIC-TRZ2三種高效的TADF材料作為摻雜客體制備相應(yīng)的TADF器件。利用MEL研究發(fā)現(xiàn),TADF器件的MEL在室溫下表現(xiàn)出與普通激子型Alq3熒光器件相似的線型,即都是在低場(40 mT)快速上升,隨后在高場(40 mT)逐漸趨于飽和。這是因?yàn)樵赥ADF器件中,存在著極化子對(duì)間的系間竄越(ISC)過程和電荷轉(zhuǎn)移態(tài)(CT)之間的反向系間竄越(RISC)過程相互競爭,主客體摻雜型TADF器件的極化子數(shù)目遠(yuǎn)多于CT態(tài)數(shù)目,所以表現(xiàn)出極化子對(duì)間的ISC過程特征。其次,TADF器件的磁效應(yīng)會(huì)隨著注入電流的增大而變強(qiáng),這與普通熒光器件的結(jié)果截然相反。三重態(tài)極化子對(duì)轉(zhuǎn)化為三重態(tài)激子的速率k_t與單重態(tài)極化子對(duì)轉(zhuǎn)化為單重態(tài)激子的速率k_s是影響這一過程的重要參數(shù)。另外,在低溫下,Alq3器件的MEL表現(xiàn)出明顯的TTA過程特征,而TADF器件單、三激發(fā)態(tài)能量接近,不具備TTA過程發(fā)生條件,而且低溫下RISC過程受抑制,所以TADF器件表現(xiàn)出更強(qiáng)的ISC過程特征。第四章主要是利用不同摻雜濃度的TADF器件的MEL研究了器件中主客體之間能量的傳遞過程。當(dāng)TADF材料濃度較低時(shí),器件主客體之間以FRET方式為主,這將導(dǎo)致主體材料中三重態(tài)激子的利用率受到限制。同時(shí),客體材料中的RISC過程在大電流密度下由于CT態(tài)的解離率升高而減弱。當(dāng)在高摻雜濃度下,主客體之間的能量傳遞以DET方式為主。盡管RISC過程能夠增大三重態(tài)的利用率,提高器件的發(fā)光效率,但是高的摻雜濃度將導(dǎo)致單重激發(fā)態(tài)的淬滅,反而使TADF器件的發(fā)光效率降低。因此,對(duì)于TADF作客體摻雜材料體系的TADF器件存在摻雜濃度和RISC過程相互制約的不足。第五章主要是利用TADF器件的MC研究了有機(jī)材料中電荷陷阱對(duì)TADF器件載流子和激發(fā)態(tài)的影響。研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)TADF器件中包含電荷陷阱束縛的極化子和激子,MC在室溫小電流密度下滿足洛倫茲方程,表現(xiàn)出ISC特性。隨著電流密度的增加,MC在10~40 mT范圍內(nèi)出現(xiàn)衰減,通過洛倫茲函數(shù)擬合,表明衰減來至于三重態(tài)-陷阱束縛的極化子之間的相互作用(TP_tI)。當(dāng)溫度降到200 K,以前的衰減逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋�(gè)平臺(tái),這是由于陷阱束縛的三重態(tài)激子與極化子的相互作用(T_tPI)和TP_tI共同作用的結(jié)果。而且MC在低溫時(shí),在超精細(xì)范圍內(nèi)表現(xiàn)出正負(fù)轉(zhuǎn)變,這表明TADF器件在低溫下表現(xiàn)出了ISC和RISC的相互轉(zhuǎn)變,這些結(jié)果揭示了TADF器件中ISC,RISC,TP_tI和T_tPI過程。
【圖文】：

當(dāng)今各種視覺顯示設(shè)備已經(jīng)廣泛應(yīng)用到各行各業(yè)以及我們的日常生活中視、電腦、廣告屏、手機(jī)等，手機(jī)更是幾乎人手一個(gè)，寸步不離。隨著社展，，人們對(duì)視覺顯示設(shè)備的要求也越來越高，如需要輕薄，省電，柔和，高等特點(diǎn)。傳統(tǒng)的陰極射線管（Cathode Ray Tube, CRT）、液晶顯示器（Lrystal Display, LCD）和現(xiàn)在主流的無機(jī)發(fā)光二極管（Light Emitting Diode, L平面顯示器已經(jīng)不能滿足人們的需求。有機(jī)發(fā)光二極管（Organic light emode, OLED）因其具有制備簡單、節(jié)能環(huán)保、價(jià)格低廉、柔性可折疊、視角彩絢麗和超薄等諸多優(yōu)勢，正在逐漸走進(jìn)人們的日常生活[1]。OLED 的研究在電視、電腦、手機(jī)、車載顯示等視覺顯示方面得到快速發(fā)展，而且在固方面也受到日益重視。如圖 1.1 所示為 OLED 曲面顯示屏和 OLED 照明面光LED 被普遍認(rèn)為是取代 LCD 和 LED 顯示屏的下一代新型顯示技術(shù)。OLED示技術(shù)，可直流驅(qū)動(dòng)，沒有頻閃現(xiàn)象，光源柔和，是一種理想的健康護(hù)眼光別適合制備顯示設(shè)備和室內(nèi)的大面積照明光源[2]。因此，研究和開發(fā) OLE顯示技術(shù)，對(duì)提高人們的生活質(zhì)量和節(jié)能減排等都具有重要的意義。

西南大學(xué)碩士學(xué)位論文電子和空穴在有機(jī)發(fā)光層中相遇，在庫倫力的作用下，首先是形成電子-空穴距離相對(duì)較遠(yuǎn)的極化子對(duì)(Polaron-pair, PP)。隨著電子-空穴距離進(jìn)一步靠近，極化子對(duì)進(jìn)一步演化為激子(Exciton)[5]。由于電子和空穴具有自旋秉性，形成的極化子對(duì)或激子有兩種不同組態(tài)，既單重態(tài)(S)和三重態(tài)(T+, T0, T-)如圖 1.2(c)所示。根據(jù)自旋角動(dòng)量守恒，只有單重態(tài)激子能夠直接退激發(fā)光回到基態(tài)(S0)，三重態(tài)激子由于自旋禁阻只能以非輻射形式將能量耗散掉。由統(tǒng)計(jì)原則可知，形成單重態(tài)和三重態(tài)激子的比例為 1:3，既注入的電子和空穴只有最多 25%能夠轉(zhuǎn)化為光能[6]。這限制了 OLED 器件的內(nèi)量子效率最大為 25%，同時(shí)也限制了 OLED 器件進(jìn)入市場化的腳步。
【學(xué)位授予單位】：西南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN383.1

【參考文獻(xiàn)】

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1 袁德;陳平;張巧明;賈偉堯;陳歷相;陳秋松;鄒越;熊祖洪;;激子態(tài)和電荷轉(zhuǎn)移態(tài)共存的聚合物發(fā)光器件中單重態(tài)與三重態(tài)之間的自旋混合過程[J];科學(xué)通報(bào);2015年32期

2 李晨森;任忠杰;閆壽科;;熱活性延遲熒光材料的設(shè)計(jì)合成及其在有機(jī)發(fā)光二極管上的應(yīng)用[J];科學(xué)通報(bào);2015年31期

3 向杰;令勇洲;陳穎冰;張巧明;熊祖洪;;器件結(jié)構(gòu)對(duì)激基復(fù)合物發(fā)光磁效應(yīng)的影響[J];中國科學(xué):物理學(xué) 力學(xué) 天文學(xué);2015年04期

本文編號(hào)：2691110