【摘要】：有機(jī)電致發(fā)光器件(OLED)被視為新一代平板顯示技術(shù),具有輕薄、低成本、可柔性顯示等優(yōu)點(diǎn),正在逐步走進(jìn)日常生活。傳統(tǒng)OLED使用的發(fā)光材料主要有熒光材料和磷光材料兩種。由于熒光材料只利用單重態(tài)發(fā)光,效率較低,而磷光材料由于可以同時(shí)利用其單重態(tài)和三重態(tài)的發(fā)光,可實(shí)現(xiàn)100%的內(nèi)量子效率。但磷光材料效率衰減嚴(yán)重,并且多含有貴重金屬鉑和銥,大大限制了其發(fā)展。為了彌補(bǔ)現(xiàn)有熒光和磷光材料的缺點(diǎn),最近學(xué)者們提出了一種基于反向系間竄越(RISC)的熱活化延遲熒光(TADF)材料設(shè)計(jì)機(jī)制:當(dāng)激發(fā)態(tài)的單三重態(tài)能量間距小到室溫k T時(shí),三重態(tài)可以通過(guò)RISC轉(zhuǎn)向單重態(tài)激發(fā)態(tài)而發(fā)出延遲熒光。TADF材料的優(yōu)點(diǎn)是成本低廉,并且其量子效率理論上限為100%。分子間激基復(fù)合物和分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移材料由于其電子和空穴軌道電子云幾乎完全分離,因此其單三重態(tài)能量間距非常小,均屬于熱活化延遲熒光體系。本論文的工作主要研究基于熱活化延遲熒光的OLED器件的設(shè)計(jì)和機(jī)理研究,主要包括以下內(nèi)容:(1)研究了綠光激基復(fù)合物OLED。選擇m-MTDATA和Bphen混合層作為發(fā)光層獲得了外量子效率為7.8%的綠光OLED,該結(jié)果處于國(guó)際領(lǐng)先水平。同時(shí)利用器件在磁場(chǎng)下的磁電致發(fā)光研究了具體的發(fā)光機(jī)理;通過(guò)低溫時(shí)間分辨光譜法,證明了該體系的單三重態(tài)能量差接近于零。制備了m-MTDATA和TPBi混合的激基復(fù)合物器件,通過(guò)對(duì)瞬態(tài)電致發(fā)光特性的分析,討論了電荷平衡、載流子遷移率和給受體混合比例對(duì)激基復(fù)合物器件的影響機(jī)制。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明非平衡載流子對(duì)長(zhǎng)壽命的激基復(fù)合物發(fā)光猝滅很嚴(yán)重。(2)研究了藍(lán)光延遲熒光OLED。選擇m CP和Bphen,3PT2T,TPBi混合層作為發(fā)光層,獲得了外量子效率為2.23%的深藍(lán)光OLED。研究其給受體三重態(tài)激子和高溫聲子對(duì)激基復(fù)合物的猝滅作用,以及給受體材料的分子結(jié)構(gòu)對(duì)激基復(fù)合物發(fā)光效率的影響。采用該藍(lán)光延遲熒光作為主體,Ir(bt)2(acac)作為橙光摻雜劑的OLED結(jié)構(gòu),研究了延遲熒光主體向磷光摻雜劑的能量傳遞,獲得了外量子效率為16.7%的橙光器件。對(duì)激基復(fù)合物做主體,磷光材料作為摻雜劑的體系給出了恰當(dāng)?shù)拿枋?激基復(fù)合物將能量傳遞給摻雜劑,摻雜劑對(duì)激基復(fù)合物有一定的猝滅作用。(3)研究了紅光延遲熒光OLED。選擇m-MTDATA和Gd,Lu,Y的配合物混合層作為發(fā)光層,獲得了外量子效率為3%的紅光OLED,研究了重金屬效應(yīng)和順磁效應(yīng)對(duì)熱活化延遲熒光的影響。研究表明,重金屬效應(yīng)有助于提高熱活化延遲熒光效率,而順磁效率不利于提高熱活化延遲熒光效率。(4)研究了綠光和藍(lán)光激基復(fù)合物向紅光磷光材料Ir(piq)3的能量轉(zhuǎn)移過(guò)程,獲得了外量子效率為15%的紅光器件。將藍(lán)光激基復(fù)合物和磷光橙光Ir(bt)2(acac)材料組合,獲得了外量子效率高達(dá)22%的白光OLED。該器件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,啟亮電壓約為2.5 V,功率效率達(dá)到52 lm/W,是目前報(bào)道的效率最高的白光OLED之一。將藍(lán)光激基復(fù)合物和熒光橙光材料Rubrene組合,獲得了外量子效率高達(dá)7.8%的全熒光白光OLED。研究表明,激基復(fù)合物中未能夠完全利用的三線態(tài)激發(fā)態(tài)可以在白光器件中將能量傳遞給磷光摻雜劑而實(shí)現(xiàn)整體的100%的內(nèi)量子效率。(5)研究了分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移材料的激基復(fù)合物現(xiàn)象,以典型的分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移材料DMAC-DPS為研究對(duì)象,與4種不同的給體和受體材料組合,獲得了不同發(fā)光光譜(460 nm-580 nm)的器件。其中綠光外量子效率高達(dá)9.0%;研究了經(jīng)典的咔唑基取代的苯二腈類藍(lán)光分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移材料2Cz PN的激基復(fù)合物行為。其與給體材料TPD和受體材料PO-T2T組合,可以獲得外量子效率分別高達(dá)5.9%和12%的綠光激基復(fù)合物器件。這兩項(xiàng)研究表明,激基復(fù)合物行為是分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移材料的基本屬性,這一結(jié)果為設(shè)計(jì)合成分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移材料具有指導(dǎo)意義。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院研究生院(長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN383.1
【圖文】：

根據(jù)實(shí)際需要，有機(jī)層一般由多層不同功能的有機(jī)材料組成，如圖 1。由于發(fā)光層材料的電子和空穴遷移率和態(tài)密度不同，需要在發(fā)光層兩側(cè)子和空穴傳輸層來(lái)調(diào)節(jié)電子和空穴的傳輸平衡。為了減小電子和空穴的注，在陰極與電子傳輸層和陽(yáng)極與空穴傳輸層之間要加入電子和空穴注入層

圖 1.2 OLED 器件原理圖。HIL 和 EIL 分別為空穴和電子注入層；HTL 和 ETL 分別空穴和電子傳輸層；HBL 和 EBL 分別為空穴和電子阻擋層；EML 為發(fā)光層。為了實(shí)現(xiàn)白光 OLED，通常需要采用不同的器件結(jié)構(gòu)將紅綠藍(lán)三基色（或橙二基色）發(fā)光單元組合形成白光器件。一般的白光器件結(jié)構(gòu)包括：多個(gè)單垂直疊層器件結(jié)構(gòu)；像素化三基色器件結(jié)構(gòu)；單一白光發(fā)光層（一種發(fā)光材能實(shí)現(xiàn)白光光譜）器件結(jié)構(gòu)，藍(lán)光將能量傳遞給紅橙光器件的藍(lán)光下轉(zhuǎn)換結(jié)種摻雜劑摻雜于同一主體材料中的（多見于聚合物器件，由于旋涂工藝需要正交，多層器件較難實(shí)現(xiàn)）多摻雜單發(fā)光層結(jié)構(gòu)；三基色摻雜于不同發(fā)光層（材料可以不同）的多發(fā)光層結(jié)構(gòu)等，如圖 1.3所示。前面提及的電子和空穴層、阻擋層和注入層以及這里提到的主體材料和摻雜劑材料可以參閱教材中結(jié)[5]，限于篇幅，這里不加詳述。

3 幾種實(shí)用白光 OLED 器件結(jié)構(gòu)。a）垂直疊層器件結(jié)構(gòu)。b）像素化器層器件結(jié)構(gòu)。d）藍(lán)光下轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)。e）多摻雜單發(fā)光層結(jié)構(gòu)。f）多發(fā)極注入的電子和空穴在發(fā)光層相遇后會(huì)形成激子。根據(jù)激子的，可以將激子分為單重態(tài)激子和三重態(tài)激子。根據(jù)發(fā)光激子來(lái)光分為來(lái)源于單重態(tài)激子的熒光和來(lái)源于三重態(tài)激子的磷光。熒光材料，而發(fā)射磷光的材料為磷光材料。器件中，在自旋統(tǒng)子和空穴形成的單重態(tài)和三重態(tài)激子的的比例是 1:3。由于三般會(huì)低于單重態(tài)激子的能量，所以熒光材料組成的器件中只有光。而磷光材料中，單重態(tài)激子可以放出熱量轉(zhuǎn)化為三重態(tài)激，熒光材料器件的內(nèi)量子效率為 25%，而磷光材料器件的內(nèi)量圖 1.4 所示。但是由于熒光材料器件中，激發(fā)態(tài)的密度很小，態(tài)壽命很短，所以在大的亮度（或電流密度）下，效率衰減很器件中，激發(fā)態(tài)的密度很大，并且其單重態(tài)激發(fā)態(tài)壽命很長(zhǎng)，或電流密度）下，效率衰減很嚴(yán)重，如圖 1.5所示。另外由于有貴重金屬，因此其成本較高。鑒于熒光材料低效率和磷光材

【共引文獻(xiàn)】

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4 江志雄;溶液加工型高性能電致熒光白光器件的研究及其應(yīng)用[D];華南理工大學(xué);2014年

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5 歐昌金;新型螺芴基有機(jī)半導(dǎo)體的制備及其光電性質(zhì)研究[D];內(nèi)蒙古大學(xué);2014年

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本文編號(hào)：2762364