基于激基复合物的白光有机发光二极管的结构设计与性能研究

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随着人们生活质量和健康意识的增强,节能、环保、舒适的绿色健康照明光源的发展逐渐得到了重视。相比于传统的荧光灯等照明光源,无机发光二极管(LEDs)和有机发光二极管(OLEDs)被公认为是21世纪很具有潜力的节能环保固态照明技术,而具有高效率、低能耗、平面无影发光、光线柔和、无眩光、无蓝光伤害、轻薄、柔性可卷曲等优势的OLEDs被认为是最重要的健康照明光源,未来在家居照明、医疗照明、汽车照明、公共照明等领域必将得到广泛应用。近年来,具有热活化延迟荧光特征的激基复合物的发展极大提高了白光OLEDs的效率,然而该类器件仍然存在严重的效率滚降问题,其效率、显色指数和光谱稳定性等综合性能有待进一步提高,工作机制也需深入研究。基于以上考虑,本论文开展了基于激基复合物为主的白光OLEDs的结构设计与性能研究,通过对激基复合物体系的选择、器件发光层结构的设计,利用激基复合物双极传输特性和低工作电压的优点,成功构筑出了高效率、低效率滚降白光OLEDs,并对工作机制进行了深入研究。本论文的主要工作总结如下:1、用单一蓝光激基复合物为主体,通过掺杂蓝光磷光客体和引入黄、绿双超薄磷光层的方法,成功制备出了低启亮电压、高效率、低效率滚降的白光OLEDs,该器件最大功率效率(PE)和外量子效率(EQE)达到95.3 lm W?1和22.8%,在1000 cd m-2亮度下维持在55.5 lm W?1和21.9%,在5000和10000 cd m-2亮度下EQE仍高达20.4%和18.9%。研究发现,蓝光磷光客体的掺杂平衡了发光层中激子的分布,而引入的超薄磷光层有效调控了三线态激子,减少了淬灭,增加了激子的传递通道,提高了激子的辐射效率。进一步地,通过在蓝光磷光掺杂的激基复合物发光层中引入红、绿双超薄磷光层,成功制备出了色温可调的白光OLEDs,其色温覆盖范围从2143到8448 K,器件的EQE在5000 cd m-2亮度时,依然在17.1%以上,这是迄今为止已报道的性能最好的色温可调型白光OLEDs。2、用两个不同激基复合物为主体,通过匹配的不同光色磷光客体的掺杂和不同发光颜色层顺序的设计,成功制备出了高效率、低效率滚降、高显色指数的白光OLEDs。在设计的受体相同,给体不同的激基复合物体系中,优化的白光OLEDs显色指数大于80,在1000 cd m-2亮度下EQE高达21.6%,表现出非常小的效率滚降;而对于设计的给受体都不同的激基复合物体系,优化的器件表现出高质量的暖白光发射,亮度从1000?15000 cd m-2的电致发光光谱非常稳定,色坐标变化仅为(0.010,0.004),在1000 cd m-2时,色坐标、相关色温和显色指数分别为(0.421,0.396)、3223 K和82,PE和EQE分别达到了43.2 lm W-1和20.1%,对应的全PE高达73.4 lm W-1,满足了照明应用的需求。3、用空间分离界面激基复合物为主体,通过给体、受体和间隔层材料的选择和磷光客体掺杂浓度的优化,成功制备出了高效率、低效率滚降白光OLEDs。研究发现,该体系中电子-空穴对耦合相互作用的距离达9 nm。利用这类空间分离界面激基复合物作为橙光磷光主体,制备的器件效率高达76.0 lm W-1和24.0%,相比于常规无间隔层激基复合物制备的器件(EQE为10.7%),EQE提高了2.24倍,在1000 cd m-2亮度下的效率滚降也从49.6%降低到7%,器件性能的显著改善应该归因于这类激基复合物对激子的有效调控和高效利用。在此基础上,通过蓝光和橙光磷光客体掺杂制备的互补色白光器件,不仅可以实现稳定的光谱发射,也显著改善了器件在高亮度下的效率滚降。在1000 cd m-2亮度时,器件EQE仍高达21.3%。
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