高效单发光层有机电致白光器件的制备与分光特性

以N, N′-二苯基-N, N′-二(1,1′-联苯)-4,4′-二胺(NPB) 为空穴传输材料, 4,7-二苯基-1,10-邻菲罗林(BPhen)为电子传输材料, 以2-叔丁基-9,10-二-(2-萘基)蒽(TADN)为主体材料, 掺杂红光染料4-二氰亚甲基-2-叔丁基-6-(1,1,7,7-四甲基久咯呢定基-9-烯基)-4H-吡喃(DCJTB), 制备了单发光层有机电致发光白光器件, 器件的最高亮度和效率分别为11400 cd/m²和5.6 cd/A (4.1 lm/W). 在此基础上, 研究了白光器件通过彩色滤色膜的分光特性.     

基于有机小分子和有机-无机杂化钙钛矿复合发光层的白光PeLED

由于优越的光电特性和溶液加工特性,有机-无机杂化钙钛矿材料在发光显示领域展示出极大的应用前景.近两年,有机-无机杂化钙钛矿电致发光器件(Pe LED)得到了快速发展,电致发光效率已经达到了传统有机电致发光器件(OLED)的水平.由于白光是显示和照明领域的最主要光源,因此开发白光Pe LED具有重要的科学和商业价值.本文报道了以有机小分子1,3-bis(9-carbazolyl)benzene(m CP)和有机-无机杂化钙钛矿CH3NH3Pb Br3混合膜作为发光层的一种新型白光Pe LED.首先,通过一步旋涂工艺得到了均匀致密、覆盖度较高的m CP:CH3NH3Pb Br3晶体薄膜.然后以m CP:CH3NH3Pb Br3膜作为发光层的白光Pe LED(器件结构为ITO/PEDOT:PSS/m CP:CH3NH3Pb Br3/tri(1-phenyl-1H-benzo[d]imidazol-2-yl)phenyl(TPBI)/Li F/Al),器件的启亮电压为~3.2 V,最大亮度为~170 cd/m2,电致发光效率为~0.15 cd/A.当偏压为7 V时,Pe LED的CIE色坐标达到了(0.32,0.31),得到了理想的白光.该白光Pe LED基本达到了工业化的要求,同时也为进一步开发更高效、更稳定的白光Pe LED提供了参考思路.     

掺杂型Zn(BTZ)2白色有机电致发光器件

合成出近白色电致发光材料——2-(2-羟基苯基)苯并噻唑螯合锌(Zn(BTZ)₂), 以该配合物作为具有电子传输性能的发光层主体, 并在其中掺入不同含量的橙红色荧光染料Rubrene, 制备出具有单一发光层白色OLED器件ITO/PVK:TPD/Zn(BTZ)₂:Rubrene/Al. 由其电致发光(EL)光谱图及相应色坐标值, 确定了Rubrene在Zn(BTZ)₂中的最佳掺杂浓度比为0.05%. 按此掺杂比制备的器件, 色度随外加驱动电压在很大范围内(10~22.5 V)变化很小, 其色坐标均非常接近于白色等能点. 当电流密度为0.1 A/cm², 驱动电压约为20 V, 器件外量子效率最高值为0.63%, 相应发光效率为4.05 cd/A, 此时器件的色坐标为(x = 0.341, y = 0.334), 亮度为4048 cd/m², 器件综合性能达最优. 文中还对上述掺杂型白光器件的发光和电学性能及发光机理进行了深入的研究和探讨.     

三重态激子在不同荧光染料掺杂体系中的湮灭过程

室温下,在红色荧光染料掺杂的有机发光器件ITO/N,N′-bis(naphthalen-1-y)-N,N′-bis(phenyl)benzidine(NPB)/tris(8-hydroxyquinolato) aluminum (Alq3):4-dicyanomethylene-2-methyl-6-p-dimethylaminostyryl-4H-pyran(DCM)/Alq3/LiF/Al中,观察到发光随外磁场的变化(即磁致发光)表现为刚开始的快速增加,在~50mT处达到最大后,随着磁场的进一步增加,又呈现出减弱的特点(即高场效应);而且,器件的掺杂浓度越高、所加偏压越大,该高场减弱就越明显.但在另一类绿色荧光染料5,12-dihydro-5,12-dimethylquino[2,3-b]acridine-7,14-dione(DMQA)的掺杂器件中,磁致发光的高场部分则是在~50mT后增加变缓并逐渐趋于饱和.分析结果表明,Frster能量转移过程占主导发射的DMQA掺杂器件,不利于染料分子上三重态激子的形成,从而,通过三重态激子对(triplet pairs)湮灭产生单重态激子(triplet-triplet annihilation,TTA)的过程不易发生;但在载流子陷阱效应参与发射的DCM掺杂器件中,室温下在染料分子上就可以形成寿命较长的三重态激子,增加了发生TTA过程的几率.因此,基于掺杂器件中两种不同的发射机制,外加磁场对有机发光中三重态激子对(T…T)的演化表现出了不同的调控作用.     

利用超薄空穴阻挡层获得稳定白光器件

将3 nm的2,9-二甲基-4,7-二苯基-1,10-菲罗啉(BCP)插入到聚乙烯咔唑掺杂4-二氰亚甲基-2-叔丁基-6-(1,1,7,7-四甲基久咯呢定基-9-烯基)-4H-吡喃(PVK:DCJTB)的发光层和电子传输层八羟基喹啉铝(Alq₃)之间, 器件结构为ITO/PVK:DCJTB/BCP(3 nm)/Alq₃(8 nm)/Al, 其中BCP既能利用空穴阻挡的作用将更多的激子限制在掺杂发光层中, 又能利用BCP层的不完全隔离调节在PVK, Alq₃和DCJTB之间Forster能量传递的程度, 实现蓝、绿、红三种颜色发光. 当DCJTB掺杂浓度为0.25%(质量分数)时器件的色坐标为(0.32, 0.32), 而且色坐标几乎不随电压变化. 在18 V下器件达到最大亮度为270 cd/m², 电流效率为0.166 cd/A.     

氟助色团对芴类分子电致发光材料的光电性能影响

利用紫外-可见光吸收光谱和荧光发射光谱, 比较了共轭结构芴类小分子有机材料2,3-bis(9,9-dihexyl-9H-fluoren-2-yl)quinoxaline(Py), 2,3-bis(9,9-dihexyl-9H-fluoren-2-yl)-6,7-difluoroquinoxaline(F2Py)和 2,3-bis(9,9-dihexyl-9H-fluoren-2-yl)-5,6,7,8-tetrafluoroquinoxaline(F4Py)的光谱特性; 选用N,N'-Di-[(1-naphthalenyl)-N,N'-diphenyl]-(1,1'-biphenyl)-4,4'-diamine(NPB)材料作为空穴传输层, 利用真空蒸镀方法制备了双层有机电致发光器件(organic light-emitting device, OLED), 研究了其电致发光特性, 进而讨论了增加氟助色团对芴类有机小分子光电性能的影响. 结果表明, 随着氟取代基的增加, 材料薄膜状态的吸收谱和荧光光谱均发生了红移. 器件方面, Py在5 V驱动电压下发出508 nm的蓝绿光, 色坐标为(0.23, 0.43), 半峰宽为100 nm; 器件启动电压(定义为当亮度达到1 cd/m²的驱动电压)为4.8 V; 在10 V驱动电压下, 亮度达到129 cd/m², 电流密度为59 mA/cm²; 在5.4 V电压下具有最大流明效率0.18 lm/W. F2Py和F4Py在5 V驱动电压下分别发出544 nm的绿光和570 nm的黄光, 色坐标分别为(0.38, 0.56)和(0.44, 0.49), 半峰宽分别为103和117 nm; 器件启动电压分别为4和2 V; 在10 V电压下, 亮度分别为557和3300 cd/m², 电流密度分别为100和880 mA/cm², 分别在7.6 V电压下具有最大流明效率0.22 lm/W和在2 V电压下具有最大流明效率0.53 lm/W.     

螺二芴和均三嗪构筑的主体材料的合成及应用

设计并合成了4种基于螺二芴和均三嗪类的新型主体材料2-(2′,7′-二叔丁基-9,9′-螺二芴-2-基)-4,6-二苯基-1,3,5-三嗪(DTSF-2-DP-TRZ)、2-(9,9′-螺二芴-2-基)-4,6-双(3,5-二-叔丁基苯基)-1,3,5-三嗪(SF-2-DTDP-TRZ)、2-(9,9′-螺二芴]-4-基)-4,6-双(3,5-二-叔丁基苯基)-1,3,5-三嗪(SF-4-DTDP-TRZ)、2-(9,9′-螺二芴-4-基)-4,6-双(4-(叔丁基)苯基)-1,3,5-三嗪(SF-4-TDP-TRZ),并对其结构和性能进行了表征.利用热重分析、差热分析、紫外可见吸收、荧光、低温磷光、循环伏安法对其物理和化学性质进行了研究,结果表明4种主体材料的热稳定性能优异,紫外-可见光吸收峰位于280～355nm之间;光学带隙(Eg)分布在3.28～3.36eV之间.为了研究其在有机电致发光中的应用,4个主体材料分别与绿光热激活延迟荧光材料共掺作为发光层,通过旋涂法制备,并研究其结构与性能之间的关联.所制备的器件光电性能表现优异,其中DTSF-2-DP-TRZ作为主体材料的器件最大亮度达到6600cd/m~2,最大电流效率为51.3cd/A,相应的最大外量子效率为16.6%.     

四苯基卟啉羰基钌电致发光性能的研究

四苯基卟啉羰基钌(RuTPPCO)可以作为红光掺杂材料制备有机电致发光器件, 采用的器件结构为[ITO/CuPc/NPB/Alq₃:RuTPPCO/LiF/Al](Alq₃ = 三(8-羟基喹啉)铝). 其中Alq₃:RuTPPCO的共沉积膜作为发射层. 实验结果表明在发射层中存在着从Alq3到RuTPPCO的能量传递. 通过改变掺杂层中RuTPPCO的浓度来考察器件的性能. 当RuTPPCO的掺杂浓度在15%(质量分数)时, 器件呈现纯正的红光发射, 发射峰位为656 nm, 器件的效率为0.32 cd/A.     

基于PA_2(CsPbBr_3)_(n-1)PbBr_4二维层状钙钛矿的电致发光二极管

进一步提高全无机卤铅钙钛矿材料CsPbBr_3的发光效率,对制备高效率、高稳定性的电致发光二极管(PeLED)具有重要意义.制备纳米级的钙钛矿量子点,一方面有助于提高激子的束缚能和钙钛矿晶体的荧光效率,另一方面也有利于形成连续、致密的二维层状钙钛矿薄膜.本文采用"原位生长"的策略,将一种具有长链结构的丙基溴化胺(CH_3CH_2CH_2NH_3Br,PABr)作为添加剂,与CsPbBr_3的前驱体溶液进行共混,得到PA_2(CsPbBr_3)_(n-1)PbBr_4钙钛矿量子点.形成的二维层状钙钛矿薄膜均匀致密,在光致发光条件下,呈现出明亮的蓝绿光发射(发光峰位于506 nm).在电致发光方面,基于PA_2(CsPbBr_3)_(n-1)PbBr_4的PeLED启亮电压为~4.2 V,最大亮度为~2370 cd/m~2,最高电流效率为~1.06 cd/A,最高EQE为~0.57%.相较于传统方法,本工作在制作工艺、成膜质量以及PeLED的发光效率有了显著的提升,为将来进一步探索低成本、高效率的蓝光PeLEDs提供了一种可行的思路.     

掺杂浓度和温度对有机延迟荧光磁效应的影响

在基于电荷转移(charge transfer,CT)态的发光器件中,CT态的演化及其相互作用对器件发光有重要影响.将分子内CT态材料4-(Dicyanomethylene)-2-tert-butyl-6-(1,1,7,7-tetramethyljulolidin-4-yl-vinyl)-4H-pyran(DCJTB)以不同浓度掺杂于磷光主体材料1,3-bis(9-carbazolyl)benzene(m CP)中,通过测量器件电致发光的磁场效应(magnetoelectroluminescence,MEL),来研究器件中CT态及其相互作用.在±500 m T的磁场范围内,MEL曲线展示出奇特的变化:当掺杂浓度从高浓度(20%)降至低浓度(5%)时,低场部分从正转变为负;而高场部分没有明显的浓度依赖关系,均表现为缓慢下降.另外,在不同温度下MEL高低场部分的幅度都有很大变化.这些变化表明,器件中存在CT态的系间窜越、反向系间窜越过程,以及CT态间的湮灭过程,且这些过程受到掺杂浓度和温度的影响,导致延迟发光的变化.     

溶液加工型蒽类树枝状深蓝光材料的合成与表征

采用9,10-二苯蒽(DPA)作为中心核,一代至三代齐聚咔唑作为外围树枝,设计合成了一系列溶液加工型树枝状深蓝光荧光材料Ent1,Ent2和Ent3.不同于DPA容易在膜态下形成结晶,Ent1~Ent3均具有良好的热稳定性和形态稳定性,玻璃化转变温度高达194~371℃.同时,咔唑树枝的引入,有效地抑制了分子间的相互作用,使得膜态下荧光量子效率从Ent1的46%提高至Ent2的52%和Ent3的67%.通过旋涂工艺制备了深蓝光非掺杂器件,发现第二代树枝状荧光材料Ent2表现出最优器件性能,发光效率为2.63 cd/A,色坐标CIE_((x,y))为(0.16,0.10).     

结构简单的高效蓝色荧光器件

热激活延迟荧光(thermally activated delayed fluorescence,TADF)材料双[4-(9,9-二甲基-9,10-二氢吖啶)苯基]硫砜(DMAC-DPS)在非掺杂型器件中展示了良好的发光特性.本文首先以DMAC-DPS作为器件的发光层,分别对其厚度以及器件的空穴传输层和电子传输层进行了优化,制备了结构简单的非掺杂型高效蓝光器件,其最大外量子效率是14.3%,最大功率效率是26.8 lm W~(-1).荧光器件在稳定性等方面具备显著的优越性且荧光材料已被广泛采用,因此我们进一步以DMAC-DPS为主体材料,蓝色荧光材料2,5,8,11-四-叔-丁基苝(TBPe)为客体材料制备了高效的TADF材料敏化蓝光器件.器件的最大外量子效率为12.7%,最大功率效率为22.9 lm W~(-1).我们的结果表明分别以TADF材料作为发光材料和主体材料可以制备高效蓝色荧光器件,这为结构简单高效蓝光器件的制备提供了一种新的途径.     

螺芴氧杂蒽(SFX)类有机半导体及其OLEDs

一锅法(one-pot method)合成螺环芳烃具有原料易得、锅-原子-步骤经济(PASE)等优势,成为绿色有机半导体的典范.本文回顾了螺环芳烃分子砌块及其应用于电子器件领域的历史,重点论述了以螺芴氧杂蒽(SFX)为代表的螺环芳烃的串联反应,SFX类有机半导体四元分子设计平台与其有机电致发光材料(包括深蓝色荧光有机电致发光二极管(OLEDs)材料、磷光三基色主体材料、磷光客体材料)的研究进展.其中,哑铃型SFX深蓝色荧光OLEDs器件的电流效率、功率效率、外量子效率分别为7.4 cd/A,4.1 lm/W,4.6%;SFX基电致磷光OLEDs的电流效率、功率效率、外量子效率分别为70.0 cd/A,77.0 lm/W,19.2%;同时实现了应用于磷光OLEDs的三基色与白光的单一主体材料.最后,展望了螺环芳烃的绿色合成方法、SFX类OLED显示与照明技术、电子学其他领域及智能器件等方面的可能应用.     

利用有机磁效应探究基于DCJTB电荷转移态发光器件的微观机制

能量转移(energy transfer,ET)和直接电荷捕获(direct charge trapping,DCT)是掺杂型有机发光二极管(organic light-emitting diode,OLED)中两种相互竞争的微观过程.最近研究表明,磁电致发光(magnetoelectroluminescence,MEL)可作为探测OLED中微观机制的有效手段.本文以电荷转移(charge transfer,CT)态材料4-(二氰基亚甲基)-2-叔丁基-6-(1,1,7,7-四甲基久罗尼定基-4-乙烯基)-4H-吡喃(4-(dicyanomethylene)-2-tert-butyl-6-(1,1,7,7-tetramethyljulolidin-4-yl-vinyl)-4H-pyran,DCJTB)为客体,以具有不同三重态激子能量的三(8-羟基喹啉)铝、4,4-二(9-咔唑)联苯(4,4′-bis(N-carbazolyl)-1,1′-biphenyl,CBP)和2,4,6-三[3-(二苯基膦氧基)苯基]-1,3,5-三唑(2,4,6-tris[3-(diphenylphosphinyl)phenyl]-1,3,5-triazine,PO-T2T)为主体制备了3种OLED,并测量了它们的MEL.实验发现器件的MEL都由低场(|B|5 mT)和高场(5 mT≤|B|300 mT)两部分组成,其高场部分均表现为由三重态激子-电荷反应和三重态激子对湮灭导致的随磁场正相关或负相关的MEL.但它们的低场变化则完全不同:Alq3:DCJTB器件表现为主体极化子对(polaron-pair,PP)的系间窜越过程(PPT)导致的正MEL,而CBP:DCJTB器件和PO-T2T:DCJTB器件则表现为客体电荷转移态的反向系间窜越过程导致的负MEL.这两类器件分别对应ET和DCT过程,再加之主体三重态能级的高低对反向系间窜越过程的影响,从而导致不同器件中多变的MEL线型;另外,低温环境更有利于DCJTB中三重电荷转移态参与的反向系间窜越和三重态激子对湮灭过程的发生.本研究工作对基于DCJTB发光器件的内部微观机制有了更深入的理解.     

PEDOT作为阳极的柔性有机电致发光器件

将PEDOT／PSS（poly-3,4-ethylenedioxythiophene/polystyrenesulfone acid)导电基片用于制备柔性有机小分子电致发光器件，研究了清洗工艺，器件结构对器件性能的影响，分析了导电膜表面与器件性能的关系，在优化后的条件下，最大亮度为2760cd/m^2，外量子效率最大值为1．4％，已接近ITO作为阳极的器件的性能。     

聚合物近红外发光二极管

设计双层器件结构(ITO/PEDOT/P-PPV/PFHDNT/Ba/Al)制备高效率近红外发光二极管, 其中P-PPV为发绿光的苯基取代的PPV衍生物, PFHDNT为近红外发光的9,9-二辛基芴(DOF)与4,7-二(3-己基噻吩)-2,1,3-萘并噻二唑(HDNT)的共聚物(PFHDNT10). 经优化PFHDNT10和P-PPV薄膜厚度, 得到器件的外量子效率高达2.1%(激发电流35 mA/cm²), 流明效率0.3 cd/A, 较单层结构器件的发光效率(0.9%)提高了两倍以上, 发光光谱峰值为750 nm, 色度坐标CIE1931为 (0.67, 0.30), 位于近红外区域. 研究表明, 增强的发光效率主要原因是P-PPV层具有电子阻挡作用及向PFHNDT10共聚物进行了有效能量转移.     

有机发光掺杂器件中的反常磁效应

采用不同浓度的热活化延迟荧光(thermally activated delayed fluorescence,TADF)材料2,3,5,6-四(3,6-二苯基-9-咔唑基)-对苯二腈(2,3,5,6-tetrakis(3,6-diphenylcarbazol-9-yl)-1,4-dicyanobenzene,4CzTPN-Ph)为掺杂剂,三(8-羟基喹啉)铝(tris-8-hydroxyquinoline aluminum,Alq3)为主体材料制备了发光层为Alq3:x%4CzTPN-Ph的有机发光二极管器件,并测量了室温下不同注入电流和不同掺杂浓度,以及固定某一电流和掺杂浓度在不同温度下器件的磁电致发光(magneto-electroluminescence,MEL)效应和磁电导(magneto-conductance,MC)效应.实验发现,在主客体掺杂类型器件中,与普通掺杂器件减小的磁效应相比,这种器件具有明显的反常磁效应——即表现出增强的MEL和MC幅值.以室温下注入电流为150μA的实验为例,发光层为Alq3:5%4CzTPN-Ph器件的MEL幅值在磁场为300m T处达到了10%左右,大约是参考器件(发光层为CBP:5%4CzTPN-Ph)的MEL幅值(~0.75%)的13倍,且该器件对应的MC幅值在磁场为300 m T处达到了6%左右,大约是此参考器件MC幅值(~0.12%)的50倍.此外,这种掺杂器件的MEL和MC明显受到掺杂浓度的调控,当掺杂浓度达15%左右时,MEL和MC幅值可达到最大值.在不同温度下,这种掺杂器件的MEL和MC值均随着温度的降低而减小.通过分析器件的能级结构和光谱可知,Alq3:4CzTPN-Ph器件具有主客体分子间特殊的能级排布,造成客体分子的能级陷阱较弱,外加磁场抑制三重态激子对电荷的散射作用(TQA)就可产生显著的MEL和MC幅值,从而得到不同于普通掺杂器件的反常磁效应.此外,由于TQA过程受三重态激子浓度与载流子浓度的影响,掺杂浓度和实验温度也能通过影响三重态激子浓度和载流子浓度来对TQA反应强弱进行调控,从而有效地调控这种反常磁效应.本研究工作有助于深入理解基于4CzTPN-Ph发光器件微观机制的演化过程,并将促进有机发光二极管在磁学器件方面的应用.     

高效蓝紫光器件的实现:苯撑与硅芴共聚物同聚硅芴共混

以苯撑与硅芴共聚物(PSiF6-PPP)同聚硅芴(PSiFC6C6)的共混物做发光层, 制备了高效的蓝紫光聚合物发光二极管, 研究了共混比例对器件性能的影响. 发现当PSiF6-PPP与PSiFC6C6的质量比为1︰3时器件性能最优, 在发光亮度为105 cd/m²时, 器件的外量子效率可以达到1.96%, 电致发光光谱的峰值位于397 nm, 半高宽为67 nm. 分析表明, PSiFC6C6向PSiF6-PPP的能量转移以及共混后电子和空穴注入的均衡, 是使器件性能明显提升的主要原因.     

芴与二噻基苯并噻二唑共聚物的电致发光和光致发光研究

使用自己实验室合成的9，9－二辛基芴与4，7－二噻基苯并噻二唑系列共聚物（1％ DBT，5％，DBT，10％，DBT，15％DBT，25％DBT），采用双层结构制备了高效率和红色聚合物发光二极管（PLEDs)，器件的外量子效率接近1．4％（15％DBT共聚物），流明效率超过1．0cd/A，最大发光亮度达到3700cd/m^2，电致发光发射光谱峰值位于675nm     

新一代有机电致发光材料与器件

针对我国有机发光二极管(OLED)显示领域对低成本、高性能材料及简约器件制备工艺的重大迫切需求,提出不含贵重金属的纯有机材料体系及相关器件研究计划;开发并完善自主知识产权的新一代发光材料/主体材料体系,使发光效率和寿命达到实用化的水平;掌握新一代发光材料的发光机制、构效关系、激发态过程及其调控规律,实现兼顾结构简单、高效率、长寿命的新型器件结构,明确其内在物理机制和规律,为高性能材料和器件开发提供科学指导和解决方案,并在此基础上实现显示器件的优化设计、集成和可控制备.