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.     

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.     

8羟基喹啉锌的能态结构研究

由于有机电致发光具有高亮度、低驱动电压、宽光谱范围(整个可见区)和丰富的材料选择等特点,在大面积平板显示器件研究中展现出广阔的应用前景.1987年Tang将多层结构引入有机电致发光器件以来,有机电致发光的研究在材料选择和器件结构等方面都取得了较大的进展.Adachi,等将有机电致发光器件制备成具有电子和空穴输运层的典型结构(ITO/空穴输运层/发光层/电子输运层/Mg:Ag).Burroughes和Heeger先后分别将聚合物引入有机电致发光研究中,用聚合物作为空穴输运层或发光层均取得了较好的效果.在有机小分子材料中,8羟基喹啉金属化合物一直是一个十分引人注目的材料体系,特别是8羟基喹啉铝和锌,其电致发光亮度超过15000cd/m~2.本文对8羟基喹啉锌的光致发光、吸收和激发光谱进行了研究,发现8羟基喹啉锌的发光来自380nm的吸收带,并且给出了可能的能态结构.1实验8羟基喹啉锌粉末材料是由本实验室自己合成的,其杂质浓度低于10~(-5).8羟基喹啉锌薄膜采用真空蒸发方法制备,蒸发时的真空度为1.07×10~(-2)Pa.8羟基喹啉锌粉末的光致发光光谱和激发光谱是利用MPF-4荧光分光光度计测量的,光致发光光谱的激发光波长为365nm,激发光谱的检测光波长为520nm.8羟基喹啉锌薄膜的吸收光谱是利用UV-360分光光度计测量的.     

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.     

器件老化处理对有机发光磁效应的影响

制备了基于小分子tris-(8-hydroxyquinoline)aluminum(III)(Alq3)的有机发光二极管,并在室温下对器件进行大电流老化处理;然后测量了器件的光电性能,以及电致发光磁效应(magneto-electroluminescence,MEL)随老化时间的变化关系.实验结果显示,经老化处理后,器件的发光效率降低、工作电压增大;但器件的MEL随老化时间则表现出先增加、后减小的特点,且其线型保持不变.基于器件光电性能退化的主要机制,分析了器件MEL发生非单调变化的可能原因,即器件中形成了对发光激子有淬灭作用的Alq3阳离子,该阳离子引起发光强度的减弱造成MEL在短时间处理后增加,而阴极/Alq3界面的退化导致发光层中电场的增大则引起器件MEL的减小.这对理解有机发光的退化机制和有机磁效应的形成机制具有较好的促进作用.     

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.     

CsPbBr3钙钛矿纳米片的制备及其发光性能

通过精确地控制在高温注入法中的制备温度和合成时间,利用高温注入法制备出了全无机CsPbBr_3钙钛矿纳米片(nanoplates,NPs),并将所制备出来的CsPbBr3钙钛矿纳米片用简单的溶液旋涂法和真空蒸镀的方法制备了以CsPbBr_3钙钛矿纳米片为钙钛矿发光层的发光二极管(light emitting diodes, LEDs).同时对CsPbBr3钙钛矿纳米片的结构、形貌和光学性能及以CsPbBr3钙钛矿纳米片为钙钛矿发光层的LEDs的光电性能进行了表征和分析.分析表明,利用经本文改良过的高温注入法可以获得尺寸均一的CsPbBr3钙钛矿纳米片,并且具有良好的光学性能.通过使用溶液法所制备出的以CsPbBr_3钙钛矿纳米片为发光层的LEDs器件的外部量子效率(externalquantum efficiency, EQE)为1.71%.     

激子态和电荷转移态共存的聚合物发光器件中单重态与三重态之间的自旋混合过程

在poly[{9,9-dioctyl-2,7-divinylenefluorenylene)-alto-co-(2-methoxy-5-(2-ethylhexyloxy)-1,4-phenylene}](PFOPV)发光材料中同时存在激子态和电荷转移态的辐射退激过程.本文制备了基于PFOPV的发光器件,并以发光和电流的磁场效应为手段研究了这2种发光过程的微观差异.实验发现,在室温下,载流子注入平衡器件的磁电致发光表现为负效应,而非平衡器件的磁电致发光表现正效应;低温下,平衡器件的磁电致发光会随着注入电流的增加出现由负到正的转变,但磁电导却始终呈现为负值.磁效应与载流子注入情况、温度和注入电流的这些依赖关系可归结为两发光过程在器件中相互竞争的结果.分析表明两过程磁效应的差异是由超精细相互作用诱导的系间窜越和反系间窜越作用共同引起的.本研究工作证明了电荷转移态对提高荧光有机发光器件的发光效率具有重要的参考价值.     

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.     

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.     

封面说明

<正>不同于以发光层为中心构筑的有机发光二极管,平面pn异质结型有机发光二极管仅由空穴和电子传输材料层叠而成,不含有独立的发光层.其发光中心来源于有机p型空穴传输材料和n型电子传输材料相互接触的界面,发光颜色由p型空穴传输材料和n型电子传输材料的协同作用决定.空穴和电子经电极界面注入后,在器件内部进行传输和复合的过程不需要克服传统有机发光二极管中     

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.     

采用惰性聚合物共混制备高效率的电致发光器件

通过将荧光共轭聚合物G-PF(芴与噻吩的共聚物)与聚苯乙烯（PS）共混制备出了高效率的聚合物发光二极管，当采用G-PF与PS的浓度比为80/20的共混物薄膜为发光层时，其器件最高量子效率为12cd/A，而纯的荧光共轭聚合物G-PF器件的最高量子效率只有6.5cd/A,通过对其电致发光谱和光致发光谱的研究，发现量子效率的提高主要是因为聚苯乙烯的加入，增加了荧光共轭聚合物的荧光量子产率。聚苯乙烯的浓度超过20％后，再进一步增加聚苯乙烯的含量，会导致器件的量子效率下降。这可能是由于聚苯乙烯本身是一种绝缘材料，它的加入会降低电子与空穴的传输性能，从而减少了正负载流子复合的概率。     

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.     

饱和红色聚合物电致发光器件的稳定性

研究了用聚合物共混提高电致发光器件的发光效率及稳定性. 将聚合物poly[2-(2-ethylhexyloxy)-5-methoxy-1,4-phenylenevinylene] (MEH-PPV)混入poly[9,9-dioctylfluorene-co-4,7-di-2-thienyl-2,1,3-benzothiadiazole](PFO-DBT15)中, 配制共混溶液旋涂制成单层发光器件, 得到了稳定饱和红光发射器件(色坐标0.67, 0.33), 发光来源PFO-DBT15聚合物. 通过设计单载流子注入器件, 研究了器件稳定性得到改善的机理, 发现MEH-PPV除具有向PFO-DBT15分子进行能量转移外, MEH-PPV还改善了器件的空穴注入及传输性.     

多功能聚集诱导发光OLED材料研究进展

重点介绍了以具有聚集诱导发光(AIE)特性的噻咯和四苯基乙烯为基本结构单元,通过引入电子传输基团或空穴传输基团构筑的一系列新型具有多功能性的有机发光二极管(OLED)材料.由于AIE结构基元的存在,这些分子能够表现出优异的固态发光效率,同时,载流子传输基团的引入使得材料的载流子传输能力大大提高.这些材料不仅能够作为电致发光层使用,也能同时作为电致发光层和载流子传输层使用,在OLED器件中能够表现出多功能的特性.利用这些材料制备的双层非掺杂OLED器件的外量子效率最高可达理论峰值,表明它们在保证OLED器件高效率的同时能够大大简化器件的结构,为降低器件生产成本提供了新途径.     

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.     

利用红荧烯激子能量共振分析三重态激子-电荷作用的磁电导机制

为了研究三重态激子与电荷作用(triplet-charge interaction,TCI)产生磁电导(magneto-conductance,MC)的原因,分别用Al,Li F/Al和Ca等不同功函数的金属作为阴极制作了一系列红荧烯(rubrene)型有机发光器件.在室温下Al电极器件中出现了随磁场增加单调下降的负MC.器件的电流-电压特征曲线表明,Al电极器件中空穴为多余载流子,电子注入困难易形成陷阱电荷.利用rubrene中单重态激子(singlet,S)和三重态激子(triplet,T)的能量共振改变S激子裂变(STT)和T激子聚变(TTA)来调控T激子的比率,并通过更换阴极来改变电子注入势垒高度从而调控电荷(charge,C)的浓度,最终实现对TCI的调控.调控结果表明,Al电极器件中负的MC不应该是T激子与多余空穴通过解离或者散射通道的TCI引起的,而是T与陷阱中的束缚电子通过TCI的去陷阱(T+C_t→S_0+C)通道淬灭导致的.另外,载流子注入较为平衡的Li F/Al和Ca电极器件的MC比Al电极器件的小1个量级,且随磁场的增加先减小后增大,这并非是因为平衡注入器件内的TCI弱,而是由于器件内rubrene功能层中的陷阱容易被电子占满,TCI去陷阱淬灭通道和陷阱捕获淬灭通道对电流的影响变低.因此,载流子陷阱在TCI的磁效应中具有重要地位,使有机功能层中的陷阱尽量多且不易被载流子占满是利用TCI磁效应的重要方向.     

基于Alq3的有机电致发光器件温度特性的研究

以真空热蒸镀的方法制备了基于八羟基喹啉铝(Alq₃)为发光层的单层和双层有机电致发光器件, 测试了器件在不同温度条件下其电致发光特性的变化, 研究了器件性能的温度特性, 详细分析了温度对器件电流传导机制的影响. 结果表明, 器件的电流-电压特性与陷阱电荷限制电流理论的预测很好地符合. 此外, 由于有机层内载流子迁移率和浓度都随着温度的增加而增加, 导致Alq₃器件的电流随温度单调上升. 不同温度下Alq₃器件的电流传导机制没有改变, 但是电流-电压关系式中的幂指数m随温度无规则变化. 由于温度上升会引起Alq₃发光性能衰减, 所以器件的发光亮度随温度略有上升, 而发光效率随温度单调下降. 电致发光光谱随温度上升出现微小的蓝移, 其单色性的降低是来源于有机半导体材料本身的能级特征.     

咪唑取代的三苯甲基自由基的合成表征及其光学性质

有机发光自由基材料是一类新型的发光材料,从分子轨道的电子排布来看,其发光是区别于传统材料的双线态激子发光.目前具有发光性质的有机自由基材料种类较少,并且大部分分子稳定性差、荧光量子产率低.本文以稳定性较差、荧光量子产率较低的三(2,4,6-三氯代苯基)甲基自由基(TTM)为骨架,在分子外围引入咪唑基团,得到两种改良的发光自由基TTM-Imz2和TTM-Imz3,详细表征了两者的光物理性质和稳定性,并应用于有机电致发光器件(OLEDs).结果表明,两者溶液中的荧光量子产率及稳定性相比于TTM均有大幅提升,并实现了波长较短的橙光发射,其中以TTM-Imz3制备的橙光OLED的最大外量子效率达到2.9%.