基于聚集诱导发光材料的有机发光二极管制备工艺研究

来源 :华南理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:q513867791
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集成本低廉、轻薄柔性、高效率、超高对比度等优点于一身的有机发光二极管(organic light-emitting diodes,OLEDs)在全彩显示和照明光源中有巨大的应用前景。在OLEDs的发展过程中,新型发光材料的研发和器件制备工艺的开拓起着关键性的作用。具有聚集诱导发光(aggregation-induced emission,AIE)性质的材料能够在聚集状态下高效发光,有望从根本上解决浓度猝灭的问题。将AIE材料与热活化延迟荧光(thermally activated delayed fluorescence,TADF)相结合,是开发新型发光材料的明智策略。然而,基于AIE材料的OLEDs应用仍然有一些未解决的问题,比如AIE-TADF分子中的构效关系还不够明确、AIE材料在OLEDs中的多功能应用和面向显示应用的OLEDs结构的研究也亟待拓展。因此,本文的主要研究内容概述如下:在第二章中,基于苯甲酰基(BP)为电子受体(A)、芴衍生物和二甲基吖啶(DMAC)基团为电子给体(D/D’),构筑了具有不对称D-A-D’结构的AIE-TADF分子DMF-BP-DMAC和DPF-BP-DMAC。我们对这些分子进行了系统的表征,发现这些分子表现出显著的聚集诱导延迟荧光特性,与溶液态相比,固态薄膜下具有大大提高的发光效率和延迟荧光寿命。DMF与DPF对应二甲基芴与二苯基芴基团,后者的空间位阻更大,这使得DPF-BP-DMAC在固态薄膜中有更高的发光量子产率,制备的非掺杂器件也得到了更高的性能,最大外量子效率(EQE)、电流效率(CE)、功率效率(PE)分别为14.4%、42.3 cd A–1和30.2 lm W–1。结果表明,通过增大D-A-D’结构中的弱电子给体的空间位阻,可以增大分子的荧光量子产率。在第三章中,基于上一章的基础上,选用更大刚性的芴类基团9,9-螺二芴(SBF),构筑了延迟荧光分子SBF-BP-DMAC。我们对其进行了系统的表征,发现SBF-BP-DMAC表现出聚集增强延迟荧光的特性,其薄膜荧光量子产率有了进一步提高。SBF-BP-DMAC作为高效发光材料制备非掺杂器件,器件效率达到67.2 cd A-1、65.9 lm W-1和20.1%;掺杂器件电致发光效率能达到62.3–79.1 cd A–1,40.8–70.7 lm W–1和20.0–24.5%。不仅如此,SBF-BP-DMAC还能作为磷光材料的主体,制备的橙光器件效率达到88.0 cd A-1、108.0 lm W-1和26.8%;以此为基础的荧-磷混合暖白光器件最大正视效率达到69.3 cd A-1、45.8 lm W-1和21.0%,其光色在很广的亮度范围内能保持稳定。以上所有SBF-BP-DMAC的OLEDs器件在高亮度下的效率稳定性也很好。同时,我们还研究了以SBF-BP-DMAC为主体的OLEDs器件的工作机制,阐明了器件中激子复合和能量转移的过程。该章工作拓展了AIE材料在OLEDs中的多功能应用,说明AIE材料的弱分子间相互作用力使其不仅能作为高效发光材料,同样也能作为优异的主体材料。结果也表明,通过增大D-A-D’结构中的弱电子给体的刚性,同样也可以增大分子的荧光量子产率。在第四章中,仍然是利用DMAC-BP作为分子中的主要D-A骨架,在分子的另一侧引入给电子能力更强的咔唑类基团。以此策略合成的m CP-BP-DMAC和DCB-BP-DMAC的光色蓝移至蓝绿光的区域,非掺杂和掺杂器件效率分别高达21.0%和26.6%。以这两个材料作为主体,掺杂低浓度的磷光材料制备OLEDs器件,得到了单发光层的暖白光OLEDs器件,EQE(23.6%)和显色指数(70)比第三章有所提高,在不同驱动电压下的光谱也较为稳定。因此,通过调整D-A-D’结构中的弱电子给体的推电子能力,可以对分子光色进行调控。在第五章中,基于聚集增强延迟荧光(aggregation-enhanced delayed fluorescence,AEDF)材料BDMAC-XT开发了无间隔层的全荧光白光OLEDs器件,最大正视效率为18.64%、45.46 cd A-1和44.17 lm W-1,且在1000 cd m-2的亮度下维持在17.86%、43.53cd A-1和35.99 lm W-1的水平;光谱稳定,CIE坐标为(0.334,0.444),显色指数CRI为76。通过略微牺牲器件效率可将CRI提升至80以上。该工作说明掺杂浓度的调控对器件中的激子复合行为有重要影响。在第六章中,基于m CP-BP-DMAC、DCB-BP-DMAC和AIE蓝光材料TPE-TAPBI探索了顶发射OLEDs(TEOLEDs)器件的制备工艺。基于前两者制备了天蓝光TEOLEDs,非掺杂和掺杂结构器件的最大EQE分别高达22.9%和30.5%。利用非掺杂型电荷产生层成功制备了基于TPE-TAPBI的叠层器件,并将叠层结构应用于TEOLEDs中,获得了色纯度高的饱和蓝光发射。尽管深蓝光叠层TEOLEDs的效率目前并不理想,但展望未来,我们可以通过进一步调整电荷产生层的结构来优化TEOLEDs性能。
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