喷墨打印制备交联空穴传输层及其高性能OLEDs

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通过非Bank喷墨打印技术制备高质量的空穴传输层薄膜,对提高溶液法OLED器件性能、降低生产成本至关重要。为了避免OLED溶液法制程中的层间互溶问题,本文选择了可热交联的空穴传输材料N~4,N~4’-二对苯甲基-N~4,N~4’-二(4-乙烯基苯基)-[1,1’-联苯基]-4,4’-二胺(V-p-TPD)作为研究对象,制备抗溶剂性优异的交联薄膜及高性能电致发光器件。对喷墨打印过程进行了系统的研究。通过理论和实验分析,探究了脉冲电压和墨水粘度对墨滴形成过程的影响。结果表明,较低的脉冲电压有利于提高墨滴形成、飞行过程的稳定性,而过低的墨水粘度会使形成的墨滴体积减小,更容易分裂并受到气流的扰动。构建了环己酮-二丙二醇甲醚的二元溶剂体系,并通过改变墨滴间距,喷墨打印了点、线和薄膜,分析了不同溶剂组成对喷墨打印薄膜形貌的影响。对墨滴中的微流动行为进行了理论分析,发现由低沸点、高表面张力的环己酮与高沸点、低表面张力的二丙二醇甲醚二元溶剂墨水形成的墨滴中,可以产生自边缘向中心的马兰戈尼流动,且较高粘度的二丙二醇甲醚也有利于减缓溶质的扩散,从而抑制“咖啡环”效应。当墨水中环己酮和二丙二醇甲醚的体积比为8:2时,喷墨打印过程中的“咖啡环”效应被完全消除。引入了密度系数De,定量研究了墨滴间距、墨水浓度这两个打印条件对打印薄膜厚度及形貌的影响,发现使用低浓度墨水以低墨滴间距进行打印时,喷墨打印过程中的材料团聚程度较弱,可获得堆积密度更大、形貌更光滑的打印薄膜。研究了共轭聚合物掺杂对喷墨打印交联空穴传输层性能的影响。具有良好成膜性的聚合物材料可以抑制喷墨打印中的材料团聚问题,使打印薄膜形貌更加均匀。但聚合物材料掺杂后,交联薄膜的抗溶剂性下降,不利于其在溶液法制程中的应用。当薄膜中TFB的比例为10%时,基于喷墨打印共轭聚合物掺杂的交联空穴传输层的绿色磷光OLED器件具有39.22 cd·A-1的最大电流效率,相较无掺杂器件提升了17%。研究了小分子空穴传输材料p-BCz-F掺杂对喷墨打印交联空穴传输层空穴传输性能及薄膜形貌的影响。通过量子化学计算,发现p-BCz-F具有更小的聚集倾向,有利于减弱喷墨打印过程中的材料团聚程度。当p-BCz-F掺杂比例为20%时,薄膜交联后可形成类合金的固溶体结构,实现抗溶剂性与抑制团聚的良好平衡,打印薄膜的RMS为1.23 nm,在浸泡甲苯1 min后仅上升了5.7%。通过SCLC法和UPS测试,发现高迁移率的p-BCz-F可以提升空穴传输能力,并加深空穴传输层的HOMO能级,有利于空穴向发光层的注入。基于喷墨打印合金型交联空穴传输层的绿色磷光OLED器件实现了55.27 cd·A-1的最大电流效率,相较于无p-BCz-F的对照器件提升了27%,启亮电压3.18 V。
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