基于较小单-三线态分裂能材料的有机电致发光器件稳定性研究

发布时间：2020-05-29 17:35

【摘要】：有机电致发光器件在经过三十多年的发展后,有望成为新一代的全彩显示与照明技术。目前,基于第一代传统荧光和第二代重金属磷光材料的发展已经相对成熟,其红光和绿光器件的效率、寿命方面已经达到了商业应用的要求。然而,上述两代材料存在低效率或高成本方面的不足制约着有机电致发光技术的进一步提升。近几年,基于较小单-三线态分裂能(ΔE_(ST))的新型材料由于具有材料成本低、高效率而被寄予厚望。为此,本论文着重围绕较小ΔE_(ST)能量差的新型材料与器件开展稳定性研究,具体包括新型的热活化延迟荧光材料、激基复合物主体以及纯有机白光器件结构设计三方面内容。在第二章,我们开发出一系列以9H-thioxanthen-9-one-S,S-dioxide(SOXO)或thioxan thone(TXO)为受体单元的高效新型热活化延迟荧光发光材料。通过改变硫原子的价态调控分子内的电荷转移作用和分子共轭链长度,成功让分子的光色实现从蓝光至橙黄光的全彩覆盖。在这些分子中,SOXO受体与单边咔唑给体构成的D-A型绿光CzSOXO分子获得了高达13.6%的最高外量子效率,CIE色坐标位于(0.37,0.57)。在1000 cd m~-~2高亮度下效率仍保持在8.8%,体现对效率滚降的有效抑制作用,这一优势是由于砜基单元的引入进一步促进了反向系间穿越的上转换过程,使激子之间的湮灭作用受到了良好控制。此外,蓝光的TXO系列分子也获得了超过11%的高效率,但是器件在高亮度下存在较为严重的效率衰减。通过三线态-三线态湮灭作用(triplet-triplet annihilation,TTA)下的效率滚降模型拟合后发现,上述热活化延迟荧光器件的效率滚降主要来源于三线态-三线态激子之间的相互湮灭作用,TXO系列分子较长的激子寿命和缓慢的反向系间穿越上转换过程将导致发光激子被严重淬灭。在第三章,我们利用分解活化能算符ΔE_A与激子动力学之间存在的联系建立一种低成本但有效的分子稳定性理论预测方法。从分子在传输基态、激发态、极化子-激发态以及高能激发态下的分解衰减行为预估激基复合物主体在发光器件中的稳定性表现以及可能存在的分子老化机制。分析结果表明,主体分子中的空穴传输单元将在激发态(高能激发态)和极化子-激发态下出现明显的弱键,容易造成芳香胺上的C-N键或C-C单键发生断裂分解并产生对应的分解产物。幸运的是,利用快速能量转移方式把主体上不稳定的高能激子迅速转化为稳定态激子将大幅度的提升分子的稳定性。所预期具有长寿命性能的BCzPh:SF2-TRZ和NPB:T2T主体,其激基复合物主体发光器件成功获得了长达10169 h和9051 h的T_(50)(1000 cd m~(-2)初始亮度下的半衰期时间)长寿命。进一步研究器件老化机制与分子衰减行为之间存在的关系,分子在激发态(高能激发态)和极化子-激发态下的衰减分解行为将分别形成器件激子淬灭中心和空穴捕获中心。在第四章,我们设计出一种新型的中间隔离层结构mCBP:Bepp2/Bepp2,利用中间隔离层对发光层激子的调控能力以及热活化延迟荧光辅助主体4CzPN的上转换作用实现高效率、长寿命的纯有机白光器件。发光层激子浓度分布和动力学分析指出,中间隔离层将发光层的复合区域调控至黄光层与中间层界面处附近,避免了长程三线态激子被蓝光层中的荧光分子所捕获和淬灭。基于上述的设计策略,在二元色和三元色的白光器件中成功实现了高达15.1%(48.9 lm W~(-1))和14.7%(38.4 lm W~(-1))的优异效率性能,并且器件在高亮度下的效率衰减得到了很好的控制。进一步探究发光层与周边阻挡层之间的相互作用对白光器件寿命稳定性的影响,结果表明界面处发生的激基复合物作用将带来界面老化与激子淬灭作用,使器件工作寿命下降。为了消除这一不利因素,使用宽带隙的电子阻挡层代替传统的TCTA阻挡层成功把二元色和三元色白光器件的T_(50)寿命提升至~2000 h,这是目前关于热活化延迟荧光材料实现高效长寿命纯有机白光器件的首次报道。
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【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TB34;TN383.1

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本文编号：2687263