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基于磷光化合物掺杂的聚合物发光二极管则由于其很高的器件效率以及可以在溶液状态下加工而展现了在产业化方向的潜力。当前研究高效的聚合物磷光发光二极管,改善其器件性能是当前的一个研究热点。
在本论文中,我们对聚合物磷光发光二极管的结构进行了优化以达到更高的器件效率,同时也对其中的能量转移机制进行了探索和研究,为合理的选择主体材料和器件结构提供指导。本文主要分为三个部分,第一部分是利用较低三线态能级的聚芴作为绿光和蓝光三线态材料的主体,改进器件结构以及研究其中能量转移机理。第二部分是采用一种新型的主体材料,使器件以稳定的Al为阴极时也可以取得采用活泼金属阴极一样的效率。第三部分是对一种磷光聚合物材料进行了器件优化。
在绿光器件,我们以笼型多面体硅氧烷(poss)封端的聚烷基芴PFO-poss为主体,绿光磷光络合物Ir(Bu-PPy)3为客体制作了高效发光器件。在这两种材料的基础上,我们制作了多个不同结构的器件,最终在双层结构的器件当中获得了36.8cd/A的电致发光效率,达到了以PVK为主体的器件效率水平。我们通过稳态的光致发光和电致发光光谱,以及瞬态的荧光响应曲线研究了在不同器件结构中的主客体能量转移。我们发现,在单层器件当中,Ir(Bu-PPy)3的三线态激子的确会被PFO较低的三线态能级所淬灭,造成PL和EL的效率都很低。但是在双层结构以及混合主体结构当中,PVK都可以增强客体的磷光发射并抑制PFO对客体的淬灭。其中双层器件中PVK是以层间能量转移的方式影响上层的混合薄膜。而进一步对器件结构的分析发现,混合薄膜中PVK和PFO存在严重的相分离,使得器件的漏电流增加,载流子陷获效应减小,造成器件的电致发光性能很低。而双层薄膜则由于PVK的空穴注入增强,使载流子直接在客体分子上形成的几率增加,同时由于电子阻挡作用,使复合区域位于PVK-PFO薄膜的界面附近,由层间能量转移促进了客体的磷光发射,从而得到很高的器件效率。同时由于PFO较好的载流子传输性能,双层器件的驱动电压要显著效应采用PVK为主体的器件。
在绿光磷光器件取得进展之后,我们将研究成果拓展到蓝光器件,取得了重大突破。我们以本所合成的聚芴PF0-176为主体,蓝光小分子Flrpiq为客体,制作了效率高达28cd/A的发光器件。这个结果高于我们所知的蓝色聚合物磷光发光二极管。我们主要通过使用CsF电极和加入电子传输材料OXD-7以增加器件的电子注入和传输,使载流子被掺杂客体俘获的几率增加,改善了器件的载流子平衡从而使器件的效率得到大幅提升。我们还研究了热处理对器件性能的影响,发现前退火处理可以明显降低器件的驱动电压,对器件的最大效率也有所提高,最主要的是在减缓了器件效率随电流增加而下降的速率。经过120℃前退火处理的器件在1000Cd/㎡时的光功率效率达12 Im/W,比未退火处理的器件要高出接近90%。
对PFCzIrPPy系列磷光聚合物进行了标准和优化,我们发现空穴是其中的多数载流子。在加入PBD以增强电子传输后,器件的效率提高到0.12%,最大亮度达到86cd/㎡,而加入PVK层增强空穴注入后,器件的效率降低到0.01%以下,说明调节载流子的平衡在改善器件效率方面有重要意义。