高效磷光聚合物發(fā)光二極管及其三重態(tài)能量傳遞機制的研究.pdf

1、基于磷光化合物摻雜的聚合物發(fā)光二極管，可以將高發(fā)光效率與簡便的制作工藝相結合，是當前的一個研究熱點。盡管基于小分子為主體的摻雜磷光器件已取得了比較高的發(fā)光效率(綠光)，目前聚合物磷光器件的發(fā)光效率還比較低，器件的綜合性能距離實際的應用還有一定的差距。研究高效率的聚合物發(fā)光二極管，分析能量傳輸過程的微觀機制，是當前一個非常重要的研究課題?！　【圮填惒牧显陲@示應用領域已表現(xiàn)為一種很有吸引力的共軛聚合物，因為它具有高效率、色純度好的電致藍光

2、發(fā)射以及電荷遷移率高和成膜性好的優(yōu)點。但是，文獻中所報道的以共軛藍光聚芴作為摻雜主體的三線態(tài)發(fā)光器件效率比以PVK類非共軛藍光聚合物作為主體時的效率低，一般認為是由于其較低的三線態(tài)能級對磷光的淬滅作用。特別是對于綠光化合物如Ir(ppy)3，由于許多共軛聚合物(如PF，PFO)的三線態(tài)能級比Ir(ppy)3的低，要想用共軛聚合物作為主體材料來獲取高效的三線態(tài)綠色發(fā)光器件似乎是比較困難的。因而普遍認為它們不適合作綠光化合物的主體。Sudh

3、akar等證實了三聚芴在溶液中對多種不同三線態(tài)能級的磷光絡合物的發(fā)射具有較強的淬滅，且淬滅速率隨絡合物的三重態(tài)能級升高而增大。本文對多種紅光、綠光及藍光三線態(tài)絡合物作為客體，摻雜各類共軛與非共軛聚合物主體的磷光器件進行了大量、系統(tǒng)的研究，重點研究了基于藍光共軛聚合物(PFO)為主體的紅、綠光摻雜體系的高性能發(fā)光器件及其三重態(tài)能量傳輸過程，探討了磷光淬滅與器件發(fā)光效率的關系。　　紅光器件方面，以銥化合物Iridium(Ⅲ)bis(2-p

4、henylquinolyl)-N，C2')acetylactonate[(Piq)2Ir(acac)]作為磷光客體，用非共軛聚合物(PVK)和共軛聚合物(PFO與PFTA)作為主體都獲得了接近10％ph/el(4.5cd/A)的外量子效率。經(jīng)進一步優(yōu)化后，2％(Piq)2Ir(acac)/PFO(PBD)器件得到了最高流明效率達7.3cd/A(5mA/cm2)的飽和紅光發(fā)射(CIE：X=0.68，Y=0.33)，外量子效率隨電流增加而下

5、降平緩。通過探討PBD的摻入對(Piq)2Ir(acac)/PFO摻雜體系發(fā)光性能的影響，發(fā)現(xiàn)PBD的摻入并沒有改變體系的Forster能量傳遞特性，但提高了載流子被磷光中心受陷并復合發(fā)光的機率，并較大地改善了器件的電穩(wěn)定性。文中還探討了多層結構對磷光PLEDs器件的影響，發(fā)現(xiàn)用TAZ作為電子注入與空穴阻擋層，在小電流密度范圍(＜10mA/cm2)對器件性能的提高有非常明顯的效果，而在一般的電流密度范圍(40～400mA/cm2)依靠增

6、加空穴阻擋層(TAZ層)來提高(Piq)2Ir(acac)/PFO器件的外量子效率，其效果是有限的。結構控制合理的PiqIr(2％)-PFO(PBD30％)器件表現(xiàn)了較小的T-T湮滅(臨界電流密度達到J0=425mA/cm2)這與其較短的磷光壽命(1.01μs)是一致的。以往文獻報道的以共軛聚合物為主體的摻雜型磷光器件只能得到較低的發(fā)光效率。本文的結果則完全突破了這個狀況，實現(xiàn)了高效率的共軛聚合物為主體的摻雜型磷光器件。高器件效率的實現(xiàn)

7、一方面是選用了具有的高效快速的激發(fā)態(tài)輻射速率的化合物材料，另一方面更重要的是合理的器件結構設計包括共混體系的優(yōu)選，如果按文獻常用的器件結構(單層或不摻PBD)，我們的器件同樣只能獲得較差的性能。本研究結果表明，對于紅光三線態(tài)材料，性能好(導電性和熒光效率高)的藍光共軛聚合物是非常優(yōu)秀的主體材料?！　τ贗r(Bu-PPy)3摻雜共軛聚芴的綠光器件我們也獲得了最大亮度效率達36.8cd/A，器件的發(fā)光效率可以與以非共軛聚合物PVK為主體

8、的2％Irbu/PVK(PBD30％)器件的效率(39cd/A)十分接近，并獲得了超過53000cd/m2的亮度。但使用共軛聚合物主體時，驅動電壓有較大的降低，使器件的功率效率優(yōu)于非共軛主體器件。本研究所提供的器件還具有器件效率隨電流密度的提高無劇烈下降。在電流密度為250mA/m2時，兩種器件發(fā)光效率依然都保持在21cd/A以上。首次報道了用共軛聚芴作為主體實現(xiàn)高效率(＞35cd/A)的三線態(tài)綠光器件?！　”∧す庵掳l(fā)光行為以及Ste

9、rn-Volmer淬滅實驗表明在溶液狀態(tài)下PFO主體的三重態(tài)能級對Irbu磷光發(fā)射存在較大的淬滅作用。摻雜固體膜的熒光量子效率的測定也表明PFO對Irbu的淬滅比PVK大得多。但是我們發(fā)現(xiàn)基于兩種主體的摻雜型器件的電磷光量子效率無明顯不同。這無疑說明在這類器件中電磷光與光磷光過程有不同的機制。研究似乎表明在電致發(fā)光過程中從客體到主體的三重態(tài)Dexter能量傳遞過程(kR)減慢了，很可能是由于Irbu上空穴受陷阻礙了電子交換過程的發(fā)生。雖

10、然機制還需進一步研究，我們的研究表明適當控制器件結構，在三線態(tài)摻雜聚合物主體的電熒光器件中主體與客體的三線態(tài)的相對能級不是決定器件效率的決定因素，這對擴寬共軛聚合物主體材料的選擇有重要意義?！　≡谌貞B(tài)藍光PLED方面，應用本實驗室最新合成的銥化合物IrppfPz與寬帶隙聚合物材料PSiFC6C6，取得了初步的有意義的器件結果。以PSiFC6C6為主體材料摻雜2％的IrPPFPz取得了最高外量子效率為EQE=4.8％ph/el(LE=

11、7.2cd/A)、CIE色坐標為(0.15，0.26)的藍光器件?！　”疚倪€研究了由本實驗室合成的一系列磷光聚合物材料的電致發(fā)光性能，發(fā)現(xiàn)將三線態(tài)絡合物高分子化對減小磷光中心的聚集，并提高從主體到客體的能量傳輸效率等方面有顯著的改進。研究表明，共聚后從主體到銥單元的Forster能量傳遞效率并沒有增大的現(xiàn)象，但有跡象表明從主體到銥單元的電荷傳遞(電荷受陷)效率增加?；诹坠夤簿畚锏募t光器件(CIE：x=0.64，y=0.34)和橙黃色

12、光器件(CIE：x=0.52，y=0.46)分別獲得了最大亮度電流效率達4.0cd/A(4.9％ph/el)和6.2cd/A(4.9％ph/el)。通過與PFO共混(5：5)，使橙黃色光器件效率提高到12.6cd/A(9.6％)，其驅動電壓也比未共混的磷光聚合物器件的電壓有較大的下降。表明了對于空穴注入相對困難的寬帶隙磷光共聚物，通過共混的方式加入空穴注入勢壘小的聚合物主體不失為一種有效的提高器件性能的方法。我們的結果顯示了磷光聚合物材