高性能聚合物白光电致发光器件研究

聚合物白光电致发光器件可以采用旋涂、喷墨打印等方法成膜，具有工艺简单、成本低等优点，在全色平板显示和照明光源等方面具有广阔的应用前景，吸引了广泛的关注。聚合物白光电致发光器件同小分子发光器件相比发光效率仍然很低，如何提高聚合物白光器件的效率是急需解决的问题。而另一个评价白光器件性能的重要参数就是显色指数(color rendering index , CRI)。目前所报道的有机白光器件的显色指数普遍低于80，如何提高聚合物白光器件的显色指数也是我们研究的重点。本论文在载流子的注入平衡控制、白光聚合物薄膜的聚集态调控改善其光电性能和设计新型器件结构提高白光器件效率等方面进行了系统、深入的研究，在提高聚合物白光电致发光器件的效率和色纯度方面取得了较大的研究进展，为发展高质量的聚合物白光电致发光器件提供了理论基础和实施途径。 1. 首次将醇溶性含磷酸脂基团的聚芴衍生物作为电子注入材料应用到聚合物电致发光器件中，并采用高功函数铝作为阴极获得了高效率的聚合物电致发光。醇溶性含磷酸酯聚芴界面材料不但实现了多层聚合物结构，而且磷酸酯与金属铝的特殊作用有利于高效率电子注入。我们成功地将其应用到红、绿、蓝三基色聚合物发光器件中，与传统的Ca/Al电极聚合物器件相比，这种新型界面材料的使用有效降低了器件的工作电压，发光效率提高了25 %以上。 2. 利用物理掺杂的方法通过选用白光聚合物(由蓝光和橙光组成)作为主体、高效率红光磷光染料作为客体实现了包含红、绿、蓝三基色的高显色指数白光聚合物电致发光，色坐标为 (0.34，0.35)，显色指数达到 92。通过在发光层中引入电子传输材料实现了载流子的传输平衡，提高了白光器件的发光效率，发光效率达到5.3 cd/A。 3. 采用含苯并噻二唑基元的聚芴衍生物作为白光发光层(由蓝光和橙光组成)，利用热退火及溶剂处理等方式控制白光聚合物薄膜聚集态结构，有效调控了白光聚合物薄膜的载流子传输平衡和白光的色纯度。利用热处理或溶剂处理提高了薄膜的空穴迁移率，平衡了载流子传输，使发光效率由原来的7.3 cd/A提高到10 cd/A以上。同过热处理及溶剂处理后的白光聚合物薄膜中出现了高发光效率的聚芴结晶相，提高了蓝光部分的发光效率和色纯度，进而提高了白光的色纯度。 4. 利用含苯并噻二唑基元的聚芴衍生物白光聚合物和含磷酸酯醇溶性蓝光聚芴构筑了高效率双发光层聚合物白光电致发光器件。通过控制白光聚合物薄膜的聚集态结构提高空穴迁移率和引入醇溶性蓝光聚芴界面层改善电子注入实现了载流子传输平衡，同时将激子复合区域限制在两个发光层之间，避免了由于电极造成的激子淬灭，器件的发光效率达到17 cd/A和11 lm/W，是目前国际上报道的非掺杂型聚合物白光电致发光的最高值。 5. 利用高色纯度的蓝光聚芴、绿光和红光磷光染料实现了包含红绿蓝三基色的高显色指数白光；通过器件结构的设计提高器件中三线态激子的利用效率和抑制磷光染料中三线态激子向聚芴低三线态能级的能量转移，实现了高效率、高显色指数聚合物白光电致发光。 其中红光和绿光发光层由高三线态能级的聚乙烯咔唑掺杂绿光和红光磷光染料组成，蓝光发光层采用含磷酸脂基团聚芴，在两个发光层间引入高三线态能级激子限制层，有效抑制了磷光染料三线态激子被低三线态能级聚芴的淬灭，实现了高发光效率的包含红、绿、蓝三基色的高显色指数聚合物电致白光。器件最高效率可达到10.4 cd/A， 色坐标为 (0.36, 0.39)，显色指数达到91。