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由于在照明以及全彩色顯示領(lǐng)域擁有的巨大潛力，這些年來有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)一直是學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界人員熱衷研究的對(duì)象。研究者們?cè)缫寻l(fā)現(xiàn)，在OLED的電極與發(fā)光層之間加入若干功能層，如空穴傳輸層、電子傳輸層、激子阻擋層等，將有助于OLED發(fā)光效率地顯著提升。可以說，現(xiàn)今所報(bào)道的高效率OLED器件無一例外地均含有多層結(jié)構(gòu)。然而，多層結(jié)構(gòu)雖然有利于最終高效率的實(shí)現(xiàn)，但采用這樣的結(jié)構(gòu)同時(shí)也把高成本、低可靠性、工藝復(fù)雜、生產(chǎn)效率低等問題帶到了實(shí)際的商業(yè)化生產(chǎn)當(dāng)中，嚴(yán)重地制約了OLED生產(chǎn)的低成本化和大規(guī)模化。華南理工大學(xué)發(fā)光材料與器件國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室蘇仕健教授課題組針對(duì)這一問題，開發(fā)了新型的藍(lán)色熒光材料，并制備出了高效率的單層結(jié)構(gòu)OLED器件。相關(guān)結(jié)果發(fā)表在《先進(jìn)功能材料》上(Adv. Funct. Mater., 2015, 25, 5190, DOI: 10.1002/adfm.201502163)。
要實(shí)現(xiàn)高效率的單層結(jié)構(gòu)器件，對(duì)發(fā)光材料的特質(zhì)有著比較苛刻的要求。該材料必須同時(shí)具備高的熒光量子效率、良好的電子和空穴傳輸性能以及容易從陰極和陽極注入載流子的特性。從構(gòu)筑雙極性分子的角度出發(fā)，結(jié)合傳統(tǒng)的空穴傳輸性單元三苯胺和該課題組新開發(fā)的電子傳輸性單元萘并咪唑，合成出新型的藍(lán)色熒光材料NI-1-PhTPA和NI-2-PhTPA。NI-1-PhTPA和NI-2-PhTPA的區(qū)別僅在于，所含有的萘并咪唑單元的構(gòu)型有所不同。但除此之外，它們的分子軌道能級(jí)和熒光量子效率均非常接近。然而令人感到意外的是，這兩個(gè)材料在單層器件中所表現(xiàn)出的性能有著十分巨大的差異。基于NI-1-PhTPA的單層結(jié)構(gòu)器件啟亮電壓為3.0 V，最大外量子效率只有0.52%。而基于NI-2-PhTPA的單層結(jié)構(gòu)器件啟亮電壓僅為2.7 V，最大亮度超過10000 cd m-2, 最大外量子效率達(dá)到4.37%。這一性能甚至超過了許多現(xiàn)有報(bào)道的多層結(jié)構(gòu)熒光器件的效率。利用X射線和紫外光電子能譜技術(shù)，可以發(fā)現(xiàn)NI-2-PhTPA中萘并咪唑單元所含有的裸露氮原子與陰極能夠產(chǎn)生某種配位作用，降低了來自陰極的電子注入勢(shì)壘，從而獲得了良好的載流子平衡，而NI-1-PhTPA則不具備這種特性。此外，利用這兩個(gè)材料作為非摻雜發(fā)光層，并引入電子傳輸層和空穴傳輸層制備多層結(jié)構(gòu)器件，由于多層結(jié)構(gòu)器件相似的電子和空穴注入特性，兩個(gè)器件表現(xiàn)出十分相近的驅(qū)動(dòng)電壓和效率，外量子效率分別達(dá)到6.08%和5.95%，發(fā)光顏色均為接近NTSC標(biāo)準(zhǔn)藍(lán)光色度坐標(biāo)的深藍(lán)光。
該工作對(duì)同分異構(gòu)體間發(fā)光和載流子注入性能差異的研究對(duì)有機(jī)電致發(fā)光領(lǐng)域有較重要的揭示作用。
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