OLEDs中的激子及其高效利用

有机发光二极管（OLEDs）是基于有机半导体的发光器件,由于具有自发光、响应速度快、发光颜色可调、轻薄、大面积柔性可弯曲等优点,被认为是新一代的显示和照明技术。OLEDs是通过注入的电子和空穴复合形成激子并辐射发光的过程,因此如何有效利用激子,特别是三线态激子,已经成为OLEDs材料和器件研究的重要课题。其中,如何把三线态激子能量转换成单线态激子,并最终实现100%激子的荧光发射更具有应用价值,最近几年这方面的研究已经取得了显著进展。本文从OLEDs的工作原理和发光过程出发,详细介绍了制备高效率荧光OLEDs的有效方法及其最新进展,并对未来发展方向进行了展望,为OLEDs材料和器件的研究提供重要参考。     

有机发光材料中的三重激发态

有机发光材料有望广泛应用于新一代柔性光电子器件。由于自旋多重性，有机分子发光材料 中单重激发态和三重激发态转换较慢，限制有机发光器件特别是电注入荧光器件的效率。我们介绍 下近年来通过分子设计操控激发不同时间尺度三重态的动力学来突破这一限制的策略，通过控制激 发单重态和激发三线态之间的电子耦合，利用热激子系间窜越、反向系间窜越、激发三重态稳定化 等过程能够有效提高有机发光材料的发光效率。在此基础上实现的热活化延迟荧光、有机长余辉发 光等在有机发光二极管、传感器、生物成像等领域有重要潜在应用价值。     

有机发光二极管老化机制

有机发光二极管（OLEDs）因在照明和显示领域的巨大潜在应用备受人们关注。在过去的三十年里,OLED器件的效率和寿命有了很大的提高,但对于商业应用而言提高器件寿命仍然是亟待解决的问题之一。为了进一步提升器件稳定性,则需要深入地研究OLED内部存在的老化机理。本文以小分子和聚合物OLEDs为例,综述了两种器件的老化机制。概括了OLED的一些外在和内在老化机制,并介绍了小分子和聚合物OLEDs老化机理的研究进展。对于小分子OLEDs,有研究提出其老化机理是激子与极化子的相互作用,形成陷阱导致器件老化。另一种理论认为激子与极化子的作用诱导分子聚集,促进界面老化。而对于聚合物OLEDs老化机理是激子与空穴相互作用,诱导空穴陷阱产生,导致了亮度、效率损失和驱动电压上升的现象。同时综述了目前一部分延长器件寿命的方案,为后续开发效率更高、寿命更长的OLED器件提供积极作用。     

高激子利用率的蓝光荧光材料及其激发态性质

制备了具有高激子利用率的A-π-D-π-A结构的蓝光荧光材料CzPAF-CP,并通过紫外-可见吸收光谱和荧光光谱以及理论计算等方法对化合物的光物理性质及激发态性质进行了研究。该化合物表现出显著的溶剂化效应,溶剂化红移高达116 nm。根据Lippert-Mataga关系以及瞬态光谱测试证明CzPAF-CP具有局域电荷转移杂化态,这一点从理论计算结果也可以得到证明。由于CzPAF-CP具有扭曲A-π-D-π-A结构,在水含量高达90%的水和四氢呋喃混合溶液中荧光没有被猝灭,具有聚集诱导发光性质。以CzPAF-CP为发光材料制备的OLED器件发射蓝光,其电致发光光谱最大发射峰在452 nm,半峰宽54 nm,色坐标为（0.150,0.117）。最大外量子效率达到6.3%,激子利用率达到71.6%,超出25%的上限,这是由于CzPAF-CP局域电荷转移杂化态导致高能级单线态和三线态激子发生反系间窜越导致的。     

级联敏化三元旋涂型磷光器件电致发光性能

金属配合物磷光分子在高浓度下易产生发光猝灭,通常采用主客体两元掺杂结构来提高电致发光效率。热激活延迟荧光(TADF)材料通过三线态激子的反向系间窜越理论上可达到100%的内量子效率。为探究不同主体材料在三元敏化磷光体系中的作用,本文基于TADF聚合物作为敏化剂、黄橙光磷光配合物作为发光材料,分别研究了以传统荧光材料和蓝色TADF主体构建的三元敏化的旋涂型有机电致发光器件性能。研究表明,在客体浓度分别为1%、5%、50%时,基于TADF主体的器件电致发光性能均优于相同浓度下以传统荧光主体构建的器件性能。其中当磷光配合物PO-01-TB掺杂浓度为1%时,以天蓝光TADF材料为主体制备的器件最大外量子效率为12.2%,相较于以传统荧光为主体的器件外量子效率(10.7%)提高了14%。这源于本身具有双极传输特性的TADF主体通过反向系间窜越通道增强了对敏化剂和客体的级联能量传递作用,减少了三线态激子的浓度猝灭和湮灭过程,提高了大电流注入下的激子利用率。     

纯有机电致室温磷光材料与器件研究进展

纯有机室温磷光（RTP）材料由于能够直接利用电致激发产生的75%的三线态激子,近年来在有机电致发光领域受到研究人员的广泛关注。然而,由于纯有机材料理论上的自旋禁阻特性,使得三线态激子的辐射速率慢、激子寿命长,从而难以与非辐射耗散竞争。因此,通过有效的分子设计策略实现增强的自旋-轨道耦合,从而促进快速的系间窜越和磷光辐射过程,进而实现高磷光量子效率并抑制长三线态激子寿命导致的各种非辐射失活,对于开发高效的纯有机电致RTP材料与器件至关重要。本文从RTP的分子结构设计出发对近年来的纯有机电致室温磷光材料和器件进行综述,总结了含有不同重原子的纯有机磷光材料的电致发光性能,指出目前研究中需要解决的关键问题,并对其在电致发光领域的应用前景进行了展望。     

树枝状热活化延迟荧光材料研究进展

树枝状发光材料是一类由中心核和外围树枝构成的具有三维空间结构的发光功能材料,既具有有机小分子发光材料明确的化学结构和确定的分子量,又具有高分子发光材料的良好溶液加工性能,是发展低成本、高效率有机电致发光器件的重要材料体系。具有热活化延迟荧光效应的树枝状发光材料能够通过反向系间窜越过程将三线态激子转变为单线态激子而发出荧光,其器件理论内量子效率可以达到100%,是开发设计高效树枝状发光材料的有效途径。近年来,在分子设计方面,树枝状热活化延迟荧光材料取得了重要进展,形成了种类丰富的材料体系,同时其器件性能得到了大幅提升。本文根据树枝状热活化延迟荧光材料的中心核进行分类,围绕其分子设计、光物理特性和器件性能,总结和评述了国内外研究者在该领域的主要研究进展,并分析了其未来发展所面临的机遇和挑战。     

基于弱取向外延生长多晶薄膜的OLED研究进展

有机晶体材料中分子排列规则,形成长程有序、缺陷态密度低的结构,相对于非晶态材料具有很好的热稳定性、化学稳定性以及高的载流子迁移率,使得有机晶体材料在发展高性能OLED方面具有巨大的潜力。本文总结了近期利用弱取向外延生长技术发展的多晶薄膜OLED(C-OLED)系列工作。从最初的单结晶层绿光器件发展到多层掺杂深蓝光器件,C-OLED证实晶态有机半导体路线可以实现有效发光,器件表现出低启亮电压、低工作电压、高光输出、高功率效率和低焦耳热损耗等优越特性。     

基于混合空穴注入层的湿法制备高效蓝光热激活延迟有机发光二极管

在溶液法制备有机电致发光器件(OLEDs)的研究中, PEDOT∶PSS由于具有较好的成膜性与高透光性而常被用作器件的空穴注入层。但相关研究表明, PEDOT∶PSS本身稳定性较差以及功函数较低,这使得溶液法制备OLEDs的性能差且不稳定。蓝色作为全彩色的三基色之一,制备高效的蓝光器件对于实现高质量显示器件和固态照明装置必不可少。而目前溶液法制备蓝光OLEDs的器件效率普遍较差,针对此问题,本文利用传统的蓝光热激活延迟荧光发光(TADF)材料DMAC-DPS作为发光层,用溶液法制备了蓝光TADF OLEDs,通过在PEDOT∶PSS中掺杂PSS-Na制备混合空穴注入层(mix-HIL)来提高空穴注入层的功函数,研究其对于蓝光TADF OLEDs器件性能的影响。首先在PEDOT∶PSS水溶液中掺入不同体积的PSS-Na溶液,在相同条件下旋涂制膜,进行器件制备。通过观测各个实验组器件的电致发光(EL)光谱,发现掺入PSS-Na后器件EL谱存在光谱蓝移的现象,这是由于掺入PSS-Na水溶液后, mix-HIL层的厚度有所降低,使得在微腔效应作用下, EL光谱发生蓝移。通过对比各组器件的电流密度-电压-亮度(J-V-L)曲线及其计算所得器件的电流效率,结果显示随着PSS-Na的掺入,器件的亮度和电流都有所增大,器件的电流效率也得到了提升,当掺杂比例为0.5∶0.5(PEDOT∶PSS/PSS-Na)时提升幅度最大(亮度提升86.7%,电流效率提升34.3%)。通过在瞬态电致发光测试过程中施加或撤去驱动电压观测了器件EL强度的变化,分析了在混合空穴注入层/发光层(mix-HIL/EML)界面处的电荷积累情况。实验证明,通过在PEDOT∶PSS中掺杂PSS-Na制备mix-HIL获得了蓝光TADF OLEDs器件性能的提升,这是一个获得高效率溶液法制备OLEDs的可行方法。     

高效率有机蓝光和白光电致发光器件

以蓝光材料FIrpic同时掺杂空穴传输层TCTA和电子传输层TPBI,制备了具有双发光层的高效率蓝光器件(D-BOLED),D-BOLED最大发光效率达23.4 cd/A,比单发光层蓝光器件(S-BOLED)提高了约36.8%.这是因为双发光层结构能够更有效地利用扩散到激子复合界面两边载流子传输层的三线态激子.结合基于...     

OLED电子传输材料研究进展

有机电致发光（OLED）是目前最有竞争力的显示技术,市场占有量逐年攀升。高效、稳定的OLED,特别是深蓝光器件,性能仍需提升,其关键问题是高性能的电子传输材料的研发。这是由于有机分子难以获得较高电子迁移率,器件中的复合区域通常靠近电子传输层一侧,这就要求电子传输材料需要具有较高三线态能级来限域激子,尤其是高能量的蓝光激子。而高三线态（弱共轭）和高迁移率（强共轭）一直是有机分子设计中难以调和的矛盾,此外更宽的带隙也会导致较差的热稳定性,这些难题始终限制着OLED电子传输材料的发展。本文分类介绍了高性能的电子传输材料所需要具备的几点特性,包括热稳定性、光化学稳定性、电子迁移率、前线轨道能级和三重态能级等,并且综述了21世纪以来OLED小分子电子传输材料的重要研究进展,以期对未来开发理想的电子传输材料提供参考。     

单线态分裂的超快光谱学研究

有机分子中的单线态分裂过程能将单个光激发的单线态激子转化成两个三线态激子. 借助此载流子倍增效应, 太阳能电池可以更有效地利用太阳光谱中的高能光子, 进而突破单结太阳能电池效率的理论极限. 因此, 单线态分裂备受关注. 本文回顾学术界对单线态分裂物理图像的认识以及争议, 结合课题组近年来的一些结果, 重点总结此领域中运用瞬态光谱学方法取得的实验进展, 讨论有关多激子中间暗态机理的不同观点, 并介绍单线态分裂材料的发展以及器件应用.     

蓝色荧光有机发光二极管中的激子-电荷相互作用

有机发光二极管(OLED)作为新一代显示技术已广泛商用,但蓝光有机发光二极管在效率和稳定性等方面仍存在不足,虽用磷光染料能明显地提高效率,其制作成本之高却限制了产业化发展.因此,本文对蓝色荧光有机发光二极管中的效率滚降现象进行了深入探究.首先,从稳态和瞬态两个角度研究了电子电流和空穴电流对单极器件光致发光行为的影响,表明空穴对激子的淬灭效果更显著.实验证明激子-电荷相互作用是荧光OLED中效率滚降的主要机制,且激子主要是被束缚电荷淬灭而非移动电荷.另一方面制备了不同掺杂浓度的有机发光二极管器件以探究掺杂浓度对激子-极化子相互作用的影响,得到了综合性能较好的蓝色有机荧光器件,分析表明调控发光层电荷俘获可以平衡界面堆积电荷和发光层束缚电荷对激子的淬灭.本文完善了激子-极化子淬灭的内在机制,给减缓蓝色荧光有机发光二极管的效率滚降提供了有益参考.     

掺杂型有机电致发光二极管的研究进展

有机电致发光具有结构简单、成本低、平面光源、节省能源等优点,其中掺杂型电致发光二极管因可以同时利用单重态和三重态的激子来发光和理论上能使器件内量子效率达到100%而倍受关注。从掺杂型电致发光二极管发光机理、主体材料、掺杂剂材料、白光器件几个方面阐述了该领域的研究进展。     

有机电致发光器件及显示驱动研究进展

经过30多年的发展，得益于对高效有机半导体材料、新型器件结构、器件工作机理的深入理解以及产业界坚持不懈的工程探索，有机发光二极管（Organic light-emitting diodes,OLEDs）的综合性能取得了突破性进展，并成功实现了商业化应用，OLEDs新型显示已成为新一代信息技术的先导性支柱产业。本文将从OLEDs器件角度阐述有机电致发光器件以及显示驱动的研究进展，首先结合光电器件性能提升介绍OLED的基本器件结构演变过程，随后系统性重点阐述现阶段产业上广泛使用以及极具应用前景的器件结构，包括p-i-n OLEDs器件结构、叠层器件结构、非掺杂器件结构，最后简述OLEDs显示驱动技术，以期为相关科研工作者提供一些有益的参考。     

基于热活化敏化荧光的蓝光材料与器件研究进展

有机发光二极管（Organic light emitting diode,OLED）作为新一代显示技术已经成功产业化,但兼具高效率和长寿命的蓝光OLED仍是亟待解决的问题。近年来,采用热活化延迟荧光（Thermally activated delayed fluorescence, TADF）材料敏化窄光谱荧光染料的热活化敏化荧光（TADF sensitized fluorescence,TSF）机制日益受到广泛关注。随着发光材料和器件结构的不断创新,基于该机制的蓝光OLED器件性能显著提升。本文围绕稳定高效蓝光敏化剂分子的设计开发,综述了近年来蓝光TSF器件在效率与寿命方面的进展,并进一步讨论了未来的发展目标以及面临的挑战。     

荧光染料和磷光染料激子形成截面的比较

为了比较单线态激子与三线态激子形成截面的大小,作者将荧光染料4-(dicyanomethylene)-2-t-butyl-6-(1,1,7,7-tetramethyljulolidyl-9-enyl)-4H-pyran (DCJTB) 和磷光材料factris-(2-phenylpyridine) iridium [Ir(ppy)₃]共掺杂在N-vinylcarbazole (PVK)中作为发光层,制作了多层有机电致发光器件。通过对其光致发光及电致发光特性的研究,计算出Ir(ppy)₃激子的形成截面比DCJTB激子的形成截面大得多。     

自旋极化有机电致发光器件中单线态与三线态激子的形成及调控

由于有机半导体（OSC）材料自旋弛豫时间长、自旋扩散长度大,OSC自旋器件逐渐成为研究热点.对于有机电致发光器件（OLED）,通过自旋极化电极调控单线态和三线态激子比率是提高其效率的有效方法.本文从漂移扩散方程和载流子浓度连续性方程出发,结合朗之万定律建立了一个自旋注入、输运、复合的理论模型.计算了OSC中的极化电子、空穴浓度,得出了单线态和三线态激子的比率.分析了电场强度、自旋相关界面电导、电极和OSC电导率匹配和电极极化率等因素的影响.计算结果表明：两电极注入反向极化的载流子并提高载流子自旋极化率,有     

有机发光材料中的三重激发态（英文）

有机发光材料有望广泛应用于新一代柔性光电子器件。由于自旋多重性,有机分子发光材料中单重激发态和三重激发态转换较慢,限制有机发光器件特别是电注入荧光器件的效率。我们介绍下近年来通过分子设计操控激发不同时间尺度三重态的动力学来突破这一限制的策略,通过控制激发单重态和激发三线态之间的电子耦合,利用热激子系间窜越、反向系间窜越、激发三重态稳定化等过程能够有效提高有机发光材料的发光效率。在此基础上实现的热活化延迟荧光、有机长余辉发光等在有机发光二极管、传感器、生物成像等领域有重要潜在应用价值。     

发光区插入超薄LiF层对有机电致发光器件性能的影响

着重对比了在以DCM掺杂Alq₃为发光层的红光器件的发光区插入超薄LiF层后器件性能的改善。插入超薄LiF层后,器件的最大工作电流密度为487 mA/cm²,相应的最大电致发光亮度为76 740 cd/m²,最大外量子效率为5.9%。器件内量子效率为40%,超过了基于有机荧光小分子发光材料的有机电致发光器件的内量子效率的理论极限值25%。对器件内单线态及三线态激子的形成过程进行了分析,并推测:超薄LiF层的插入提高了器件内单线态电荷转移态/三线态电荷转移态的形成比例,进而提高了器件内单线态激子在激子总数中的比例,最终提高了器件的内量子效率。同时,超薄LiF层的插入改变了发光层内局域的内部电场,使器件的外量子效率不仅没有随电流密度的增加而降低,反而非线性增加。