红色铱配合物电致发光器件的设计及优化

Iridium complexes have been regarded as the most potential electroluminescent materials due to their adjustable emission wavelength and theoretically 100% quantum efficiency. After many years' intense investigation, the performances of blue and green electroluminescent devices based on iridium complexes have basically satisfied the requirements of application. However, red iridium complexes possess relatively low steric hindrance, long excited lifetimes and low carrier mobility; therefore, most reported red electroluminescent devices based on iridium complexes show low efficiency, rapid efficiency roll-off and high operation voltage. In this project, we aim to improving the electroluminescent performances of red iridium complexes by designing electroluminescent devices with double light-emitting layers. Selecting appropriate iridium complexes, hole and electron dominant host materials with well-matched energy levels can widen the recombination zone and confine the recombination zone near the center of emission layers, thus suppressing the roll-off of efficiency and reducing the operation voltage. To further balance the distribution of carriers and eliminate the accumulation of space charge, the sensitive materials of carriers' injection will be introduced into light-emitting layers by co-evaporating sensitive material, iridium complex and host material from three individual sources. As a result, the efficiency and operation stability of red electroluminescent devices based on iridium complexes will be improved significantly. Our investigation can not only improve the performances of red electroluminescent devices based on iridium complexes but also provide a new route for the design of doped electroluminescent devices.

铱配合物因为具有发光颜色可调和100%的理论量子效率等优点，被学术界和产业界看作是最有潜力的一类有机电致发光材料。经过研究人员多年的努力，蓝色和绿色铱配合物电致发光器件的性能基本满足产业化的要求。比较而言，红色铱配合物具有较低的空间位阻、较长的激发态寿命和偏低的载流子迁移率，所以目前所报导的红色铱配合物电致发光器件普遍存在效率低、衰减快和工作电压高的问题。本项目拟采用双发光层器件结构来提高红色铱配合物的电致发光性能，优选能级匹配的红色铱配合物、空穴型主体材料和电子型主体材料将复合区域限制在发光层的中心并拓宽器件的发光区间，从而延缓器件效率的衰减并降低工作电压。进而，采用三元掺杂的工艺将载流子注入敏化剂引入发光层，进一步促进载流子的平衡并消除空间电荷的积累，最终提高器件的效率和工作稳定性。本项目的研究工作能够提高红色铱配合物电致发光器件的综合性能，并为掺杂器件的结构设计提供新思路。

针对项目计划任务书的研究内容和预期目标，我们围绕如何设计并优化新型红色铱配合物电致发光器件开展研究工作。. 1. 在前期有机电致发光器件工作机理研究基础上，筛选空穴传输材料TAPC、红色铱配合物PQ2Ir(dpm)、空穴型主体材料TcTa、电子型主体材料26DCzPPy和电子传输材料TmPyPB，设计新型双发光层器件结构，并优化器件制备工艺。初步的研究结果表明，设计能及匹配的双发光层器件结构有助于平衡载流子的注入、传输及分布，从而获得低工作电压的高亮度红光器件。所得器件的最大电流效率为52 cd/A，最大功率效率为49 lm/W；在工作电压为10.6 V时，该器件获得超过60000 cd/m2的最大亮度。在初始亮度为1000 cd/m2时，该器件的工作寿命大约20000 小时。然而，随着电流密度的提升，所得器件的效率迅速衰减，限制了器件亮度和工作稳定性的进一步提升。. 2. 在上述研究工作基础上，我们选取过渡金属配合物FIrpic、FK306和稀土配合物Eu(TTA)3Phen作为敏化材料，完成三元掺杂器件结构的设计，并逐步优化发光材料和敏化材料的掺杂浓度、发光层厚度和制备工艺，实现了红色铱配合物电致发光器件亮度、效率的大幅提升和效率衰减的明显降低。最后，通过进一步优化红色过渡金属配合物PQ2Ir(dpm)的掺杂浓度，将器件的最大电流效率、功率效率及亮度分别提高到58.98 cd A-1（外量子效率21%）, 61.73 lm W-1及100870 cd m-2。在初始亮度为1000 cd/m2时，该器件的工作寿命大约35000 小时。我们的研究结果显示，所得新型高性能稀土/过渡金属配合物共掺杂OLEDs具有显著提高的性能，本部分工作能够拓宽稀土配合物在有机电致发光领域的应用范围，并实现稀土配合物与过渡金属配合物的优势互补，为新型高性能有机电致发光器件的设计与优化提供了新思路。. 总之，我们在该项目执行期间，取得了一系列的研究成果。目前，已发表与本项目相关SCI论文12篇，申请发明专利16项（含PCT专利5项），获授权发明专利1项。