磷光敏化量子点发光二极管及其内部激子能量传递的研究

Colloidal quantum-dot light-emitting diodes (QD-LEDs) have received considerable research interests in recent years due to their advantages of size-controllable emission-wavelength tunability and a narrow emission line-width. However, the luminous efficiency of QD-LEDs is significantly lower than that of state-of-the-art phosphorescent organic-LEDs (OLEDs), which limits their potential applications in wide-color-gamut displays and high-color- rendition lightings. The low luminous efficiency is mainly due to the difficulty of charge injection to QDs...To solve the charge injection issues, in this project, we propose a phosphorescent sensitized host-guest doping structure. By doping the QDs into conductive organic hosts, charges inject to the hosts directly and form excitons on the hosts. By introducing a phosphorescent emitter as sensitizer, which serves as energy transfer path between hosts and QDs, all excitons can effectively transfer their energy to QDs via Förster mechanism. By studying the proposed phosphorescent sensitized QD-LEDs and the exciton dynamics, disclosing the exciton transfer mechanisms, the efficiency of the QD-LEDs would be improved significantly. Theoretically, the luminous efficiency of the proposed phosphorescent sensitized QD-LEDs would have the same efficiency with the phosphorescent OLEDs, but exhibit remarkably purer light-emission than phosphorescent OLEDs.

胶质量子点发光二极管（QD-LED）由于具有色纯度高、发光颜色尺寸可调等优点，在“广色域显示”及“高显指照明”等领域有重大的潜在应用，成为当前的研究热点。但是，由于载流子极难注入到QD，导致QD-LED的效率远低于当前磷光OLED的效率，限制了它在显示及照明领域的应用。..为解决载流子注入困难导致发光效率低的问题，本项目提出了一个磷光敏化的解决方案。通过采用主体-客体的掺杂器件结构 （即载流子注入到主体并在主体形成激子，激子再把能量传递给QD），规避了载流子注入到QD困难的问题；通过在发光层中引入磷光敏化剂，在主体和QD之间架起一座能量传输桥，帮助单重态及三重态激子从主体上通过Förster机制转移到QD上，理论上可实现100%的激子在QD复合。通过研究磷光敏化QD-LED及其内部激子能量传递过程，揭示激子传递规律，达到有效提高QD-LED发光效率的目标。

本项目围绕高效率量子点发光二极管（QLED）存在的科学问题，主要研究内容包括：1. 载流子注入及载流子注入平衡的调控；2. 磷光敏化高效率QLED及激子能量传递的研究；3. 器件界面的调控；4. 新型器件结构及制备工艺的研究。..针对QLED当前存在的空穴注入难、载流子注入不平衡的问题，提出采用电子阻挡层、高功函数金属阴极、深HOMO能级的空穴注入层等方法，有效的平衡了载流子的注入，提升了器件的效率。..针对电子注入过多，过剩电子漏走造成能量损失，提出在电子阻挡层中引入磷光敏化剂，利用磷光敏化剂收集漏走的电子能量，即过剩电子和空穴在磷光敏化层复合，进而能量再通过FRET的方式传递给QD，有效的增强器件的发光效率。..针对激子在QD/ZnO界面容易受到淬灭的问题，提出修饰ZnO，采用Mg掺杂ZnO，有效的降低了ZnO的缺陷密度，提升了ZnO的导带能级，降低了ZnO的电子迁移率，从而改善了载流子的注入平衡，并抑制了激子在QD/ZnO界面的淬灭，有效的提高QLED的发光效率。..项目还开发一系列新型器件结构，如在国际上首次报道了全透明QLED、顶发射微腔QLED、叠层QLED、全印刷QLED等，并在关键制备工艺上取得突破，如提出采用液态金属作为可打印的金属电极，实现全印刷制备的工艺。所开发的红、绿、蓝叠层QLED的外量子效率均超过21%，为目前文献报道的最高值，并被国际信息显示协会评为年度杰出论文。..项目进展顺利，进度超前，在载流子注入、载流子注入平衡、磷光敏化、界面调控、新型器件结构、新型制备工艺等方面取得一系列原创性成果：在QLED相关领域共发表文章26篇（均为前二标注项目编号），其中SCI收录18篇，EI收录8篇，影响因子5以上8篇，封面文章4篇；申请发明专利4项，其中获授权2项；撰写专著1本；获国际信息显示协会杰出论文奖1项；所提出的器件结构及其制备方法，为后续开发高效QLED提供方法指引及理论支持，并促进QLED在印刷显示上的应用。