具有双发光层结构的溶液加工型白光有机发光二极管: 同时实现高功率效率和优良的颜色稳定性

白光有机发光二极管(WOLEDs)是近年发展起来的一种新型固态照明光源,具有柔性可弯曲、平面形状、大面积、对人眼刺激小等优势。然而,传统的WOLEDs主要使用真空蒸镀法制备,存在设备昂贵、材料浪费严重导致成本高的问题,难以大规模普及应用。使用印刷方法制备的溶液加工型WOLEDs(s-WOLEDs),具有低成本、易实现大面积等特点,是突破成本瓶颈的有效途径。通过使用具有100%器件内量子效率的磷光材料以及消除额外能量损失,s-WOLEDs的功率效率已经可以与荧光灯媲美。但是,s-WOLEDs依然存在光谱随电压(或亮度)变化而改变的问题,导致发光颜色不稳定,严重影响照明效果。受层间互溶问题(上层加工溶剂溶解破坏下一层)制约,s-WOLEDs主要使用蓝光染料和长波长染料同时掺入宽带系主体的单发光层结构。在该类发光层中,长波长染料与宽带系主体能级无法匹配导致产生电荷陷阱发光,是引起光谱随电压(或亮度)变化的核心原因。

针对这一问题,中科院长春应用化学研究所光电功能高分子课题组发展了一种具有双发光层结构的溶液加工型WOLEDs,同时获得了高功率效率和优良的颜色稳定性。上层采用醇类溶剂而下层采用油类溶剂的正交溶剂法,是克服层间互溶问题,实现双发光层白光器件组装的有效途径。该方法要求上层材料易溶于醇类溶剂,而下层油溶性材料对醇类溶剂具有良好的耐侵蚀特性。因此,通过将新型醇溶性黄光染料Ir(Flpy-CF3-EG)3掺入醇溶性主体SPPO13形成上层黄光发射层,将具有耐醇溶剂特性的树枝状蓝光材料B-G2作为底部蓝光发射层,结合正交溶剂法,成功实现了双发光层白光器件的组装。通过黄光染料和黄光主体的能级匹配以及掺杂浓度的调节,实现了对电荷陷阱和能量转移过程的精确调控,使该白光器件同时获得高功率效率(51.5 lm/W)、平衡白光发射(色坐标(0.361,0.398))、以及优良的颜色稳定性(色坐标变化只有(0.008,0.005))。增加光耦合结构后,功率效率高达104.5 lm/W,即使在实用亮度1000 cd/m2下,依然可以达到62.0 lm/W。研究者认为,该研究成果代表了溶液加工型双发光层白光器件的突破性进展,证明了印刷型WOLEDs在固态照明的应用潜力。

相关论文发表在Advanced Materials Technologies (DOI: 10.1002/admt.201900137),王利祥研究员和丁军桥研究员为通讯作者,王淑萌副研究员为第一作者。

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