文摘

关键因素控制效率铱掺杂红色和绿色磷光发光二极管(PhOLEDs)进行了综述:激子监禁,电荷俘获,掺杂剂浓度和掺杂剂分子结构。他们不是相互独立的,但我们试图他们每个人的现状,其具体的影响是主要的。好效率PhOLEDs需要宿主分子的三重态能量足够高,以限制内的三线态激子发光层(EML)。此外,三线态激子必须保留在EML和不应该漂移的非辐射的水平电子或空穴传输层(分别地。、ETL或HTL);这是通过仔细选择EML的相邻层。我们证明减少电荷捕获结果在PhOLEDs更高的效率。我们显示的理想浓度PhOLEDs的最大效率。最后,我们提出的分子结构对效率的影响PhOLEDs使用红色铱复杂掺杂剂与不同的配体上的修改调整其最高占据分子轨道(人类)和最低未占据分子轨道(LUMO能量)。

1。介绍

成就在有机发光二极管(oled)导致他们的集成显示在一些电子设备,让他们严肃的候选人取代广泛使用的液晶面板。广泛的研究努力在有机显示了更高的成就在工业和学术领域(1- - - - - -10]。

在有机发光器件(oled),注入的电子和空穴在发射器将相互吸引形成激子(11- - - - - -20.]。自旋统计表明,单线态和三线态激子之间的比率是1到3。在荧光oled只有单线态激子可以生成辐射起,给予最大固有的量子效率25%21- - - - - -23),没有磷光辐射光。另一方面,三联体发射器可以收获单线态和三线态辐射起理论内部量子效率达到100%24- - - - - -26]。铱、铂配合物呈现良好的磷光发射性能(27- - - - - -29日]。铱(III)复合物中使用最广泛的掺杂物PhOLEDs因为他们更高的三联体效率(30.- - - - - -35]。

PhOLEDs收获单线态和三线态排放,从而能够达到高效设备。然而,他们的行动和有效实现更复杂的荧光oled。

在PhOLEDs实现效率高,形成了EML的主材料需要满足一定数量的属性对于掺杂剂以及相邻层。在PhOLEDs,主机和磷光的homo和lumo发射器掺杂剂必须精心挑选EML中实现良好的激子监禁。,应给予特别关注的起源和影响电荷俘获,掺杂剂的浓度,激子淬火和掺杂剂的分子结构更好地控制PhOLEDs的效率。

事实上,旁边三联体掺杂剂的快速衰减,宿主材料需要有能隙宽到足以允许有效的能量转移与掺杂剂(图1),但不应该诱导电荷俘获。缺口的宽度之间的权衡是必要的物质和能量水平的相邻层为了让良好的电子和空穴注入。主材料应该也存在等效传输特性为电子和空穴数量平衡的相反运营商重组效率。

激发能将有效地从主机转移到三重态能量掺杂剂的掺杂剂的三重态能量比主人的三重态能量低。掺杂剂的三线态激子监禁将有可能观察到磷光发光(36]。PhOLEDs最大化性能,掺杂剂应均匀分散在主机矩阵来最小化激子淬火或三连音三连音湮没37]。

客人分子被认为可能采取EML负责电子和空穴陷阱,导致增加的驱动电压31日]。两个进程的致发光掺杂EML存在。光发射可以从能量传递从主机到掺杂剂掺杂剂或从被困的指控。在后一种情况下,假设将作为掺杂剂分子复合中心吸引电荷库仑相互作用如果分离是在一定的半径范围内。电荷俘获效应可以观察到的一个大障碍的存在载波传输层之间的接口和主机材料或当主机之间的差距和掺杂剂HOMO和LUMO能级太宽。

高掺杂浓度减少电荷俘获而导致激子淬火从而降低发光装置的效率(31日]。电荷俘获,因此,一个好的平衡电荷移动的复合区发射层,和足够低的掺杂浓度,避免效率损失激子淬火是可取的。

三联体监禁可能控制在两个方面,即EML本身,然后由相邻层。EML的约束实现当猜材料的HOMO和LUMO水平带隙内的基质材料(31日,38]。而邻层将扮演电子阻挡层,电子从阴极不会漂移超出了EML和孔阳极不会超出了EML。这样一个监禁安排将给更高的复合概率之间的电子和空穴在EML [38]。

本文基于我们的研究活动的目的是展示我们的调查控制效率通过三重态激子PhOLEDs监禁,最小化的电荷俘获,掺杂浓度和掺杂剂分子设计来限制自灭。研究的结果发表在他们的降序对PhOLEDs的效率的影响。激子监禁之前需要调整减少电荷俘获。电荷捕获需要最小化之前设置最佳掺杂浓度。最后,掺杂剂分子结构将作为精细调谐器PhOLEDs的效率的提高。

2。设备制造和表征

本文展示的样品组装在一个干净的玻璃衬底150纳米厚膜的预镀铟锡氧化物(ITO)的薄层电阻12Ω/广场。ITO膜和有机绝缘覆盖ITO边缘地区的标准光刻技术,然后清洁,在异丙醇及丙酮,在去离子水冲洗被辐照UV-ozone室。

所有的有机材料被热真空蒸发沉积技术在大约10的压力⁻⁷托1 a / s的速度。最后,生活和艾尔沉积形成了反电极在另一个相邻的真空沉积室而不破坏真空;0.1 / s的速度生活和5 - 10 a / s。

oled活性表面积是2×2毫米²。当前density-voltage ()特征测量使用吉时利SMU 2635;luminescence-voltage ()曲线使用美能达ca - 100 a,在致发光(EL),和CIE协调获得使用美能达cs - 1000 a光谱仪。

3所示。激子监禁

实现激子在PhOLEDs监禁,需要有一个很好的控制三线态激子扩散的载波传输层之间的接口和EML。这样的成就在实用翻译,电子从阴极和阳极的孔不旅行超出了发射层的辐射复合应(39,40]。在这样的条件下,邻层注入电子的EML应该形成一个屏障的潜在漏洞。同样,空穴注入层应该是一个潜在的障碍电子描绘图2。电荷传输层的电荷注入层理想情况下可以简单的设备。

这种类型的安排强加约束的组合相邻层(具有良好的电荷传输性质)和方面的EML HOMO和LUMO水平的相对位置。主机使用宽的带隙材料在PhOLEDs[可能是必要的41- - - - - -45)良好的能源从主机转移到掺杂剂。这必然导致一定数量的困难。当一个宽的带隙材料作为基质材料的发光层,载流子迁移率下降明显由于掺杂剂分子作为电荷捕获网站(46]。解决这样一个问题,高掺杂浓度超过7%的绿色PHOLEDs可能需要做一个好的平衡电流通过掺杂剂分子。在这样的设备,激子自灭,高掺杂浓度三连音三连音毁灭是不可避免的问题。例如,当掺杂浓度从2增加到6%,三羟甲基氨基甲烷(2-phenylpyridine)液的磷光光激发光量子效率铱(Ir (ppy)₃)下降了5% (47]。好激子约束是非常困难的时候与宽的带隙PhOLEDs主机材料。为了克服这些限制,一个狭窄的带隙的4,4′- N, N′-dicarbazoleterpheyl (CTP)是由我们组(48]。在这项研究中,我们报告高效绿色磷光设备组成一个三重态激子监禁配置使用CTP主机三重态能量高的电荷传输层。的最大电流和功率效率56.89 cd /,和48.22 lm / W与18%的外部量子效率(EQE)实现了这种良好的三重态激子监禁配置最小化的自灭。

为了使一个更好的三重态激子监禁配置绿色PHOLEDs,三重态能量在各种空穴传输和电子传输材料。如以下所示,高效绿色PHOLEDs掺杂率为3% CTP主机和红外(ppy)₃掺杂剂被证明。最大电流效率和EQE cd / 56.89和18.0%得到了三重态激子监禁配置使用一个狭窄的带隙CTP主机和三重态能量高电荷传输层。如此高的效率是归因于一个好的三重态激子约束效应的狭窄的带隙CTP主机,提高自灭单线态和三线态激子的问题通过降低掺杂浓度,并引入良好的三重态激子阻挡层的EML接口。

调查三重态激子约束能力,五个设备设计如下:设备:ITO / NPB (40 nm) / CTP:红外(ppy)₃(8 wt %, 30 nm) / BAlq (5 nm) / Alq₃(20 nm) /生活(0.5 nm) / Al(100海里);设备B: ITO / NPB (30 nm) / TCTA (10 nm) / CTP:红外(ppy)₃(8 wt %, 30 nm) / Bphen(25海里)/生活(0.5 nm) / Al(100海里);设备C: ITO / NPB (30 nm) / TCTA (10 nm) / CTP:红外(ppy)₃(5 wt %、30 nm) / Bphen(25海里)/生活(0.5 nm) / Al(100海里);装置D: ITO / NPB (30 nm) / TCTA (10 nm) / CTP:红外(ppy)₃(3 wt %, 30海里)/ Bphen(25海里)/生活(0.5 nm) / Al(100海里);设备E: ITO / NPB (30 nm) / TCTA (10 nm) / CTP:红外(ppy)₃(1 wt %, 30 nm) / Bphen(25海里)/生活(0.5 nm) /(100海里)。

在哪里α-NPB、TCTA BPhen, BAlq N, N′双(naphthalene-1-yl) - N, N′双(苯)联苯胺),4,4′,4′′三(N-carbazolyl)三苯胺),4,7-diphenyl-1, 10-phenanthroline,和铝(III) bis (2-methyl-8-quinolinato) 4 - phenylphenolate,分别。

设备是装配式结构的参考样本。设备B是由三重态激子约束结构。亮度特征测量的10000 cd / m²并显示在图3。为设备的亮度得到1000 cd / m²驱动电压6.5 V,电流和功率效率21.93 cd / a和10.82 lm / W。在设备B,较低的驱动电压4.7 V测量由于阻力减少CTP通过良好载体注入和位移在狭窄的带隙主机以及Bphen的良好的电子传输性能。CTP的报道是一个不错的三联体绿色主机和其能量的交换(S₁T₁小至0.3到0.5 eV(的)48]。正如所料,设备B显示了良好的电流和功率效率,分别39.81 cd / A和27.19 lm / W的亮度1000 cd / m²。其性能仍不充分考虑好三线态激子监禁EML的配置。非常低的电流效率碾轧5%的亮度10000 cd / m²掺杂CTP PhOLED观察到8%。深孔捕获,宽浅电子陷阱的带隙主机CBP和红外(ppy)等₃掺杂剂系统已经由其他组(46,49]。红外的人类(ppy)₃(5.3 eV)形式的孔深陷阱主机,EML运输的管理漏洞。在高掺杂浓度、排放区域分散在这样一个深孔捕获设备。因此,选择合适的主机候选人以合理的掺杂浓度是一个关键问题,实现高效PHOLEDs作为证明文献[33]。考虑低转出在我们的设备特点,self-exciton淬火和三连音三连音毁灭可能由于高掺杂浓度高重要性。为了证实我们的论据,设备B的掺杂浓度是提高三重态激子约束不同。

几个PHOLEDs Ir (ppy)₃掺杂浓度为5%,3%,1%的人用设备B结构制作的。这些设备是设备指定为C (5%)、D(3%)和E (1%)。图3显示了制造绿色磷光器件的特性。的特征与降低掺杂浓度从5%到1%显著增加了耐电流传导。当前的密度在5.0 V 3.80 mA /厘米²1.40 mA /厘米²和0.63 mA /厘米²分别为5%,3%,和1%掺杂设备(设备C, D, E,职责)。设备的驱动电压C, D, E达到1000 cd / m²分别是4.7,5.1,和5.4 V(图4)。改善特征随着掺杂浓度是一个众所周知的现象,以及从困指控发光掺杂剂分子的起源(46]。事实上,Ir (ppy)₃掺杂剂和CTP主机分别在5.3和5.7 eV HOMO能级,因此0.4 eV的差距会导致一个洞被困在我们的设备。在给定恒定亮度1000 cd / m²,电流和功率效率49.14 cd /设备C和32.16 lm / W, cd / 55.76和33.68 lm / W装置D和cd / 50.90和29.61 lm / W设备E .最大电流效率和EQE 49.14 cd / C和15.5%设备,56.89 cd / D 18.0%,设备,和51.56 cd / 16.3%,设备E。设备E的电流效率提高1.4倍相比,设备B。

4所示。电荷捕获

在PhOLEDs致发光,如前所述,要么来自能量从主机转移到客人从电荷捕获分子或客人分子。在能量传递模型中,掺杂剂的发光是由于能量传递兴奋主机的掺杂剂(30.,50,51]。基质材料中的激子形成之前转移到掺杂剂。电荷捕获从一开始研究模型领域的基于有机半导体设备;它会影响设备性能的有机,有机薄膜晶体管,和有机光伏电池。在发射电荷俘获,电子和空穴发生在客人的直接复合分子,和他们的陷阱可以显著影响外部致发光量子效率。载波捕获的基本要求是,客人掺杂剂必须有更高的HOMO和LUMO能量较低的基质材料(52]。电荷捕获机制也会观察到当有大能量势垒的电荷注入电荷传输层基质材料。

电荷捕获模型假定掺杂剂作为陷阱网站可以捕获一个带电载体(30.,53- - - - - -55]。被困电荷符号相反电荷载体的重组形成激子可以发光。在该机制中电荷载体直接被困在掺杂剂的掺杂剂是中心网站和重组和排放。

内电荷陷阱掺杂剂材料可以解释为掺杂剂分子在寄主内的分布。当一个低浓度掺杂剂的主机使用矩阵,电荷从一个掺杂剂的流动性限制网站到另一个将导致更高的驱动电压(30.]。如果是n型材料,例如主机4,4′- n, n′-dicarbazolebiphenyl (CBP),和掺杂剂材料红外(ppy)₃这是p型分子,洞中跳红外(ppy)₃CBP EML的分子。掺杂浓度较低,红外(ppy)之间的距离₃分子很大,似乎是一个空穴陷阱。在这种情况下,额外的孔注入的空穴捕获限制导致的增加的驱动电压。然而,当掺杂浓度增加时,空穴迁移率增加自红外(ppy)之间的距离₃分子减少。这样的运输特点有效地降低驱动电压。

PhOLEDs是不同的两个发光机制的激子形成中心是掺杂剂分子中电荷捕获模型和主机分子能量传递模型。两种机制导致的光发射一定比例取决于设备的结构和能级PhOLED有机材料。

电荷俘获PhOLEDs可以调查通过改变浓度磷光发光材料的发射层和与驱动电压的依赖可以研究。电荷陷阱可以浅或深,它可以选择性的只涉及电子或空穴。事实上电荷陷阱可以分成两类描述为浅陷阱和深陷阱。浅陷阱可以被激活,由隧道电流的热激活或跳跃。本地化的电子态称为深陷阱太深是热激活载流状态,他们实际上是静态的。固定费用的修改材料的静电景观,导致电子和空穴复合oled的效率的变化。它可以提高亮度的设备,因为它有助于致发光,但它可以是一个劣势,因为它提高了驱动电压(30.]。

4.1。在绿色PhOLED电荷俘获

以上参数已由我们组在不同的研究中空穴捕获的影响等绿色PhOLEDs使用红外(ppy)₃绿色发射器在两个不同的主机矩阵CBP和Bepp₂(bis铍)[30.)作为代表,图5。使用以下结构:我们捏造PHOLEDs ITO / NPB (30 nm) / TCTA Bepp(10海里)₂:红外(ppy)₃,或者海关与边境保护局(30 nm):红外(ppy)₃/ / Bphen(25海里)生活(5 nm) /(100海里)。

我们已经认识到绿色的主-客体系统优化性能PHOLEDs基于两个主机之间的对比材料不同的能源缺口:CBP Bepp₂。洞被困在客人分子的最小化和减少自灭或三连音三连音毁灭是实现高效的关键因素。较宽的带隙CBP时,使用一个狭窄的带隙主机(Bepp₂)和绿色磷光Ir (ppy)₃金属络合物客人浓度低至2%,电流和功率效率62.5 cd / (EQE 19.8%)和51.0 lm / W,分别和低电流效率碾轧的价值10%的亮度10000 cd / m²被证明在这Bepp吗₂单台主机系统(见图6)。我们有有限的电荷捕获使用理想的主客体设备结构产生高效磷光设备通过最小化洞被困客人分子和减少自灭或三连音三连音湮没。设备结构优化高电流效率,低电流碾轧、颜色稳定性高,低掺杂条件探索。

进一步证实了我们的假设的浅孔被困在磷光发光层中的分子,我们进行电容测量的函数应用电压Ir (ppy) 3%₃掺杂在Bepp₂和CBP设备。一个恒定的直流偏压范围从0 V - 10 V叠加在ac偏见。图7显示了几何电容的电容变化规范化()应用直流电压。可以看到从图7掺杂的电容和无掺杂设备正向偏压的增加,达到最大值,然后下降。发病的增加取决于基质材料。这个结果表明,电容的增加可能会依赖于能力的指控在发光层。在零偏差,所有设备的电容是一样的几何电容。应用小前锋偏见,没有电容变化量是观察和它仍然等于。开始增加从阳极空穴注射开始时,由于孔的积累达到最大值点费用。偏压进一步增加,少数载流子注入发生,导致重组的空穴和电子发射层,随后发射的光。

早期观察Bepp发生重组₂:红外(ppy)₃Bepp装置表明,空穴捕获₂主机相比不是一个严重的问题,海关与边境保护局:红外(ppy)₃这不能归咎于Bepp的电子迁移率₂(约10⁻⁴厘米²/ Vs)和CBP材料(约厘米²/ Vs)。洞的浅陷阱电荷载体促进其运输可能是负责电子的早期重组和洞Bepp运营商₂:红外(ppy)₃设备。

理想的主设备结构产生高效磷光设备最小化的洞被困客人分子和减少自灭或三连音三连音湮没。设备结构优化高电流效率,低电流碾轧、颜色稳定性高,低掺杂条件探索。掺杂浓度不同的从1到8%。的特征(图8掺杂剂浓度)显示出强烈的依赖。

强烈的依赖特性的掺杂剂浓度的后果是,绿色磷光发射强烈依赖于空穴捕获在磷光客人分子水平。深孔诱捕和浅电子陷阱CBP主机和红外(ppy)₃早些时候报道了掺杂剂系统其他团体(26,29日]。红外的人类(ppy)₃(5.3 eV)形式的深陷阱洞CBP主机(HOMO = 5.9 eV),发射层运输的管理漏洞。此外,强劲的510 nm绿色红外(ppy)₃发射峰(CIE (x, y)坐标在1000 cd / m²(0.29,0.31,0.60))和疲软的排放大约450海里由于CBP主机出现在浓度低于5%。在提高掺杂剂浓度,CBP主机发射完全消失了。即使更好的设备性能出现在低掺杂浓度、高转出和EL的排放从主机输出归因于太窄发射区CBP深孔捕获的主机。发射区掺杂浓度高的分散在这些深孔捕获设备。因此,选择合适的主机的候选人是一个关键问题,实现高效PHOLEDs。

4.2。用红PhOLEDs最小化的捕获

在本节中,我们提出了最小化红PhOLEDs的电荷俘获一个好的主机和客户之间的能级匹配。福斯特和/或德克斯特能量传递过程(56)主机和客户之间分子发挥重要作用的三重态能量激子的磷光的客人。这决定了三重态PHOLEDs发射效率。福斯特能量转移(57)是一种长程相互作用(10海里)由于取向耦合捐赠者主机和受体分子,客人虽然Dexter能量转移(58)是一个短程的过程(通常1 - 3海里)需要重叠相邻分子的轨道。传统的主客体磷光的磷光发射系统发生与福斯特从激动的单线态₁主持人激动的单线态S₁客人和德克斯特转移的三联体T₁主机的三联体T₁客人的状态或直接激子形成分子磷光的客人,导致合理良好的效率。

在下面,我们表明,实现高效PhOLEDs好监禁三重态激子的磷光掺杂剂需要使用一个适当的三重态能量差距主机。这样的组合主-客体将导致一个有效辐射衰变掺杂剂。我们首先说明这个原则比较的效率相同的红色的发射器三羟甲基氨基甲烷(1-phenylisoquinoline)液铱(Ir (piq)₃CBP矩阵或Bebq)₂(bis (10-hydroxybenzoquinolinato铍)矩阵,比Bebq CBP带隙是广泛的₂带隙。第二,相同的主机Bebq₂掺杂Ir (phq)₂(中航商用飞机有限公司)(乙酰丙酮铱(III) bis (2-phenylquinoline)),窄间隙比红外(piq)₃(数据9和10)。

图9显示Ir的能级图(piq)₃红色磷光配合物中使用兴奋剂CBP主机而图10显示了两个红外能量图(piq)₃和红外(phq)₂在Bebq(中航商用飞机有限公司)₂矩阵。然而,宽的带隙主机和窄隙客户系统常常引起驱动电压的增加由于HOMO和LUMO的差异水平客人和主人之间的材料(59]。因此,客人分子被认为作为深陷阱中心的电子和空穴在发光层,导致PHOLED的驱动电压的增加。掺杂剂浓度等主客体系统通常是高约6 - 10%因为注射费用应该穿过客人分子发光层。因此,由客人自灭或三连音三连音湮没在主客体分子是一个不可避免的问题系统高的掺杂浓度。早些时候,河村建夫等人报道,Ir的磷光光激发光量子效率(ppy)₃可以减少5%的增加掺杂浓度从2%到6% (47]。因此,选择合适的主机候选人制造高效PHOLEDs时是一个至关重要的问题。

我们将演示中激子约束的重要性的效率PhOLED基于主机矩阵和客人之间的能量差分子磷光发射器。带隙窄宿主PhOLED将导致更高的效率。在这项研究中,最小电荷被困主客体系统调查了通过使用一个狭窄的带隙荧光基质材料为了解决设备性能和制造约束。在这里,我们报告一个理想的主-客体系统,只需要1%的客人掺杂体重良好的能量传递和在PHOLEDs提供理想的量子效率。我们也报告,强烈的荧光主机在磷光有机发光两极管材料功能很好。

PhOLEDs操作可以解释基于高效福斯特能量转移从主机单重态的客人单线态和三线态混合状态似乎磷光发射的关键机制。

事实上,这种增强Bebq的性能₂:红外(phq)₂中航商用飞机有限公司PHOLEDs不会有一种特别的低掺杂浓度(1%)相比之下与大多数磷光设备(6 - 10%)。为了调查增强性能的起源,我们编造几个PHOLEDs不同掺杂浓度从0.5%到2%的主系统。当前和亮度的演进,提出了电压的函数图11。这些数据提供的证据:完整的能量转移荧光主机发出磷光的客人,除了在极低掺杂浓度(0.5%);测量之间没有显著差异特征相同的设备,但不同的掺杂剂浓度介于0.5和2%;淬火的亮度、电流和功率效率高掺杂浓度(2%)。

因此,一个高效简单的双层PHOLED结构用Ir (phq)₂中航商用飞机有限公司客人掺杂浓度在狭窄的带隙Bebq低至1%₂荧光是展示我们组的第一次。

了解Bebq磷光发射机制更精确₂:红外(phq)₂中航商用飞机有限公司的主,我们制作和研究一系列PHOLEDs。首先,我们使用了众所周知的宽的带隙CBP代替Bebq基质材料₂和制造设备结构:NPB (40 nm) / CBP:红外(phq)₂中航商用飞机有限公司(30 nm, 10%) / BAlq / Alq(5海里)₃(20 nm) /生活(0.5 nm) /(100海里)。的亮度1000 cd / m²结果工作电压7.1 V,电流和功率效率14.41 cd / A和6.28 lm / W,和一个EQE 11.5%。此外,最大电流和功率效率14.43 cd / A和8.99 lm / W。

显然,这两个褶皱增加驱动电压的结果注入的空穴和电子的深陷阱红外(phq)₂中航商用飞机有限公司网站在CBP:红外(phq)₂中航商用飞机有限公司系统。直接电荷捕获在红外(phq)₂中航商用飞机有限公司客分子的关键机制似乎是磷光发射的主。

进一步证实了我们的实验结果,使用红外(piq) PHOLED是捏造的₃红发出磷光掺杂代替红外(phq)₂中航商用飞机有限公司和Bebq₂主机。制造设备是:DNTPD (,二苯基-,- - - - - -bis - [4 - (phenyl-m-tolylamino)苯基]-biphenyl-4, 4′二胺)/ Bebq(40海里)₂:红外(piq)₃(50 nm, 4%) /生活(0.5 nm) /(100海里)。疲软的发射峰在500 nm致发光光谱由于Bebq₂主机出现掺杂浓度为4%(相比显著高与Ir (phq)₂中航商用飞机有限公司掺杂浓度0.5%),以及强大的峰值在620海里由于红外(piq)₃掺杂分子。1000 cd / m的亮度²,相应的操作电压、电流和功率效率为3.5 V, cd / 8.41和7.34 lm / W。此外,最大电流和功率效率值是9.38 cd / A和11.72 lm / W。增加了红外(piq)₃抑制了Bebq浓度到6%₂主机发射和结果在一个干净的致发光红色发射峰值在620 nm由于红外(piq)₃掺杂分子。然而,该设备性能恶化随着掺杂浓度由于自灭。

5。理想的掺杂浓度

PhOLEDs三连音三连音的主机和掺杂剂分子之间的能量转移是解释基于Dexter机制(21,60,61年)这是一个短程分子间相互作用涉及波函数重叠(26,62年];它发生在约1海里范围内(63年,64年]。这种强加约束的分布和浓度掺杂剂分子在主机矩阵。在条件良好的效率是每个主机分子激发态分子需要有客人在接近接收这激发能量和辐射它在形式的磷光光(65年,66年]。这掺杂浓度对于任何一个系统都可以理想化,但在PhOLEDs给定的颜色,有必要首先最大化激子约束,减少电荷捕获通过最小化能量之间的差距(主机和客户homo和lumo67年,68年]本文前面。理想的掺杂浓度应该减少电荷陷阱,自灭,三连音三连音湮没67年,69年]。

在这种背景下,我们评估一个理想的客人浓度PhOLEDs和做了一个实验比较支持我们的预测。我们使用绿色PhOLED,我们评价一个理想的掺杂浓度约为1.5%。

我们假设与晶体结构的电影。为了最紧凑的配置我们选择分子的性格面心立方(fcc)组织。宿主分子位于顶点的扩展单元格包含4×4×4主机分子。在这种结构我们取代兴奋宿主分子位于中心的掺杂剂分子。显然,这个选择并不完全符合现实实际的样品,而非晶态。这将导致一个特定的差异时,与实验结果进行比较。然而,这种方法是有效的,因为分子结构是等价的密度和大小的主机和客户我们将使用分子实验都比较CBP或Bepp₂作为一个主机矩阵当使用红外(ppy)₃作为一个绿色磷光掺杂剂,分别为8.67,9.23和11.9。

我们计算了恒摩尔分数的分子数量对应0.93 mol %(1/107摩尔分数)是一种理想的德克斯特转让条件。从这个假设和考虑主机和掺杂剂分子量的分子,我们可以得到一个理想的掺杂浓度。作为一个实际的实验条件,我们得到1.19%的掺杂浓度通过改变0.93摩尔分数为CBP重量分数/ Ir (ppy)₃从这种方法系统。然而,可能有这个条件和实验结果之间的一些差异,因为它假定掺杂剂分子可能类似规模的宿主分子由于掺杂剂分子的一小部分。然而,我们获得的预测CBP / Ir (ppy)₃系统非常接近,从河村建夫的方法获得(1.02%,70年])。这表明我们的晶格假设密切匹配一个真正的非晶薄膜的情况。同样,1.93%(0.93摩尔%)的掺杂浓度是预测Bepp₂/ Ir (ppy)₃系统。

这种考虑让我们估计在图1 d两种掺杂剂分子应该隔开两个宿主分子(图12)。

从模拟和实验1 d概念我们获得一个好的PhOLEDs性能与掺杂浓度低至1%。这就是为什么我们认为上述分子排列。

验证我们的假设,我们进行了一系列的实验不同的发射层的掺杂浓度。强烈的绿光发射在510 nm致发光曲线的磷光归因于Ir (ppy)₃。原则上,我们可以从主机探测的发射材料如果不完整或能量转移效率低下。我们观察到主机发射(420 nm - 450 nm)消失的预期理想的掺杂浓度为1.0%时,EML厚度CBP是10纳米。掺杂浓度要求消除CBP主机发射(完整的能量转移),然而,EML厚度增加时增加;例如,3%的20 nm和5%的30 nm。更高的掺杂浓度的必要性厚EML条件可能是由于大差异之间的HOMO和LUMO水平CBP主机和客户材料(图13),这可能会给自然深陷阱。掺杂EML的注入漏洞不能很容易由于红外(ppy)的深陷阱₃客人的分子,因此过多的费用都坐落在停止/ EML接口。有些电子能够穿透HTL由于掺杂EML的相对较高的电子迁移率。在这样的设备,高掺杂浓度有利于获得高设备性能我们先前报道(46]。

然而,这样一个过掺杂没有必要为薄EML(大约10海里),因为反攻运营商(电子)可能被注入和运输比洞。因此,他们很容易拥挤在HTL / EML接口因为LUMO水平之间的差异CBP主机和红外(ppy)₃客人相对较小(约0.4 eV),而人类水平的同一系统的差异较大(约0.6 eV) (46]。因此,孔载体可以用电子重组初步捕获过程开始之前很早就在客人分子。换句话说,空穴迁移到对边的概率(阴极)可能是弱于电子向阳极迁移的一面。从这些情况和结果,我们得出这样的结论:理想的掺杂浓度CBP / Ir (ppy)₃系统可以排除1%的捕获过程。结果,我们得出一个结论,理想的掺杂比例可以派生或预测分子的包装条件的考虑扩展单元格(CBP的预期掺杂比例/ Ir (ppy)₃:1.19%)。然而,我们观察到的最大EQE值略厚,overdoped条件表明10 nm太薄在EML地区限制大多数携带者。这意味着完整的能量转移的理想掺杂浓度可能有所不同,给设备的最大效率。

同样,掺杂浓度相对较低,约1.93%是预测Bepp理想和完整的能量转移₂/ Ir (ppy)₃。这证实了EML Bepp的光谱₂/ Ir (ppy)₃EML厚度和掺杂比的函数。Bepp₂/ Ir (ppy)₃不需要厚EML的过掺杂条件;例如1.5% 20 nm, 2%在30 nm。在相对完整的能量转移的原因减少掺杂比例甚至在厚EML Bepp的条件₂/ Ir (ppy)₃可能是由于不同的LUMO水平较低和人类主人和客人之间的分子水平(0.3到0.4 eV)。换句话说电荷载体可能分散更均匀EML周围地区因为没有辐射提供了良好的电荷平衡的电荷注入EML层。从这种情况下表现出相对较低的主机和客户之间的壁垒homo和lumo能量分子,我们可以获得理想的掺杂条件即使在正常厚度条件。正如我们之前推荐的,计算和实验值之间的差异可能来自晶格的假设和分子领域,分子大小的细微差别等等。然而,我们取得了一个非常接近的评价的理想掺杂浓度PhOLEDs所描述的德克斯特能量转移。

从我们设备的广泛的比较,我们得出这样的结论:CBP / Ir (ppy)的优化条件₃是20纳米厚度和掺杂浓度3%。在另一方面,只有1.5%掺杂浓度为同一厚度20 nm Bepp的情况₂/ Ir (ppy)₃,显示较低的驱动电压和EQE更高。这种差异反映了这样一个事实:他们更延迟过程,如电荷俘获,非辐射的衰减过程,三连音三连音湮没在CBP / Ir (ppy)₃。

6。PhOLED材料

我们将演示材料结构的重要性,最终影响HOMO和LUMO头寸的掺杂剂和连续影响效率PhOLED [41]。我们基于红外合成红色的发射器情结与连续配体上的修改。我们报告新的红色掺杂物甲基苯基环和喹啉环协调Ir (III)原子。每一个掺杂剂也有辅助配体,如乙酰丙酮(中航商用飞机有限公司)和2,2,6日6-tetrametylheptane-3, 5-dionate (tmd)组。PHOLEDs由这些有机金属配合物显示非常高效和极高的亮红色磷光EQE高达24.6%(以防掺杂剂甲基化主要配体和sterically拥挤tmd辅助配体)。添加metallated的electrondonating甲基苯基环(mphq)给一个红移一个参考样本(比较),而额外引入甲基喹啉环(mphmq配体)导致了蓝移相比mphq配体的光谱范围如下介绍。此外,辅助配体的改变tmd中航商用飞机有限公司的一半一半导致设备效率的显著提高。

在这项研究中,我们准备好的红外(phq)₂(中航商用飞机有限公司)的红色掺杂物在他们的主要sterically拥挤的烷基根配体以及辅助配体。首先,我们添加了甲基苯基部分以及喹啉的一部分主要lingand Ir (phq)₂(中航商用飞机有限公司)增加分子间空间交互给减少自灭效果。从这个化学改性,可以得到非常清晰的红色光谱窄的半峰全宽得多。此外,我们还增加了辅助配体通过sterically拥挤叔丁一半甚至保护浓度猝灭。包含这些掺杂物的PHOLEDs发射器显示极高的情商高达24.6%,这对应于一个极高的记录作为一个红色磷光设备。

设备制造、效率的原因提出之前,我们使用一个窄隙荧光材料,Bebq₂,实现一个高效的红色PHOLEDs能量转移(31日,71年- - - - - -77年]。具体设备配置用于这项工作是氧化铟锡(ITO) / DNTPD (40 nm) / Bebq₂:红色掺杂物(3%,30 nm) / Bebq₂(20 nm) /生活(0.5 nm) /(100海里)。

设备性能的同时研究了五种不同的红色PHOLEDs掺杂浓度。合成方案和这些材料的化学结构与红外(phq)公式₂(中航商用飞机有限公司)(1)(mphq)₂红外(中航商用飞机有限公司)(2),(mphq)₂红外(tmd) (3) (mphmq)₂红外(中航商用飞机有限公司)(4),(mphmq)₂红外(tmd) (5), (mphq) = 2 - (3 5-dimethylphenyl)喹啉,乙酰丙酮(中航商用飞机有限公司)=、= 2 (tmd), 2, 6日6-tetrametylheptane-3, 5-dionate, (mphmq) = 2 - 3 5-dimethylphenyl 4-methylquinoline,在图中做了总结14与设备结构。

所有五个配合物显示了一些电子振动的乐队在77 K发射光谱。磷光峰值波长可以通过替换电子基或调整吸电子集团主要的配体。为了定性理解的本质cyclometalated铱配合物的磷光激发态,我们初步执行HOMO和LUMO计算红外(phq)₂(中航商用飞机有限公司)。结果,我们发现人类是分布在苯基环(3 5-position)和铱原子,而LUMO本地化在喹啉环(四工位)。因此,电子基集团(ch的替换₃)苯基环预计将直接影响降低人类水平(HOMO稳定),导致能带的减少。总结了从分子模拟结果图15。

因此,替代电子捐赠甲基(ch₃)氢3,5-position苯基化合物1的发色团导致9 - 12海里红移,由于中央的d轨道的扰动Ir (III)原子的变化这ligand-based激发态(化合物2和3)。图16显示当前density-voltage (- - - - - -制作红PHOLEDs)特征。在恒定电压5.0 V,电流密度值为19.1,23.7,38.6,24.4,和27.9 mA /厘米²观察到在捏造PHOLEDs A, B, C, D和E,分别。驱动电压达到1000 cd / m²4.0,3.8,3.9,3.7,和3.7 V设备A, B, C, D和E,分别。所有五个PHOLEDs显示相似- - - - - -和luminance-voltage (- - - - - -)特征,因为类似的HOMO和LUMO能级。低刺激电压2.1 V设备,D, E, 2.2 V B和C的设备被观察到。PHOLED描述结构,低驱动电压性能归因于微不足道的电荷捕获和弱电荷注入壁垒的接口(31日,71年- - - - - -77年]。

7所示。结论

在本文中,我们提出了四个主要元素,可以直接控制的效率铱complex-based PhOLEDs:激子监禁,电荷俘获,掺杂浓度和掺杂剂分子结构。我们已经通过我们的研究证实了主机矩阵HOMO和LUMO能级的掺杂剂水平一方面与相邻的电荷注入层水平的另一方面,是激子的公分母监禁,电荷俘获,掺杂剂浓度、掺杂剂分子strucuture。

我们还展示了激子的影响限制使用CTP主机矩阵掺杂Ir (ppy)₃绿色PhOLEDs。改善电子和孔阻塞的属性PhOLED只改变EML的相邻层的结构ITO / NPB / CTP:红外(ppy)₃/ BAlq Alq₃/生活/ Al ITO / NPB TCTA / CTP:红外(ppy)₃/ Bphen /生活/观察。通过实施这样的配置,我们增加了光视效能从10.82到27.19 (lm / W lm / W,电流效率从21.93 cd / 38.81 cd /同时降低驱动电压6.5 V至4.7 V。

此外,我们表明,电荷陷阱可以通过主机的宽度控制差距与掺杂剂相比,更广泛的能量差会导致更多的电荷俘获效应。与绿色说明掺杂剂红外(ppy)₃和两个不同的主机矩阵CBP Bepp₂。海关与边境保护局以来比Bepp HOMO-LUMO差额₂,我们已经表明,电荷捕获将连续更为重要,基于结果的驱动电压CBP PhOLED Bepp相比6.8 V至5.4 V₂同样的亮度。

掺杂浓度,是紧密相连的收费陷阱被证明是可调最低,一旦能量不匹配将至少减少电荷俘获。这样的一个事实是我们在绿色PhOLEDs的比较研究,证明显示Bepp的最佳掺杂浓度在2%以下₂矩阵掺杂Ir (ppy)₃绿色PhOLEDs。

掺杂剂的分子结构的重要性体现给可能调整HOMO和LUMO掺杂剂的水平。作为回应,这对最终设备的效率产生影响,正如我们前面已经证明通过主机之间的能量差的重要性和掺杂剂lumo和homo能量。

电荷捕获和掺杂浓度是紧密相连的摘要,尽管如此,我们已经表明,掺杂浓度可以减少到最低的电荷俘获本身是减少到最低通过最小化能量水平之间的差异的主机和掺杂剂。

激子的关系约束和电荷俘获可能也是一个焦点,是一个更好的激子拦截器将影响电子和空穴注入,但这应该调整导致效率更高的设备。

总之,我们已经表明,四个主要元素:激子监禁,电荷俘获,掺杂剂浓度、掺杂剂分子结构直接影响了红色和绿色PhOLEDs的性能。这些因素相互依赖和单独主要根据情况。

承认

这项工作是支持的MKE / KEIT研发项目 。