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聚合物电致发光器件(PLEDs)由于低成本的溶液加工制备方法和高的器件性能等优势(例如:低功耗、宽视角、高亮度及好的对比度等)成为极具发展前景的下一代平板显示和照明技术。目前PLEDs的发光效率和寿命仍然很低,提升PLEDs的效率和寿命成为当今急需解决的问题。研究表明,界面修饰是实现PLEDs性能提升的重要手段。本论文以PLEDs的界面修饰为研究对象,分别针对阳极和阴极界面存在的问题开展了系列研究工作,取得了以下研究成果。
1.首次将绝缘性的氟代-聚酰亚胺(F-PI)用作PEDOT:PSS和发光层之间的界面缓冲层从而提升器件性能。F-PI材料的特殊溶解性(易溶于四氢呋喃,不溶于甲苯)解决了顺次旋涂多层膜时的互溶问题。与参比器件相比,F-PI修饰层的使用使得器件的电流效率和功率效率分别增加了1.1和4.7倍,器件寿命提高3倍左右。研究表明,PEDOT:PSS和F-PI修饰分子的相互作用使得器件的空穴注入势垒降低。F-PI对表层PEDOT:PSS的作用使得PEDOT:PSS层整体形成了阶梯式的离化势能级结构,继而改善了空穴注入。此外,位于PEDOT:PSS表层的绝缘宽带隙F-PI通过阻挡电子形成的界面空间电场,进一步改善了空穴在此界面处的注入情况。
2.采用XPS和UPS对水/醇溶解性的磷酸酯聚芴PF-EP结合金属Al电极实现有效电子注入的机理进行了研究。结果表明,磷酸酯极性基团在PF-EP/Al界面处的有利偶极和磷酸酯基团与热蒸镀铝原子的原位配位键合是实现PF-EP/Al高效电子注入的本质因为。器件光伏表征进一步说明PF-EP/Al的有效功函低于Ba/Al和Ca/Al,因此具有更有效的电子注入。基于PF-EP/Al阴极结构的有效电子注入和阴极侧激子淬灭抑制的双重功能,绿光聚芴的器件效率从12.5 cd/A(Ba/Al为阴极),7.8 cd/A(Ca/Al为阴极)提升至15.0 cd/A。
3.开发出PF-EP/LiF/Al新型高效的电子注入复合阴极。新阴极的电子注入电流是PF-EP/Al阴极的103～105倍。研究表明,与PF-EP/Al阴极结构相比,PF-EP/LiF/Al新阴极更高效的电子注入能力,使得实际器件中完全消除了PF-EP自身的蓝光发射,因此PF-EP/LiF/Al成为具有普适性的高效电子注入/传输层。将PF-EP/LiF/Al用作新型红光聚合物材料PF1RO的器件阴极获得了器件性能的明显提升。例如,在不影响器件EL光谱的前提下,器件的最大发光效率从采用Ca/Al阴极时的5.0cd/A提升至8.3 cd/A,这是目前基于红光磷光聚合物材料中器件性能最高的结果之一。
4.以PF-EP/IAF/Al为三色白光高分子WP-B5G5R2的器件阴极,我们制备得到了低驱动电压和高器件效率的聚合物白光电致发光器件。WP-B5G5R2白光器件的最大外量子效率,电流效率和功率效率分别达到6.7％,15.4 cd/A和11.4 lm/W(对应亮度为347 cd/m2,色坐标为(0.37,0.42),显色指数为85)。此外器件具有单一白光高分子典型的光谱稳定性。由于PF-EP/LiF/Al高效电子注入的因为,器件具有十分低的驱动电压。例如,亮度为1000 cd/m2,10000 cd/m2和46830 cd/m2时的电压分别为4.5 V,5.4.V和7.5 V。进一步研究发现,与传统Ca/Al阴极相比,新型阴极在提升单一白光高分子器件性能的同时,逋过干涉效应对其EL光谱产生了影响。通过干涉效应的控制,我们在优化器件白光光谱的同时进一步提升了器件性能,WP-B5G2R2白光器件的最大外量子效率,电流效率和功率效率分别达到7.8％,16.6 cd/A和16.1 lm/W(对应亮度为300cd/m2,色坐标为(0.34,0.38),显色指数为88)。这是目前基于单一白光高分子白光器件的最高器件性能结果。