噴墨打印熱活化延遲熒光（TADF）發(fā)射層制備柔性TADF OLED

2023-08-04 10:49 睿度光電RUIDU

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昆士蘭科技大學(xué)化學(xué)與物理學(xué)院材料科學(xué)中心Christopher Barner-Kowollik教授、Soniya D. Yambem副教授，及其團隊將熱激活延遲熒光（TADF）作為發(fā)射層，使用MicroFab Jetlab 4xl噴墨打印系統(tǒng)將其應(yīng)用在柔性噴墨印刷OLED中。制備的OLED的峰值發(fā)射為502nm，**亮度接近9600 cd m^?2，使用聚合物TADF的柔性O(shè)LED其**亮度超過2000 cd m^?2。研究結(jié)果證明了噴墨打印技術(shù)在OLED中的潛在應(yīng)用，為簡化噴墨打印TADF OLED的制造做出了重要貢獻，并為大規(guī)模制造柔性TADF OLED奠定了基礎(chǔ)。

介紹

OLED近年迅速發(fā)展成為最有前途的顯示技術(shù)之一，應(yīng)用在各種小型便攜式設(shè)備和大型電視顯示，在可穿戴虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實設(shè)備中的應(yīng)用也正在興起。目前已處于具有熱激活延遲熒光（TADF）發(fā)射器的第三代OLED，主要制造方法是使用真空沉積技術(shù)簡單地層疊功能材料來實現(xiàn)高效率的TADF OLED，但材料損失過大且尺寸受限。

▲ 圖1 A）D3P-CEC的化學(xué)結(jié)構(gòu)；B）D3P-CEC的吸收和光致發(fā)光（PL）光譜；C）OLED器件結(jié)構(gòu)。

Soniya D. Yambem團隊研究了一種具有完全溶液處理有機層的柔性噴墨打印TADF OLED，如圖1所示。采用自承載TADF聚合物發(fā)射器作為發(fā)光層，使用帶有50μm噴頭的壓電式按需噴墨打印系統(tǒng)（MicroFab Jetlab 4xl）進行膜層制備。苯甲醚中的D3P-CEC使用雙極梯形波形打?。▓D2）。由該雙極性波形產(chǎn)生的液滴體積為14±1pL，直徑為30±1μm，并以2.2±0.2m/s的速度下降（打印液滴的頻閃圖像如圖2）。

▲ 圖2 A）用于打印D3P-CEC的梯形波形；B）用A）中的梯形波形打印的D3P-CEC油墨的頻閃圖像（10μm間隔）。

在ITO/PEDOT:PSS薄膜上以5、15和30mm/s的打印速度打印液滴間距為70×70μm（x×y方向，打印機首先沿x方向打?。┑年嚵校▓D3A–C）。共聚焦熒光圖像顯示三個樣品中都有明顯的水平線（圖3A-C）。通過觸針式輪廓儀測量三個樣品表面輪廓如圖3G所示。三個樣品輪廓儀測量提取的Rq值分別為6.04、12.12和6.19nm 。然而，原子力顯微鏡（AFM）對三個樣品薄膜的5×5μm小切片（圖3A-C）成像時，AFM Rq值分別為0.34、0.36和0.40nm。結(jié)果表明雖然噴墨打印制備的薄膜由于單個線在垂直方向上干燥而具有凸起的邊緣（如共聚焦顯微鏡圖像所示），但這些凸起邊緣之間的干燥薄膜的均勻性是有希望做到的，是適用于OLED的。

▲ 圖3 在不同間距和速度下打印的ITO/PEDOT:PSS上噴墨打印的D3P-CEC膜的共聚焦顯微鏡圖像。

圖3C，F(xiàn)比較以30mm/s 速度打印的陣列液滴間距分別為70×70μm和50×50μm，結(jié)果顯示間距越小，均勻性越差。圖3B,E比較以以15mm s^?1速度打印的陣列液滴間距分別為70×70μm和70×50μm，結(jié)果顯示，70×50μm的印刷更均勻，凸起的線條邊緣更少。圖2D顯示了以12.5mm s^?1的速度打印的70×50μm間距的陣列，打印速度降低導(dǎo)致均勻性的進一步改善，制備了最光滑的薄膜。

▲ 圖4 噴墨打印EML的D3P-CEC柔性O(shè)LED的特性。

為了證明D3P-CEC作為噴墨打印OLED發(fā)射器的多功能性，在聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）基材上制造了柔性O(shè)LED。柔性O(shè)LED與在玻璃上制造的OLED具有相同的結(jié)構(gòu)。柔性O(shè)LED使用了相同的噴墨打印打印參數(shù)。由于在ITO/PEDOT:PSS上對兩種基材進行了印刷，因此由于基材的原因，預(yù)計薄膜不會發(fā)生顯著變化。圖43A顯示了柔性噴墨打印OLED的照片。即使在應(yīng)變下，OLED也能明顯地均勻發(fā)光。當OLED向相反方向彎曲時，發(fā)射均勻性也沒有明顯變化（如圖5所示）。柔性O(shè)LED的IVL、電流效率和EQE特性分別如圖34B、C所示。雖然與玻璃基材上噴墨打印的印刷OLED相比，柔性噴墨打印的印刷OLED表現(xiàn)出較低的效率，但其亮度達到了2000 cd m^?2以上。

▲ 圖5 柔性噴墨打印OLED在一個OLED像素打開的情況下向不同方向彎曲和扭曲。

結(jié)論

研究證明了TADF聚合物D3P-CEC作為OLED中的發(fā)射層，可使用MicroFab Jetlab 4xl噴墨打印系統(tǒng)優(yōu)化打印參數(shù)后，進行均勻膜層的制備，具有**低的粗糙度值。噴墨打印技術(shù)與傳統(tǒng)方式相比使用更少的材料，有更快的工作效率，為TADF OLED的制備做出了重要貢獻，并為大規(guī)模制造柔性TADF OLED奠定了基礎(chǔ)。

參考文獻：

[1] Cole, C. M., Kunz, S. V., Baumann, T., Blinco, J. P., Sonar, P., Barner-Kowollik, C., Yambem, S. D., Flexible Ink-Jet Printed Polymer Light-Emitting Diodes using a Self-Hosted Non-Conjugated TADF Polymer[J]. Macromol. Rapid Commun. 2023, 44, 2300015.