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喷墨打印热活化延迟荧光(TADF)发射层制备柔性TADF OLED

2025年12月11日 08:18:17      来源:上海睿度光电科技有限公司 >> 进入该公司展台      阅读量:4

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昆士兰科技大学化学与物理学院材料科学中心Christopher Barner-Kowollik教授、Soniya D. Yambem副教授,及其团队将热激活延迟荧光(TADF)作为发射层,使用MicroFab Jetlab 4xl喷墨打印系统将其应用在柔性喷墨印刷OLED中。制备的OLED的峰值发射为502nm,亮度可接近9600 cd m−2,使用聚合物TADF的柔性OLED其亮度可超过2000 cd m−2。研究结果证明了喷墨打印技术在OLED中的潜在应用,为简化喷墨打印TADF OLED的制造做出了重要贡献,并为大规模制造柔性TADF OLED奠定了基础。


介绍

OLED近年迅速发展成为有前途的显示技术之一,应用在各种小型便携式设备和大型电视显示,在可穿戴虚拟现实和增强现实设备中的应用也正在兴起。目前已处于具有热激活延迟荧光(TADF)发射器的第三代OLED,主要制造方法是使用真空沉积技术简单地层叠功能材料来实现高效率的TADF OLED,但材料损失过大且尺寸受限。


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▲ 图1  A)D3P-CEC的化学结构;B)D3P-CEC的吸收和光致发光(PL)光谱;C)OLED器件结构。

Soniya D. Yambem团队研究了一种具有溶液处理有机层的柔性喷墨打印TADF OLED,如图1所示。采用自承载TADF聚合物发射器作为发光层,使用带有50μm喷头的压电式按需喷墨打印系统(MicroFab Jetlab 4xl)进行膜层制备。苯甲醚中的D3P-CEC使用双极梯形波形打印(图2)。由该双极性波形产生的液滴体积为14±1pL,直径为30±1μm,并以2.2±0.2m/s的速度下降(打印液滴的频闪图像如图2)。

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▲ 图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油墨的频闪图像(10μm间隔)。

在ITO/PEDOT:PSS薄膜上以5、15和30mm/s的打印速度打印液滴间距为70×70µm(x×y方向,打印机首先沿x方向打印)的阵列(图3A–C)。共聚焦荧光图像显示三个样品中都有明显的水平线(图3A-C)。通过触针式轮廓仪测量三个样品表面轮廓如图3G所示。三个样品轮廓仪测量提取的Rq值分别为6.04、12.12和6.19nm 。然而,原子力显微镜(AFM)对三个样品薄膜的5×5μm小切片(图3A-C)成像时,AFM Rq值分别为0.34、0.36和0.40nm。结果表明虽然喷墨打印制备的薄膜由于单个线在垂直方向上干燥而具有凸起的边缘(如共聚焦显微镜图像所示),但这些凸起边缘之间的干燥薄膜的均匀性是有希望做到的,是适用于OLED的。

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▲ 图3 在不同间距和速度下打印的ITO/PEDOT:PSS上喷墨打印的D3P-CEC膜的共聚焦显微镜图像。

图3C,F比较以30mm/s 速度打印的阵列液滴间距分别为70×70μm和50×50μm,结果显示间距越小,均匀性越差。图3B,E比较以以15mm s−1速度打印的阵列液滴间距分别为70×70μm和70×50μm,结果显示,70×50μm的印刷更均匀,凸起的线条边缘更少。图2D显示了以12.5mm s−1的速度打印的70×50μm间距的阵列,打印速度降低导致均匀性的进一步改善,制备了光滑的薄膜。

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▲ 图4 喷墨打印EML的D3P-CEC柔性OLED的特性。

为了证明D3P-CEC作为喷墨打印OLED发射器的多功能性,在聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)基材上制造了柔性OLED。柔性OLED与在玻璃上制造的OLED具有相同的结构。柔性OLED使用了相同的喷墨打印打印参数。由于在ITO/PEDOT:PSS上对两种基材进行了印刷,因此由于基材的原因,预计薄膜不会发生显著变化。图43A显示了柔性喷墨打印OLED的照片。即使在应变下,OLED也能明显地均匀发光。当OLED向相反方向弯曲时,发射均匀性也没有明显变化(如图5所示)。柔性OLED的IVL、电流效率和EQE特性分别如图34B、C所示。虽然与玻璃基材上喷墨打印的印刷OLED相比,柔性喷墨打印的印刷OLED表现出较低的效率,但其亮度达到了2000 cd m−2以上。

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▲ 图5 柔性喷墨打印OLED在一个OLED像素打开的情况下向不同方向弯曲和扭曲。

结论

研究证明了TADF聚合物D3P-CEC作为OLED中的发射层,可使用MicroFab Jetlab 4xl喷墨打印系统优化打印参数后,进行均匀膜层的制备,具有低的粗糙度值。喷墨打印技术与传统方式相比使用更少的材料,有更快的工作效率,为TADF OLED的制备做出了重要贡献,并为大规模制造柔性TADF OLED奠定了基础。


参考文献:

[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.


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