Мельников С. О. Використання ефекту сповільненої флуоресценції для підвищення ефективності органічних світлодіодів

Дисертаційна робота присвячена підвищенню ефективності OLED-структур на основі термічно-активованої сповільненої флуоресценції, пошуку нових та перспективних органічних напівпровідникових матеріалів для формування ексиплексоутворювальних TADF-структур в OLED та органічних лазерах. У першому розділі проведено аналіз механізму утворення термічно-активованої сповільненої флуоресценції (TADF) в ексиплексоутворюючих системах. Підтверджено актуальність та практичну цінність органічних TADF-матеріалів з точки зору застосування їх в OLED-структурах. Розглянуто нові підходи у використанні органічних напівпровідникових матеріалів в якості активного середовища підсилення лазерів із розподіленим зворотнім зв’язком (РЗЗ). У другому розділі досліджено новосинтезований органічний напівпровідник 4-етил-3,5-біс[40-(N,N-дифеніламін)біфеніл-4-іл]-4Н-1,2,4-тріазол (TPA-TZ). За допомогою термогравіметричного аналізу TPA-TZ встановлено температуру плавлення та температуру склування, що становили 173 ºC та 68 ºC відповідно. Значення температури кристалізації не було зафіксовано, що свідчить про перехід матеріалу з фази розплаву до твердого стану. Значення потенціалу іонізації (IP) та спорідненості до електрона (EA) були оцінені за початком перших потенціалів окиснення та відновлення після та становили 5,49 та 3,14 еВ відповідно. За спектрами фотолюмінесценції та фосфоресценції оцінено енергії першого синглетного S1 = 3,12 еВ і триплетного T1 = 2,63 еВ збуджених станів, що добре узгоджуються з результатами теоретичних розрахунків TD DFT. Встановлено, що міжмолекулярний ексиплекс на основі донорної новосинтезованої сполуки TPA-TZ з акцепторною складовою на основі PO-T2T характеризуються часами затухання фотолюмінесценції довготривалою (τDF=5,2 мкс) складовою, що підтверджує наявність TADF-ефекту. На основі органічного напівпровідника TPA –TZ сформовано OLED-структуру з електролюмінесценцією блакитного кольору із залежними від прикладеної напргуи колірними координатами CIE1931: (0.20, 0.17) при 8 В і (0.20, 0.23) при 14 В. Максимальна зовнішня квантову ефективність пристрою становила 3.5 %, а максимальну яскравість - 8400 кд/м2 при 13 В. Також на основі міжмолекулярної ексиплексоутворювальної системи TPA-TZ:PO-T2T сформовано багатошарову світловипромінювальну гетероструктуру із колірними координатами (0.31, 0.48). OLED-пристрій продемонстрував яскравість 3995 кд/м2 і зовнішню квантову ефективність 7% при 10 В. У третьому розділі наведено результати дослідження трьох новосинтезованих органічних карбазоловмісних напівпровідників 2tCzPy. У даних сполуках енергетичне положення першого триплетного (T1) рівня енергії є близьким до значення 3 еВ, тоді як положення синглетних рівнів енергії S1 змінюються від з 3,3 до 3,17 еВ. У результаті синглет-триплетне розщеплення (ΔEST) сполук зменшилися з 0,25 еВ для 2tCzPy до 0,14 еВ для 4tCzPy. На основі даних матеріалів шляхом поєднання електролюмінесценції екситонного, експилексного та ексимерного типу створено повноколірні OLED-структури з близькими до природнього білого світла координатами (0.31, 0.35), (0.32, 0.34) та (0.38, 0.34), максимальною яскравістю 10000 кд/м2 та зовнішньою квантовою ефективністю від 5% до 7%. У четвертому розділі досліджено та запропоновано нові активні середовища підсилення для лазерів із розподіленим зворотнім зв’язком на основі новосинтезованих органічних напівпровідників. Досліджено вплив концентраційної флуоресцентної домішки на параметри генерації. Отримано генерацію лазерного випромінювання з використанням новосинтезованого матеріалу DG-21 на довжині хвилі 545 нм при енергії накачки 686 нДж імпульсним лазером із довжиною хвилі випромінювання 447 нм та тривалістю імпульсів від 40 до 90 нс.