以氮杂环为受体的热活化延迟荧光材料的合成及其光电性能研究

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有机电致发光二极管(OLED)近三十年的发展揭示了其在新型显示和照明领域的巨大应用前景。发光材料是OLED的技术核心,历经传统荧光材料到重金属磷光材料的发展,热活化延迟荧光(TADF)材料已经成为最具有发展潜力的第三代发光材料。TADF材料可以使三重态激子经反向系间窜越(RISC)过程转变为单重态激子进而辐射跃迁发光,相应的OLED器件可达到100%的激子利用率。TADF材料需要有足够小的单三重态能级差(ΔEST)来达到高效的反向系间窜越速率,同时又要有高的单重态辐射跃迁速率来保证高的荧光量子产率(PLQY);然而,前者需要分子前线轨道分离,后者要求分子前线轨道有一定重叠。迄今为止,能够满足这一矛盾的分子设计要求的TADF材料仍不够多。本论文针对这一问题,合成了一系列以氮杂环为受体的高效TADF材料,并通过分子设计将发光光谱从绿光调至深红光,为高效的非掺杂OLED的TADF材料设计以及深红光TADF材料设计提供了一些新的思路。第一章介绍了有机电致发光的研究背景、发展历史、发光原理、器件构成和性能评价指标等,然后重点介绍了蒸镀型和旋涂型TADF材料的发展,最后阐述了本论文的设计思想。第二章以吡啶酮为受体、吖啶为给体构建了两个绿光TADF材料PyB-DMAC和PyB-DPAC,扭曲的分子结构使二者均同时具有TADF和聚集诱导发光(AIE)性质。苯基取代的吖啶为给体时,其较大的分子量和刚性使PyB-DPAC具有更好的热稳定性和更高的PLQY。基于PyB-DPAC的非掺杂OLED中,蒸镀型器件获得了9.7%的最大外量子效率(EQE),且在1000 cd/m2的亮度下EQE依然高达9.0%,效率滚降仅为1.7%。而旋涂型器件最大EQE可达11.1%,这在小分子旋涂型非掺杂器件中是相当出色的。第三章在上一章的基础上增加氮杂环数目以增大共轭平面和分子刚性,以含两个氮杂环的萘啶或氰基萘啶为受体、二甲基吖啶为给体构建了两个橙黄光TADF材料ND-AC和CND-AC。近乎正交的分子构型使二者既具有明显的TADF性质又赋予它们出色的AIE性能。受体上氰基的引入使CND-AC的发射红移,但能隙的减小大大降低了发光效率。最终,基于材料ND-AC的掺杂OLED最大EQE为16.8%,而基于其的非掺杂器件最大EQE也高达12.0%,为黄光非掺杂器件的最高值之一第四章在上两章的基础上进一步增大氮杂环的数目、共轭程度和分子刚性,以六氮杂三萘为受体、咔唑衍生物为给体构建了两个深红光TADF材料HATNA-tCz和HATNA-tPCz。在咔唑外围增加苯基既可以增加其给电子能力,又能减少分子前线轨道交叠,使HATNA-tPCz拥有更红的发射和更优异的电学性能。基于HATNA-tPCz的旋涂型器件的最大EQE达4.8%,电致发光峰值为692 nm,是目前报道的旋涂型深红光器件的效率最高值之一。
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