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有机电致发光器件(Organic Light Emitting Diode,OLED)因宽视角、超薄、柔性等独特的性能,成为照明和显示领域的研究热点。相对于昂贵的磷光材料,有机小分子发光材料具有易合成,价格低廉、光色可调等优势。但传统的小分子材料由于自旋禁阻效应只有占25%的单线态激子参与发光,其激子利用率(Exciton Utilization Efficiency,EUE)理论极限值为25%,器件的外量子效率(External Quantum Efficiency,EQE)极限值只有5%。所以,如何提高小分子材料的激子利用率达100%,改善器件的发光效率是目前急需解决的问题之一。具有杂化局域电子-电荷转移激发态(Hybridized Local and Charge-Transfer,HLCT)材料,这种特殊的激发态中的局域电子(Locally Excited,LE)可有效地提高材料的荧光量子产量,同时其电荷转移激发态(Charge Transfer,CT)可以降低激子束缚能,实现三线态到单线态的反系间窜越(Reverse Intersystem-Crossing,RISC)过程,使三线态激子参与发光,达到理论上100%的EUE,突破传统器件5%的EQE限制。基于此,本论文以三苯胺为给体,蒽为受体,设计、合成了一系列新型HLCT蓝色和橙、红色小分子发光材料,并对其激发态性质进行研究,最终实现了其在高效OLED中的应用。本论文的主要研究内容如下:(1)蓝光材料是实现全彩色显示和白光照明不可缺少的元素,但是由于宽的光学带隙,其发展较为缓慢,且性能优异的蓝光材料极其短缺,基于此,本论文以三苯胺(Triphenylamine,TPA)为给体(Donor,D),蒽及其衍生物为受体(Acceptor,A)基团,设计合成了D-A结构的蓝色荧光材料4-(10-(萘-2-基)蒽-9-基)-N,N-二苯基苯胺(TPA-AN-NA)和N,N-二苯基-4-(10-(3,4,5-三氟苯基)蒽-9-基)苯胺(TPA-AN-TFP),对这两种材料的光物理性能、激发态性质以及电致发光特性进行表征。TPA-AN-NA和TPA-AN-TFP在薄膜状态下的最大发射峰位于468和471nm处,为蓝光发射。两个分子的激发态均表现为HLCT激发态性质。以TPA-AN-NA和TPA-AN-TFP作为发光层制备了蓝光OLED器件,其中:以TPA-AN-NA作为发光层制备的掺杂蓝光OLED器件性能最为优异,其电致发光(Electroluminescence,EL)光谱的最大发射峰位于468 nm,对应的色坐标(Commission International de L′Eclairage,CIE)为(0.14,0.16),最大外量子效率为5.44%,超过了传统荧光OLED器件EQE为5%的理论值,通过计算得出激子利用率为56.58%,突破了传统荧光材料25%单线态激子比率的理论极限,表明三线态激子可以通过上转换过程回到单线态从而参与发光。(2)红光有机小分子材料在分子结构设计时,为了获得长波段的发光,通常需要引入共轭的刚性基团,这些基团的引入使材料在聚集态时非辐射跃迁增强,发生荧光淬灭(Aggregation-Caused Quenching,ACQ),所以红光材料只能掺杂在主体材料中来使用,基于此,本文设计并合成了一系类具有聚集诱导荧光增强效应(Aggregation-Induced Emission,AIE)的红光材料,并将其应用到非掺杂的OLED器件中。在TPA和AN的基础上,引入强吸电子基团苯并噻二唑(Benzothiadiazole,BT)作为A基团,通过调控D、A基团之间的连接方式,设计合成了四种D-A和D-A-D结构的具有AIE效应的橙红光和红光材料4-(7-(10-(萘-2-基)蒽-9-基)苯并[c][1,2,5]噻二唑-4-基)-N,N-二苯基苯胺(TPA-BT-AN-NA,TBAN),4,4’-(苯并[c][1,2,5]噻二唑-4,7-二基)双(N,N-二苯基苯胺)(TPA-BT-TPA,TBT),4-(7-(10-(4-(二苯基氨基)苯基)蒽-9-基)苯并[c][1,2,5]噻二唑-4-基)-N,N-二苯基苯胺(TPA-BT-AN-TPA,TBAT)和4,4’-(苯并[c][1,2,5]噻二唑-4,7-二基双(蒽-10,9-二基))双(N,N-二苯基苯胺)(TPA-AN-BT-AN-TPA,TABAT),并对这四个材料的光物理性能、激发态性能、聚集态发光性质和光电特性进行了表征,研究了分子结构对材料激发态性质的影响。研究发现,TBAN,TBT,TBAT和TABAT在二氯甲烷溶液中的PL光谱的最大发射峰分别位于615,656,615和607 nm处;其中红光材料TBT在低极性溶剂中LE激发态占主导,高极性溶剂中CT激发态占主导,中等极性溶剂中表现为HLCT态。以TBAN,TBT,TBAT和TABAT作为发光层分别制备了掺杂和非掺杂的OLED器件,由于发光层材料具有AIE性质,非掺杂器件的性能均优于掺杂器件。以TBAN作为发光层制备的非掺杂器件性能最优,其EL光谱的最大发射峰位于596nm,CIE为(0.48,0.51),启亮电压为2.7 V,最大亮度为74820 cd/m~2,EQE为5.64%,超过了传统荧光材料5%的理论值,而且器件效率稳定,在10000 cd/m~2的亮度下,效率滚降只有1.8%。