基于喹啉并[3,2,1-de]吖啶-5,9-二酮的窄谱带有机发光分子的设计与合成

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有机发光二极管(OLEDs)在显示和照明领域已经获得极大的关注。然而由于有机分子基态与激发态之间固有的振动耦合以及激发态的结构弛豫等问题,已经商业化的材料仍然存在相对较宽的半峰宽(Full Width at Half-Maximum,FWHM)。为了满足视觉逼真度的要求,必须采用滤光片或光学微腔等技术在器件中切除电致发光光谱的边缘区域来提高色纯度,但这样不仅会增加OLEDs制备的成本,还会造成严重的能量损失和外量子效率(External Quantum Efficiency,EQE)降低,限制了OLEDs的实际应用。对高色纯度和高分辨率的平板显示而言,具有窄FWHM的发光分子至关重要。近年来,多重共振(Multiple Resonance,MR)分子得到了人们的广泛关注。这类分子通常利用硼原子和氮原子的多重共振效应有效抑制了分子的振动弛豫,并且分子的刚性结构使得分子的振动、转动等活动得到了抑制,从而得到比较窄的半峰宽(FWHM<50nm)。但是由于含硼、氮的多重共振的热激活延迟荧光(Multiple Resonance-Thermally Activated Delayed Fluorescence,MR-TADF)分子独特的分子结构,使得其分子的研究体系过于单一,分子的种类较少,合成较为困难(需要使用大量的锂试剂),不利于MR-TADF分子的研究与拓展。所以,本论文旨在开发出具有窄光谱性质的新型分子体系,拓宽MR-TADF分子的设计策略和体系。本论文主要的内容有以下的几个部分:1.以喹啉并[3,2,1-de]吖啶-5,9-二酮(QAO)为受体,以3,6-二叔丁基咔唑为给体,得到了具有D-A结构的蓝光分子DBCQAO。光物理实验表明引入给电子基团可以显著抑制分子的振动,降低分子的重组能获得窄带的蓝光发射。进一步将QAO的6号位和7号位相连接,设计合成了刚性更大,更加平面化的深蓝光分子DBIAD,其在甲苯溶液中的发射峰位于422 nm,FWHM为20 nm。光物理实验结合理论计算表明增加分子的刚性,可以有效抑制分子的面面振动等低频振动和C-C/C-N单键的伸缩振动等高频振动,降低分子在基态到激发态的核位移,降低重组能,从而获得窄带发射。DBIAD和DBCQAO同时在分子外围引入两个叔丁基来减弱分子间的相互作用,还能够抑制分子的聚集淬灭,提高分子的荧光量子产率。QAO、DBIAD和DBCQAO的固态发光效率分别为44%、66%、56%。基于DBIAD和DBCQAO掺杂器件的电致发光峰位分别位于458 nm和467 nm,FHWM分别为51 nm和52 nm,CIE坐标分别为(0.16,0.17)和(0.16,0.25),EQE分别为4.0%和9.0%。2.在前一章的工作基础上,将给体3,6-二叔丁基咔唑分别更换为N-苯基咔唑、三苯胺和10-苯基-10H-吩噻嗪,设计合成了窄带发射的化合物PDBQAO、DBTQAO和PTBQAO。光物理实验结合理论计算表明改变给体的给电子能力形成不同的分子内电荷转移(CT)激发态,不但有利于电子的自旋翻转,还能够抑制结构弛豫获得较小半峰宽的蓝绿光发射。PDBQAO、DBTQAO和PTBQAO在甲苯溶液中的发射峰分别位于480nm、528 nm和480 nm,FWHM分别为26 nm、62 nm和30 nm,固态发光效率分别为63%、56%和45%。基于分子PDBQAO的掺杂器件表现出最窄的发射光谱,电致发光峰位为492 nm,FWHM仅为32 nm。CIE坐标为(0.15,0.45),EQE为3.0%。
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