论文部分内容阅读
在当今的显示与照明领域中,有机电致发光器件（OLED）已经成为集可自主发光,可弯曲,低能耗,全视角,亮度高,制作简单等诸多优点于一身的新一代佼佼者。OLED已经开始实现工业化生产,大到七十寸的电视,小到不足一寸的智能手环显示屏,搭载OLED的新产品层出不穷。虽然OLED的可弯曲特性使得显示领域涌现出了比以往更多的概念化方案与产品,但研发过程中仍然存在一些亟待解决的问题。目前,如何提高OLED材料的效率以及降低生产成本成为了相关研究人员的主要突破目标。传统荧光分子在电激发下会产生25%的单线态激子与75%的三线态激子,由于三线态激发态与基态之间存在跃迁禁阻,这使得大量处于激发态的三重态激子被浪费掉,因此使用传统荧光分子制备而成的OLED器件其内量子效率（IQE）上限只有25%。为解决荧光分子材料发光效率低的问题,相关领域研究人员始终致力于研发新型发光材料来提升发光效率。主要途径分别为:1)直接利用三线态激子的发光提高效率的材料体系,如磷光材料体系;2)利用三线态转化为单线态提高发光效率的材料体系,如热活化延迟荧光（TADF）、三线态-三线态淬灭（TTA）以及杂化局域电荷转移激发态（HLCT,或被称为热激子）材料体系;3)利用三线态激子与极化子相互作用从而产生新的单线态激子（TPI）的材料体系。以上几种体系对分子发光效率具有提升的作用,由于磷光分子的合成需要利用价格昂贵的重金属作为原料,并且重金属在地球上的存储量较为稀少,因此磷光材料体系仍然具有价格昂贵的缺点,但TADF,TTA,HLCT以及TPI材料可以通过相对较低的价格来获得以降低制造成本。除了利用传统闭壳分子进行OLED的研发,在2015年,我们组内提出了利用激发中性稳定自由基产生双线态激子进而发生辐射跃迁而发光的新型OLED发光材料体系。无论是传统荧光分子材料或是TADF,TTA,HLCT等材料其发光机制均围绕单线态与三线态相关的激发态返回基态产生的辐射跃迁进行研究,其核心是三线态激子的利用,但三线态到基态的跃迁通常为禁阻跃迁。而有机中性自由基分子为开壳分子,这种开壳分子的最外层只有一个未成对电子,其基态为双线态D0。当分子受到激发后,这个单电子轨道内层成对电子会受激跃迁到单电子的轨道上,在该轨道上形成成对电子,而其原来所在的轨道在跃迁之后变成了单电子轨道,此时所形成的激发态称之为双线态D1,由于双线态激发态向双线态基态的跃迁并不存在跃迁禁阻,其理论内量子效率上限可以达到100%。由于大部分有机自由基分子在室温下很难稳定存在,而能够在室温下稳定发光的自由基分子则更为稀少。目前为止,已发表的可以制备OLED的中性稳定自由基,主要围绕对三苯甲基自由基（TTM）为核心以及我组内近期发表的以二苯甲基自由基（BTM）为核心的自由基分子进行修饰与调整而制备的中性稳定自由基分子,而这两个体系的中性稳定自由基分子其发光范围主要为红光至近红外光。由于红光区至近红外发射区的荧光分子制备的OLED通常随发射波长增大而器件外量子效率（EQE）降低,传统荧光分子很难获得高的荧光量子效率。中性稳定自由基分子在受激发后的辐射跃迁不受到跃迁禁阻的限制,具有理论内量子效率上限100%的可能,因此我们可以利用这一特性,将稳定中性自由基分子作为敏化剂对本身效率较低的传统荧光分子进行敏化,得到具有较高效率的荧光OLED。本文进行了如下的工作:我们选定了室温下稳定且发光的中性自由基分子TTM-1Cz作为双线态敏化系统中的能量给体,其中在发光层结构为αHTTM-1Cz:2.5wt%TTM-1Cz的掺杂浓度器件中EL发射峰为668nm,EQE高达10.5%,根据其发射峰波长选择吸收峰与TTM-1Cz发射峰重叠的传统荧光分子2,4-双[4-（N,N-二异丁基氨基）-2,6-二羟基苯基]方酸菁（SQ）以及2-[4-（N-丁基-N-苯基氨基）-2,6-二羟基苯基]-4-[（4-（N-丁基-N-苯基氨基）-2,6-二羟基苯基）-2,5-二烯-1-亚基]-3-氧代环-1-烯-1-醇钠（SQ-BP）作为为能量受体,能量给受体间发生Forster能量转移,其中以SQ为受体的OLED中SQ掺杂浓度为1%时,EL发射峰为672nm,EQE为6.93%;以SQ-BP为受体的OLED中SQ-BP掺杂浓度为2%时,EL发射峰为680nm,EQE为8.12%。这种敏化方式使得传统荧光材料体系的器件在性能上得到了很大的提升,并且这两种敏化结构均在深红光区非磷光材料体系中达到了较高的EQE。这种通过在传统荧光分子材料中掺杂具有双线态辐射跃迁特性的中性稳定自由基材料的方法,成为了一种可以显著提升传统荧光分子材料OLED器件性能的新途径。