高效热激活延迟荧光材料的设计及器件应用

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热激活延迟荧光(TADF)为实现高效和稳定的有机发光二极管(OLEDs)提供了巨大潜力。然而,关于TADF材料及其器件还存在一些迫切需要解决的问题,本论文的研究重点是解决TADF材料对掺杂浓度敏感,溶液法TADF-OLEDs效率低、滚降大,高性能手性TADF发光材料较少等问题。基于此,设计合成了12种新型TADF发光材料,系统地研究了它们的光电性质后,取得了以下结果:1.TADF蓝光发光材料要同时实现高效率、高亮度和低CIEy值仍然是一个挑战。我们设计和合成了新型基于苯腈的TADF化合物(即2PhCz2CzBn和2tCz2CzBn),它们具有对称和刚性的杂化供体结构。这两种发光材料作为掺杂剂的TADF-OLEDs可以实现超过20%的外量子效率(EQE)和464nm的窄带蓝光发射,且CIEy<0.2。此外,由于2tCz2CzBn分子末端叔丁基的引入,有效削弱非掺杂TADF发光材料中的分子间π-π堆积,显著抑制由自聚集引起的发射淬灭,增强了延迟荧光。基于2tCz2CzBn的非掺杂器件实现了 21.6%的峰值EQE,开启电压低至2.7 V,亮度超过20000 cd m-2,半峰宽为70 nm,CIE色坐标为(0.167,0.248)。2.高效溶液法加工的OLEDs一直发展滞后,亟需开发高效率和可湿法处理的非掺杂TADF材料。在上一章的基础上,采用杂化供体的策略设计合成了两对TADF蓝光同分异构体,实现了高的光致发光量子产量(PLQY)。在分子外围包覆四个叔丁基可以有效地提高分子的溶解度,并同时抑制分子内的振动弛豫和分子间的π-π堆积,减少了分子在固体状态下聚集导致的自淬灭,四种TADF化合物都对掺杂浓度不敏感,2C2TBn在非掺杂薄膜中表现出最大78%的绝对量子产率。基于2C2TBn的发光材料成功实现了真空沉积法和溶液法处理的非掺杂OLEDs,真空沉积法器件获得了超过20%的EQE,溶液法器件表现出当时文献报道最高EQE,达到25.8%。3.具有超厚发光层和简单结构的OLEDs对大面积应用是非常有吸引力的。我们展示了一种基于超厚和非掺杂TADF发光材料的高效稳定有机电致发光器件,该器件发光层厚度超过0.2 μm,TADF化合物(3T2CBN)由多重异咔唑供体组成,扭曲的分子构型和外围叔丁基的包覆作用,导致分子具有高的PLQY和出色的溶解度。基于真空蒸镀的厚度达亚微米级非掺杂TADF-OLEDs表现出20.7%的EQE,且在1000 cd m-2亮度下的效率滚降极低(EQE=18.9%)。更令人注意的是,基于溶液法处理的非掺杂OLEDs中(发光层厚度为0.23 μm),最大EQE高达23.9%,且在1000 cd m-2时EQE仍保持18.4%,这与当时最先进的溶液法TADF-OLEDs相媲美。这些发现为大面积OLEDs的发展做出了一些贡献,代表了 OLEDs产业化的重要进展,也代表了超厚非掺杂发光层的未来趋势。4.为了制造高效的橙红光TADF-OLEDs,基于刚性的二苯并[f,h]吡啶并[2,3-b]喹喔啉(BPQ)受体和9,9-二甲基-9,10-二氢吖啶(Ac)供体,设计合成了一对TADF 同分异构体 3,6,11-triAC-BPQ 和 3,6,12-triAC-BPQ。两种 TADF 材料在薄膜中表现出红光发射,并且具有极小的单线态-三线态能极差(ΔEST),分别为0.10和0.03 eV。与3,6,12-triAC-BPQ稳定的分子内电荷转移(ICT)状态相比,3,6,11-triAC-BPQ由于11号位Ac和10号位N原子之间的分子内H键作用,显示出杂化局域电荷转移激发态(HLCT)的特征。因此,3,6,11-triAC-BPQ的掺杂薄膜具有更高的PLQY值,且基于3,6,11-triAC-BPQ作为掺杂剂的TADF-OLEDs在橙红光区域表现出高达22.0%的EQE。5.能够实现圆偏振发光(CPL)的圆偏振有机发光二极管(CP-OLEDs)在三维显示和光子应用中很有前景。然而,CP-OLEDs的器件效率和CPL特性仍然落后于实际需求。在此,通过融合(R/S)-八氢萘手性源、二苯基喹喔啉(DQ)/二苯并[a,c]酚嗪(DP)受体和吩噁嗪(PXZ)供体,报道了两对轴手性对映体,(R/S)-ODQPXZ和(R/S)-ODPPXZ。扭曲的供受体结构赋予了它们TADF的特性,(R/S)-ODQPXZ和(R/S)-ODPPXZ分别具有小的ΔEST,分别为0.16和0.07eV,在掺杂的薄膜中分别显示出高达92%和89%的PLQY值,以及明显的镜像CPL特性。基于这些TADF对映体的CP-OLEDs不仅显示了超高的EQE,(R/S)-ODQPXZ的最大EQE为28.3%,(R/S)-ODPPXZ的最大EQE为20.3%,而且电致发光不对称因子(gEL)分别高达6.0×10-4和2.4×10-3。刚性TADF骨架和手性源的协同作用赋予了(R/S)-ODPPXZ的高效率和更强的CPL发射。
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