基于螺芳烃与二苯基三嗪的电致发光材料:设计、合成及器件性能

来源 :沈阳化工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:sdnuwjz
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有机发光二极管(Organic Light-Emitting Diodes,OLEDs)具有自发光、亮度高、色彩逼真、响应速度快及可大面积溶液加工等优势,是最新一代的信息显示和固态照明技术。OLED器件发射层一般由主体材料和发射材料构成,刚性分子结构和稳定的光、电化学性质是对二者的共同要求。同时,主体材料具有高的三线态能级,是保证主客体间进行有效能量转移的关键;蓝光发射材料对实现全色彩显示及白光照明,不可或缺。鉴于此,本文选择三维构型的螺[芴-9,9’-氧杂蒽]为供体(Donor,D),与电子传输特征的二苯基三嗪单元为受体(Acceptor,A),分别设计、合成了具有A-D-A和D-A共轭的蓝光发射材料及主体材料。在螺芳环蒽端的2’,7’-位或3’,6’-位,以苯环桥连对称引入二苯基三嗪单元,制备了A-D-A型蓝光发射材料:p TRZSX和m TRZSX。通过基本结构表征、理论模拟、光物理和电化学性质分析,及溶液加工OLED器件性能测试,考察取代位置对材料光电性质及电致发光性能的影响。3’,6’-位修饰的m TRZSX与2’,7’-位修饰的p TRZSX荧光发射峰分别位于379 nm和385 nm,其HOMO/LUMO能级分别为-6.01 e V/-2.61e V和-6.13 e V/-2.80 e V。由于氧杂蒽的2’,7’-位为其氧原子对位,p TRZSX显示相对红移的发射及稍低的能级结构;且两个二苯基三嗪靠近螺环芴端,降低了A-D-A共轭骨架的平面特征,极大地提高了材料溶解性。采用溶液加工方式制备了p TRZSX为发射层的非掺杂OLED器件。电致发光光谱中,除410 nm处的p TRZSX蓝光峰外,在600 nm附近出现了电子传输层与发射层间的电激复合物发光,从而实现了器件的白光发射。这为设计架构简单、单发射层的白光OLEDs器件提供了新的思路。以二苯基三嗪单取代螺[芴-9,9’-氧杂蒽]的2-位、2’-位和3’-位,合成了三种D-A共轭分子:SF-TRZ、SX2’-TRZ和SX3’-TRZ。由于共轭尺寸的缩短三种材料的能隙宽化,三线态能级提升。其中,氧杂蒽端修饰的SX2’-TRZ和SX3’-TRZ,由于氧原子对共轭的阻断效应,其三线态能级分别为2.82 e V和2.86 e V,高于芴端修饰的SFTRZ(2.48 e V)。此外,单晶结构分析表明:氧杂蒽端取代进一步弱化了分子间的聚集作用。因此,选取SX2’-TRZ和SX3’-TRZ为主体材料,延迟荧光性质的4Cz IPN为发射材料,真空蒸镀制备了OLED器件。基于SX2’-TRZ和SX3’-TRZ的热活化延迟荧光OLED器件,最大外量子效率分别达到18.7%和23.0%,二者优异的器件性能主要归因于较高的三线态能级和电子传输单元的引入。由于SX3’-TRZ的二苯基三嗪位于氧原子间位,相对弱化的推拉电子作用提升了三线态能级;而其相对远离芴端的D-A共轭骨架,具有更好的平面特征,促进了载流子在发射层的输运。因此,SX3’-TRZ具有更佳的器件性能表现。螺[芴-9,9’-氧杂蒽]二元化的共轭结构、丰富的修饰位点,结合二苯基三嗪的n-型特点,使该材料体系具有较好的应用潜力。
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