延迟荧光敏化型磷光铱配合物的合成与光电性能研究

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有机电致发光二极管(OLED)近三十年来受到了学术界和产业界的广泛关注,在新一代的平面显示和固态照明领域具有很大的商业潜力。重金属磷光铱配合物被普遍认为是最有潜力的第二代有机电致发光材料,主要是因为参与配位的铱原子具有强烈的自旋-轨道耦合(SOC)作用,使得铱配合物在室温下可以高效地利用单、三线态激子发光,从而实现理论上100%的内量子效率(IQE)。热活化延迟荧光(TADF)材料是当前OLED领域中新的研究方向,其通过快速的反向系间窜越(RISC)过程也可以在室温下同时利用单、三线态激子发光,从而同样在理论上实现100%的IQE,所以被普遍认为是第三代有机电致发光材料。一般来说,有机电致发光材料在高浓度时由于强烈的分子间相互作用,形成多聚体而导致严重的浓度淬灭现象。为了获得更好的器件性能,有机电致发光材料往往以低的浓度掺杂到具有高三线态能级的主体中来避免浓度淬灭和三线态湮灭。但是,磷光铱配合物与传统主体之间的能量转移效率不高,使得大部分的三线态激子通过非辐射跃迁的方式耗散掉,不利于器件性能的提升。而TADF材料的发射光谱较宽,导致器件的色纯度不高;并且大多数TADF材料的三线态寿命较长,导致器件的效率滚降严重。本论文针对以上问题,利用延迟荧光敏化磷光策略,设计并合成了一系列延迟荧光敏化的旋涂型磷光铱配合物,最大程度上利用两种材料的优势来实现器件性能的提升,为高效的OLED设计和发展提供一些新的思路。第一章简要地介绍了OLED的发展和基本原理,并对三种主要的有机电致发光材料进行了介绍,然后着重介绍了延迟荧光敏化磷光体系中的能量转移机理,最后简要地阐述了本毕业论文的设计思想和主要的研究内容。第二章以咔唑取代的噻吩并[3,2-c]吡啶的衍生物为主配体,设计并合成了两个黄光铱配合物(EtCztpy)2Ir(acac)和(tpCztpy)2Ir(acac)。在旋涂型器件的制备过程中引入TADF材料作为敏化剂,利用分子间的敏化作用提高了器件的电致发光性能。基于(EtCztpy)2Ir(acac)和(tpCztpy)2Ir(acac)的敏化器件的最大外量子效率(EQE)分别为6.3%和5.8%,较传统的单一主体器件性能提升了4.8-7.8倍。第三章以6-苯基菲啶的衍生物为主配体,引入两个具有?-二酮单元的TADF型辅助配体,设计并合成了两个深红光的磷光铱配合物(TP-BQ)2Ir(PXZ)和(TP-BQ)2Ir(DMAC),利用分子内辅助配体的自敏化作用提高了器件的电致发光性能。理论计算表明磷光铱配合物的最低激发态基本不受辅助配体的影响,而辅助配体的结构也基本不受配位的影响,其RISC过程可以得到很好的保持。通过TADF型辅助配体快速的RISC过程,可以对磷光铱配合物实现有效的自敏化,(TP-BQ)2Ir(PXZ)和(TP-BQ)2Ir(DMAC)的电致发光性能基本上是对比配合物(TP-BQ)2Ir(acac)的两倍。基于(TP-BQ)2Ir(DMAC)的优化器件的最大EQE为10.5%,最大发射波长为650 nm。第四章以典型的蓝光小分子FIrpic为配合物发光核,通过烷基链将TADF单元接枝到磷光铱配合物上,设计并合成了一个高效的蓝光铱配合物FIrpic-DMAC,利用分子内的自敏化作用来提高器件的电致发光性能。通过接枝法在铱配合物外围连接TADF敏化剂,烷基链的引入可以改善FIrpic的溶解性和成膜性,TADF单元的引入可以对发光核起到屏蔽作用,分子内的自敏化作用能够有效地提升FIrpic-DMAC的光致发光量子产率(PLQY)。基于以上几点,FIrpic-DMAC的电致发光性能较商用的蓝光配合物FIrpic更好,其非掺杂器件和掺杂器件的最大EQE分别为11.5%和18.9%;而由于两色白光器件中同时存在分子内的自敏化作用和分子间的敏化作用,其最大EQE为21.1%。
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