苯基桥联二蒽基有机深蓝发光材料的设计、合成及在有机电致发光器件中的应用

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有机发光二极管(Organic light-emitting diodes,OLEDs)因其自发光、低能耗、宽视角、超薄质轻以及可制备成柔性器件等优势,正引领信息显示与照明技术的发展。研发高性能、高稳定深蓝色有机电致发光材料,有利于进一步推动OLED器件的应用。相对于经典的有机荧光材料内量子效率受限为25%,三线态-三线态湮灭(triplet-triplet annihilation,TTA)型荧光材料由于其较高的激子利用率(内量子效率可达62.5%)、以及在高电流密度下,潜在低效率滚降等特点,使其在构筑高效率、高稳定蓝光尤其深蓝光OLED器件方面具有独特的优势。本论文拟从分子设计角度出发,研发高性能TTA型深蓝光材料,特别是CIEy≤0.08。进而,未来以其作为发光层主体材料,制备掺杂型高效率、高稳定深蓝光荧光OLED器件。为此,我们以“苯基桥联二蒽基”为发光中心,设计合成了一系列TTA型蓝光发光材料,并对其热性质、光物理以及电致发光等特性进行了表征。本论文的主要研究内容分为以下部分:1.以高扭曲构型的苯基桥联二蒽基为核,在其一侧引入增溶性的3,5-二(4-叔丁基苯基)苯基端基,另一端引入不同缺点子/吸电子基团,分别得到深蓝光发光材料DAPPy、DAPBN与DAPPQ。三者热分解温度均超过430 oC(失重1%),玻璃化转变温度高于220 oC,应用于非掺杂器件(ITO/HATCN(15 nm)/TAPC(60 nm)/TCTA(10 nm)/EML(20nm)/TPBi(40 nm)/LiF(1 nm)/Al)中,获得了(4.6-5.9)%的高外量子效率(EQE)和相对较低的器件效率滚降,色坐标分别为(0.15,0.07)、(0.15,0.08)、(0.15,0.09)。瞬态EL衰减特征曲线分析表明,TTA上转换参与了电致发光过程。在不加光耦合技术情况下,由于兼具高荧光量子效率(PLQY)及电子迁移率,DAPBN表现出更好的电致发光效率与更低的效率滚降:在1298 cd m-2时,EQE高达5.97%,色坐标(0.15,0.08),符合NTSC蓝光标准。另,以Phen-m-PhCz作为发光层主体材料,探究了以TTA型深蓝光荧光材料DAPBN作为客体的掺杂型OLED器件的电致发光性能。随着DAPBN掺杂浓度的提高,得益于TTA效应的增强,器件效率逐步提升,效率滚降明显改善。2.在第二章基础上,以深蓝光荧光材料DAPPy、DAPBN为发光层主体材料,以经典荧光材料DSA-Ph为客体,分别制备了掺杂型天蓝光OLED器件(ITO/HATCN(15nm)/TAPC(60 nm)/TCTA(10 nm)/主体:DSA-Ph(20 nm)/TPBi(40 nm)/LiF(1 nm)/Al)。利用主体材料的空间位阻及TTA上转换效应、主客体之间有效的F?rster能量转移,显著提高了OLED性能。其中,DAPPy:1%DSA-Ph OLED器件中,最大电流效率约13.04 cd A-1@27100 cd m-2,对应于8.78%的外量子效率;色坐标(0.14,0.20)。相比之下,DAPBN:1%DSA-Ph OLED器件,最大电流效率约15.30 cd A-1@43100 cd m-2,对应于9.71%的外量子效率,达到了同类DSA-Ph蓝光OLED器件效率的前沿水平;色坐标(0.15,0.22)。值得注意的是,随着掺杂浓度的提高,EQE值均有所降低,这主要是由于客体DSA-Ph的聚集效应引起。例如,对于5%的掺杂浓度,两者器件最大外量子效率分别降至7.67%与8.16%。3.以高扭曲构型的苯基桥联二蒽基为核,在其一侧引入3,5-二苯基苯基端基,另一侧分别引入4-腈基苯基、3,5-二(4-氰基苯基)苯基端基,得到TTA型深蓝发光材料DAPBN1、DAPBN2。两者兼具高热分解温度(427 oC、488 oC,1%失重)与玻璃化转变温度(199 oC、231 oC),非掺杂器件(ITO/HATCN(15 nm)/TAPC(60 nm)/TCTA(10 nm)/DAPBN1或DAPBN2(20 nm)/TPBi(40 nm)/LiF(1 nm)/Al)得益于TTA,均取得了超过5%的高外量子效率;色坐标分别为(0.14,0.11)、(0.14,0.10)。其中,高电子迁移率的化合物DAPBN2表现出更好的电致发光效率:最大电流效率和外量子效率分别为4.83cd A-1、5.45%@1348 cd m-2;当亮度增加至5000 cd m-2,其电流效率和外量子效率仍然保持在4.42 cd A-1、5.11%。
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