三芳基膦氧修饰三嗪基类有机电子传输材料的设计合成及其性能探索

来源 :华南理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:Ben_Chen111
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有机电致发光二极管(OLEDs)由于可实现自发光、柔性显示、光色可调、体薄质轻等性能的兼容而越来越多地被应用于显示和照明等领域。作为OLED器件中的主要功能层,电子传输层(ETL)的性能与器件整体特性密切相关。电子传输材料(ETM)一般需要具有较高的本征态或掺杂态迁移率、深LUMO能级、高热稳定性和玻璃化转变温度(Tg>120 °)等。三嗪基团为缺电子的杂环,具有可逆的电化学还原特性,有助于电子的注入与传输;而三芳基膦氧基团具有大的刚性、立体结构,可方便地用于构筑非晶态有机功能材料,其自身也展现可逆的电化学还原性质。综上,本论文设计合成了一系列三芳基膦氧单元修饰的三嗪类电子传输材料,并系统地研究其电致发光性能。其中,我们发现化合物2-(3-(9-(3-(二苯基膦氧基)苯基)蒽-10-基)苯基)-4,6-二苯基-1,3,5-三嗪(TPOAN-m-TRZ)在可见光范围内具有较低的折射率n(467–800 nm范围内n<1.8),掺杂50%Liq后,其折射率小于1.8的波长范围进一步扩大(波长范围变为423–800 nm)。作为新兴的单层掺杂电子传输材料,低折射率TPOAN-m-TRZ可有效促进顶发射器件的光取出,预期在高效顶发射OLED显示等光电器件中具有重要的应用前景。本论文具体内容如下:(1)设计合成二苯基(3-(蒽-9-基)苯基)膦氧基修饰的三嗪类电子传输材料TPOAN-m-TRZ和TPOAN-m-Ph TRZ。两化合物提纯简单,失重1%的热分解温度(Td)依次为433.3 °和434.3 °,玻璃化转变温度(Tg)约为151 °和152 °,折射率低。其中,TPOAN-m-TRZ在红绿蓝发光范围内折射率均小于1.8,而2-(3-(3-(9-(3-(二苯基膦氧基)苯基)蒽-10-基)苯基)苯基)-4,6-二苯基-1,3,5-三嗪(TPOAN-m-Ph TRZ)的折射率也在红绿光范围内小于1.8。经单电子器件表征发现,50 wt%Liq掺杂后TPOAN-m-TRZ和TPOAN-m-Ph TRZ的迁移率μe较高,分别为3.50×10–5–2.78×10–4 cm~2 V–1s–1和1.05×10–5–9.67×10–5 cm~2 V–1 s–1@(2–5)×10~5 V cm–1。将TPOAN-m-TRZ:Liq和TPOAN-m-Ph TRZ:Liq作为ETL应用于底发射红光PHOLEDs中,后者因空间位阻效应而具有略优于前者的器件效率,且两器件具有较高稳定性(如t95(TPOAN-m-TRZ)≈495 h,高于之前报道的同类电子传输材料t95(BPTRZ-Py-TPO)≈304 h)。在顶发射绿光PHOLEDs中,TPOAN-m-TRZ:Liq器件由于TPOAN-m-TRZ具有的更低的折射率(可赋予更高的光输出效率)而表现出优于TPOAN-m-Ph TRZ:Liq器件的效率,其LE=87.7 cd A–1,PE=98.4lm W–1,而EQE为22.3%@1000 cd m–2。在恒电流驱动、初始亮度为3000 cd m–2条件下,TPOAN-m-TRZ:Liq顶发射绿光磷光器件寿命t95约为325 h;预期在L0=1000 cd m–2条件下,t95约为2103 h。优化顶发射器件结构,如引入电子注入层金属Yb,OLED特性包括稳定性将进一步提高。(2)使用二联萘(2,2-二联萘-6,6-二基)或2,6-亚萘基,分别连接二苯基膦氧和三嗪基团,制备了三嗪类低分子量有机电子传输材料DPO-2Na-TRZ和DPO-Na-BPTRZ。两化合物制备简单,提纯容易,玻璃化转变温度Tg高于130 °,HOMO/LUMO能级深(分别为–6.03/–3.08 e V和–6.57/–3.31 e V)。经50 wt%Liq掺杂后,DPO-2Na-TRZ的μe为6.71×10–6–8.11×10–5 cm~2 V–1s–1@(2–5)×10~5 V cm–1而DPO-Na-BPTRZ的为6.30×10–5–4.22×10–4 cm~2 V–1s–1@(2–5)×10~5 V cm–1。两者的三重态能级低于2.3 e V,须在顶发射绿光器件的发光层(EML)与ETL间引入激子阻挡/电子传输层来提高电致发光效率。例如,DPO-2Na-TRZ:50 wt%Liq顶发射绿光器件的LE、PE和EQE在引入5 nm的EBL2后高达91.6 cd A–1、102.8 lm W–1和22.1%,同时该器件还具有高稳定性。恒流驱动下,持续运行600 h,其初始亮度(1000 cd m–2)衰减小于2%。
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