双极性主体材料和热活化延迟荧光材料的合成及电致发光性质

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:woshiliuning
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有机发光二极管(OLED)显示技术已经广泛应用于智能手机、数字电视及大屏幕显示领域,取得了非常大的经济效益。磷光材料和热活化延迟荧光(TADF)材料由于能够同时利用单重态和三重态激子发光,理论内量子效率可以达到100%,因此成为了研究热点。传统的磷光器件(Ph OLEDs)和热活化延迟荧光器件(TADF-OLEDs)中的发光层通常采用主客体掺杂方式促进载流子的传输平衡,减少激子淬灭、提高器件的效率,因此,主体材料和发光材料对器件的整体性能起到了决定性作用。此外,相比于掺杂器件,非掺杂器件具有制备工艺简单、成本低、可重复性好等优点。鉴于此,本论文着重开发并研究了新型双极性主体材料和可用于非掺杂器件的TADF材料,并且制备了高效的磷光和热活化延迟荧光器件,具体工作如下:(1)以氰基苯为电子传输基团、二苯硫醚为桥连基团、咔唑为空穴传输基团,设计并合成了一系列双极性主体材料o-Cz DPSCN、m-Cz DPSCN和m CPDPSCN。调节咔唑的取代位置以及n/p基团摩尔比,成功调节了分子的电荷传输能力以及三重态能级等性质。其中,以m-Cz DPSCN为主体材料,分别以FIrpic和Ir(ppy)3为掺杂客体制备的天蓝色和绿色磷光器件,最大外量子效率(EQEmax)分别为26.7%(最大电流效率为48.6 cd A-1)和28.3%(93.3 cd A-1)。(2)以二苯膦酰基为电子传输基团、苯并噻吩为桥连基团、咔唑为空穴传输基团,通过间位连接方式,调节分子内n/p型基团比例,设计并合成了双极性主体材料BTPOSCz和BTPODCz,将其分别应用于蓝色和绿色Ph OLEDs和绿色TADF-OLEDs。相比于BTPOSCz,BTPODCz可以更好的平衡发光层中空穴和电子的传输,以其为主体的蓝色和绿色磷光器件获得了24.7%(46.4 cd A-1)和28.1%(95.5 cd A-1)的最大效率。此外,以BTPODCz为主体材料的绿色TADF-OLEDs获得了22.1%(70.1 cd A-1)的最大效率以及非常低的效率滚降。表明在二苯膦酰基-苯并噻吩-咔唑组成的主体材料中,n/p摩尔比为1:2时电荷传输更加平衡从而获得最高的效率。(3)在二苯甲酮的一侧引入氰基以增强吸电子能力,构建强吸电性受体,并以吩噁嗪、二甲基吖啶和3,9-联咔唑为电子给体,设计合成了一系列新型TADF分子CN-BP-PXZ、CN-BP-DMAC和CN-BP-BCz,基于给体的不同给电子能力调节分子内电荷转移强度,从而调节分子发光颜色分别为橙红、绿色和天蓝。以其制备的掺杂OLED器件最大效率分别为4.5%(9.1 cd A-1)、13.1%(40.6 cd A-1)和20.9%(50.4 cd A-1)。(4)针对掺杂型TADF-OLEDs制备工艺复杂、效率滚降严重等问题,以二苯甲酮为受体,以PBCz为主体单元取代二苯甲酮一侧苯环,设计、合成了两个自主体TADF材料PBCz-BP-PXZ和PBCz-BP-DMAC。PBCz基团的引入不仅赋予了分子独特的自主体特性而适合制备非掺杂器件,还可以增大分子间距以及平衡载流子的传输。同时,两个分子均具有显著的聚集诱导发光(AIE)性质,在纯膜中发光量子产率(PLQY)为0.83和0.86。以PBCz-BP-PXZ和PBCz-BP-DMAC为非掺杂发光层制备OLED器件,分别获得了23.2%(72.2 cd A-1)和23.0%(57.8 cd A-1)的最大效率,非常接近各自掺杂器件的效率26.7%(80.1 cd A-1)和27.5%(69.9 cd A-1),并且在1000 cd m-2的高亮度下效率滚降仅为5%和6%。同时,PBCz-BP-DMAC可以作为主体材料敏化绿色磷光材料,最大器件效率为23.6%(81.2 cd A-1)。此外,以PBCz-BP-DMAC为蓝色发光体兼主体材料制备的单发光层全TADF白光器件,最大效率为20.6%(49.9 cd A-1)。PBCz-BP-DMAC是最早报道的多功能自主体TADF材料。(5)以双倍氰基苯连接吡啶设计新型受体Py DCN,与三嗪相比该受体的LUMO电子云更加离域,可以增大跃迁偶极矩,且吸电子能力下降,有利于TADF分子发光蓝移。以Py DCN为受体,分别连接吩噁嗪和二甲基吖啶给体,合成了绿色和蓝色TADF分子Py DCNPXZ和Py DCNDMAC,所制备的单色光掺杂OLED器件最大效率分别为26.9%(81.9 cd A-1)和25.6%(45.6 cd A-1),而非掺杂器件效率分别为18.2%(51.6 cd A-1)和6.8%(16.8 cd A-1)。由于较高的三重态能级以及平衡的载流子传输能力,以Py DCNDMAC为蓝光兼主体材料,搭配橙光客体材料PP-PXZ制备了单发光层全TADF白光器件,其最大效率为18.5%(44.8 cd A-1)。
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