红光热活化延迟荧光高分子的设计合成与性能表征

发布时间：2020-08-28 05:48

【摘要】：热活化延迟荧光(TADF)高分子能够同时兼顾荧光高分子的低成本和磷光高分子的高效率,在印刷OLED显示方面具有潜在的应用前景。但是,目前TADF高分子的研究主要集中在470-600 nm区间,缺乏600 nm以上的红光报道。因此,本论文采用主体/客体一体化的分子设计原则,将红光TADF单元引入到高分子主体的侧链或主链,发展了系列红光TADF高分子,通过三线态能级、HOMO能级、激发态寿命和发光颜色的调控,成功地实现了高效率、低驱动电压、小效率滚降和良好色纯度的红光发射。主要研究内容如下:(1)针对聚芴三线态能级较低的问题,采用在主链中引入3,3'-二甲基二苯醚的途径,将高分子主体的三线态能级由2.16 eV提高至2.58 eV,并以此为基础设计合成了基于芴和3,3'-二甲基二苯醚共聚物的侧链型红光TADF高分子。在膜态下,所有聚合物主要体现来自于TADF客体的红光发射,延迟荧光寿命为126-191 us。其中,PFDMPF-R05获得最优器件性能,最大发射峰为606nm,色坐标为(0.57,0.42),100尼特下的电流效率、功率效率和外量子效率分别为3.6cd/A、0.61m/W 和 1.95%。(2)针对器件驱动电压过高的问题,采用给电子能力更强的咔唑单元来代替芴,设计合成了基于咔唑和3,3'-二甲基二苯醚共聚物的侧链型红光TADF高分子。所有聚合物都表现出明显的热活化延迟荧光现象,相应激发态寿命为145-161 us。其中,PCzDMPE-R07实现了红光发射,最大发射峰为607 nm,色坐标为(0.56,0.43),100尼特下的电流效率、功率效率和外量子效率分别为5.6 cd/A、2.4 lm/W和2.87%。同时,得益于芴到咔唑的转变,高分子主体的HOMO能级由-6.03 eV增加到-5.92 eV,有效地改善了空穴的注入能力,相应红光器件的启亮电压由10 V降低到5 V左右,功率效率提升了 3倍左右。(3)针对器件效率滚降严重和红光色纯度差的问题,通过共用三苯胺单元,将红光TADF客体融合到高分子空穴传输材料TFB中,设计合成了两类主链型红光TADF高分子。和侧链型红光TADF高分子相比,其延迟荧光寿命降低了大约3个数量级,且PL光谱红移。因此,TFB-TPAAQ10-PFO获得了良好的红光色纯度,最大发射峰为626 nm,色坐标为(0.61,0.38)。同时,相应器件表现出小的效率滚降,100尼特下的电流效率、功率效率和外量子效率分别提升至5.4 cd/A、4.0 lm/W 和 4.05%。
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN383.1;TB34
【图文】：

分子激发,失活,激子

激发态是分子高能不稳定的状态，容易以各种方式失去过多的激发能，重新逡逑回到低能和稳定的状态，从而实现激发态的失活或衰变，其详细过程可以通过雅逡逑布隆斯基图表示（图１．１）。而对于电致发光过程，首先是在电场的作用下，电子逡逑由阴极、空穴由阳极分别注入，继而电子和空穴以跳跃式在有机材料中传输，电逡逑子和空穴（统称为载流子）在库仑力作用下于某一位置（通常为发光层）进行复合形逡逑成激子，激子以辐射的形式衰减，从而实现发光。由于在电致发光过程中不存在逡逑电子翻转的问题，根据量子自旋统计规律，一般情况下形成单线态激子和三线态逡逑激子的初始比例为１：３［１３－｜６］，其激子的失活和衰变过程同样可以由雅布隆斯基图逡逑说明。逡逑ＶＲ逡逑ＶＲ逦＾逡逑□逦ｆ邋／ｃ逡逑ｓ，逦ｇ逡逑…逦邋丁邋■0逡逑0邋：邋＝邋１＾邋＇逡逑Ｓ邋二二ｍ邋二二ｚ！邋Ｓｚｉｉ逦逦逡逑图１．１分子激发和失活的雅布隆斯基图逡逑１．１．３荧光、磷光和热活化延迟焚光（ＴＡＤＦ）逡逑在合适的条件下，单线态激子和三线态激子均可通过辐射衰减实现光的发逡逑射。荧光、磷光和热活化延迟荧光是激子辐射跃迁的三种方式（图１．２），是分子逡逑从激发态失活到低能级状态所释放的能量。根据卡莎规则对于多重态的分逡逑子

延迟荧光,磷光,产生过程,荧光

器件结构

＊板逡逑图１．３邋ＯＬＥＤ器件结构逡逑如图１．３所示，这种将发光层和各种功能层夹在阴极和阳极的结构，称为三逡逑明治夹层结构。最初是由柯达公司的邓青云博士发明，后来随着材料的开发、为逡逑了优化及平衡器件的各项性能，引入了多种不同作用的功能层。现在经典的逡逑ＯＬＥＤ器件结构，除了阴极、阳极和发光层外，还包含能降低器件的开启和工作逡逑电压的电子注入层和空穴注入层、平衡载流子迁移速率的电子传输层（空穴阻挡逡逑层）和空穴传输层（电子阻挡层）。逡逑电致发光器件的性能参数主要包含：发光效率，发光亮度，色坐标和寿命。逡逑发光效率，分为内量子效率、外量子效率、电流效率和功率效率。内量子效逡逑率是指器件中所产生的所有光子的总数与注入的电子空穴对数量之比，而外量子逡逑效率是指在某一个方向上器件发射出来的光子数与注入的电子空穴对的数量之逡逑比。内量子效率反映的是留在器件内部形成激子并复合发光的效率，而外量子效逡逑率反映的是器件对外的发光效率。外量子效率与内量子效率的关系可以由以下公逡逑式描述。逡逑ＥＱＥ邋＝邋＊１邋ｉｎｔ邋ｎ邋ｏｕｔ＝邋Ｙ邋ｎ邋ｒ邋ｎ邋ＰＬ邋ｎ邋ｏｕｔ逡逑ＥＱＥ为外量子效率

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