基于咔唑衍生物蓝光热致延迟荧光材料的制备及其电致发光性能研究

发布时间：2020-04-15 12:35

【摘要】：有机发光材料是OLED(有机发光二极管)技术的基石。目前,高效的蓝光材料短缺,已经成为制约OLED产业发展的瓶颈。蓝光磷光材料受制于材料成本和器件稳定性等因素,无法在产业中大规模应用。蓝光TADF(热致延迟荧光)材料因具有较高的器件效率和更广泛的材料来源,成为蓝光磷光材料潜在的替代对象之一。经过近十年的发展,蓝光TADF材料仍面临着很多问题,如:可用的材料体系比较单一、结构与性能之间的关系不甚明晰、器件效率滚降严重等。本论文拟从(1)拓展蓝光TADF分子可用的给电子基团;(2)探究分子结构与TADF性能的关系;(3)研究TADF器件效率滚降产生的机理等方面出发,设计合成高效的蓝光TADF材料,并探索其在OLED发光器件中的应用前景。具体内容如下:(1)通过设计合成两个立体构型差异较大的同分异构体TADF材料,探究立体构型对TADF性能的影响。两个化合物的单重态和三重态能级差(ΔE_(ST))比较小(0.11-0.13 eV),PLQY(荧光量子产率)较高(0.71-0.78)。由于IndCzpTr-1具有较大的空间位阻,能够减少发光层的激子淬灭,从而实现了最大外量子效率(EQE_(max))为22.1%的天蓝光掺杂器件和10.2%的绿光非掺杂器件。说明IndCzpTr-1不仅是良好的客体材料,也适合用作主体材料。IndCzpTr-2的平面化构型使得分子倾向于水平排列,提高了器件的出光耦合效率,其掺杂器件EQE_(max)达到了30.0%。(2)首次设计合成一个在咔唑3,4位取代的芴并咔唑新型给体基团,通过改变与4,6-二苯基三嗪的连接方式制备了四个TADF材料,研究了不同的桥连方式和桥连基团对TADF性能的影响。这些化合物均具有刚性结构,热稳定性良好。其中,邻位连接的分子SFI34oTz,由于扭曲角较大,具有最小的ΔE_(ST)和最低的PLQY。光物理测试表明,SFI34oTz在溶液和薄膜中被光激发会产生LE(局域)态和CT(电荷转移)态的双发射,在高极性主体中或者高能量激发时能够实现~1LE(局域态单线态)向~1CT(电荷转移态单线态)的构型转化。最终基于SFI34oTz的掺杂器件实现了EQE_(max)为22.4%的绿光发射。对位连接的分子SFI34pTz同时实现了较小的ΔE_(ST)和较高的PLQY,其掺杂器件的EQE_(max)为25.3%,发射天蓝光。(3)通过螺二芴在咔唑1,2位、2,3位分别取代形成两个新的给体基团,与上一章的3,4位芴并咔唑进行对比,分别与相同的受体基团4,6-二苯基三嗪连接,比较咔唑上不同取代位置对TADF性能的影响。经过光物理性能的研究发现,在给电子能力方面:咔唑3,4位取代2,3位取代1,2位取代;热致延迟荧光强度方面:SFI34pTzSFI23pTzSFI12pTz。基于SFI12pTz的掺杂器件实现了EQE_(max)为8.44%,色坐标CIE_(x,y)为(0.15,0.11)的深蓝光发射。基于SFI23pTz的掺杂器件实现了EQE_(max)为17.15%,CIE_(x,y)为(0.15,0.18)的纯蓝光发射。(4)通过改变芴并咔唑上的取代基和取代位置,分别对分子的激发态能级和TADF性质进行了有效调控。三个蓝光TADF材料的刚性分子结构使得它们具有较高的PLQY。变温时间分辨光谱测试表明,这些化合物在光激发条件下热致延迟荧光的比例较小。但是最低三重态~3LE和~3CT之间的振动耦合提高了~3LE到~1CT的反向系间窜越速率。基于InCz34DPhTz的掺杂器件EQE_(max)达到了25.9%,色坐标为(0.15,0.24)。研究发现,该器件产生效率滚降的原因主要是由于较长的三重态激子寿命产生的TTA淬灭作用。(5)通过将不同空间位阻作用的给电子基团SFI23、SFI34和3CzPh结合非对称嘧啶,设计合成了三个深蓝光TADF材料,研究了三个分子在器件中作为客体和主体材料的性能与结构的关系。其中,以SFI34pPM为客体材料的掺杂器件实现了8.22%的EQE_(max),CIE_(x,y)为(0.15,0.09);其非掺杂器件的EQE_(max)为4.59%,CIE_(x,y)为(0.15,0.10)。另外,将三个化合物作为黄光延迟荧光材料的主体均实现了比传统主体CBP更高的器件效率和更低的效率滚降。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN383.1;TQ422

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