基于咔唑-苯氰类热活化延迟荧光材料的设计合成及器件研究

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溶液法加工的有机发光二极管(Organic light-emitting dioes简称OLEDs)性能优异,具备可实现大尺寸、柔性、高质量、自发光等特点,在显示面板和照明领域具有巨大的市场应用潜力。自OLEDs首次报道以来,性能的提升一直是学术界重要的研究方向。发光材料的选择是影响OLEDs器件性能的主要因素,传统的荧光发射体作为第一代发光材料,只能实现5%的外部量子效率(EQE),极大地限制了荧光材料的快速发展。磷光材料的出现提高了器件的发射效率,但存在价格高昂、合成工艺复杂等缺点。热活化延迟荧光材料(TADF)作为第三代发光材料,内部量子效率(IQE)理论上可以达到100%,成为OLEDs领域研究的热点,并经历了快速的发展。TADF材料突破了磷光材料的技术瓶颈,成为一种低成本、可替代昂贵磷光发光体的材料。有机发光二极管的发展及其在显示和照明领域中,发光效率、稳定性和成本是制备高效OLEDs需要考虑的因素,蓝色TADF材料可有效利用单重态激子,具有成本低的优点,是目前OLEDs器件制备中最佳的发光材料之一,但目前报道的蓝光TADF材料较少。因此,在OLEDs的研究中,迫切需要设计具有低成本、高性能的蓝光发射材料,实现在高亮度工作下的照明。本文研究的主要内容是设计合成具有热活化延迟性质的分子,并对其进行光电性能和热稳定性能测试,通过湿法工艺制备OLEDs器件并研究电致发光性能,具体内容如下:(1)以五氟苯氰作为受体单元,叔丁基咔唑作为给体单元,利用氧桥连接荧光客体片段和主体片段。通过改变五氟苯氰间位连接的基团,合成两个分子4TCzBN-o-PhCz和4TCzBN-o-MCP。对其进行光物理、热力学、形态学、电化学及器件性能表征。探索通过σ键连接的不同客体基团对器件性能的影响。结果表明,引入氧桥连接主客体,一方面避免了物理掺杂中的相分离现象,提高了材料的成膜性和稳定性。另一方面,分子内的主客体之间的能量转移会抑制客体间的浓度淬灭过程,提高激子的利用率。4TCzBN-o-MCP具有优异的蓝光发射、聚集诱导发光(AIE)现象和荧光量子产率,基于4TCzBN-o-MCP的非掺杂溶液加工的OLEDs器件性能明显提高,电流效率(CE)为24.9cd A-1,最大外量子效率(EQE)为8.0%,功率效率(PE)为19.5 lm W-1,结果证明通过氧桥连接荧光主客体片段可以为设计高效蓝光TADF发射器提供一种新的设计理念。(2)以四氟苯氰作为受体单元,咔唑作为给体单元,通过烷基链对发光核进行封装,引入卤素原子溴合成了两种新型分子4BrCzBN、4BrCz-Cz,并对其进行一系列测试。结果表明,溴原子和外围支链的改变不会影响材料发光特性,烷基链引入后不仅增强了分子的溶解度、抗异丙醇侵蚀性和分子的成膜性,同时赋予分子明显的AIE现象,有助于湿法工艺制备OLEDs器件。与4CzBN相比,溴原子的引入降低了ΔEST,HOMO和LUMO能级有效分离,以4BrCzBN、4BrCz-Cz作为主体材料,掺杂30%的4Cz IPN制备OLEDs器件,其中4BrCzBN的外量子效率最高达4.2%,4BrCz-Cz最大亮度为10360cd m-2,通过封装的概念为设计湿法制备OLEDs器件提供了思路。
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