【摘 要】
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有机电致发光二极管(Organic Light-emitting Diodes,OLEDs)技术已然家喻户晓,至今为止,诸如智能手机、电视、照明等越来越多的OLEDs产品走进寻常百姓家。尽管如此,持续提升器件的效率和寿命仍有重要意义。空穴传输材料作为OLEDs器件中的一种重要功能层材料,起到传输空穴维持载流子平衡的作用。开发合成绿色简单、热稳定性良好、能级合适、高空穴迁移率的新型空穴传输材料有助于
【基金项目】
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广东省重点领域研究专项(2019B010924003); 广东省基础与应用基础研究基金(2020B1515120030,2020A1515010449); 深圳市发改委工程实验室(深发改【2018】1410号); 深圳市孔雀团队计划(KQTD2014062714543296);
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有机电致发光二极管(Organic Light-emitting Diodes,OLEDs)技术已然家喻户晓,至今为止,诸如智能手机、电视、照明等越来越多的OLEDs产品走进寻常百姓家。尽管如此,持续提升器件的效率和寿命仍有重要意义。空穴传输材料作为OLEDs器件中的一种重要功能层材料,起到传输空穴维持载流子平衡的作用。开发合成绿色简单、热稳定性良好、能级合适、高空穴迁移率的新型空穴传输材料有助于实现各类高性能发光器件,降低器件成本。现有技术一大严重问题就是深蓝光效率和寿命低下的问题。开发可用于深蓝光器件的发光材料刻不容缓,但是如何平衡深蓝光发射和实现高效发光一直困扰着研究人员。本文(1)选取了螺芴氧杂蒽这一经典有机半导体母核,着眼于新型空穴传输材料和深蓝光发光材料这两大主题进行分子设计,通过选取不同的取代基团实现目标材料的性能要求,并探究在各类器件中的应用。本文从有机材料合成、材料表征到器件制备与测试,完成了OLED材料开发研究的全过程。具体研究工作内容如下:1、设计并合成了两种基于螺芴氧杂蒽母核和苯基萘胺的小分子空穴传输材料螺[芴-9,9’-氧杂蒽]-2’,7’-二-(N1,N3-二-1-萘基-N1,N3-二苯基-1,3-苯二胺(DPNA-SFX)和螺[芴-9,9’-氧杂蒽]-2’,7’-二-(N1,N3-二-1-萘基-N1,N3-二苯基-1,3-苯二胺(DOPNA-SFX)。系统分析了它们的热学、光物理和电化学性质。得益于螺环结构的存在,两种材料均具有优异的热稳定性。通过制备单载流子器件研究两种材料的载流子迁移率,两者均大于商业化空穴传输材料N,N’-二苯基-N,N’-(1-萘基)-1,1’-联苯-4,4’-二胺(NPB)。成功地将这两种材料用于RGB三色磷光器件中,器件性能均优于NPB基器件。其中,基于DPNA-SFX绿光器件,最大电流效率为89.8 cd A-1,最大功率效率为94.2 lm W-1,最大外量子效率为24.7%。在亮度为1000 cd m-2时的效率滚降仅为2.0%。而红光器件性能则更为优异,最大电流效率为41.1 cd A-1,最大功率效率为46.4lm W-1,最大外量子效率为34.7%。考虑发光峰的位置和纯度,这是目前以铱配合物作为发光材料的红光磷光器件实现纯正红色发光的最高效率值。在亮度为1000 cd m-2时的外量子效率仍可以维持在33.3%,效率滚降仅为4.0%。2、设计并合成了两种基于螺芴氧杂蒽母核和二苯并呋喃/二苯并噻吩的小分子蓝光材料N2,N7-双(二苯并[b,d]呋喃-4-基)-N2,N7-二苯基螺[芴-9,9’-氧杂蒽]-2,7-二胺(SFX-DBF)和N2,N7-双(二苯并[b,d]噻吩-4-基)-N2,N7-二苯基螺[芴-9,9’-氧杂蒽]-2,7-二胺(SFX-DBT)。同样地,分析了它们对应的热学、光物理和电化学性质。两种材料均具有宽带隙、高三线态能级和深蓝光发射特性。两种材料具有相似的吸收和发射光谱曲线,并且在溶液和薄膜中都可以实现深蓝光发射。成功制备了基于SFX-DBF和SFX-DBT的非掺杂器件、普通荧光主体掺杂器件、热激活延迟荧光(TADF)主体掺杂器件和TADF敏化掺杂器件,全面研究它们在不同器件体系中的性能变化,并与商业化蓝光荧光材料对比。器件研究结果表明,SFX-DBF和SFX-DBT的非掺杂器件可以成功实现深蓝光发射,色坐标分别达到(0.16,0.03)和(0.16,0.04)。使用二[2-((氧代)二苯基膦基)苯基]醚(DPEPO)作为主体的掺杂器件可以在保持深蓝光发射的同时提高发光效率,使用商业化主体材料LBH001作主体的掺杂器件效率也有所提升但发光峰发生红移。改用TADF材料双[4-(9,9-二甲基-9,10-二氢吖啶)苯基]硫砜(DMAc-DPS)作主体后,基于SFX-DBF和SFX-DBT的器件效率基本不变,但发射峰进一步红移,综合性能显著下降。以DPEPO为普通掺杂主体,TADF材料为敏化剂的器件性能均得到极大提升,其中,基于商业化发光材料LBD001的敏化器件实现了最大电流效率、功率效率、外量子效率分别为32.15 cd A-1,33.67 lm W-1,20.77%,接近基于TADF发光客体的器件性能,但仅实现普通蓝光发射,对应色坐标(0.16,0.20)。
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