蒽基蓝色荧光材料的分子工程及其在非掺杂高效OLEDs中的应用研究

来源 :太原理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yue_pan
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有机发光二极管(Organic Light Emitting Diodes,OLEDs)由于其具有的柔性、轻薄和低成本等优势被广泛地应用于平板显示和固态照明中。作为三原色(红、绿、蓝)之一的蓝色发光材料不仅可以发射本身的颜色光,还可以通过能量传递产生绿光和红光,从而实现全彩显示,但高效率的深蓝光材料极为缺乏,其主要原因是深蓝光材料宽的带隙会使载流子注入过程变得困难,导致载流子传输不平衡,器件外量子效率(External Quantum Efficiency,EQE)偏低。针对上述问题,本文通过调整分子中的给、受体单元的连接方式设计并合成了一系列蒽基窄带蓝光以及深蓝光分子,详细研究了分子的光物理性能,激发态性质及在OLEDs中的应用。主要研究内容如下:(1)研究了外围基团对发光材料光物理性质以及激发态的影响。以1,2-二苯基-1H-菲并咪唑(1,2-diphenyl-1H-phenanthro[9,10-d]imidazole,PPI)为发色团,蒽作为桥联基团,引入1-萘基、2-萘基、苯环和苯基咔唑作为外围基团,设计并合成了PPIAn1N、PPIAn2N、PPIAnp和PPIAnCz四种分子。由于PPI的引入,四种分子均表现为局域激发(Locally Excited,LE)态占主导的杂化局域电子-电荷转移激发态(Hybridized Local and Charge Transfer,HLCT)性质,四种分子在薄膜状态下的最大发光峰分别位于433、448、446和450 nm处,为蓝光发射;外围基团的引入,使材料的共轭结构发生了不同程度的变化,分子的聚集方式发生改变,发光光谱也随之改变。模拟结果表明,四个分子的T2和S1的能级差较小,小于0.16 e V,而T2和T1的能级差较大,大于1.50 e V,可以实现T2到S1的反系间窜越(Reverse Intersystem Crossing,RISC)过程。将四种材料作为发光层制备了非掺杂蓝光OLED器件,其中,基于PPIAn2N的非掺杂蓝光器件性能最为突出,其电致发光(Electroluminescence,EL)光谱的最大发射峰位于452 nm,对应的色坐标(Commission International de L′Eclairage,CIE)为(0.15,0.11),最大功率效率(Power Efficiency,PE)为6.3 lm/W,器件的EQE可以达到7.3%。(2)为了使发光光谱进一步蓝移,获得窄带隙的深蓝光材料,以苯基咔唑作为给体,蒽为受体,2-萘基作为外围基团,通过改变苯基咔唑与蒽的连接位点设计并合成了pCzAnN、mCzAnN和3CzAnN三种分子。mCzAnN的分子结构较为扭曲,由于共轭结构被打断,三线态激子RISC发生几率较低,为普通的荧光材料,而pCzAnN和3CzAnN则表现为LE态占主导的HLCT性质;三种分子在薄膜状态下的最大发光峰分别位于442、440和449 nm处,为蓝光发射;对于pCzAnN和3CzAnN,T2和S1的能隙较小,来自T2的三线态激子可以通过RISC转化为单线态激子。基于pCzAnN的非掺杂蓝光器件的性能最为突出,其最大发射峰位于444 nm,CIE为(0.15,0.07),PEmax为2.7 lm/W,器件的EQE为6.0%。
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