咔唑树枝型热活化延迟荧光材料的合成及其光电性能研究

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近几年,在平板显示和普通照明领域有越来越多的公司采用有机电致发光器件(OLED),例如三星、LG等,这是因为有机半导体材料的一些特殊的性质:易于大面积加工、低的制备成本、优异的光学及电学性质等。随着对OLED材料研究的深入,新颖且高效的荧光材料和磷光材料被不断地报道,其中热活化延迟荧光(TADF)属于目前OLED领域最为活跃的研究,因为TADF材料不仅不含有重金属元素,而且可以通过反向系间窜越(RISC)过程实现100%的内量子效率(IQE),所以被认为第三代有机电致发光材料。到目前为止,大多数高效的TADF器件均是通过真空蒸镀法制得,但其操作方法较为复杂,并且不易于大面积加工。相较之下,溶液加工型TADF器件则适于大面积加工,成本低。然而,目前对于溶液加工型TADF材料的研究相对滞后,对于溶液加工型TADF材料的研究是非常必要的,尤其是非掺杂型,因为其制备工艺更为简单,并且在旋涂过程中可以避免相分离。本论文便是针对非掺杂溶液加工型TADF材料的合成及性能的研究。第一章简要介绍了有机电致发光器件的发展和基本原理,对几种发光机理进行了阐述,着重介绍了热活化延迟荧光,最后介绍了本论文的设计思想和内容。第二章以一个已知绿光TADF材料(DMACBP)为核合成了两个新型的基于咔唑单元的树枝状绿光TADF分子CDE1和CDE2。两个分子均表现出优良的热稳定性、溶液加工性和明显的TADF特性。基于两个目标化合物的非掺杂溶液加工型OLED器件均展现出了不错的效果,其中化合物CDE1作为发光层(EML)且TmPyPB作为电子传输层(ETL)的电致发光器件效率最高,其最大外量子效率(EQE)高达13.8%,该效率在当时是非掺杂溶液加工型OLED最高效率之一。较高的EQE是来源于两种发光机制(TADF发光和界面激基复合物发光)共同作用的结果。第三章以一个已知蓝光TADF中心为核(1CzSO)通过树枝化方法合成了两个基于咔唑树枝单元的绿光TADF分子(2CzSO和3CzSO)。相比于原有化合物1CzSO,两个新TADF树枝型分子展现了更大的扭转角(给体与受体之间)、更小的第一单重态与第一三重态能极差(ΔEsT)、更短的延迟寿命和更大的RISC速率常数(kRISC)。基于化合物2CzSO的非掺杂双层溶液可加工型OLED器件的最大 EQE 达到了 10.7%。第四章选取了具有较小ΔEsT的绿光TADF材料(AcDBTO)作为中心核,合成了两个新型的咔唑树枝状绿光TADF分子CzAcDBTO和2CzAcDBTO。两个目标分子表现出了明显的TADF特征。制备了一组双层非掺杂溶液加工型OLED器件,展现了不错的效果。其中以化合物2CzAcDBTO作为EML的器件展现了最好的效果:13.9cd/A的最大电流效率(ηc,max),5.5Im/W的最大功率效率(ηp,max)。
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