含羰基的聚集诱导延迟荧光材料的合成及其在有机发光二极管中的应用

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作为新一代显示照明技术,有机发光二极管(Organic light-emitting diode,OLED)具有对比度高、响应速度快、功耗低、视角广、柔性以及环保等诸多优势,已经成为光电领域的研究重点。高效OLED器件离不开高性能发光材料的支持,然而,传统有机发光材料大多存在大平面的π共轭结构,在聚集状态下常常会面临着严重的“聚集导致发光猝灭”效应,极大地限制了其在实际中的应用。区别于传统有机发光材料,聚集诱导发光(Aggregation-induced emission,AIE)材料在聚集态下表现出比溶液中更高的发光效率。近年来,基于AIE材料构筑的OLED设备不论是在光色还是器件性能上都取得了令人瞩目的成绩。尽管如此,AIE材料在OLED领域的发展仍然处于初期阶段,仍然存在着许多问题亟待解决。例如非掺杂OLED器件的性能仍然有待提升;高效蓝光AIE材料仍然十分匮乏;AIE材料在OLED器件上的多元化应用仍然有待发展等。基于上述原因,本论文的主要研究工作如下:在第二章中,我们以羰基作为电子受体中心,通过引入氯原子设计并合成了一系列新型聚集诱导延迟荧光(Aggregation-induced delayed fluorescence,AIDF)材料。这些分子表现出强的自旋轨道耦合(Spin-orbit coupling,SOC)作用,同时兼具高的固态发光效率和快的反向系间窜越(Reverse intersystem crossing,RISC)速率。利用此类分子制备的非掺杂OLED器件的最大电流效率(Current efficiency,ηC)、功率效率(Power efficiency,ηP)和外量子效率(External quantum efficiency,ηext)分别高达76.6 cd A?1、75.2 lm W?1和21.7%,并且在1000 cd m?2亮度下仍然保持着接近20%的器件效率。除此之外,这类分子还可以用于制备不同比例(5-90 wt%)的掺杂OLED器件,显示出巨大的发展和实际应用潜力。在第三章中,为了深入探索卤素原子的引入对AIDF材料性能的影响,指导高效AIE材料的设计合成,同样以羰基为电子受体中心,设计并合成了多个新型溴代AIDF材料。测试结果显示,这些材料的固态荧光量子产率(Fluorescence quantum yield,ΦF)随溴原子取代位点的不同表现出了明显的区别。进一步通过光物理测试以及理论计算对这些分子的性质变化进行了分析,发现溴原子与发光中心的距离变化引起的重原子效应的改变是导致这些材料固态ΦF显著区别的主要原因。基于这些材料制备的非掺杂和掺杂OLED器件最大ηext分别可达19.5%和28.6%,为设计高性能的AIDF材料提供理论和实验依据。在第四章中,为了构筑兼具AIE和延迟荧光性能的蓝光发光材料,并实现高性能蓝光OLED器件,选用吖啶酮作为电子受体,设计并合成了三种新型AIE分子。这类分子都具有典型的准赤道构型,有利于促进最高占据轨道和最低未占据轨道的分离,实现小的单线态?三线态能级差(Singlet-triplet energy splitting,ΔEST)。此外,吖啶酮结构单元上孤对电子的n→π*跃迁也能够促进分子的SOC作用,有助于进一步加快分子的RISC过程。这些分子都表现出了AIE的性质,固态下掺杂膜的ΦF高达78.0?93.6%。将这些材料用于OLED器件发光层,所构筑的非掺杂器件最大ηext可达16.6%,并且在高发光亮度下的器件效率滚降小。以这些材料制备的掺杂天蓝光OLED器件最大ηC、ηP和ηext更是分别达到59.2 cd A?1、66.4 lm W?1和26.8%。该研究进一步拓展了高性能蓝光AIDF材料体系,推动了AIE材料在OLED器件上的发展。在第五章中,为了制备深蓝光AIE材料并实现高的电致发光器件性能,选用1-苯基吲哚吡啶(PIPD)作为电子受体单元,制备了四个具有D?π?A结构的AIE深蓝光材料,分别为PIPD-MP-DPA、PIPD-MP-IMDB、PIPD-MP-DMAC和PIPD-MP-DPAC。这些分子具有卓越的光物理性质以及良好的热力学性能。以这类材料制备的非掺杂OLED器件性能优异,最大ηext可达4.4%,并且色坐标仅为(0.154,0.078),半峰宽仅有56 nm。这些材料还表现出良好的双极传输性能,以这些材料作为磷光器件的主体,制备的绿光、橙光和红光磷光器件效率分别可达25.9%、28.0%和14.0%。此外,我们还基于PIPD-MP-DPA构筑了白光器件。其中,双色白光器件的最大ηext达到21.6%,四色白光器件的最大ηext达到16.3%,并且显色指数高达67。以上结果表明,这些新型AIE分子能够分别作为发光材料和主体,用于多种类型OLED器件的制备,并且能够实现优异的器件性能,极大地推动了AIE材料在OLED器件上的多方面应用。
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