基于苯基磷氧基团双极主体材料的合成与器件研究

摘要

有机电致发光二极管（OLEDs）在当今时代是一个研究热点。OLEDs具有宽的视角、低的驱动电压、高的发光效率、短的响应时间、高的对比度等优点。因此，在显示及照明技术方面具有广阔的前景，也越来越受到人们的青睐。近年来，湿法小分子OLEDs凭借着可以实现大面积照明、柔性显示，尤其是生产工艺简单、成本低廉等优势吸引了人们巨大的研究兴趣。湿法磷光器件由于能够充分利用单线态和三线态激子，使得OLEDs的内量子效率达到了100%，极大程度的提高了器件的效率。但严重的三线态-三线态（T-T）湮灭现象在磷光器件中普遍存在，为了实现高效的发光器件，需要将其掺杂在适当的主体材料中。另外，热激活延迟荧光（TADF）材料能够使三线态激子通过反系间窜越的过程转换成单线态激子，从而实现100%的激子利用率。将发光客体TADF分子掺杂到具有TADF性质的主体材料中并制备器件时，能有效地提高器件的效率。目前，在OLEDs中，绿色和红色OLEDs无论是在效率方面还是稳定性方面都已经取得了巨大的进步，而在实现彩色显示中也发挥着十分重要作用的蓝光OLEDs的性能却远落后于绿光和红光OLEDs的性能，尤其在效率和稳定性方面。因此，进一步提高蓝光器件的性能是极其重要的。实现高效蓝光OLEDs简单而有效的方法是能够设计并合成性能优异的主体材料。本文的主要研究工作如下： （1）设计并合成了一种新的基于二苯基磷氧和咔唑单元的双极主体材料BCz-BPO。BCz-BPO具有高的三线态能级、优异的热稳定性和湿法成膜性。密度泛函理论计算和实验结果均证明，增加二苯基磷氧基团的数目不但可以提高双极主体材料的电子传输和注入能力，还能够使载流子传输更加平衡和提高激子复合效率。因此，以BCz-BPO为主体的蓝色湿法磷光OLED实现了高的发光效率，器件最大电流效率达到30.1cd A-1，该器件的效率可比得上基于BCz-PO的真空蒸镀器件效率。同时与以BCz-PO为主体的湿法磷光器件的效率相比，BCz-BPO器件的效率提高了三倍。 （2）设计并合成了一种含有二苯基磷氧基团的双极传输型热激活延迟荧光主体材料POCz-CzCN。该分子是树枝状分子，主要由两部分构成，分别是内部的发光核和外围的咔唑和二苯基磷氧基团，这两部分通过非共轭的烷基链连接。该分子作为TADF发光客体的主体材料，并且自身也具有TADF的特性，这样的特点能够更加充分地确保能量的完全传递和利用，从而实现高的器件效率。通过实验测试对TADF树枝状分子POCz-CzCN进行了研究。该分子具有较大的分子质量和空间构型，故具有良好的热稳定性和湿法成膜性。该分子的三线态能级较高，且ΔEST较小。烷基链作桥增强分子的溶解性，利于湿法制备器件。外围枝链中的磷氧单元可以平衡载流子的传输，提高器件效率。以POCz-CzCN为主体材料，5CzCN为客体材料，制备湿法掺杂TADF器件。器件实现了19.5cd A-1的最大电流密度和7.1%的最大外量子效率。

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