基于三氮唑基团的蓝色有机发光材料的设计合成及光电性能研究

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经过短短几十年的发展,有机电致发光二极管(OLEDs)已经被广泛地应用于信息显示和固态照明两大领域。众所周知,蓝光作为有机发光半导体材料所需要的三基色之一,在全色显示中是不可或缺的。性能优异的蓝光材料不仅可以减少面板的功率消耗,而且其宽带隙的属性又使它们能作为主体材料。目前基于Ir、Pt的金属配合物蓝色磷光材料和TADF材料,虽然激子利用率高达100%,具有较高的器件效率,但是器件稳定性差且寿命达不到商业化标准,所以实际应用最多的蓝光OLED材料依旧是传统荧光材料。为了得到性能优异的电致发光器件,许多器件制备采用主客体材料相互掺杂的方式,这种制备方法需要能级匹配的主体材料,并通过蒸镀技术来优化和控制客体材料的掺杂浓度,因此增加了器件制备的成本,同时器件的光稳性也会受到影响。所以从材料的开发和选择上,设计并合成稳定性好,性能优异、可用于非掺杂器件的有机蓝光材料意义重大。近年来,基于给体-受体(D-A)相连的分子结构设计方法引起了研究者的广泛关注。由于D-A型发光材料具有良好的载流子传输性能,并且可以通过选择给受体基团以及利用不同的连接位点来调节材料的发光性能。但是D-A型分子容易产生分子内电荷转移(ICT)效应,不利于得到理想的蓝光材料。因此,为了得到性能优异的蓝光材料,选择合适的给受体基团十分重要。在蓝光色域中,高能量蓝光虽然在显示照明领域不可或缺,同时它对人体伤害也很大。最近有相关研究报道,低能量的蓝绿光(465-495 nm)对人体的危害比较小,有利于人类昼夜节律的调节,所以调节蓝光材料的发光光色,得到合适区间的蓝光材料对照明和显示具有重大意义。为了调节材料的电致发光颜色,以4H-1,2,4-三氮唑(TAZ)基团作为电子受体,菲并咪唑为弱给体,设计并合成共轭刚性D-A型双极性蓝光材料4NTAZPPI和TAZ-PPI。在三氮唑基团4号位置上引入苯基和萘基,调控分子的激发态性质,很大程度上提高了材料的发光性能。其中两种材料薄膜的荧光量子产率(PLQY)均大于60%。此外4NTAZ-PPI和TAZ-PPI的非掺杂电致发光器件的最大外量子效率(EQE)分别为7.3%和5.9%,且两种材料的非掺杂器件在高亮度下的效率滚降均很小,使其电致发光器件稳定性能有明显提升。与此同时,两个材料的电致发光光谱的主峰均位于460 nm,实现了纯蓝光发射,具有广阔的应用前景。为了进一步提高材料的电致发光性能,选择三氮唑基团作为电子受体,三苯胺(TPA)作为给体,蒽(An)作为给体和受体之间的桥连基团,合成了D-π-A型有机荧光材料TAZ-An-TPA。基于TAZ-An-TPA非掺杂器件的电致发光光谱的最大发射峰在476 nm,表现出天蓝光发射,最大EQE为6.7%。进一步优化了材料的掺杂器件,以CBP为主体材料的掺杂器件最大发射峰为464 nm,相对于非掺杂器件光谱蓝移12 nm,处于蓝光发光区间,同时最大的EQE为8.9%,有效的提高了以三氮唑为受体的有机发光材料的器件性能。
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