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《华南理工大学》 2016年
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含硫杂环的有机小分子发光材料的合成及其高效蓝光和白光器件

李云川  
【摘要】:近30年以来,有机材料在发光二极管、太阳电池、光电传感器等有机光电领域获得了蓬勃的发展,这其中尤其是有机发光二极管已经在商业上成功获得了应用,给人们的生活带来了全新的视觉体验。在有机R、G、B三色发光材料中间,红光和绿光无论是在效率还是在器件稳定性上都十分出色,而蓝光材料则相对逊色。为此,本论文着重研究蓝色发光的有机材料及其器件性能,具体涉及传统荧光材料和热活化延迟荧光(TADF)材料,并且通过适当的器件结构实现100%的内量子效率。在第二章,我们发展了一系列基于螺芴硫杂蒽为构筑单元的新型蓝色发光分子,螺芴结构有助于克服了分子中常见的激缔化合物发光。通过改变硫原子的价态,得到了局域态发射的深蓝光分子TPA-S和CzB-S,基于其的器件外量子效率分别为1.76%和2.03%,色坐标分别在(0.158,0.039)和(0.160,0.054),它们的色坐标y值甚至接近于无机LED GaN材料的坐标y值0.02;以及天蓝光的电荷转移态分子CzB-SO2和TPA-SO2,其中基于TPA-SO2的器件最大电流效率为5.46 cd/A,色坐标在(0.154,0.168),外量子效率为3.91%。同时,为了实现100%的内量子效率,我们还将效率最好的蓝光材料TPA-SO2作为黄光客体PO-01的主体,利用单线态激子的不完全能量转移,实现了二元白光,并且白光器件的效率非常优异,最大功率效率达到了47.9 lm/W,在100-1000 cd/m2的亮度范围内功率效率都超过了30.0 lm/W,效率滚降很小。在第三章,我们发展了2个基于三苯胺改性的蓝光材料。三苯胺是常用的用于构筑蓝光分子的基元,但是其空穴迁移率明显强于电子空穴率。为了进一步开发高效的深蓝光分子,改善分子的电子传输,我们将常用的三苯胺单元用砜基锁定,和菲并咪唑单元结合,设计和合成了2个新型的蓝光材料PPI-TPA-SO2-1和PPI-TPA-SO2-2。和未用三苯胺锁定的结构TPA-PPI相比,这两个材料表现出以电子电流传输为主的特性。基于PPI-TPA-SO2-1和PPI-TPA-SO2-2的单发光层蓝光器件都实现了不错的器件效率,但是稍微劣于TPA-PPI。基于基于这三种材料,为了实现100%的内量子效率,我们构筑了二元白光器件,基于PPI-TPA-SO2-1和PPI-TPA-SO2-2的白光器件效率最大电流效率为44.2和47.6 cd/A,功率效率为49.5和53.4 lm/W,最大EQE分别为14.4%和15.6%,明显优于TPA-PPI的器件效率(对应的效率分别为29.5 cd/A,33.1lm/W,9.6%)。在第四章,除了通过在荧光磷光杂化器件中实现100%的内量子效率,我们进一步采用热活化延迟荧光实现对三线态激子的利用。以噻吨酮及其氧化产物为核,我们发展了一系列以三苯胺为手臂的同分异构体CT态化合物1,6-2TPA-TX/3,6-2TPA-TX和1,6-2TPA-TXO/3,6-2TPA-TXO。基于对称的分子3,6-2TPA-TX我们实现了高效的蓝光器件,器件的最大外量子效率为23.7%;基于对称的分子3,6-2TPA-TXO我们实现了高效的黄光器件,器件的最大外量子效率为24.3%。而它们的同分异构体化合物,通过计算和光物理表征,我们发现它们自身存在着非常严重的非辐射跃迁途径,所以器件效率均不超过5%。由于3,6-2TPA-TXO和3,6-2TPA-TXO这两个材料互为互补色,我们基于这两个材料实现了迄今为止最为高效的全荧光白光器件,器件的最大外量子效率为20.4%。并且由于这两个材料的发光光谱比较宽,白光器件的显色指数也很高,大于71。
【学位授予单位】:华南理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TQ422

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