“十三五”期間,我國(guó)有機(jī)電致發(fā)光(Organic Light Emitting Diode,OLED)產(chǎn)業(yè)正面臨前所未有的機(jī)遇,發(fā)展新一代OLED發(fā)光材料不僅是基礎(chǔ)研究面臨的重要科學(xué)問題,更是OLED產(chǎn)業(yè)界的明確需求。目前已量產(chǎn)的OLED顯示器件中,發(fā)光層材料主要以含重金屬的磷光材料為主。雖然磷光材料可直接利用電生三線態(tài)激子發(fā)光,但其成本高、(深)藍(lán)光材料缺乏、加工難度大(需摻雜),并且存在潛在的重金屬污染問題。相比之下,有機(jī)熒光材料分子結(jié)構(gòu)多樣、顏色豐富、大量合成容易、加工工藝簡(jiǎn)單(可不摻雜),更有希望成為替代磷光材料的新一代電致發(fā)光材料。但是,熒光材料一般只能利用電生單線態(tài)激子發(fā)光,存在由激子自旋統(tǒng)計(jì)規(guī)則決定的電生激子利用率瓶頸:電子空穴復(fù)合產(chǎn)生的激發(fā)態(tài)中,僅25%單線態(tài)激子發(fā)光,75%的三線態(tài)激子白白浪費(fèi)。若要實(shí)現(xiàn)高效率的電致熒光,必須解決大量的電生三線態(tài)激子的再利用問題。目前解決這一問題的思路主要有四類:第一類是利用三線態(tài)-三線態(tài)湮滅(Triplet-Triplet Annihilation,TTA)過程產(chǎn)生單線態(tài)激子,但這一過程仍然有37.5%的電生激子不能被利用;第二類是利用弱束縛的電荷轉(zhuǎn)移態(tài)構(gòu)筑反向系間竄越通道的熱致延遲熒光(Thermally-Activated Delayed Fluorescence,TADF),可以實(shí)現(xiàn)完全的單線態(tài)激子利用;第三類是雜化局域-電荷轉(zhuǎn)移(Hybrid Locally-excited and Charge-Transfer,HLCT)激發(fā)態(tài)以及“熱CT激子”材料,也可以實(shí)現(xiàn)完全的單線態(tài)激子利用;第四類是最近提出的一些避開自旋統(tǒng)計(jì)規(guī)則直接利用電生雙線態(tài)(Doublet)發(fā)光的特殊體系,也可實(shí)現(xiàn)完全的電生激子利用。其中,我們提出的HLCT態(tài)材料方案具備無需摻雜、效率穩(wěn)定、響應(yīng)更快、更適于實(shí)現(xiàn)深藍(lán)光等優(yōu)勢(shì),有望發(fā)展成為具有獨(dú)立知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新材料體系。因此,如何構(gòu)筑具備高效率電致發(fā)光性能的HLCT態(tài)是本論文重點(diǎn)解決的關(guān)鍵問題。本論文以結(jié)構(gòu)性能關(guān)系研究為主線,從理論分子設(shè)計(jì)入手,以實(shí)驗(yàn)結(jié)果反饋分子設(shè)計(jì),重點(diǎn)考察HLCT態(tài)的不同組成方式與雜化狀態(tài),探究構(gòu)筑高效率HLCT態(tài)的有效策略。論文研究的材料體系為一系列氰基取代的多苯基苯胺菲并咪唑HLCT材料,根據(jù)它們的本征局域態(tài)與本征CT態(tài)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)關(guān)系分為平行型和垂直型兩類體系。論文研究取得如下結(jié)果:(1)以三苯胺-菲并咪唑類分子TPM與TBPM為基礎(chǔ)骨架,在菲環(huán)上引入苯腈取代基誘導(dǎo)電荷轉(zhuǎn)移,構(gòu)筑了平行型HLCT態(tài)發(fā)光材料體系。這類體系雖然在一定程度上突破了電生激子利用的瓶頸,但其整體電致發(fā)光性能和材料的光色仍存在較大提升空間。(2)進(jìn)一步,將苯腈取代位置改變?yōu)閯傂耘で膫?cè)基,構(gòu)筑了垂直型HLCT發(fā)光材料TPMCN。該材料的電生激子利用率高達(dá)85%,并且其電致發(fā)光光色相對(duì)平行型材料體系更藍(lán),但過強(qiáng)的CT態(tài)成分大大削弱了材料的光致發(fā)光效率(至僅13%),還需進(jìn)一步優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),提高光致發(fā)光效率。(3)基于垂直型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),通過在骨架中間增加一個(gè)亞苯基,達(dá)到增強(qiáng)局域態(tài)組分,削弱CT態(tài)組分的目的,成功構(gòu)筑了一種兼具高光致發(fā)光效率和幾乎完全的電生激子利用的藍(lán)光材料TBPMCN(標(biāo)準(zhǔn)色坐標(biāo)(0.156,0.159),最大電流效率10.5 cd/A,最大外量子效率7.8%,電生激子利用率98%)。我們發(fā)現(xiàn)該材料的高電致發(fā)光效率根源歸功于其局域態(tài)組分和CT態(tài)組分的等性雜化狀態(tài),實(shí)現(xiàn)了發(fā)光效率和激子利用的同時(shí)提升。(4)利用高壓實(shí)驗(yàn)獲得了TBPMCN的等性雜化態(tài)誘導(dǎo)發(fā)光增強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)證據(jù)。在TBPMCN晶體中,由于分子間氫鍵作用,三苯胺基團(tuán)呈現(xiàn)三角錐構(gòu)型(sp3雜化的N原子),高壓實(shí)驗(yàn)中觀察到熒光增強(qiáng)的特殊現(xiàn)象。該現(xiàn)象本質(zhì)來源于壓力導(dǎo)致三苯胺N原子雜化由sp3轉(zhuǎn)變成sp2,相應(yīng)的激發(fā)態(tài)從CT態(tài)改變成等性雜化態(tài),導(dǎo)致熒光增強(qiáng),為等性雜化態(tài)提高發(fā)光效率提供有力證據(jù)。
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TN383.1
文章目錄
摘要
Abstract
第一章 研究背景、研究?jī)?nèi)容及一般研究方法概述
1.1 研究背景
1.1.1 有機(jī)電致發(fā)光技術(shù)概述
1.1.2 電生激子的自旋統(tǒng)計(jì)規(guī)則與激子利用問題
1.1.3 有效增大純有機(jī)材料電生激子利用的代表性材料體系及相關(guān)背景知識(shí)
1.2 本論文的研究?jī)?nèi)容與論文結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1.3 一些HLCT態(tài)材料表征方法的介紹
1.3.1 溶劑化模型
1.3.2 用于區(qū)別HLCT材料和TADF材料的一些表征手段
1.4 論文中默認(rèn)的理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)的條件與參數(shù)等
第二章 “平行型”雜化態(tài)實(shí)現(xiàn)電生激子利用突破
2.1 引言
2.2 材料的合成
2.3 分子設(shè)計(jì)
2.4 光物理性質(zhì)表征
2.4.1 吸收與發(fā)射光譜
2.4.2 溶劑化模型與激發(fā)態(tài)壽命
2.5 電致發(fā)光性能與電生激子利用率
2.6 小結(jié)與討論
第三章 “垂直型”雜化態(tài)大幅提升電生激子利用
3.1 引言
3.2 材料的合成
3.3 激發(fā)態(tài)性質(zhì)研究
3.3.1 分子設(shè)計(jì)及電子結(jié)構(gòu)的理論模擬
3.3.2 穩(wěn)態(tài)及瞬態(tài)光物理性質(zhì)表征
3.3.3 溶劑化模型
3.3.4 薄膜光譜
3.4 電致發(fā)光性能
3.4.1 電致發(fā)光器件表征
3.4.2 TPMCN高激子利用率的來源分析
3.5 小結(jié)
第四章 等性雜化態(tài)實(shí)現(xiàn)本征效率和電生激子利用同步提高
4.1 前言
4.2 材料的合成
4.3 激發(fā)態(tài)性質(zhì)研究
4.3.1 TBPMCN的激發(fā)態(tài)圖像
4.3.2 TBPMCN中的等性雜化激發(fā)態(tài)
4.4 電致發(fā)光性能
4.5 小結(jié)
第五章 高壓下等性雜化態(tài)形成誘導(dǎo)熒光增強(qiáng)
5.1 前言
5.2 樣品的制備
5.3 晶體結(jié)構(gòu)與樣品的常壓性質(zhì)比較
5.3.1 TBPMCN晶體的結(jié)構(gòu)及分子構(gòu)象特征
5.3.2 TBPMCN不同狀態(tài)樣品的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)比較
5.4 高壓光譜性質(zhì)
5.4.1 TBPMCN晶體的壓致變色現(xiàn)象
5.4.2 TBPMCN晶體的壓致熒光增強(qiáng)現(xiàn)象
5.5 小結(jié)
第六章 結(jié)論及后續(xù)研究展望
參考文獻(xiàn)
附錄1 論文作者攻讀博士期間取得的主要學(xué)術(shù)成果
附錄2 論文作者簡(jiǎn)介
致謝
【相似文獻(xiàn)】
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本文編號(hào)：
1978210
