高效圆偏振热活化延迟荧光材料的设计、合成及其光电性能研究

Serving as a new luminescent material, the circularly polarized thermally activated delayed fluorescent (CPTADF) material can achieve a theoretical 100% internal quantum efficiency in the electroluminescence process with its efficient reverse intersystem crossing process. The circularly polarized light emitted by the material can effectively pass through the polarizer and the quarter-wave plate, thereby avoiding the loss of efficiency of the organic electroluminescent diode (OLED). Combined with efficient internal conversion and external extraction processes, OLED devices fabricated with CPTADF materials can achieve ideal light extraction efficiency.. In recent years, there have been some developments in the design and device performance research of CPTADF materials, while materials and devices with both high luminous efficiency and big circularly polarized luminescence asymmetry factor are still difficult to achieve. The proposed project intends to introduce the axis chiral spiro ring structure as the core skeleton, and develops innovative desymmetrological to form chirality to construct multi-color CPTADF molecules with high luminous efficiency and big circularly polarized luminescence asymmetry factor. With studying the material's structure-property relationship, high-efficiency CPTADF materials are selected for OLED device fabrication to achieve highly efficient circularly polarized electroluminescence.

圆偏振热活化延迟荧光材料（CPTADF）作为一种全新的发光材料，其高效的反向系间窜越过程可以在电致发光过程中实现理论上100%的内量子效率。材料发出的圆偏振光可以有效透过偏振片与四分之一波长片，避免有机电致发光二极管（OLED）的效率损失。结合高效的内转换与外提取过程，以圆偏振热活化延迟荧光材料制备的OLED器件可以获得理想的出光效率。. 近年来，在圆偏振热活化延迟荧光材料设计及其器件性能研究方面都有了一些发展，但高发光效率与大圆偏振发光不对称因子兼顾的材料与器件仍然难以实现突破。本项目拟以轴手性螺环结构为核心骨架，通过去对称化的创新手段引入手性，构建多色发光高效、大不对称因子的圆偏振热活化延迟荧光材料材料。在研究材料的构性关系的基础上，优选出高效的CPTADF材料用于OLED器件制备，实现高效电致圆偏振发光。

近年来，在圆偏振热活化延迟荧光材料设计及其器件性能研究方面都有了一定发展，但高发光效率、不同色光的圆偏振热活化延迟荧光材料仍难获得，材料结构与性质之间的关系仍未厘清，基于圆偏振热活化延迟荧光材料的高效圆偏振电致发光仍难实现。.本项目借助理论模拟手段，通过设计刚性手性结构、调节给受体单元进而构建出了一系列高效蓝光、黄光与红光给受体型圆偏振热活化延迟荧光材料。.三色材料的最大光致发光量子产率达到89%，最大瞬时荧光辐射跃迁速率为5.35 × 10 7 s-1，最大反向系间窜越速率为2.14 × 10 6 s-1，实现了优异性能圆偏振热活化延迟荧光材料的构建。依据三色手性材料分别优化制备了蓝光、橙光掺杂型蒸镀电致发光器件与非掺杂型旋涂近红外电致发光器件，其中蓝光OLED的器件外量子效率最高达到20.3%，电流效率最高为47.8 cd/A，功率效率最高为49.6 lm/W，这些数值都是当时圆偏振电致蓝光器件的最高值；橙光OLED的器件外量子效率最高达到23.7%，电流效率最高达到了74.5 cd/A，功率效率最高达到了61.3 lm/W，这些数值也都是当时圆偏振电致橙光器件的最高值；非掺杂型旋涂近红外电致发光器件实现了最高1.9%的器件外量子效率，其激子利用率高达86%，是在当时效率最高的旋涂型非掺杂近红外电致发光器件。此外，通过理论模拟厘清了构筑高性能圆偏振热活化延迟荧光材料需要在设计刚性分子结构的前提下，增强分子内电荷转移态性质，在保证大的电偶极下提升磁偶极进而实现高效圆偏振发光。