中性有机铜(I)金属配合物磷光材料的合成、表征及光电性能研究

Iridium complexes based green/red phosphorescent materials have been used in commercial display based on OLED, while few and low performance of blue phosphorescent materials has restricted the growth of OLED technology. Meanwhile, expensive iridium metal with rare abundance in the earth maintains the cost of materials, which hinder the sustainable development of OLED. Development of cheap phosphorescent materials with high efficiency to replace iridium complexes becomes an urgent demand. This proposal will focused synthetic method and characterization of a series of neutral tetradendated copper(I) [Cu(I)] complexes following molecular design and their purification. After measuring the photophysical, chemical, thermal and opto-properties of synthesized Cu(I) complexes, the relationship between these performance and molecular structure will be comprehensively studied. Then, how to modify he capability of intersystem crossing between the lowest singlet stat and the lowest triplet state of neutral Cu(I) complexes by structure of the ligands will be explored. On the basis of efficient Cu(I) complexes, highly efficient blue OLED will be demonstrated through improvement of hole transfer, balance of charge carries, and controlling the combination zone followed combining suitable materials for each layers. Finally, operation lifetime of encapsulated OLED based on Cu(I) complexes will be evaluated to achieve efficient, stable and low cost OLED in future.

基于铱金属配合物的绿/红色磷光材料及OLED已经被应用于商业化的显示屏中，蓝色磷光材料的稀缺制约了OLED技术的进一步发展。昂贵的铱金属且在地壳中含量稀少使材料成本居高不下，难以实现可持续性发展。发展廉价、高效率的磷光材料替代铱磷光材料成为必然趋势。本项目拟通过化学分子设计、合成一系列新型具有四齿配体螯合的铜(I)金属配合物，发展它们的合成与提纯方法，并进行结构表征。通过测试铜(I)配合物光物理、化学、热和光电性能，全面研究其光物理特性与化学结构之间的关系，探索铜(I) 配合物配体结构对其单/三线态间隙间穿越的调控机制。以此开发出具有高效磷光发射的单核中性铜(I)配合物，合理选择与之相匹配的有机功能材料, 通过增加空穴传输能力、平衡载流子、调控激子的复合区域或改变其浓度等来优化器件结构，制备出高效率蓝光器件，并对器件的稳定性进行研究。为实现高效低成本的OLED器件开发和应用做好基础性探索

铱金属且在地壳中含量稀少使材料成本居高不下，难以实现OLED可持续性发展。发展廉价、高效率的磷光材料替代铱磷光材料成为必然趋势。铜(I)金属配合物是比较理想的替代材料之一。本项目通过化学分子设计、合成一系列新型含氮杂环的有机材料，如吡唑并喹啉、喹唑啉、咔啉、三嗪和氮杂螺二芴等，全面研究它们的光物理、化学、热、光电性能和化学结构之间的关系。1) 研究发现吡唑并喹啉分子中瞬间偶极矩和斯托克斯位移存在一定的线性关系。2) 喹唑啉衍生物的载流子传输性能可随取代基进行调节，作为主体材料得到了最大外量子效率为19.3%，电流效率为18.3cd/A, 功率效率为21.7lm/W的红色磷光OLED。3) δ-咔啉表现出了弱的给电子性，通过调节链接基团能有效调控分子的LUMO能级，作为蓝光磷光OLED的主体材料，Cz35PyDCb实现了电流效率，能量效率和外量子效率分别高达44.7 cd/A， 40.2 lm/W和22.3%的高效的蓝光磷光OLED。4) 绿色磷光主体材料—DPDDC，该材料具有极好的双极性（电子/空穴）传输、突出的热稳定以及高玻璃转化温度特性，特别是窄的单线态-三线态能带，能够有效促进激子的反向上转化，获得了超高的功率效率92.3 lm W-1，极低的效率滚降(在亮度5000 cd m-2的情况下，滚降仅为5.5%)的绿色OLED器件。5) 在DCb-PCz中引入苯并噻吩基团得到BTDCb-PCz，可以调控分子的HOMO、LUMO能级，从而调控它们和TmPyPB所形成的激基复合物能级，获得深蓝或纯蓝的激基复合物发光，将它们作为主体使用时，因可以全面利用激子能量而获得了外量子效率超过23%的蓝色磷光OLED。.将CzBPDCb与CuI共蒸形成OLED的发光层后，可以获得外量子效率17.5%的绿色TADF器件，电流效率达到53.84 cd/A，可以和铱金属配合物相媲美。δ-氮杂螺二芴与CuI共蒸形成的配合物作为OLED发光层，实现了橙色发光，外量子效率为16.8%。当mcdpy与CuI铜配合物作为发光层时获得了红光OLED器件，发光峰为620nm，外量子效率达13.6%。.项目执行期间在Chem. Sci., J. Mater. Chem. C, Dyes Pigm. ,等杂志上发表受项目支持的SCI论文6篇，作国际国内会议邀请报告3次，口头报告1次，申请发明专利3项。