基于氮杂环几何和杂化特性构筑新型高效近紫外有机电致发光材料及其光电性质研究

Near-ultraviolet (NUV) electroluminescence (EL) could play a key role in reducing power consumption and expanding color gamut in full-color organic light-emitting diodes (OLED), but the construction of highly efficient NUV electroluminescence (EL) emitters was more difficult due to their low and unbalanced charge injection and carrier transport properties and the controlled molecular conjugation sizes. Combining weak donors and acceptors were commonly regarded as a solution strategy, however, few fluorescent EL emitters with both NUV emission and high/balanced charge-transport properties have been realized. We considered that the key to solve these problems was to strategically select donor (D) and acceptor (A) units and tactically link them. In this project, phenylcarbazoles and triaryltriazoles were rationally linked to form diverse D‒π‒A hybrids through biphenyl or fluorene bridges. The twisted conjugation backbones and weak intramolecular charge transfer contributed to the NUV emission, and the unique hybridized structures of the building blocks, together with the proper introduction of peripheral functional groups, the intermolecular interactions facilitating charge carrier injection and transporting could be constructed and enhanced. Overall, novel and efficient NUV EL emitters have been constructed, and the feasibility of research object has been evidenced by the experimental investigations.

有机近紫外发光材料在新一代显示和照明器件等光电领域具有重要而特殊的意义，但这种宽带隙材料表现低和不平衡的载流子注入和迁移性，是制约其高效电致发光的一个关键问题。本项目拟利用具有几何和杂化特性的咔唑和富氮三唑等含氮杂环衍生物，首次设计合成一系列以联苯或芴为共轭桥的弱分子内电荷转移和强分子间相互作用D‒π‒A结构近紫外荧光分子。通过咔唑和三唑衍生物在联苯共轭桥上键接位置的变化以及外缘引入吡啶等基团，可以进一步调控和优化分子的构型、构象、能级水平和带隙，创建更有利于载流子注入与传输和发光效率的超分子相互作用和聚集态结构。研究它们的光学和电学性质、非掺杂器件电致发光性质及作为掺杂主体效能，建立材料结构与性能关系。本项目不仅发展了新型高效近紫外电致荧光材料和掺杂主体材料，而且对开发其它含氮杂环高效有机电致发光材料与器件具有重要的借鉴和指导意义。

有机宽带隙发光材料（近紫外-深蓝-蓝光）既可以作为本征发光又可以作为掺杂主体材料发光，在有机显示和照明领域具有重要的现实和潜在应用。而宽禁带材料常常表现出的低和不平衡的载流子注入和迁移性能，严重制约着高效材料和器件的发展。本项目基于“具有几何和杂化特性的咔唑和富氮三唑等含氮杂环衍生物为构筑基元，以有机宽带隙材料低和不平衡的载流子注入和迁移性制约其高效电致发光”这一关键问题作为研究的出发点，从“分子设计合成到光物理过程研究及电致发光器件应用研究”为科学目标，围绕“新型材料结构与效能”研究主线，基于三氮唑、咔唑、菲并咪唑、三苯胺等氮杂环为给受体，蒽、芴、芘、萘、苯等为共轭桥，发展了具有弱分子内电荷转移和强分子间相互作用的D-A和D‒π‒A结构特性的有机宽带隙荧光分子体系，系统研究了光物理性质、电学性质及电致发光器件等方面性能，实现了高/平衡载流子迁移率、高效率、低滚降的非掺杂器件，已发表高质量SCI学术论文28篇，取得了一系列创新性成果：. (1)发展了系列基于三氮唑、咔唑、菲并咪唑、噁二唑、三苯胺等氮杂环为给受体的高效有机近紫外-深蓝光-纯蓝-蓝光材料体系，提出了利用氮原子的配位能力与邻近分子形成弱相互作用形成载流子注入和迁移的超分子相互作用网络通道，实现高效率近紫外、深蓝光OLED器件性能的新思想，其非掺杂器件的最大外量子效率高达近8%（CIE：0.17, 0.06）。. (2)发展了系列基于蒽基为共轭桥（π），三苯胺、咔唑、菲并咪唑、噁二唑为给受体（D-π-A）的新型高激子利用率、高效率纯有机蓝光分子体系与电致发光器件，提出了高能三线态激子（T≥2）的利用和高的分子水平取向协同作用可以有效实现高激子利用率、高效率、稳定的、非掺杂纯蓝OLED器件性能的新方法，实现了最大外量子效率为12.7%、国际上最高效率的非掺杂结构纯蓝OLED器件。