摘要
目前，OLED显示正朝着高色纯度和高分辨率的方向发展。在现有的技术中，提高电致发光色纯度的方法主要是通过滤光片或构筑特殊的光学微腔结构，但通常会降低器件的外量子效率，增大能量损失。因此，设计开发具有本征高色纯度发光的有机发光材料是提高OLED器件色纯度和分辨率的有效方法。通常有机发光分子在激发态下具有较强的电子和核的振动弛豫以及较强的振动耦合，其发射谱带比较宽，发展具有窄发射谱带的有机发光材料一直是发光领域的难题。本论文希望通过四类不同的分子结构体系，系统研究影响荧光光谱半峰宽(FWHM)的因素，主要从分子跃迁轨道重叠、抑制分子振动的分子内氢键结构和刚性共轭结构、以及具有较小重组能和低频振动模式主导的刚柔适度的分子结构等方面开展研究，主要工作如下： (1)分子跃迁轨道重叠对光谱半峰宽的影响。设计合成了两个以芳基胺为电子给体、咪唑衍生物为电子受体、9,9-二甲基芴为π-共轭桥的D?π?A型深蓝色荧光材料DFPBI和TFPBI。重点分析分子跃迁轨道分布的调控对光谱展宽的影响。根据前线轨道分布的分析发现，两个分子的HOMO/LUMO主要集中分布在分子的中心核部分，而外围苯环上的分布较少。同时，其激发态跃迁主要集中在分子中间的π-共轭桥上，具有较大的轨道重叠，两个材料都表现出较小光谱半峰宽的深蓝光发射，荧光量子效率均大于60%。经过器件优化，基于DFPBI的器件的EL光谱FWHM仅为40nm，CIE色坐标为(0.156, 0.056)。 (2)分子内氢键对光谱半峰宽的影响。在经典的深蓝光材料TPA-PPI的基础上，通过在其分子结构中引入一个羟基(-OH)，设计合成了目标分子TAP-PPI-OH。与TPA-PPI相类似，TPA-PPI-OH的最低激发态为特殊的杂化局域电荷转移(HLCT)态，使得该分子可以在溶液和薄膜状态下同时具有高的荧光量子效率。TPA-PPI-OH的单晶分析表明，其晶体中存在多重分子内和分子间氢键相互作用，该氢键作用有利于抑制分子基态和激发态的结构振动。TPA-PPI-OH的荧光光谱相比于TPA-PPI，具有更小的光谱FWHM(在薄膜和低极性溶剂中)。基于TPA-PPI-OH为发光层的非掺杂电致发光器件具有较好性能，其最高外量子效率为7.37%，电致发光光谱的FWHM为58nm(71 nm, TPA-PPI)。该器件的效率滚降较小，在实际应用的亮度100cdm-2和1000cdm-2下的外量子效率分别为7.37%和5.48%。 (3)刚性共轭结构对光谱半峰宽的影响。设计合成了一种新型刚性共轭结构的发光材料构筑基团二甲基苯并吖啶。在该基团中N的位置连接苯环，用以抑制分子之间π-π紧密堆积，并且在其4号位置分别取代吸电子能力不同的氟原子(-F)，氰基(-CN)以及苯氰基(-PCN)，得到四个荧光分子分别为ACPH、ACPF、ACPCN及ACPPCN。理论计算表明，二甲基苯并吖啶呈现出几乎平面的分子构型。光物理性质的测试发现，随着CT态的增强，分子荧光光谱的展宽增大。特殊的刚性共轭结构赋予了ACPH在溶液和薄膜中具有最小的光谱FWHM分别为40和46nm。以能量差的形式来评价光谱宽度时，不论是在溶液还是薄膜中，ACPCN的能量差都是最小的，说明合适强度的CT态对于光谱的窄化是有利的。以ACPCN和ACPPCN作为发光材料制备了非掺杂和掺杂器件，所有器件的最大EQE都超过5%，其中基于ACPCN的掺杂器件的EL光谱的FWHM最小为41nm/0.26eV，具有标准蓝光的色坐标(0.15, 0.05)。二甲基苯并吖啶的平面多元环共轭刚性结构，有效的抑制了分子基态和激发态的振动。但是这种刚性结构的振动耦合较大，为了继续减小光谱的展宽，还需进一步的分子结构的调整和优化。 (4)刚柔适度的共轭结构对光谱半峰宽的影响。我们基于非平面的喹啉[3,2,1-de]吖啶-5,9-二酮(QAO)基团，通过在其轴对称方向链接不同电子性质的基团，设计合成了四个对称的荧光分子QA-PF、QA-PCN、QA-PMO和QA-PCZ。通过细致的理论计算和光物理性质的分析，表明较刚性的QAO使这些材料在激发态下的结构形变较小，使得分子的重组能很小。分子结构中的部分柔性允许QAO的扭曲振动和QAO与取代基之间的旋转振动，而不是分子键的剧烈伸缩振动。这些材料在溶液和掺杂器件中都表现出非常窄的光谱。该类材料的S1态表现出HLCT态特性，并且S1态与T1态之间的能隙较小，有利于光致发光效率的提高和TADF过程的发生。基于这些材料的掺杂器件表现出较高的外量子效率15?17.5%和EL光谱的FWHMs≤30nm的纯蓝色发光。
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