新型非卤素内重原子效应OLED材料及器件研究

OLED materials are widely used because of their flexibility, quick response, wide viewing angle and many other advantages. Their huge market scale makes the academia and industry focus on the development of OLED industry. This project creatively combines non-halogen heavy atom effect and multi-resonance effect by introducing the fifth main group elements to the boron-nitrogen ring system. This innovative idea avoids the wavelength redshift, half-peak width (FWHM) broadening and further maintaining the color purity. On the other hand, the molecular spin orbit coupling is increased, and according to the internal mechanism of inter- and intra-molecular energy transition between triplet states, the higher quantum efficiency can be maintained while the efficiency rolls down is able to reduced. At the same time, based on our pioneer work, connecting a various of functional groups to the skeleton can control the molecular energy level and electron distribution in order to adjust the electronic effect of heavy atoms on the skeleton and maintain the multi-resonance effect. This series of novel OLED materials, after fully characterized, will be used to fabricate efficient deep blue OLED devices. This project is highly feasible attributable to the basic chemistry theory, the synthesis experience of the applicant, and the research accumulation of our group on the preparation of OLED devices.

OLED材料因其柔性强、响应快、视角宽等众多优势而应用广泛，其巨大的市场规模使学界与工业界都聚焦于OLED产业的发展。本项目创造性地把非卤素内原子效应与非协同效应结合，以硼氮环形体系为模板，引入第五主族重原子，合成新型高效深蓝光OLED材料。这种全新的材料一方面避免波长红移以及半峰宽（FWHM）变宽，从而保持颜色纯度；另一方面，增加分子自旋轨道耦合，根据分子内及分子间三线态能量反系间窜越的内在机制，维持较高的量子效率的同时降低效率滚降。同时，根据本课题组之前的报道，我们将利用骨架外围基团控制分子能级与电子分布，以调节重原子对骨架的影响，保持多共振效应。这一系列的新型OLED材料在被充分表征后，将用于制备高效深蓝光OLED器件。本项目的方案从化学基础理论出发，结合申请人的合成经验与课题组对OLED器件制备的研究积累，可行性极高。

本项目以常规 BN-TADF 分子的核心骨架 BCz-BN 为母核，在硼原子连接的苯环对位引入不同的苯基取代基，设计并合成一系列新型 BN-TADF 分子。完成材料结构的分析测试及化学物理性能表征，研究它们在 OLED 器件中的性能，同时借助原位拉曼光谱从材料稳定性的角度探究器件性能衰减的机理。具体工作内容如下： 在核心骨架 BCz-BN 中 B 原子连接的苯环的对位替换不同的苯取代单元，成功设计和制备出三个 MR-TADF 分子——BN-PhOH、BN-PhOCH3 和 BN-PhN(CH3)2，并进行化学结构、电化学性质、热稳定性、光物理性质表征。三个材料的热稳定性好，表现为绿光发光，半峰宽（FWHM）均小于 30 nm。将这三个材料作为发光材料，制备OLED 器件。从主客体材料掺杂浓度、电子传输层厚度、器件结构方面探究它们的器件性能，并确定最优条件。在普适的器件结构中，BN-PhOH、BN-PhOCH3 和 BN-PhN(CH3)2的最优掺杂浓度分别为 1 wt%、3 wt%和 3 wt%，并且三个材料作为发光材料时电子传输层的最优厚度均为 40 nm。三个材料在各自的最优条件下，最大 EQE 分别为 19.0%、25.6%和24.1%；8 V电压下，器件发光亮度分别为2337 cd/m2、4378 cd/m2和3814 cd/m2，器件 CIE 坐标分别为（0.11，0.43）、（0.10，0.47）和（0.10，0.46）。总的来说，基于BN-PhOCH3 的 OLED 器件综合性能表现最好，CEmax 为 53 cd/A，PEmax 为 47 lm/W；BN-PhN(CH3)2 在 100 cd/m2 和 1000cd/m2 下的器件效率滚降是三个分子中最小的，其EQE 在 100 cd/m2 亮度下仍可以保持有 19.6%。此外，也测试了这三个材料的器件稳定性，器件寿命（LT50）分别为 1.7 小时、4.4 小时和 7.7 小时。