跃迁偶极水平取向优化的非对称磷光分子的合成及电致发光性能研究

The structure features of multi-layer with different refraction index of organic light-emitting diodes (OLEDs) have left majority fraction of electroluminescent unharness, representing one of the bottleneck problems in the developing of OLEDs. The traditional physical light outcoupling strategies typically set serious restrictions for the large-scale production and practical application of the devices. Based on the systematic analysis of the technical bottlenecks and obstacles for the light outcoupling strategies presently employed in OLEDs, the research idea of fulfilling the unity of directions between the longest dimension of the phosphorescent molecules and their transition dipole through manipulating the molecular electron transition process has been employed for the first time to deeply optimize their horizon orientation behavior of the transition dipole. Based on this idea, novel unsymmetric 2-phenylpyridine (ppy) type phosphorescent molecules have been designed and prepared with the aim to improve the light outcoupling efficiency of OLEDs. Furthermore, the relationship between the chemical structures of the concerned phosphorescent molecules and their horizon orientation behaviors of the transition dipole will be explored in depth. The research not only can provide theory basis for the design and synthesis of novel high performance phosphorescent emitters, but also has important application value for the design and fabrication of highly efficient electroluminescent devices.

有机发光二级管(OLEDs)的不同折光指数多层器件结构特点，造成大部分电致发光不能有效利用,成为其发展的瓶颈之一。提高器件光耦合输出效率的传统物理方法对器件大规模生产与实际应用造成严重困扰。在对目前提高有机电致发光器件光耦合输出效率所面临的困境和亟待解决的难点问题进行系统梳理的基础上，本项目首次利用操控磷光分子内电子跃迁过程，实现分子最长维度与其跃迁偶极方向统一的科研思想，深层优化磷光分子跃迁偶极水平取向度，设计合成新型非对称2-苯基吡啶类(ppy)Ir(III)配合物磷光分子，达到提高有机电致发光器件光耦合输出效率的目的。在此基础之上，深入探讨此类新型非对称磷光分子跃迁偶极水平取向行为与其化学结构之间的构-效关系规律。本项目研究不仅为新型高效磷光材料的设计合成提供新的理论依据，而且对高效有机电致发光器件的研制也具有重要的应用价值。

有机发光二级管(OLEDs)是最具竞争力的下一代显示和照明技术。这类器件具有多层结构且每层材料的折光指数不同造成只有大约20%的电致发光能够利用，这成为OLEDs实用化的瓶颈之一。解决这一问题的传统物理方法涉及非常复杂的器件制备工艺，对OLEDs大规模生产与实际应用产生严重制约。本项目针对基于物理方法的传统光耦合输出策略的缺点，提出采用非对称分子结构来操控2-苯基吡啶类(ppy)配合物磷光分子内的电子跃迁过程，实现磷光分子最长维度与其跃迁偶极方向统一的科研思想，并利用分子倾向按最长维度平行基底排列的特点，通过控制分子结构实现非对称磷光分子跃迁偶极水平取向的优化，从而实现通过便捷的化学策略提高OLEDs光耦合输出效率的目标。研究结构表明这一科研思想在提高OLEDs光耦合输出方面非常成功：通过在配合物磷光分子的不同有机配体中引入不同电子特性的功能基团，有效操控了电子跃迁过程使其在磷光分子最大维度方向上发生。基于这类新型非对称磷光分子的OLEDs表现出非常优异的电致发光性能：溶液法红光器件外量子效率28.5%及溶液法橙光器件外量子效率28.1%，均高于25%的理论值；同时偶极取向研究表明：非对称磷光分子的水平跃迁偶极取向度不小于80%，高于传统对称磷光分子。这些数据充分说明基于新型非对称ppy类配合物磷光分子的OLEDs光耦合效率很高，实现了利用非对称分子结构的化学手段实现提高光耦合输出效率的目标。这些研究结果不仅为化学手段提高OLEDs光耦合输出提供了新策略，而且为新型高效磷光材料的设计合成提供新的理论依据。显然，本项目的研究成果对于OLEDs的实用化具有非常重要的意义。