具有刚性四齿配体的铂的配合物的高效率磷光发射及其在白光聚合物器件中的应用

作为一种新兴的发光器件,有机电致发光器件(OLED)具有主动发光、重量轻、可卷曲等优点,目前已经越来越多地作为手机显示屏、平板电脑显示器、大屏幕电视机等活跃在显示领域,并有极可能最近几年实现在照明领域的应用。相对于这些通过真空蒸镀和精细掩模技术生产的OLED器件,通过廉价的溶液加工技术制备的聚合物发光器件(PLED)具有成本上的优势,因而在工业上更加有吸引力。作为有机和聚合物发光器件的核心材料,高效率的磷光发光材料是目前的研究热点。尽管目前为止铱的配合物获得了最深入的研究,并成功地实现了高效率的红、绿、蓝、黄等单色光,但是其空间八面体的分子构型决定了单一一种铱的配合物很难实现白光发射。因此,目前基于铱的配合物发光的有机或聚合物电致发光器件都是采用两种(蓝光和黄光)、三种(红、绿、蓝光)、甚至四种(红、黄、绿、蓝光)铱的配合物材料的混合实现的。

这些白光器件中,各种发光材料之间的复杂的能量转移经常导致光色随亮度而改变;同时,器件的制备和结构也比较复杂,不利于量产。而另一种高效率的磷光材料——铂的配合物可通过改变配体灵活地改变其分子构型,从而改变分子间的作用,进而调整配合物单体和聚集态的发光比例。当两者发光比例合适并且发光光谱分别在蓝光和黄光区域时,即可实现单发光材料的白光发射。这种类型的白光聚合物发光器件光谱随亮度变化稳定,器件结构和制作工艺简单,更适合量产化。但是到目前为止该类器件效率仍然很低,制约了其应用前景。香港大学化学系支志明院士课题组针对这一问题开发出了一系列高效率的具有刚性四齿配体的铂的配合物材料,通过调整其配体获得了高效率的单体和聚集态发光平衡的白色发光材料,并实现了目前为止文献可见的最高效率的单发光材料的白光聚合物发光器件

精心设计的刚性O^N^C^N四齿配体结构最大程度地抑制了以此为配体的铂的配合物的非辐射跃迁并使系间窜越效率接近100%。因此,基于O^N^C^N四齿配体的铂的配合物Pt-2-Car在二氯甲烷溶液中的量子产率可高达0.99,以Pt-2-Car为发光材料的黄光聚合物发光器件最大外量子效率可达15.55%,最大电流效率为53.63 cd/A;在1000 cd/m2的亮度下,外量子效率和电流效率仍然分别保持在14.04%和48.44 cd/A。这是目前为止文献可见的基于铂的配合物的聚合物发光器件的最高效率。为了实现基于O^N^C^N四齿配体的铂的配合物的单发光材料的白光聚合物器件,选择了一种具有两条与O^N^C^N四齿配体平面垂直的烷基链的铂的配合物,通过调节这两条烷基链的长度,可以调节铂的配合物分子间的作用强度,从而调节单体蓝光和聚集态黄光之间的比例。实验证明,当烷基链的长度为两个碳原子时,可以实现平衡的白光发射。该材料(Et-Pt-2-F2)在二氯甲烷溶液中的量子产率为0.66,当用作白光聚合物发光器件的单一发光材料时,经过优化的器件的最大外量子效率可达12.73%,在亮度为1000 cd/m2时的效率为11.51%,且光谱稳定,在亮度从100 cd/m2到10000 cd/m2的范围内,光色几乎没有变化。这是目前为止文献可见的最高效率的基于单发光材料的聚合物发光器件。

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