Розроблення білих світловипромінювальних структур на основі синіх флуоресцентних та ексиплексоутворюючих органічних емітерів

Abstract

Дисертаційна робота присвячена розробленню високоефективних гібридних органічних світлодіодів білого кольору випромінювання та OLED синього кольору з амбіполярними TADF емітерами, а також чутливих елементів оптичних сенсорів на основі довготривалої флуоресценції. У першому розділі в ході аналізубазових механізмів люмінесценції, які відбуваються для випромінювання світла в OLED структурах значнуувагузосередженона особливостях явища уповільненої термічно активованої флуоресценції (TADF) в ексиплексних сполуках та в амбіполярних молекулах. Доведено актуальність цих матеріалів і гетероструктур для практичного використання в якостісвітловипромінювальнихемітерів, що не містять рідкоземельних металів, таперспективи їх використання в області біомедицини для флуоресцентної візуалізації біологічних систем з можливістю усунення перешкод, зумовлених фоновими сигналами. Розглядаються також деякі новітні концептуальні підходи до оптимізації збору екситонів в TADF OLED структурахдля покращення ефективності органічних світлодіодів. У другому розділі досліджено новосинтезовані сполуки на основі дифенілбікарбазолу, модифікованого електроноакцепторними фтор- 9,9-H трифторметильними ланками та 9,9-дифенілбікарбазолом ((bFPC та bTfPC) як донорні компоненти міжмолекулярного ексиплексного утворення. Проведено аналіз температурної поведінки дослідних органічних сполук, зокрема теплоти фазових переходів (плавлення, кристалізації, склування). Температури плавлення для обох bFPC і bTfPC зразків є доволі високими і становлять 246°С і 253°Свідповідно. Температури п’ятивідсоткової втрати маси для bFPC і bTfPC спостерігаються в діапазоні температур 374°C і 350°C відповідно. Повна втрата маси зразків спостерігається в діапазоні температур в околі 450°С. Отже, можна стверджувати, що для bFPC і bTfPC сполук характерним є процес сублімацій, а не термічна деструкція.Діркова природа носіїв струму в плівках bFPC і bTfPC сполук підтверджена отриманими сумірнимекспериментальними значеннями дрейфової рухливості. Величина рухливості дірок для bFPC (µh=1,1•103см2 /В•с,за напруженості електричного поля 1,6•105 В/см,)в двадцять разів перевищує аналогічний параметр для bTfPC. Очевидно, це зумовлено кращим молекулярним структуруванням плівки. Потенціали іонізації твердих плівок цих матеріалів оцінювались у межах 5,78 еВ – 6,04 еВ, електронна спорідненість перебувала в межах 3,21–3,36 еВ. Спектри флуоресценції для толуольних розчинів bFPC та bTfPC характеризувались вібронною структурою з двома максимумами на 385 и 405 нм. Органічні сполуки bFPC і bTfPC було вибрано як донорні складовіфрагменти міжмолекулярного TADF ексиплексного випромінювача, а в якості акцепторної складовоїкомпоненти дослідних ексиплексів використовувався 2,4,6-трис[3-(дифенілфосфініл)феніл]-1,3,5- триазин. Спектри bFPC:PO-T2T і bTfPC:PO-T2T характеризувались максимумами випромінювання в околі довжини хвилі 520 нм. Часи загасання фотолюмінесценції обох ексиплексівперебували в мікросекундному діапазоні,що вказує на TADF флуоресцентну природу. У третьому розділі вивчається ексиплексоутворююча система bFPC:PO-T2T як активна зондувальна компонента конструкції оптичного сенсора, що демонструє можливість високоточного вимірювання концентрації кисню – до 4% в діапазоні від 0 до 20 % O2. Досліджено bFPC:PO-T2T і bTfPC:PO-T2T ексиплекси, які показали хороші перспективи використання їх як високоефективних зелених TADF емітерів білих OLED структур. Розроблені з використанням методу «мокрої» технології, білі OLED показали високу якість тепло-білої електролюмінесценції з індексом передавання кольору на рівні 92,колірною температурою 3655 К і координатами CIE1931 (0,384, 0,399). Вивченоелектролюмінісцентні властивості OLED структури темно-синього кольору випромінювання на основі внутрішньомолекулярного TADF донорноакцепторного молекулярного 4-CzPyCl4. Ця світловипромінювальна гетероструктура показує максимальну яскравість 3000 кд/м2. У четвертому розділі наведено результати дослідження п’ятиорганічних сполук донорно-акцепторного типу на основі трет-бутилкарбазолу та трифторметилбензолу, які були синтезовані з метою мінімізації впливу твердофазної сольватації на емісійні властивості синіх OLED емітерів.Вакуумно сформовані плівки на основі цих сполукпоказаливисокий квантовий вихід фотолюмінесценції, що досягав 75%. Використовуючи емітер на основі 9,9',9'',9'''-(3-(Пірімідін-5-іл)-6-(трифторметил)бензен-1,2,4,5-тетраіл)тетрaкіс(3,6-дi-терт-бутил-9H-карбазол), що демонструє мінімальні ефекти розчинення в твердому стані, було сформовано небесно-блакитний OLED з випромінювальним шаром цієї сполуки, диспергованої в 1,3-біс(Nкарбазоліл)бензолі, який характеризувався максимумом випромінювання в околі 477 нм. Яскравість OLED перевищувала 39000 кд м–2, зовнішня квантова ефективність досягала 15,9% за максимальної струмової ефективності 42,6 кд·А1 і максимальної енергетичної ефективності 24,1 лм Вт-1.