[发明专利]具有短发射衰减时间的直接单重态捕获有机分子及其在光电器件中的应用

说明书

本发明涉及具有短发射衰减时间的直接单重态捕获有机分子及其在光电器件中的应用。根据本发明，光电器件中在有机分子激发后基本等能量的电荷转移三重态(³CT)的松弛和系间窜跃进程导致了直接快速的电荷转移单重态(¹CT)占据和发射，从而发生¹CT→S₀荧光，而不需要热激活。

技术领域

本发明涉及有机分子以及该有机分子在光电器件中的应用。所述的有机分子具有通过两个有机非共轭桥连接的给体单元和受体单元，所述桥具有减少的超共轭。因此三重态-单重态-能隙可以达到几meV。这使得具有发射衰减时间短的OLED中的100％激子利用成为可能。这种新机制为直接的单重态捕获，特别适合于应用于光电器件中。与现有技术已知的具有强烈的温度依赖的热激活延迟荧光(TADF)的“单重态捕获效应“(由较大能隙ΔE(¹CT-³CT)几百cm^-1(几十meV)引起)相对的是，在直接单重态捕获效应中发生了几乎等能量的³CT和¹CT态之间的系间窜跃，ΔE(¹CT-³CT)值为10cm^-1级别(0.12meV)。在这些分子中，¹CT态占据过程进行的非常快，因此¹CT态的发射衰减时间比显示TADF的分子特别地快5至10倍。

背景技术

对于光电应用的发光分子(＝发射体分子)，要求它们具有尽可能短的发射衰减时间，此外还应当具有高的发射量子效率φ_PL。例如为了获得长的OLED器件寿命，发射衰减时间短是重要的，其降低了激发态的发射体分子的化学反应(分解)可能性。此外，对于纯有机发射体分子，即不是金属复合物的分子，的这类应用，在发射过程中包括最低激发三重态T₁的电子占据是重要的。通过设定T₁态与其上方的单重态S₁之间足够小的能量差ΔE(S₁-T₁)，在室温下能够热激活延迟荧光(TADF)(图1)，可以满足所述的要求。该过程对于本领域技术人员是已知的(参见例如，C.A.Parker,C.G.Hatchard；Trans.Faraday,Royal Society ofChem.1961,57,1894)，也被称为根据E型的升频，在曙红时首次发现。结果是可以实现有效TADF，即长寿命三重态参与时，发光(＝发射)衰减时间τ(TADF)相对于磷光衰减时间τ(Τ₁)呈几个数量级的减小。此外，在许多情况下都可以实现发射量子效率φ_PL显著提高，原因在于竞争快速返回占有过程T₁→k_BT→S₁，减少了T₁态的非辐射过程(图1中示出)。

从现有技术中已知的是，许多具有在给体(D)片段和受体(A)片段之间分子内电荷转移(CT)跃迁的分子，均可能发生TADF。然而，迄今为止所获得的能量差ΔE(S₁-T₁)仍然明显过大，因此，许多应用所期望的光物理特性，比如没有长的衰减尾迹的短衰减，仍旧没能实现。

发明内容

令人惊讶的是，现在已经能够找到一种方法(分子结构原理)，它有助于针对性地减少能量差ΔE(S₁-T₁)以提供相应的纯的有机分子。根据方程式(1)，该能量差与量子力学交换积分近似成正比，

ΔE(S₁-T₁)≈const.ΨD(r₁)ΨA*(r₂)|r₁₂^-1|ΨD(r₂)ΨA*(r₁) (1)