有機電致發(fā)光材料的分子設(shè)計、合成、器件制作與發(fā)光.pdf

1、有機電致發(fā)光器件(OLED)驅(qū)動電壓低，可與集成電路相匹配，發(fā)光亮度高，制作在柔性底上，與無機薄膜相比較易實現(xiàn)全色顯示，可避免液晶被動發(fā)光、響應(yīng)速度慢和等離子體需高電壓的缺點；可制成各種平板顯示裝置，可用于光通信，作為集成電路上的芯片與芯片之間的單片光源，可制成可折疊的“電子報紙”，可應(yīng)用在室內(nèi)和野外照明等。這些技術(shù)特點和應(yīng)用領(lǐng)域使有“有機電致發(fā)光”成為發(fā)光顯示研究的前沿和熱點領(lǐng)域。 目前，OLED的基礎(chǔ)研究主要在提高器件效率和

2、壽命等性能以及尋找新的、改進(jìn)的發(fā)光材料和載流子傳輸材料。在載流子傳輸材料的研究中，目前使用的電子傳導(dǎo)材料的傳導(dǎo)性能總的說來落后于空穴傳導(dǎo)材料，而在紅、綠、藍(lán)三色發(fā)光材料中，紅、藍(lán)光材料較缺乏。稀土有機配合物發(fā)光具有半峰寬窄、色純度高、理論內(nèi)量子效率達(dá)100％等優(yōu)點，但是用于電致發(fā)光器件存在載流子傳輸性能差，發(fā)光亮度和效率較低，穩(wěn)定性不足等薄弱環(huán)節(jié)。 基于對有機電致發(fā)光研究進(jìn)展及存在問題的認(rèn)識，尤其是針對合成電子傳輸材料的研究相對

3、落后于合成空穴材料，紅、藍(lán)光材料較缺乏的現(xiàn)狀以及稀土有機配合物用于電致發(fā)光器件的薄弱環(huán)節(jié)，本學(xué)位論文按照“分子設(shè)計”的思想，有目的地把電子傳輸或(和)空穴傳輸基團(tuán)引入分子中，合成了系列有機小分子材料和稀土有機配合物材料，改善了材料的載流子傳輸性能和發(fā)光性能；制作了相應(yīng)的系列電致發(fā)光器件，簡化了器件的結(jié)構(gòu)并改善了其發(fā)光性能。 本學(xué)位論文主要研究內(nèi)容包括： 1、首先介紹了稀土有機配合物發(fā)光的一些基本概念、發(fā)光原理、發(fā)光性能影

4、響因素、光譜及發(fā)光特點，評述有機電致發(fā)光與稀土有機電致發(fā)光研究的進(jìn)展和存在問題。 2、設(shè)計和合成5種新型的的β-二酮，作為第一配體，合成了相應(yīng)的銪(Ⅲ)三元或四元配合物，研究了其熱穩(wěn)定性和光致發(fā)光性能 把具有良好電子傳輸性的聯(lián)苯基與柔性的甲氧基團(tuán)引入同一分子中，合成了2種新型的β-二酮，并合成了相應(yīng)的銪(Ⅲ)配合物，用以提高稀土配合物成膜性、載流子傳輸性能；將電子傳輸基團(tuán)1，3，4-噁二唑或者空穴傳導(dǎo)基團(tuán)三苯胺引入配體分

5、子β-二酮中，合成了2種含1，3，4-噁二唑基團(tuán)的β-二酮和1種含三苯胺基團(tuán)的β-二酮，并合成了相應(yīng)的銪(Ⅲ)配合物，以增強其載流子傳輸性能，并改善其電致發(fā)光性能。結(jié)果表明：合成的Eu(Ⅲ)配合物都有高的熱穩(wěn)定性和良好的成膜性能，分子中有大的n-共軛體系，配體的最低三重態(tài)能級與Eu3+的5D0能級匹配，把吸收的激發(fā)光能量有效傳遞給中心離子Eu3+而發(fā)光，是優(yōu)良的紅色發(fā)光材料。 3、利用“分子設(shè)計”的思想，把空穴傳導(dǎo)基團(tuán)芳胺類和電

6、子傳輸基團(tuán)1，3，4-噁二唑組合在同一個分子中，逐步地增加分子中芳類基團(tuán)和1，3，4-噁二唑基團(tuán)的數(shù)目，以改變分子的LUMO值和HOMO值，合成了一系列新的具有“雙極(bipolar)”性質(zhì)(即同時具備“電子傳輸”和“空穴傳輸”性質(zhì))和發(fā)光性能的空穴傳導(dǎo)與電子傳輸基團(tuán)變更的有機小分子材料，并且研究了這些化合物的熱穩(wěn)定性、電化學(xué)性質(zhì)和光致發(fā)光性能。結(jié)果表明：這類化合物同時具有空穴傳導(dǎo)和電子傳導(dǎo)的雙重性質(zhì)，即屬于“雙極(bipolar)”物

7、質(zhì)，空穴傳導(dǎo)性質(zhì)占優(yōu)；同時，它們還具有良好的光致發(fā)光性能、成膜性能和高的熱穩(wěn)定性，因此可以用于制作單層OLED，也可以用于制作多層OLED，簡化器件的結(jié)構(gòu)，提高器件的發(fā)光效率。 4、利用“分子設(shè)計”的思想，把空穴傳導(dǎo)性能好的芳胺類基團(tuán)和電子傳導(dǎo)性能好的1，3，4-噁二唑基團(tuán)引入一個大的星型(或樹枝型)分子中，并且改變其中引入的芳胺類基團(tuán)和1，3，4-噁二唑基團(tuán)的數(shù)目，來改變分子的LUMO值和HOMO值，合成了一系列星型(或樹枝型

8、)有機小分子發(fā)光材料，研究了它們的熱穩(wěn)定性、成膜性能、電化學(xué)性質(zhì)和光致發(fā)光性能。結(jié)果表明：這類化合物具有高的熱穩(wěn)定性、高Tgb溫度、良好的成膜性能和高的光致發(fā)光效率。 5、設(shè)計和合成了1種“雙極”有機小分子，并且作為配體與金屬離子Li+、Zn2+和Al3+配位生成相應(yīng)的配合物，這類配合物具有高的熱分解溫度，光致發(fā)光效率高，且發(fā)射藍(lán)光，可以彌補有機電致發(fā)光器件材料中藍(lán)光響應(yīng)缺乏的不足。配合物中的配體分子具有導(dǎo)電子基團(tuán)和空穴傳導(dǎo)基團(tuán)

9、，這對載流子的平衡有利，并且可以簡化器件結(jié)構(gòu)。 6、利用合成的含多種功能基團(tuán)的有機配體TPBDTFA及其Eu3+配合物，Eu3+配合物通過共聚反應(yīng)，引入到具有良好空穴傳導(dǎo)性的高分子鏈PVK中，生成共聚合物，以改善Eu3+配合物載流子傳輸性能差和成膜性差的弱點，研究了共聚合物的熱穩(wěn)定性和光致發(fā)光性能。 7、選擇了5種有機小分子和2種含Eu3+配合物的高分子共聚物，制備了相應(yīng)的單層有機電致發(fā)光器件，通過控制電子和空穴傳輸

10、材料的比例，得到了單個化合物發(fā)白光的器件，而且通過調(diào)控工作電流密度，器件發(fā)光顏色發(fā)生藍(lán)色-白色可逆變化。這類采用單個含Eu3+配合物的高分子聚合物制備的器件就能夠發(fā)白光尚未見報道。 用空穴傳導(dǎo)與電子傳輸基團(tuán)變更的3種有機小分子(PQ(O)3T，n=1，2，3)制備成的相應(yīng)的有機電致發(fā)光器件，討論了導(dǎo)電子基團(tuán)1，3，4-噁二唑數(shù)目的增加對器件發(fā)光效率的影響，這對有機發(fā)光材料的設(shè)計和合成具有理論上的指導(dǎo)意義。制備的相應(yīng)單層器件中器件

11、發(fā)光最高亮度、達(dá)到了3900cd/m2以上;并且采用小分子PQ(O)3T制作的二層器件得到了紅光發(fā)射，這類小分子化合物采用真空鍍膜技術(shù)制作的有機電致發(fā)光器件能夠發(fā)射紅光的報道較少；對于二層器件中，器件發(fā)光最高亮度(對于綠光)達(dá)到了9000cd/m2以上，具有大的應(yīng)用價值。 利用合成的1種星型小分子(TBPOPA)材料，制備成相應(yīng)的有機電致發(fā)光器件，討論了器件結(jié)構(gòu)與發(fā)光性能的關(guān)系。器件發(fā)光最高亮度(對于藍(lán)光)達(dá)到了650cd/m2

12、以上，利用另外一個有機雙極小分子PBPOPB制備的相應(yīng)單層器件中器件發(fā)光最高亮度(對于藍(lán)光)達(dá)到了680cd/m2以上；對于二層器件中，器件發(fā)光最高亮度(對于藍(lán)光)達(dá)到了2600cd/m2以上，而對于綠光發(fā)射達(dá)到了10000cd/m2以上，具有大的應(yīng)用價值。 通過以上研究，得到了一些有意義的結(jié)論： 1、第一配體引入的功能基團(tuán)對銪配合物的穩(wěn)定性、光致發(fā)光效率，配合物的載流子傳輸性能有重要的影響，配體最低三重態(tài)能級影響銪(Ⅲ

13、)配合物的量子效率。 2、星型(樹枝狀)和多有1，3，4-噁二唑基團(tuán)有機小分子化合物都具有高的Tg，1，3，4-噁二唑基團(tuán)數(shù)目的增加可以增加有機小分子的電子親合性、提高化合物的電子傳輸能力。有機小分子中空穴和電子傳導(dǎo)基團(tuán)的引入位置對有機小分子的電子和空穴傳導(dǎo)性能具有較大的影響。 3、以含有空穴和電子傳導(dǎo)基團(tuán)的有機小分子為發(fā)光材料制備的器件，能夠改善載流子的傳輸性，制成的最簡單有機電致發(fā)光器件也能發(fā)光，且發(fā)射光亮度不低，這

14、為達(dá)到簡化器件的制作，提供了設(shè)計和合成材料方面的參考。 4、含銪(Ⅲ)配合物的高分子共聚物，通過配合物分子中導(dǎo)電子基團(tuán)的TPD基團(tuán)引入的和高分子中導(dǎo)空穴的PVK鏈，可以改善Eu3+配合物載流子傳輸性能差和成膜性差的弱點，且可以簡化器件的制作。 總之，化合物中載流子傳輸?shù)钠胶鈱喕谱饔袡C電致發(fā)光器件、提高有機電致發(fā)光器件的發(fā)光性能具有極大的影響。使用載流子傳輸平衡和高效光致發(fā)光的材料都能得到高性能的有機電致發(fā)光器件。