基于芴和窄带隙小分子的物理共混和化学共聚中能量转移比较和聚合物发光二极管性能研究

摘要

聚合物电致发光器件(PLED)由于其在大屏幕平板显示器领域的潜在应用前景而引起了人们广泛的研究兴趣，并且开创了一个在化学和凝聚态物理交叉边缘的全新研究领域。共聚是开发高性能聚合物光电材料的有效途径之一。将窄带隙单体单元与主体聚合物材料进行共聚不仅可以调节发光颜色而且可以显著提高电致发光器件发光效率。对于小分子和聚合物发光器件，将窄带隙荧光颜料掺杂入宽带隙主体材料中也是一个常用的方法，既可以调节发光颜色又可以提高器件效率。本文基于有机发光器件，深入研究比较在物理共混和化学共聚中的能量转移。 共聚物发光二极管的发光效率和发光波长在很大程度上依赖于窄带隙单体本身的性能和它在共聚物中的含量。同样，基于窄带隙荧光颜料和宽带隙主体材料的共混，发光二极管的发光效率和发光颜色在很大程度上也依赖于窄带隙小分子的本身性能和它在共混体系中的含量。窄带隙发色团作为单体化学掺入宽带隙聚合物，沿着聚合物主链能量转移的共聚物被认为形态更均一稳定。然而，没有文献对聚合物主体和有机染料物理共混与同样成分组成的单链共聚物进行比较。最近我们实验室合成了单链芴和4,7-二噻吩-2,1,3-苯并噻二唑共聚物(PFO-DBT)，DBT含量0.01％及更高，并且报道了共聚物的光物理和电致发光性质。我们发现当共聚物中DBT含量仅为0.1％时，共聚物发光只有峰值为620nm的DBT单体发光，在电流为33.3mA/cm2时器件的外量子效率为2.66％，亮度效率为2.5cd/A。因此，我们合成了小分子染料DBT并与发蓝光的聚芴共混，这些共混膜的光物理和电致发光性质与同样DBT含量的单链共聚物对比。我们发现对于共混膜，当在共混体系中DBT成分达到10％时候，PFO发射被彻底淬灭，器件只有DBT。发射。然而在PFO-DBT共聚物的电致发光器件中，当DBT单体的成分为0.5％时，PFO发射就被彻底淬灭，这表明与同样组分PFO/DBT的共混比较，PFO-DBT共聚物能量转移更有效。由共混膜制作的发光器件效率稍微低于同样DBT成分的单链聚合物的器件。共混膜PFO/DBT(5％)的发光器件的发光峰值在600nm处，在电流密度为5.8mA/cm2时，获得最大的外量子效率为2.00％和亮度效率为4.12cd/A。通过对共混体系和共聚体系的比较研究，我们认为沿着共轭聚合物主链的能量转移比在物理共混体系中借助于分子之间的能量转移更有效。(第三章) 近年来，白光有机小分子和聚合物电致发光二极管(WOLEDs和WPLEDs)由于其在全彩色显示、作为平板显示的背景光源和直接作为照明用光源等方面的潜在应用而受到越来越多的关注。报道的可获得高效的WPLEDs的几种方法包括聚合物/聚合物共混、聚合物掺杂磷光染料、RGB三种发色团合并入主链或侧链的单一聚合物，并且近来取得很大进展。在聚芴主体材料中通过掺杂小分子荧光化合物而改变发光颜色和提高器件效率。我们合成了几种杂环小分子，当它们作为窄带隙单体合并入聚芴主链时由于强烈的分子内间能量转移而发射橙色或红色光。我们发现当这些杂环小分子以非常低浓度掺杂入发蓝光的聚芴中，通过不完全的分子间能量转移可以得到具有均衡RGB发射的高效的白光器件。CIE色坐标和器件的效率强烈依赖于在聚芴中的掺杂浓度。得到最好的器件性能是7.54 cd/A的最大电流效率，CIE色坐标为(0.33,0.34)并且在较宽的运行电压下都比较稳定。(第四章)有机电致发光器件在实际的器件设计中，为了优化及平衡器件的各项性能，通常引入多种不同作用的功能层构建多层器件。通过引入空穴和电子传输层来改善空穴和电子的注入和传输，使空穴-电子的复合更加平衡从而提高器件的性能。空穴传输层(HTL)有利于空穴从阳极注入和传输，并且很多情况下同时作为电子阻挡层阻挡电子流入阳极，从而限制激子在发光层内。用溶液制作多层器件的一个挑战是次一层的使用可能侵蚀在上一个步骤中已经存在的功能层。用溶液制作无侵蚀的HTLs的一个方法是在发光层不溶解的溶剂中制作HTLs。我们实验室合成了三苯胺类共轭聚电解质，此类阳离子型的三苯胺类共轭聚电解质有很好的空穴传输和电子阻挡能力。我们研究了本试验室合成的三苯胺基共轭聚电解质作为HTL对器件性能的影响。(第五章)

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1引言

1.2有机电致发光的发展概况

1.3有机电致发光的基本原理和器件结构

1.3.1有机材料的导电机理

1.3.2有机电致发光机理

1.3.3能量转移的基本理论

1.3.4能量转移的实验研究方法

1.3.5有机电致发光器件的结构

1.4聚合物发光材料和载流子传输材料

1.4.1聚合物发光材料

1.4.2空穴注入和传输材料

1.5本论文的主要研究内容及创新性

第二章聚合物发光二级管的制备与性能测试

2.1引言

2.2聚合物发光二级管的制备

2.2.1ITO玻璃基片清洗及干燥

2.2.2阳极缓冲层的旋涂

2.2.3聚合物发光层的旋转涂膜

2.2.4电极的蒸镀

2.2.5器件的封装

2.3聚合物的光物理特性测试

2.3.1聚合物薄膜的紫外——可见光吸收测试

2.3.2聚合物薄膜的光致发光光谱和发光效率的测试

2.4器件的性能参数及测试

2.4.1发光亮度和效率

2.4.2发光颜色和色纯度

2.4.3器件的寿命和稳定性

2.4.4器件的伏安特性、亮度和发光效率的测试

2.5本章小结

第三章基于聚芴和4,7-二噻吩-2，1，3-苯并噻二唑共混与同样组分共聚物的比较研究

3.1引言

3.2PFO和DBT共混的光物理性质及其与PFO和DBT共聚物光物理性质的比较

3.3PFO和DBT共混的电致发光性质及其与PFO和DBT共聚物电致发光性质的比较

3.4在共混物中掺杂入PBD对器件性能的影响

3.5本章小结

第四章基于聚芴掺杂窄带隙小分子发色团的高效的白光发光器件

4.1引言

4.2窄带隙小分子发色团的光物理及其与聚芴共混后的电致发光性质

4.2.1窄带隙小分子发色团的光物理性质

4.2.2PFO和10%的窄带隙小分子共混的电致发光性质

4.3基于聚芴掺杂窄带隙小分子发色团的高效的白光发光器件

4.4本章小结

第五章三苯胺基共轭聚电解质作为空穴传输层的电致发光器件性能的研究

5.1引言

5.2三苯胺基共轭聚电解质的结构和光学性质

5.2.1共聚物的结构

5.2.2共聚物的溶解性

5.2.3共聚物的紫外吸收以及光致发光特性

5.2.4共聚物的电化学特性

5.3三苯胺基共轭聚电解质作为空穴传输层的红光电致发光器件性能的研究

5.3.1器件的电致发光光谱

5.3.2器件的性能

5.4三苯胺基共轭聚电解质作为空穴传输层的绿光电致发光器件性能的研究

5.4.1器件的电致发光光谱

5.4.2器件的性能

5.5三苯胺基共轭聚电解质作为空穴传输层的蓝光电致发光器件性能的研究

5.5.1器件的电致发光光谱

5.5.2用PTFTS作为空穴传输层时的器件性能

5.6本章小节

结论

参考文献

攻读博士学位期间发表的学术论文

致谢