基于D-π-A型菲并咪唑衍生物的设计、合成、表征及其在非掺杂蓝色有机电致发光器件中的应用

摘要

由于有机电致发光器件(OLEDs)在全彩显示和固体发光方面的应用，近年来科研工作者对其进行了广泛研究。本论文设计并合成了三个系列的菲并咪唑衍生物，并且通过质谱、核磁、元素分析、光谱分析、热分析等手段对化合物进行了基本表征。基于这些材料优良的光物理性能和热力学稳定性，我们系统研究了它们在OLED中的应用，并取得以下有意义的研究成果：
　　1.以咔唑为核，在其3-和6-位上分别以苯和无苯连接一个或者两个菲并咪唑，得到了一系列菲并咪唑衍生物CzDBPI、CzBPI和CzPI。由于咔唑基团本身具有一定的刚性，再加上大体积菲并咪唑基团的引入，使得这些材料具有非共平面结构，热稳定性高，玻璃化转变温度高(Tg>200℃，玻璃的分子CzBPI除外)。以这三个材料为发光层且器件结构为ITO/NPB/TCTA/EML/TPBI/LiF/Al的非掺杂器件，发光从深蓝光到天蓝光， CIE色坐标分别为(0.16,0.08)、(0.15,0.07)和(0.18,0.19)。基于CzDBPI、CzBPI和CzPI的非掺杂器件的最大电流效率、最大功率效率和最大外量子效率分别为1.89 cd A-1、1.98 lm W-1和1.96％；1.81 cd A-1、1.89 lm W-1和2.30%与1.28 cd A-1、1.34 lm W-1和0.65%。据我们所知，基于CzDBPI的器件效率是目前所报道的基于咔唑衍生物非掺杂深蓝(CIEy≤0.08)发光器件中效率最好之一。
　　2.以BPA-BPI为模板，在菲并咪唑的的6-和9-位置上分别连接苯、萘、菲等芳环得到了五个具有 D-π-A结构的高发光效率有机电致发光材料 BPITPA、2N-PITPA、1N-PITPA、Ph-PITPA和Py-PITPA。这五个材料具有较好的热稳定性能(Tg>140℃)。通过改变菲并咪唑环上6-和9-位上取代基(由苯到芘)的共轭程度，我们成功得到了高效稳定的深蓝光和天蓝光非掺杂有机电致发光材料，其相应器件的CIE色坐标分别为(0.15,0.07)、(0.15,0.09)、(0.15,0.07)、(0.15,0.08)和(0.17,0.29)。基于BPITPA、2N-PITPA、1N-PITPA、Ph-PITPA和Py-PITPA的非掺杂器件最大电流效率(最大外量子效率)分别为1.38 cd A-1(2.25%)、2.67 cd A-1(3.03%)、2.15 cd A-1(3.29%)、2.67 cd A-1(3.47%)和9.67 cd A-1(4.76%)。由于Py-PITPA相对具有更加平衡的载流子传输能力，因此具有最低的效率衰减，即使亮度到了1000 cd m-2时，效率仍高达9.32 cd A-1(4.50%)。据我们所知， Py-PITPA为发光层器件的效率是现在所报道的0.16　　3.通过在菲并咪唑环的6-位或者9-位引入芳胺基团(咔唑或者三苯胺)设计且合成了一系列菲并咪唑衍生物9-DCzPI、3-DCzPI和TPAPI并研究了它们在OLED中的应用。这三个材料不仅仅在溶液状态下发蓝紫光，而且在电致发光状态下也是发射蓝紫光的。我们分别以这三个化合物作为发光层得到了三个蓝紫光非掺杂有机电致发光器件，它们具有很低的开启电压(2.72、2.69和2.52 V)和极好的色纯度，其CIE色坐标分别为(0.15,0.05)、(0.15,0.05)和(0.16,0.05)。基于9-DCzPI、3-DCzPI和TPAPI三个器件的最大外量子效率(EQE)分别为2.22%、2.92%和1.38%。它们的最大流明效率分别为1.11 cd A-1、1.28 cd A-1和0.88 cd A-1；最大功率效率分别1.16 lm W-1、1.10 lm W-1和0.87 lm W-1。

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第一章 前 言

1.1 有机电致发光器件(OLEDs)概述

1.2 有机电致发光器件中有机材料分类

1.3基于菲并咪唑衍生物有机电致发光材料的研究进展

1.4 选题意义

参考文献

第二章 D-π-A菲并咪唑-咔唑衍生物的设计、合成及其在OLED中的应用

2.1 引言

2.2 实验试剂设备以及合成表征

2.3 结果与讨论

2.4 小结

参考文献

第三章 D-π-A菲并咪唑-三苯胺衍生物的设计、合成及其性质研究

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 小结

参考文献

第四章 基于菲并咪唑蓝紫发光材料的设计、合成、表征及其在OLED中的应用

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 小结

参考文献

致谢

附录：部分化合物的核磁谱图