具有载流子传输性能的非掺杂蓝色有机电致发光材料的设计、合成及其在有机电致发光器件中的初步应用

摘要

由于有机电致发光器件(OLEDs)在平板显示和固体发光方面的潜在应用价值，已经引起了广泛的关注和投入。本论文设计、合成了分别基于三苯胺、咔唑和咪唑的三个系列的衍生物，并且通过质谱、核磁、光谱分析、热力学性质分析、单晶X射线衍射等手段对化合物进行了表征，结果表明这些新材料在溶液中发蓝光并且固态时具备优良的热稳定性和成膜能力。我们进一步研究了它们在OLED中的应用并得到了如下成果：
　　1.基于BPyPA(a1)的三层器件(DeviceA4,A5)和双层器件(DeviceA6,A7)均具有较低的启动电压和工作电压，三层器件具有较高的最大亮度、最大电流效率和最大功率效率(分别为5387cd/m2,4.18cd/A,2.19lm/W;6077cd/m2,4.00cd/A,2.04lm/W;6845cd/m2,2.45cd/A,1.91lm/W;6986cd/m2,2.21cd/A,1.69lm/W),双层器件的最大发光亮度高于三层器件；而且两个三层器件的电流效率和功率效率在0～150mA/cm2范围内都几乎没有衰减；两个双层器件的电流效率在0～300mA/cm2范围内几乎没有衰减。这些性质表明，BPyPA(a1)是一个较好的既发光又传输空穴的双功能蓝光材料。基于BDPFPA(a2)的结构为ITO/NPB(70nm)/BDPFPA(a2)(30nm)/BPhen(20nm)/LiF(1nm)/Al(100nm)的三层非掺杂OLED器件具有较低的启动电压(低于3V)和工作电压(1000cd/m2@5.5V),器件具有较高的最大发光亮度(16150cd/m2)和最大电流效率、功率效率(10.23cd/A,4.99lm/W)。
　　2.基于b1，b2和b3的非掺杂OLED蓝光三层器件(DeviceD2,E1,F1)有较低的启动电压(小于3V)和优秀的蓝光特性，这些三层器件最大电流效率和功率效率分别为1.7cd/A,1,73lm/W;1.4cd/A,1.32lm/W和2.0cd/A,1.85lm/W,这些性能可以与最新报道的一些蓝光器件性能相媲美。
　　3.基于咔唑的衍生物以苯并菲结构(Müllen树枝状结构之一)和芘为取代基，分别得到了对称和不对称结构的TPBDPTPC(c1)和TBPDPTPyC(c2)。结构为ITO/NPB(70nm)/TBPDPTPyC(c2)(30nm)/TPBI(30nm)/LiF(0.5nm)/Al(80nm)的非掺杂器件有较低的启动电压(小于3.5V)和工作电压(6.4V@1000cd/cm2)，并且拥有较高的电流效率(2.1cd/A)和功率效率(1.88lm/W)，其CIE坐标为(0.15,0.09)，这是最近报道的CIEy坐标均小于0.10蓝光性能最好的之一。
　　4.结构为ITO/NPB(70nm)/BTPPIB(d1)(40nm)/TPBI(20nm)/LiF(1nm)/Al(100nm)(DeviceI5)的三层器件具有较低的启动电压(小于3V)和工作电压(1000cd/m2@6V)，较高的最大发光亮度(1997cd/m2@7V)和最大电流效率与功率效率(2.36cd/A,2.41lm/W),在驱动电压为3～10V范围内随着驱动电压增大未发生明显变化，器件的CIE坐标为(0.15,0.17);结构为ITO/NPB(60nm)/BTPPIB(d1)(60nm)/LiF(1nm)/Al(100nm)的双层器件DeviceI6性质与三层器件DeviceI5的性质相当，其同样具有较低的工作电压(1000cd/m2@6V)，较高的最大发光亮度(2015cd/m2@7V)和最大发光效率(2.22cd/A,2.32lm/W),其EL光谱在3～10V范围内随着驱动电压的变化也未发生明显变化，CIE坐标为(0.15,0.15)。这些结果说明材料BTPPIB(d1)是一个较好的既发光又传输电子的双功能材料。