湿法小分子双极主体材料的设计合成及器件研究

摘要

有机发光二极管(OLEDs)的制备工艺简单，易于实现大面积以及柔性显示，因此越来越受到人们的关注。采用磷光分子作为发光材料可以使OLEDs的内量子效率达到100％。但磷光分子自身存在严重的三线态-三线态湮灭现象，必须掺杂在合适的主体材料中才能实现高效的电致发光。过去的二十年中，聚合物、树枝状大分子以及双极小分子主体材料的开发使得湿法磷光器件的效率有了很大的提高。然而，湿法器件的高工作电压使得其功率效率较低，不利于大面积照明的节能化。此外，高亮度下的效率滚降问题也制约着湿法器件的商业化步伐。虽然具有较小单三线态能极差(△EST)的主体材料被证明可以有效的降低器件的工作电压，但分子设计上的限制使得开发具有较小△EST，同时又可用于湿法器件的双极小分子主体材料变得十分困难。近期，给体和受体分子间形成的激基复合物被探索出来作为新一类具有较小的△EST的主体材料。由于激基复合物同时含有电子和空穴传输组分，其本身就具有双极传输的特性，可以有效的平衡发光层的载流子，减小器件的效率滚降。本文从以下几个方面开展了相关工作:
　　1、设计合成了一系列基于咔唑和苯并咪唑的双极主体材料xCz-nPBI。通过改变功能基团的个数、比例以及连接方式，系统地研究了分子结构对主体材料热力学、光学以及电化学性能的影响。理论计算和单载流子器件同时证明，增加苯并眯矬基团的个数可以有效的提高双极主体的电子传输和注入能力。此外，咔唑基团的增加可以降低主体材料的△EST，有利于空穴的注入。结果显示，以Cz-6PBI作为主体的湿法绿色磷光OLEDs具有低的起亮电压(2.9 V)，最大电流效率和功率效率分别为47.8 cd A-1 and29.6 lm W-1。
　　2、合成并表征了三个基于磷氧基团的双极主体材料。通过分子结构的微调，材料的物理性能（热力学稳定性、单三线态能级差以及载流子传输平衡性）得到优化。理论计算和实验结果都表明，三苯胺基团的引入有效的降低了分子的HOMO-LUMO能级差。由于刚性的分子结构，咔唑基团的引入可以保证主体材料具有较高的三线态能级(ET=3.0 eV)。基于该类主体材料的湿法蓝色磷光OELDs的最大电流效率和功率效率分别为25.2 cd A-1和11.5 lm W-1，说明分子调控是提高湿法器件电致发光性能的有效途径。
　　3、通过给体分子和受体分子的等摩尔比混掺，设计合成了三个可用于湿法成膜的激基复合物主体材料，并系统地研究了该类材料的激发态动力学以及结构和性能的关系。实验结果表明，存在于电致激发态下的缔合物是磷光器件中被忽略的能量损失途径。此外，当激基复合物的能量泄漏效应最低时，湿法蓝色磷光OLEDs的起亮电压最小，功率效率也最高，分别为2.7 V和22.5 lm W-1。这些性能都高于已报道的具有相同器件结构的湿法磷光OLEDs。
　　4、设计合成了一个基于苯并咪唑和二苯基磷氧的星型电子传输材料TPOB。它可以和传统的空穴传输材料TCTA形成激基复合物TCTA∶TPOB。由于TPOB具有较高的三线态和电子亲和势，激基复合态向组分的能量损失可以有效的避免。以该激基复合物作为主体材料，湿法制备的蓝色磷光OLEDs获得了较低的起亮电压2.8 V，较高的功率效率22 lm W-1。此外，在亮度为10000 cd m-2时器件的效率滚降仍然非常低，说明基于该激基复合物的发光层具有良好的载流子平衡性能。以上研究证明了分子结构的优化对提高激基复合物电致发光性能的重要作用。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 有机电致发光概述

1．2 有机电致发光原理

1．2．1 有机电致磷光器件结构及工作原理

1．2．2 有机电致发光器件中的激发态和能量传递

1．2．3 有机电致发光的重要参数

1．3 有机电致发光主体材料

1．3．1 荧光类主体材料

1．3．2 延迟荧光类主体材料

1．4 可湿法主体材料需要改进的方面

1．5 本论文的主要研究内容

参考文献

第二章 基于苯并咪唑和咔唑基团的可湿法双极主体材料的设计、合成及性能研究

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 合成路线

2．2．2 试剂和仪器

2．2．3 化合物的合成与表征

2．3 结果与讨论

2．3．1 化合物的设计与合成

2．3．2 热稳定性和相稳定性研究

2．3．3 光物理性质研究

2．3．4 电化学性质研究

2．3．5 量子化学理论计算

2．3．6 电致发光性能的研究

2．4 结论

参考文献

第三章 基于二苯基磷氧的双极蓝光主体材料的设计、合成及其性能研究

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 合成路线

3．2．2 试剂和仪器

3．2．3 化合物的合成与表征

3．3 结果与讨论

3．3．1 化合物的合成与表征

3．3．2 热稳定性和相稳定性研究

3．3．3 光物理性质研究

3．3．4 电化学性质研究

3．3．5 量子化学理论计算

3．3．6 电致发光性能的研究

3．4 结论

参考文献

第四章 基于磷氧类激基复合物主体材料的设计、合成以及器件性能研究

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 合成路线

4．2．2 试剂与仪器

4．2．3 化合物的合成与表征

4．3 结果与讨论

4．3．1 光物理和电化学性质研究

4．3．2 电致发光性能的研究

4．3．3 电致激基缔合物的研究

4．4 结论

参考文献

第五章 基于苯并咪唑的激基复合物主体材料的设计、合成以及器件性能研究

5．1 引言

5．2 实验部分

5．2．1 合成路线

5．2．2 试剂与仪器

5．2．3 化合物的合成与表征

5．3 结果与讨论

5．3．1 化合物的合成与表征

5．3．2 量子化学理论计算

5．3．3 热稳定性和相稳定性研究

5．3．4 电化学性质研究

5．3．5 光物理性质研究

5．3．6 电致发光性能的研究

5．4 结论

参考文献

第六章 结论与展望

6．1 研究总结

6．2 研究展望

攻读博士学位期间论文发表情况

致谢