喹啉锌类有机电致发光材料、器件的制备及光电性能研究

摘要

有机电致发光器件(OLED)具有视角宽、功耗低、响应速度快、发光亮度和发光效率高、能实现全色显示等优点,备受科学界和产业界的广泛重视。特别是自从1987年Tang首次报道了工作电压低、发光亮度高的OLED以来,其研究工作取得了更快速地发展。近十余年里,已经逐渐成为多学科交叉的具有高技术含量的前沿课题。虽然有机电致发光器件的研究已经取得较大进展,但开发新材料、设计新型的器件结构、进行机理研究以进一步提高器件的性能仍是各国研究人员需要努力的方向。 金属有机配合物介于有机物和无机物之间,既具有有机物高荧光量子效率的优点,又拥有无机物稳定性好等特点,因此被认为最具有应用前景的一类发光材料。自8-羟基喹啉铝(A1Q3)作为有机发光材料成功应用于OLED后,人们希望在A1Q3的结构基础上做进一步地修饰,以得到性能同等或更好的其它颜色的发光材料。 本论文是国家自然科学基金项目的部分工作,我们主要是将8-羟基喹啉进行化学修饰,与金属离子锌配位得到一系列的金属有机配合物,并以此为有机电致发光材料,设计新型的器件结构来获得白光、红光等发光色调可调、性能稳定的有机电致发光器件,并进行了发光机理的研究。全文共分八章,以下是主要内容： 第一章绪论 综述了有机电致发光器件的研究发展现状、发光原理、器件结构和材料以及器件性能表征的参数。 第二章,喹啉锌类有机发光材料的合成和表征在8-羟基喹啉的2位分别化学修饰苯基(Ph)、对联苯基(4-biPh)、邻联苯基(2-biPh)等不同的取代基,得到了2位取代8-羟基喹啉配体和相应的锌配合物Zn(Q-C)2、Zn(Q-Bu-n)2、Zn(Q-Ph)2、Zn(Q-4-biPh)2及Zn(Q-2-biPh)2;用UV-Vis、FL和电化学方法表征了有机物的HOMO、LUMO轨道能级和能隙,并与量子化学计算结果进行了比较,在实验数据和理论计算的基础上讨论了取代基对锌配合物能级和光谱性能的影响。 第三章喹啉锌类有机电致发光器件制备及性能研究以本实验室制备的喹啉锌类有机发光材料ZnQ2、Zn(Q-C)2、Zn(Q-Bu-n)2、Zn(Q-Ph)2、Zn(Q-4-biPh)2及Zn(Q-2-biPh)2作为电致发光材料,选择合适的制备条件,制备电致发光器件,并与A1Q3为发光材料的OLED的电流.亮度,电压-亮度、启动电压等性能进行比较,得出前者具有更优良的发光性能。 第四章阻挡型有机电致发光器件制备和光电性能研究根据色度学理论,蓝光和黄光以一定的比例混合可以得到白光,将2-对联苯-8-羟基喹啉锌(Zn(Q-4-biPh)2)与NPB作为有机发光材料制备了结构为ITO/NPB(40nm)/BCP(x nm)/Zn(Q-4-biPh)2(40nm)/Al(200nm)的新型白光有机电致发光器件(OLED)。调节空穴阻挡层BCP的厚度,实现了NPB(蓝光发射)和Zn(Q-4-biPh)2(黄光发射)作为器件双发光层的有效复合,当BCP层的厚度为2.0nm时,获得了稳定的白色发光。 第五章罗丹明B掺杂ZnQ2的有机电致发光器件制备及其性能研究以8-羟基喹啉锌(ZnQ2)作为发光层主体材料,与荧光染料罗丹明B(RhB)共掺杂,采用真空热蒸镀法制备了OLED,结构为:ITO/TPD(50nm)/ZnQ2:RhB(x％,60nm)/Al(200nm)。掺杂不同浓度RhB使得OLED器件发射波长由550.0nm逐渐红移到584.0nm。通过对溶液态荧光光谱和器件发光光谱等特性的测量与分析,探讨了器件的能量转移及发光机理。 第六章含能量助传递剂的掺杂型有机电致发光器件制备及其性能研究为了调控掺杂型OLED器件中主、客体发光材料之间的能量传递效率,制备了结构为ITO/NPB(10nm)/NPB:DCJTB(30nm)/BCP(xnm)/Zn(Q-4-biPh)2(30nm)/A1的发光器件,其中Zn(Q-4-biPh)2(2-对联苯-8-羟基喹啉锌)为能量助传递剂,BCP为空穴阻挡层。通过调节空穴阻挡层BCP的厚度,调节NPB、Zn(Q-4-biPh)2与DCJTB三者之间的能量传递效率,通过阶梯式的能量传递得到掺杂染料DCJTB的发光,从而调控NPB和DCJTB的发光比例,使器件发光颜色在蓝、紫到近白、橙、红的较大范围内发生了变化。第七章非掺杂型有机电致发光器件制备及其性能研究利用Zn(Q-Ph)2和DCJTB制备出全新结构的非掺杂型OLED,其结构为：ITO/NPB(30 nm)/DCJTB(x nm)/Zn(Q-Ph)2(40 nm)/AlQ3(30 nm)/A1(200 nm)。通过调节DCJTB超薄层的厚度在0～2.0 nm范围内,OLED器件的发光色调经历了黄色、橙色、红色的改变,并且探讨了DCJTB厚度对OLED发光机理以及发光复合区域的影响。当DCJTB的厚度为0.5 nm时,获得了稳定的红光发射,该器件在5.5 V电压下启亮,25 V外加电压下发光亮度达到420 cd/m2,对应的电流密度为250 mA/cm2。 第八章液晶高分子膜的制备及电光性能研究采用聚合相分离原理制备了一种电光性能优良的环氧基新型液晶高分子膜--PDLC膜。从应用角度出发,创新性地使用白光而非可见光区某一波长的光表征PDLC膜的性能参数,测试结果表明该膜工作电压为20V、响应视角150度以上、寿命达105数量级且性能稳定,同时比较了基片材质的影响,发现塑料ITO基片制备的PDLC膜对比度性能更优越,且容易制成大面积、可折叠的显示器件,有着更广泛的应用价值。该膜在传感器以及分析仪器元器件如新型光栅等方面已显示出其潜在的应用前景。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1有机电致发光器件的研究进展

2有机电致发光机理

2.1有机材料的发光原理

2.2电致发光器件发光原理

3有机电致发光器件的结构和性能表征

3.1有机电致发光器件的结构

3.2有机电致发光器件常用的材料

3.3有机电致发光器件性能参数

4本论文的主要工作

参考文献

第二章 喹啉锌类有机发光材料的合成和表征

1引言

2实验部分

2.1仪器和试剂

2.2喹啉类配体的合成

2.3喹啉锌类有机发光材料的制备

2.4电化学表征有机物能级

2.5光谱法测定有机物能级

2.6量子化学计算有机物能级

3结果与讨论

3.1喹啉锌类有机发光材料的光谱性质

3.2喹啉锌类有机发光材料的能级测定

4本章小结

参考文献

第三章 喹啉锌类有机电致发光器件的制备和光电性能研究

1引言

2实验部分

2.1仪器和试剂

2.2电致发光器件的制备

3结果与讨论

3.1 ITO导电玻璃的表面处理

3.2有机薄膜的制备方法和条件选择

3.3有机电致发光器件的光谱性质

4本章小结

参考文献

第四章 阻挡型有机电致发光器件的制备和光电性能研究

1引言

2实验部分

2.1仪器和试剂

2.2阻挡型有机电致发光器件的制备

3结果和讨论

3.1发光光谱与轨道能级

3.2阻挡层厚度对器件电致发光性能的影响

3.3外加电压对器件发光性能的影响

3.4有机电致发光器件的寿命

4本章小结

参考文献

第五章 罗丹明B掺杂ZnQ2有机电致发光器件的制备及其性能研究

1引言

2实验部分

2.1试剂及仪器

2.2掺杂型有机电致发光器件的制备

3结果与讨论

3.1主客体发光材料

3.2掺杂型有机电致发光器件的发光性能

3.3掺杂型有机电致发光器件的发光机理

4本章小结

参考文献

第六章 含能量助传递剂的掺杂型有机电致发光器件的制备及其性能研究

1引言

2实验部分

2.1实验试剂与仪器

2.2有机电致发光器件的制备

3结果与讨论

3.1 Zn(Q-4-biPh)2的能量助传递作用

3.2 BCP的厚度对器件发光性能的影响

3.3外加电压对器件发光性能的影响

4本章小结

参考文献

第七章 基于Zn(Q-Ph)2与DCJTB非掺杂型OLED的制备及其性能研究

1引言

2实验部分

2.1试剂与仪器

2.2有机电致发光器件的制备

3结果与讨论

3.1非掺杂型OLED的电致发光性质

3.2非掺杂型OLED的发光机理

3.3器件的稳定性测试

4本章小结

参考文献

第八章 液晶高分子膜的制备及电光性能研究

1引言

2实验部分

2.1试剂与仪器

2.2 ITO基片的清洗

2.3液晶高分子膜的制备

2.4电光性质测试

3结果与讨论

3.1影响PDLC膜性能的因素

3.2 PDLC膜表面形貌特点

3.3 PDLC膜的电光性质

4本章小结

参考文献

附录:博士在读期间科研成果

致谢