新型蒽基有机电致发光材料的设计合成及其电致发光性能的研究

发布时间：2020-03-22 21:40

【摘要】：自1987年邓青云等人首次以蒸镀的方法发现共轭有机发光材料的电致发光现象以来,一批又一批的科研工作者为了有机电致发光材料的发展与应用付出了艰辛的努力。第一代有机电致发光器件(OLEDs)主要以小分子的荧光材料为主,该类材料只能利用单重态激子进行辐射发光,因此器件效率普遍较低。第二代OLEDs主要是以重金属有机配合物为主的磷光电致发光器件,该类材料可以通过自旋轨道耦合效应达到100%的激子利用率,因此可以得到较高的器件效率,绿光和红光磷光材料的发展非常迅速,其器件效率得到飞速提升,器件寿命也逐步提升至实际应用的水平,但是蓝光磷光电致发光材料的研究开发相对比较滞后,器件寿命也没有达到实际应用的要求。第三代OLEDs是热致延迟荧光(TADF)材料,该类材料的三重态激子可以通过反系间窜越过程转换为单重态激子,这样可以将激子利用率从25%提升至100%,随着对该类材料的深入研究,高效率的绿光、黄光和橙光TADF材料被相继开发出来,但是这类器件的效率滚降普遍比较严重,尤其是蓝光和深蓝光TADF材料,不但效率较低,器件的效率滚降也比较严重。另外第二代和第三代OLEDs在制作上都需要较为复杂的掺杂工艺,增加了实际应用的生产成本,这也大大限制了这两类材料的实际应用。因此设计一类制作工艺简单、器件效率较高、效率滚降较小的非掺杂有机电致发光材料成为目前亟待解决的问题。本文以常用的蒽基团为核心,在9和10位键接不同的给电子和吸电子基团设计了一类有机电致发光材料,通过结构的不断优化调控,并对器件高效率的机理进行了深入的研究,最终得到一系列具有优异器件性能的深蓝光有机电致发光材料,详细的内容如下:1.设计合成了两个以蒽为中心基团,在9和10位分别键接上给电子基团(三苯胺和二苯胺)和吸电子基团(4,6-二苯基三嗪)的有机电致发光材料TPAAnTrz和DPAAnTrz。两个化合物都具有很好的热稳定性,薄膜状态的荧光量子效率分别为56%和65%。通过蒸镀的方法制备了两个非掺杂的有机电致发光器件。两个器件的最大电流效率分别为13.21 cd A~(-1)和10.31 cd A~(-1),并且在高亮度下依然可以维持较高的效率,几乎没有效率滚降。2.通过引入给电子能力较弱的苯基咔唑,以及改变苯基咔唑的键接位置设计合成了三个蓝绿光的有机电致发光材料3CzAnTrz、pCzAnTrz和m CzAnTrz。三个化合物好的热稳定性和高的薄膜荧光量子效率使其可以直接制备成非掺杂的有机电致发光器件。三个器件的最大电流效率分别为13.34 cd A~(-1)、11.19 cd A~(-1)和8.74 cd A~(-1),最大功率效率分别为11.59 lm W~(-1)、9.25 lm W~(-1)和6.44 lm W~(-1),最大外量子效率分别为5.44%、5.54%和4.71%,并且在高亮度下依然可以维持较高的效率,几乎没有效率滚降。三个器件的电致发光光谱峰值分别为488 nm、479 nm和475 nm,表现为蓝绿光发射。3.通过引入吸电子能力较弱的氰基吡啶基团,设计合成了两个天蓝光的有机电致发光材料3CzAnPyCN和pCzAnPyCN,两个化合物都具有很好的热稳定性,薄膜状态的荧光量子效率分别为65%和61%。用两个材料制备了非掺杂的有机电致发光器件,器件均表现为天蓝光发射,两个器件的最大电流效率分别为17.73 cd A~(-1)和14.18 cd A~(-1),最大功率效率分别为15.40 lm W~(-1)和13.12 lm W~(-1),最大外量子效率分别为8.07%和8.13%,并且两个非掺杂器件在高亮度下的效率滚降比较小。4.通过引入吸电子能力更弱的对氰基苯,设计合成了两个蓝光的有机电致发光材料3CzAnBzt和pCzAnBzt,两个化合物都具有很好的热稳定性,薄膜状态的荧光量子效率分别为52%和59%。用两个材料制备的非掺杂的有机电致发光器件表现出优异的性能,两个器件的最大外量子效率分别为10.06%和9.23%,并且两个非掺杂器件具有较小的效率滚降,在亮度为1000 cd m~(-2)时器件效率依然可以维持在较高的水平。两个器件的色坐标为(0.14,0.14)和(0.14,0.10),分别为纯蓝光和深蓝光发射。5.通过在苯环的间位引入一个或者两个咔唑基团,增加位阻效应减弱分子间的π-π堆积,设计合成了两个深蓝光的有机电致发光材料m CzAnBzt和m2CzAnBzt,两个化合物都具有很好的热稳定性,薄膜状态的荧光量子效率分别为63%和53%。用两个材料制备的非掺杂的有机电致发光器件表现出优异的性能,两个器件的最大电流效率分别为5.71 cd A~(-1)和6.20 cd A~(-1),最大功率效率分别为4.91 lm W~(-1)和5.40 lm W~(-1),最大外量子效率分别为7.95%和7.36%。两个器件的色坐标为(0.15,0.07)和(0.15,0.09),为深蓝光发射。6.通过引入具有位阻效应的对二甲基苯增大分子之间的扭曲,减弱分子间的电荷转移设计合成了两个深蓝光的有机电致发光材料2M-ph-pCzAnBzt和2M-pCzAnBzt,两个化合物都具有很好的热稳定性,薄膜状态的荧光量子效率分别为65%和60%。以两个材料制备的非掺杂的有机电致发光器件表现出优异的性能,两个器件的最大电流效率分别为5.95 cd A~(-1)和4.95 cd A~(-1),最大功率效率分别为5.43 lm W~(-1)和4.57 lm W~(-1),最大外量子效率分别为10.44%和8.08%。两个器件的色坐标为(0.151,0.057)和(0.151,0.061),为深蓝光发射。
【图文】：

有机电致发光器件,常用结构

TADF 的器件的外量子效率也有了红外几乎覆盖了整个可见光区域，其中天蓝%[29,30]，已经可以与磷光有机电致发光器件对比较缓慢，器件效率一直处于较低水平。严重的效率滚降，器件稳定性较差，器件寿程。示领域已经逐渐显露出可以取代液晶平板显高的对比度、低耗电、响应速度快等。搭载以及电视机都已经相继量产，但是目前 OLE成本较高，另外现阶段有机电致发光器件的和深蓝光器件的低效率一直制约着 OLEDs 的效率低滚降的有机电致发光蓝光和深蓝光材

荧光发射光谱,电致发光光谱,分子式,化合物

分子扭曲减弱分子间相互作用，另一方面 Si 原子可以有效小分子的共轭长度。Kwon 等人[35]通过以蒽为核心基团外围合成了一个荧光材料 1-6，其固态的荧光发射光谱的峰值料（图 1-4）。该化合物的玻璃化转变温度（Tg）高达 168 °C）。理论计算表明，具有四面体结构的四苯基硅烷基团与 80°，这种扭曲的分子骨架可以有效的抑制分子间的相互作轭体系，该化合物同其他蒽基衍生物一样都具有优异的光还有较好的电致发光性能，其非掺杂器件的电流效率为 1（0.148, 0.09）。在蒽基衍生物中引入四苯基硅烷可以有效子间相互作用，得到适合非掺杂器件的蓝光电致发光材料碍了电子和空穴的注入，，大大增加了电致发光器件的开启子的共轭体系从而减弱材料的电荷传输性能。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN383.1

【相似文献】