有机白光器件主体及发光材料的设计制备与应用

发布时间：2017-05-01 16:06

  本文关键词：有机白光器件主体及发光材料的设计制备与应用，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：有机发光二极管(OLEDs)因在显示和照明领域都存在着巨大应用价值,被称为新一代固体照明和显示技术。特别是其可以采用工艺简单、成本低廉的溶液加工制备膜技术,发光材料的分子结构与发光颜色便于调节等特点,吸引了学术界和工业界广泛的研究。基于溶液法制备的白光有机发光二极管(WOLEDs)在发光效率、发光稳定性等方面与真空蒸镀成膜技术制备的有机小分子电致发光二极管相比仍然存在较大的差距。目前来说,以溶液法制备的OLED器件多采用以聚合物为主体材料,以含有金属原子的磷光为掺杂剂的体系来制备发射层,要制备高效率的WOLEDs器件,在很大方面上依赖于新型的主体和磷光客体材料的开发。鉴于此,本论文的主要研究目的就是通过设计、合成聚合物主体材料和磷光材料同时对器件结构进行优化设计,实现高性能的白光聚合物发光器件。 1.采用给体-受体(D-A)模型设计并合成了两种具有低单-三重态能量差和分子内电荷转移的聚合物主体材料。实验表明,这两种聚合物具有较高的三线态能级、高的热稳定性、良好的双载流子传输性能、合适的能级等优异的综合性能。对分子轨道的密度泛函计算表明,该类D-A型聚合物的HOMO和LUMO具有合适的重叠,可以同时保证两种材料具有较高的荧光量子产率和较小的单-三重态能量差(ΔEST0.5eV)。对比两种材料,研究了磷氧基团的引入对电化学、热稳定性及双极性等性能的影响。研究了该类聚合物的蓝光发射性能,并通过向聚合物中掺杂橙光材料,制备了有机层全溶液法的单一发射层的两元荧光-磷光(F-P) WOLEDs。基于该类材料为主体的器件,不必引入中间层就能实现单线态和三线态激子的分别利用,简化了器件结构。以这类聚合物的F-P WOLEDs最大电流效率为10.5cd A-1,最大外量子效率为6.1%。这两种材料优异的电化学性能、电致发光性能和载流子传输性能表明,D-A型聚合物为合成F-P WOLEDs主体材料提供了一种方法。 2.设计并合成了一系列以苯基咔唑和含杂原子基团为基本构筑单元的聚合物主体材料。通过将刚性的9-苯基咔唑平面与含杂原子的三角锥或者四面体大体积基团共聚,实现了分子主链的扭曲,并保持了较高的三线态能级和热稳定性,该类聚合物可以作为蓝色磷光的主体材料。量子计算结果表明,杂原子的引入可以部分打断聚合物的共轭程度,使聚合物保持较高的三线态能级(2.72eV)。另一方面,三苯基磷氧(或三苯基膦)单元和咔唑单元的引入能有效提高聚合物的电子和空穴的注入和传输能力。在没有电子传输层的情况下,以此类高三线态聚合物做主体采用溶液法制备的蓝光器件的效率和亮度要高于以PVK为主体的蓝光器件效率(2～9倍)和亮度(2～3倍)。因此,这类聚合物适合作为蓝光材料的主体,并且这种设计方法为高三线态聚合物的合成提供了思路。 3.结合实验与量子计算研究了2-苯基苯并噻唑类配合物分子前线轨道与结构之间的关系,通过引入不同基团缩小分子能隙进而对红移发光波长做出控制。研究表明采用不同基团修饰2-苯基苯并噻唑,可以实现铱磷光材料不同幅度的发光红移。同时,通过修饰CF3基团会提高磷光材料量子产率、降低激子寿命。并且这类材料溶液及薄膜中的光致发光和电致发光光谱发射光谱保持一致,这都有利于器件性能的提高。这种调节环金属配体发射颜色和分子间的相互作用的方法,为提高发光性能提供了一种可能。 4.以2-苯基苯并噻唑为基础发展了两种可以与天蓝光材料Firpic(双(4,6-二氟苯基吡啶-N,C2)吡啶甲酰合铱)互补的长波长磷光材料。将制备的磷光材料作为掺杂剂通过溶液法制备的单一发射层有机发光二极管器件表现出良好的性能。在没有电子传输层的条件下,橙光器件的电流效率达到了10.5cdA-,两元白光器件的最大效率达到了28.3cd A-1。以红色磷光材料制备两元和三元WOLEDs都表现出良好的性能,其中三元白光器件的亮度超过20000cd m-2,最大电流效率为14.6cd A-。用该类材料采用溶液法制备的两元WOLEDs,不仅获得了较高的效率同时简化了器件结构。
【关键词】：有机发光二极管 白光发射器件 宽带隙聚合物主体 磷光发射体 溶液法加工
【学位授予单位】：北京科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN383.1;TQ422
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-8
• Abstract8-14
• ~.写和符号清单14-15
• 1 引言15-17
• 2 绪论17-49
• 2.1 有机电致发光二极管简介17-26
• 2.1.1 有机电致发光二极管发展历程17-19
• 2.1.2 有机电致发光二极管工作原理19-23
• 2.1.3 有机电致发光二极管性能指标23-26
• 2.2 有机电致发光二极管结构及制备方法26-29
• 2.2.1 有机电致发光二极管结构26-27
• 2.2.2 有机电致发光二极管薄膜制备方法27-29
• 2.3 有机电致发光二极管设计原则及WOLEDs的实现方法29-32
• 2.3.1 物理掺杂型白光有机发光二极管30-31
• 2.3.2 单一聚合物白光发光二极管31-32
• 2.4 电致磷光材料32-38
• 2.4.1 电致磷光材料概述32-33
• 2.4.2 几类不同发光颜色的电致磷光材料33-38
• 2.5 有机发光二极管主体材料38-47
• 2.5.1 主体材料概述38
• 2.5.2 有机小分子主体材料38-41
• 2.5.3 聚合物主体、电磷光/荧光材料41-47
• 2.6 课题的提出和设计思想47-49
• 3 低单-三重态能级差(△E_(ST))蓝光聚合物的制备及在荧光-磷光混合WOLEDs中的应用49-69
• 3.1 前言49
• 3.2 设计思想49-50
• 3.3 实验部分50-56
• 3.3.1 实验仪器与原料50-52
• 3.3.2 量子计算方法52
• 3.3.3 器件制备与性能测试52
• 3.3.4 给-受体聚合物的分子设计与合成52-56
• 3.4 结果与讨论56-68
• 3.4.1 给-受体聚合物的表征56
• 3.4.2 给-受体聚合物热稳定性研究56-57
• 3.4.3 给-受体聚合物的光物理性能57-60
• 3.4.4 给-受体聚合物电化学性能与理论计算60-62
• 3.4.5 溶液法制备F-P混合WOLEDs器件及性能研究62-68
• 3.5 本章小结68-69
• 4 基于咔唑和杂原子高三线态聚合物主体材料的设计、合成及应用69-88
• 4.1 前言69-70
• 4.2 高三线态聚合物设计思想70-71
• 4.3 实验部分71-76
• 4.3.1 主要仪器与原料71-72
• 4.3.2 量于计算方法72
• 4.3.3 器件制备与性能测试72-73
• 4.3.4 聚合物的合成73-76
• 4.4 结果与讨论76-86
• 4.4.1 聚合物的合成与表征76-77
• 4.4.2 密度泛函理论计算77-78
• 4.4.3 热稳定性研究78-80
• 4.4.4 光物理性能80-81
• 4.4.5 电化学性能81-82
• 4.4.6 聚合物为主体的蓝光器件的制备及性能研究82-86
• 4.5 本章小结86-88
• 5 基于苯并噻唑类发光可调橙-红磷光材料的设计、合成及在溶液法制备高效单发射层WOLEDs中的应用88-114
• 5.1 前言88-89
• 5.2 发光颜色可调铱配合物磷光材料的设计思想89-90
• 5.3 实验部分90-95
• 5.3.1 主要仪器和原料90-91
• 5.3.2 磷光材料的合成与表征91-95
• 5.3.3 器件制备程序及性能测试95
• 5.4 结果与讨论95-112
• 5.4.1 磷光材料的光物理性能95-98
• 5.4.2 磷光材料的电化学性能及量子计算98-103
• 5.4.3 单色有机发光二极管器件103-106
• 5.4.4 基于橙色磷光材料的单发射层WOLEDs106-109
• 5.4.5 基于红色磷光材料的单发射层WOLEDs109-112
• 5.5 本章小结112-114
• 6 结论与展望114-117
• 6.1 结论114-115
• 6.2 展望115-117
• 参考文献117-136
• 附录A 部分化合物的核磁谱图136-143
• 作者简历及在学研究成果143-149
• 学位论文数据集149

【共引文献】

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本文编号：339218