基于菲并咪唑的深蓝光半导体材料的设计合成与光电性能研究

发布时间：2017-08-24 01:01

  本文关键词：基于菲并咪唑的深蓝光半导体材料的设计合成与光电性能研究

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【摘要】：有机电致发光器件（Organic Light-emitting Devices, OLEDs）因其响应速度快、超薄、对比度高、可弯曲等优点被认为是新一代的显示技术。经过半个世纪的发展，，OLEDs在市场中已崭露头角。然而许多关键问题至今尚未解决，产业化进程远远低于预期。首先需要面对的当属材料问题。红、绿、蓝（R、G、B）三基色材料是OLEDs发展的根本。目前绿光、红光材料发展尚好。绿色、红色磷光材料的出现更是大大提升了绿光、红光器件的水平，寿命、效率、色度等足以满足商业化要求。蓝光材料发展相对缓慢。尤其高效率、饱和深蓝光（色坐标y＜0.06）领域的发展亟待突破。 高效率、饱和深蓝光材料意义重大。第一，全色显示时，作为三基色之一的蓝光饱和度越高，越可以复现出更多色彩饱和的画面，提高人眼的视觉感触。第二，全色显示时，50%以上的功率消耗来源于蓝光。蓝光的CIE（国际照明委员会）y值是决定功率消耗的主要因素。深蓝光材料的CIE坐标y值小，能有效降低器件的功率消耗。第三，基于深蓝光宽的禁带，可以通过能量转移生成其他光色，使全色显示的组件制程得到简化，又能提高器件的稳定性。因而高效率、饱和深蓝光材料对于推动OLEDs的商业应用起到重要作用。 目前已报道的高效率、饱和深蓝光荧光材料种类非常有限。主要原因有以下几点：1)禁带宽的要求使得蓝光材料的构筑基团相对较少；2)有机分子普遍存在的聚集效应会使材料的光色红移，效率降低；3)由于材料的共轭长度较小，迁移率性质降低；4)制备器件时，材料较宽的禁带很难同时有效的注入空穴与电子，导致器件效率降低。多方面的矛盾使得蓝光材料兼顾效率和色度变得更加困难。因此本论文旨在开发高效率、低y值的深蓝光材料，基于合适的深蓝光构筑基团，丰富深蓝光材料体系。通过优化材料的热、光、电等性质，在深入认识饱和蓝光材料体系的结构、性能关系基础上，得到高效率、饱和深蓝光材料与器件。 根据文献调研和研究组工作基础，菲并咪唑基团作为一类新型的蓝光材料的构筑基团，展现出较高的溶液、薄膜光致发光效率，优异的光热稳定性，合适的电子能级，相对平衡的载流子注入和传输能力，制备方法简单，结构调控方便等诸多优点。本论文以菲并咪唑为深蓝光的构筑基团，基于对菲并咪唑基团电子结构的分析，尝试改变咪唑C2位点的取代基，设计、合成不同光电功能分子，总结结构与性能规律，指导分子设计，最终得到高效率，低y值的深蓝光材料与器件。主要从以下三方面开展工作： 1.以咔唑、二苯胺、吲哚、吩噻嗪为例，构筑双极性深蓝光材料，系统研究材料的电子结构与激发态性能变化。最终证明，引入过强的给体基团（HOMO＞5.3eV）会使材料HOMO能级提高，发射光谱红移，半峰宽增加，器件效率降低。基于咔唑-菲并咪唑的衍生物M2制备的非掺杂器件最大外量子效率为3%，色坐标为（0.166,0.056），充分满足欧洲广播联盟所定义的深蓝光标准。因此，以菲并咪唑基团构筑高效率、饱和深蓝光材料，给电子取代基的HOMO值应大于5.3eV。 2.在咪唑二号位引入不同大小的芳基基团（苯基、萘基、蒽基、芘基）。苯基、萘基取代的材料发射虽在深蓝光区，但光致发光效率较低，器件效果不佳。蒽基、芘基取代的材料发射移出深蓝光区。引入吸电子基团（磷酰基和二米基硼）的衍生物产生明显的分子内电荷转移现象，材料的LUMO能级降低，光致发光效率提高，但发射光谱出现较大红移。因此，以菲并咪唑基团构筑高效率、饱和深蓝光材料，C2位取代基共轭长度应小于两个苯环，取代基具有较弱的吸电子能力。 3.通过前面工作总结，取代基应避免较强的给、受体基团以及较大共轭的芳环。选择三苯基硅基团，增大分子体积，确保禁带宽度，抑制固态薄膜聚集，提高光致发光效率，设计、合成Si1-PIM、Si2-PIM两种材料。Si1-PIM的蒸镀器件表现出最大外量子效率为6.29%，CIE坐标为（0.163,0.040），是目前已报道的国内外同类器件中y值最小，外量子效率最高的器件之一。Si1-PIM制备的旋涂器件也展示了较好的色度与效率，最大外量子效率为2.40%，CIE坐标为（0.157,0.041）。充分验证了菲并咪唑作为深蓝光构筑基团的潜力。
【关键词】：有机电致发光器件 深蓝光 菲并咪唑 咔唑 三苯基硅
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN383.1;O626.23
【目录】：

• 摘要4-7
• Abstract7-14
• 第一章 前言14-36
• 1.1 引言14
• 1.2 有机电致发光器件简介14-16
• 1.2.1 有机电致发光的发展历程14-15
• 1.2.2 有机电致发光机理和器件结构简介15-16
• 1.3 有机小分子饱和蓝色荧光材料16-26
• 1.3.1 荧光磷光简介16
• 1.3.2 饱和蓝光的定义16-19
• 1.3.3 饱和蓝色荧光材料的意义19-21
• 1.3.4 蓝色有机小分子荧光材料21-26
• 1.4 菲并咪唑衍生物的研究进展及在光电领域的应用26-33
• 1.4.1 菲并咪唑基团的电子结构26-28
• 1.4.2 菲并咪唑在深蓝光有机电致发光领域的应用28-33
• 1.5 本论文的设计思路33-36
• 1.5.1 论文的选题33-34
• 1.5.2 论文结构34-36
• 第二章 含给电子基团的菲并咪唑衍生物的合成及光电性质研究36-68
• 2.1 前言36-37
• 2.2 咔唑修饰菲并咪唑衍生物的合成路线与结构性质表征37-45
• 2.3 咔唑修饰菲并咪唑衍生物的基本光电性质表征45-52
• 2.3.1 热学性质表征45-46
• 2.3.2 光物理性质表征46-48
• 2.3.3 理论计算48-50
• 2.3.4 电化学性质表征50-52
• 2.3.5 单载器件表征52
• 2.4 咔唑修饰菲并咪唑衍生物的电致发光性能52-62
• 2.4.1 非掺杂蓝光器件53-57
• 2.4.2 掺杂绿色磷光器件57-59
• 2.4.3 掺杂白色荧光器件59-62
• 2.5 咔唑、苯胺、吲哚、吩噻嗪四种给电子基团修饰菲并咪唑衍生物的对比研究62-66
• 2.5.1 分子设计62-63
• 2.5.2 光谱分析63-66
• 2.5.3 电致发光器件研究66
• 2.6 小结66-68
• 第三章 含芳基取代基的菲并咪唑衍生物的合成及光电性质研究68-88
• 3.1 前言68-69
• 3.2 分子的合成路线与结构性质表征69-72
• 3.3 PPI 与 NA-PIM、AN-PIM、PY-PIM 四种化合物的性质表征72-80
• 3.3.1 理论计算72-73
• 3.3.2 光物理性质表征73-77
• 3.3.3 电化学性质表征77
• 3.3.4 热学性质表征77-78
• 3.3.5 电致发光器件性能78-80
• 3.4 PPI 与 B-PIM、PO-PIM 三种化合物的性质表征80-87
• 3.4.1 理论计算80-81
• 3.4.2 光物理性质表征81-83
• 3.4.3 电化学性质表征83-84
• 3.4.4 热学性质表征84-85
• 3.4.5 电致发光器件性能85-87
• 3.5 小结87-88
• 第四章 基于三苯基硅修饰的菲并咪唑衍生物的合成与光电性质研究88-102
• 4.1 前言88-90
• 4.2 分子的合成与结构性质表征90-93
• 4.3 性质表征93-101
• 4.3.1 热学性质表征93-94
• 4.3.2 光物理性质表征94-96
• 4.3.3 电化学性质表征96-97
• 4.3.4 理论模拟性质97-98
• 4.3.5 电致发光器件性能98-101
• 4.4 小结101-102
• 第五章 实验试剂和测试仪器102-106
• 5.1 实验试剂和药品102
• 5.2 实验仪器和测试要求102-106
• 参考文献106-120
• 作者简介120
• 攻读博士学位期间发表论文120-122
• 申请国家专利122-124
• 致谢124

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 张展;张利锋;薛芸蓉;杨榆;冀海英;陆嘉星;王欢;高国华;;含硫甲基的芴-苯结构化合物的合成、结构和性能[J];高等学校化学学报;2010年07期

2 王利祥;景遐斌;王佛松;;单一高分子白光材料[J];高分子学报;2009年10期

3 王志明;宋晓慧;李辉;冯颖;路萍;;N1取代基结构对菲并咪唑荧光色纯度的影响[J];高等学校化学学报;2014年03期

本文编号：728295