有機電致發(fā)光材料的分子設計、合成、器件制作與發(fā)光.pdf

1、有機電致發(fā)光器件(OLED)驅動電壓低，可與集成電路相匹配，發(fā)光亮度高，制作在柔性底上，與無機薄膜相比較易實現(xiàn)全色顯示，可避免液晶被動發(fā)光、響應速度慢和等離子體需高電壓的缺點；可制成各種平板顯示裝置，可用于光通信，作為集成電路上的芯片與芯片之間的單片光源，可制成可折疊的“電子報紙”，可應用在室內和野外照明等。這些技術特點和應用領域使有“有機電致發(fā)光”成為發(fā)光顯示研究的前沿和熱點領域。 目前，OLED的基礎研究主要在提高器件效率和

2、壽命等性能以及尋找新的、改進的發(fā)光材料和載流子傳輸材料。在載流子傳輸材料的研究中，目前使用的電子傳導材料的傳導性能總的說來落后于空穴傳導材料，而在紅、綠、藍三色發(fā)光材料中，紅、藍光材料較缺乏。稀土有機配合物發(fā)光具有半峰寬窄、色純度高、理論內量子效率達100％等優(yōu)點，但是用于電致發(fā)光器件存在載流子傳輸性能差，發(fā)光亮度和效率較低，穩(wěn)定性不足等薄弱環(huán)節(jié)。 基于對有機電致發(fā)光研究進展及存在問題的認識，尤其是針對合成電子傳輸材料的研究相對

3、落后于合成空穴材料，紅、藍光材料較缺乏的現(xiàn)狀以及稀土有機配合物用于電致發(fā)光器件的薄弱環(huán)節(jié)，本學位論文按照“分子設計”的思想，有目的地把電子傳輸或(和)空穴傳輸基團引入分子中，合成了系列有機小分子材料和稀土有機配合物材料，改善了材料的載流子傳輸性能和發(fā)光性能；制作了相應的系列電致發(fā)光器件，簡化了器件的結構并改善了其發(fā)光性能。 本學位論文主要研究內容包括： 1、首先介紹了稀土有機配合物發(fā)光的一些基本概念、發(fā)光原理、發(fā)光性能影

4、響因素、光譜及發(fā)光特點，評述有機電致發(fā)光與稀土有機電致發(fā)光研究的進展和存在問題。 2、設計和合成5種新型的的β-二酮，作為第一配體，合成了相應的銪(Ⅲ)三元或四元配合物，研究了其熱穩(wěn)定性和光致發(fā)光性能 把具有良好電子傳輸性的聯(lián)苯基與柔性的甲氧基團引入同一分子中，合成了2種新型的β-二酮，并合成了相應的銪(Ⅲ)配合物，用以提高稀土配合物成膜性、載流子傳輸性能；將電子傳輸基團1，3，4-噁二唑或者空穴傳導基團三苯胺引入配體分

5、子β-二酮中，合成了2種含1，3，4-噁二唑基團的β-二酮和1種含三苯胺基團的β-二酮，并合成了相應的銪(Ⅲ)配合物，以增強其載流子傳輸性能，并改善其電致發(fā)光性能。結果表明：合成的Eu(Ⅲ)配合物都有高的熱穩(wěn)定性和良好的成膜性能，分子中有大的n-共軛體系，配體的最低三重態(tài)能級與Eu3+的5D0能級匹配，把吸收的激發(fā)光能量有效傳遞給中心離子Eu3+而發(fā)光，是優(yōu)良的紅色發(fā)光材料。 3、利用“分子設計”的思想，把空穴傳導基團芳胺類和電

6、子傳輸基團1，3，4-噁二唑組合在同一個分子中，逐步地增加分子中芳類基團和1，3，4-噁二唑基團的數(shù)目，以改變分子的LUMO值和HOMO值，合成了一系列新的具有“雙極(bipolar)”性質(即同時具備“電子傳輸”和“空穴傳輸”性質)和發(fā)光性能的空穴傳導與電子傳輸基團變更的有機小分子材料，并且研究了這些化合物的熱穩(wěn)定性、電化學性質和光致發(fā)光性能。結果表明：這類化合物同時具有空穴傳導和電子傳導的雙重性質，即屬于“雙極(bipolar)”物

7、質，空穴傳導性質占優(yōu)；同時，它們還具有良好的光致發(fā)光性能、成膜性能和高的熱穩(wěn)定性，因此可以用于制作單層OLED，也可以用于制作多層OLED，簡化器件的結構，提高器件的發(fā)光效率。 4、利用“分子設計”的思想，把空穴傳導性能好的芳胺類基團和電子傳導性能好的1，3，4-噁二唑基團引入一個大的星型(或樹枝型)分子中，并且改變其中引入的芳胺類基團和1，3，4-噁二唑基團的數(shù)目，來改變分子的LUMO值和HOMO值，合成了一系列星型(或樹枝型

8、)有機小分子發(fā)光材料，研究了它們的熱穩(wěn)定性、成膜性能、電化學性質和光致發(fā)光性能。結果表明：這類化合物具有高的熱穩(wěn)定性、高Tgb溫度、良好的成膜性能和高的光致發(fā)光效率。 5、設計和合成了1種“雙極”有機小分子，并且作為配體與金屬離子Li+、Zn2+和Al3+配位生成相應的配合物，這類配合物具有高的熱分解溫度，光致發(fā)光效率高，且發(fā)射藍光，可以彌補有機電致發(fā)光器件材料中藍光響應缺乏的不足。配合物中的配體分子具有導電子基團和空穴傳導基團

9、，這對載流子的平衡有利，并且可以簡化器件結構。 6、利用合成的含多種功能基團的有機配體TPBDTFA及其Eu3+配合物，Eu3+配合物通過共聚反應，引入到具有良好空穴傳導性的高分子鏈PVK中，生成共聚合物，以改善Eu3+配合物載流子傳輸性能差和成膜性差的弱點，研究了共聚合物的熱穩(wěn)定性和光致發(fā)光性能。 7、選擇了5種有機小分子和2種含Eu3+配合物的高分子共聚物，制備了相應的單層有機電致發(fā)光器件，通過控制電子和空穴傳輸

10、材料的比例，得到了單個化合物發(fā)白光的器件，而且通過調控工作電流密度，器件發(fā)光顏色發(fā)生藍色-白色可逆變化。這類采用單個含Eu3+配合物的高分子聚合物制備的器件就能夠發(fā)白光尚未見報道。 用空穴傳導與電子傳輸基團變更的3種有機小分子(PQ(O)3T，n=1，2，3)制備成的相應的有機電致發(fā)光器件，討論了導電子基團1，3，4-噁二唑數(shù)目的增加對器件發(fā)光效率的影響，這對有機發(fā)光材料的設計和合成具有理論上的指導意義。制備的相應單層器件中器件

11、發(fā)光最高亮度、達到了3900cd/m2以上;并且采用小分子PQ(O)3T制作的二層器件得到了紅光發(fā)射，這類小分子化合物采用真空鍍膜技術制作的有機電致發(fā)光器件能夠發(fā)射紅光的報道較少；對于二層器件中，器件發(fā)光最高亮度(對于綠光)達到了9000cd/m2以上，具有大的應用價值。 利用合成的1種星型小分子(TBPOPA)材料，制備成相應的有機電致發(fā)光器件，討論了器件結構與發(fā)光性能的關系。器件發(fā)光最高亮度(對于藍光)達到了650cd/m2

12、以上，利用另外一個有機雙極小分子PBPOPB制備的相應單層器件中器件發(fā)光最高亮度(對于藍光)達到了680cd/m2以上；對于二層器件中，器件發(fā)光最高亮度(對于藍光)達到了2600cd/m2以上，而對于綠光發(fā)射達到了10000cd/m2以上，具有大的應用價值。 通過以上研究，得到了一些有意義的結論： 1、第一配體引入的功能基團對銪配合物的穩(wěn)定性、光致發(fā)光效率，配合物的載流子傳輸性能有重要的影響，配體最低三重態(tài)能級影響銪(Ⅲ

13、)配合物的量子效率。 2、星型(樹枝狀)和多有1，3，4-噁二唑基團有機小分子化合物都具有高的Tg，1，3，4-噁二唑基團數(shù)目的增加可以增加有機小分子的電子親合性、提高化合物的電子傳輸能力。有機小分子中空穴和電子傳導基團的引入位置對有機小分子的電子和空穴傳導性能具有較大的影響。 3、以含有空穴和電子傳導基團的有機小分子為發(fā)光材料制備的器件，能夠改善載流子的傳輸性，制成的最簡單有機電致發(fā)光器件也能發(fā)光，且發(fā)射光亮度不低，這

14、為達到簡化器件的制作，提供了設計和合成材料方面的參考。 4、含銪(Ⅲ)配合物的高分子共聚物，通過配合物分子中導電子基團的TPD基團引入的和高分子中導空穴的PVK鏈，可以改善Eu3+配合物載流子傳輸性能差和成膜性差的弱點，且可以簡化器件的制作。 總之，化合物中載流子傳輸?shù)钠胶鈱喕谱饔袡C電致發(fā)光器件、提高有機電致發(fā)光器件的發(fā)光性能具有極大的影響。使用載流子傳輸平衡和高效光致發(fā)光的材料都能得到高性能的有機電致發(fā)光器件。