蓝色磷光主体材料的设计、合成及其性能研究

【摘要】有机电致发光二极管（OLED）在平板显示和固态照明等领域具有广阔的商业市场化前景。由于具有能耗低、自发光、可挠曲、厚度薄等特性，因此自其问世以来就引起了科研界和产业界极高的兴趣。然而，目前由已知OLED构成的显示和固态照明，其发光效率、寿命以及色纯度难达到实际应用水平。主要原因是RGB全彩显示和白光照明中的蓝光部分的进展不如绿光和红光。换句话说，难以实现高效稳定的蓝光OLED限制了其大规模地应用。因此，高色纯度、低压驱动以及高效稳定的蓝光OLED是目前研究的目标与挑战。有鉴于此，本论文主要以咔唑、螺芴、芳香膦氧、氰基等基团为构造基元，在不影响各基元优良性能的前提下，通过控制基元数量、连接位点、共轭程度以及基元间的隔离等方式，对材料的光学性能、热力学性能、电化学性能以及载流子传输性能进行调控，构建高效的蓝色磷光主体材料。本论文为设计与合成高性能的OLED蓝光材料提供了切实可行的方法。1.以苯基咔唑与联苯为基元，通过改变联苯与苯基咔唑的连接位点，设计合成了一系列新型的咔唑类主体材料CTP-1,CTP-2,CTP-3。与传统的咔唑类主体材料CBP与mCP相比，此构思一方面提高了材料的玻璃化转变温度（Tg＞100oC）,另一方面保留了材料的三重态能级（Eg＞2.70eV）,同时保持了材料的载流子传输性质。在以FIrpic为蓝光客体的OLED器件测试结果中，这些材料表现出良好的功率效率，分别为38.2lm/W，35.6lm/W和34.1lm/W，且在高亮度下器件的效率滚降很小。结果表明咔唑-3位为活化位点的CTP-1性能更为优异，这很可能与其拥有较长的共轭结构有关。我们进一步对材料的载流子传输性质进行了研究。最后，将此类材料运用在白光OLED器件中也获得了优良的性能。2.以3,3′-联咔唑为分子骨架，通过简单的间隔基团（苯基或联苯基）将二个咔唑分子间隔开来，构建了一系列新型的咔唑类主体材料BCzPh,PBCz,CTP-1。研究发现采用间隔基团，一方面通过增大分子体积提高分子的玻璃化转变温度，另一方面，将间隔基团当作缓冲桥，弱化了两个咔唑给体之间的作用，调节分子的HOMO/LUMO能级。此外，运用间位的连接方式保持了分子较高的三重态能级（Eg＞2.70eV）。以PBCz作为主体材料的FIrpic器件的电流效率、功率效率以及外量子效率分别可达45.5cd/A、43.8lm/W和19.5%。在此基础上，我们以PBCz作为主体材料，FIrpic和PO-01分别作为蓝光和黄光掺杂材料制备了两色白色OLED器件，其电流效率高达76.0.cd/A。由于此类白光缺少红光成分，其色坐标和显色指数都不够理想。为了改善白光的质量，以PBCz作为主体材料，FIrpic、Ir(ppy)2(acac)以及Ir(MDQ)2(acac)作为蓝色、绿色和红色掺杂染料，制备了RGB三色白光器件，其电流效率可达49.0cd/A，与二色白光相比，其显色指数和色坐标都得到了改善。3.通过在联咔唑3位上连接芳香膦氧和氰基两种电子传输基团设计合成了两种新型的双极性主体材料BCzSPO和BCzSCN。研究发现，此类连接方式有效减弱了推电子基团与拉电子基团之间的相互作用，保持了各官能团的优良性能。同时，由于推/拉电子基团的引入，平衡了电子与空穴的注入与传输，有效抑制三重态激子之间的淬灭。由于整个分子的共轭程度没有增加，确保了较高的三重态能级（Eg＞2.70eV）。以BCzSPO和BCzSCN作为主体材料，FIrpic作为磷光掺杂材料，制备了蓝色磷光OLED器件，其电流效率分别可达39.0cd/A和44.0cd/A。在此基础上，我们以BCzSPO和BCzSCN作为主体材料，FIrpic和PO-01分别作为蓝光和黄光掺杂材料制备了两色白光OLED器件，其电流效率分别可达64.0cd/A和62.0cd/A。4.螺双芴分子以sp3杂化的碳原子为中心将两个芴单体连接在一起，使得两个芴单体呈非平面的空间结构。截止到目前，大部分研究工作集中于2或4位所衍生的螺双芴类磷光主体材料。由于3位的取代螺双芴衍生物构成的是间位共轭，可减小分子的共轭度，提高其三重态能级。经测试其三重态能级分别升至2.88eV和2.86eV。以SF3PO和DSF3PO为主体材料和FIr6为客体材料掺杂的OLED深蓝色磷光器件，其最大电流效率分别达28.5cd/A和22.0cd/A。
【作者】崔林松；
【导师】蒋佐权；廖良生；
【作者基本信息】苏州大学，无机化学，2014，硕士
【关键词】咔唑；苯基膦氧；螺双芴；蓝光主体；间位取代；

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