基于咔唑的有机电致磷光主体材料的设计、合成及表征

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有机电致发光器件(OLED)在平板显示和固态照明领域有许多优良的性能。如:器件轻薄、高亮度、视角较宽、主动发光、响应速率快等,在学术和产业化中有广阔的发展前景。根据量子力学研究表明,有机电致磷光发光可充分利用激子的能量,而传统的电致荧光利用的能量来源于占总能量四分之一的单重态激子的能量,剩余的四分之三的三重态激子能量被浪费了。为了提高激子能量的利用率,且避免三线态-三线态湮灭等对器件性能的影响,通常采用重金属配合物掺杂的发光层结构,因而,研发一系列新型主体材料尤为重要。本论文基于1,3-二咔唑基苯基(mCP)、苯并咪唑和嗯二唑,通过改变其连接方位的不同,设计合成出一系列具有双极传输载流子性能的邻、间、对位化合物,研究这些化合物作为主体材料的分子结构、热稳定性、光物理、电化学及器件性能,获得了性能优异的新型主体材料。本论文第一章首先简要介绍了有机电致发光的历程、原理、各种性能指数,然后通过空穴传输、电子传输、双极传输材料的类别和要求引出有机电致磷光器件和主体材料的要求,最后阐述了本论文的设计理念。在第二章中我们基于咔唑和苯并咪唑设计合成了三种新型主体化合物,即:2’-N-苯并咪唑基-3,5-(9H)二咔唑基联苯(o-mCPBI)、3’-N-苯并咪唑基-3,5-(9H)二咔唑基联苯(m-mCBI)、4’-N-苯并咪唑基-3,5-(9H)二咔唑基联苯(p-mCPBI),通过邻、间、对等不同连接方式将1,3-二咔唑基苯基(mCP)与N-苯并咪唑连接起来,研究化合物的热稳定性、光物理性、电化学性以及电荷传输的性能。将合成的化合物作为器件的发光层主体材料,采用相同的器件结构分别研究了蓝光、绿光、黄光、红光、白光的电致磷光(PhOLEDs)以及蓝光和绿光的热激活延迟荧光(TADF)器件的性能。这三种主体材料相比较,得出以o-mCPBI为主体材料的器件的性能最好,器件PhOLEDs的外量子效率超过20%,TADF的外量子效率得到提高,三种主体材料制备的器件在较高亮度的条件下,其效率滚降明显降低。基于苯并咪唑的主体材料o-mCPBI具有极高的三线态能级(ET)、适宜的分子轨道能级,与mCP相比具有更高的热稳定性、电荷传输更加平衡,既适用于磷光器件也适用于TADF器件。论文的第三章中,通过简单的反应,合成出一系列基于1,3--咔唑基苯基和含叔丁基噁二唑的主体材料,分别为2-2-(4”-叔丁基-苯基)-1,3,4-噁二唑基-3,5-(9H)二咔唑基联苯(o-mCPtBuOXD)、3’-2-(4”-叔丁基-苯基)-1,3,4-嗯二唑基-3,5-(9H)二咔唑基联苯On-mCPtBuOXD)、4’-2-(4”-叔丁基-苯基)-1,3,4-噁二唑基-3,5-(9H)二咔唑基联苯(p-mCPtBuOXD),通过研究化合物的热稳定性、光物理性、电化学性以及电荷传输的性能等参数,提出了化合物分子共轭程度、分子间电荷转移和三线态能级之间存在着关联。吸收强度的比较为:(p-mCPtBuOXD)> (m-mCPtBuOXD)> (o-mCPtBuOXD)。第四章中,采用类似于上章的原理合成出2,5-二-4’(3”,5”-二咔唑-9-基-1”-溴苯)苯基-1,3,4-嗯二唑(mCP-p-OXD)、2,5-二-3’(3”,5”-二咔唑-9-基-1”-溴苯)苯基-1,3,4-嗯二唑(mCP-m-OXD)、2,5-二-2’(3”,5”-二咔唑-9-基-1”-溴苯)苯基-1,3,4-噁二唑(mCP-o-OXD),得出主体材料nCP-o-OXD的能级间隙较宽,在PhOLEDs中显示的性能会更为优越。第五章是对本论文研究的主要内容进行了总结以及就目前OLED的发展现状做出的展望。
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