茚并咔唑的主体材料的合成以及在红色磷光有机电致发光器件中的应用研究

来源 :太原理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:biluo2007
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目前为止,用于有机发光二极管(Organic Light Emitting rganic Diode,OLED)的有机电致发光材料有三代。其中,有机磷光材料利用铱或铂等重金属离子的重原子效应,可以同时获得单线态激子和三线态激子,理论上达到100%的激子利用率,因此,有机磷光材料仍然被认为是最有前途的材料,但是,由于有磷光材料的激子寿命较长,在高亮度下易产生激子浓度淬灭,因此,性能良好的主体材料在提高有机磷光材料发光效率上具有重要的作用。目前为止,开发出用于红光有机磷光的主体材料较少,本文旨在设计开发出能够替代国外可商业化应用的用于红光有机磷光主体材料,并且开发出可量产化工艺。为此,本文通过调节主体材料的载流子传输性能和能级结构,实现载流子传输的平衡和提高载流子迁移率,达到提高OLED发光效率及改善器件稳定性为目的,设计并合成了由电子给体(Electron Donor,D)基团和电子受体基团(Electron Acceptor,A)构成的D-A型主体材料,并对该材料的合成及提纯工艺进行优化。茚并咔唑(FC)是一种具有较强给电子能力的基团,具有以下几种特性:1)较好的空穴传输性能;2)多个反应位点,结构易修饰;3)具有一定的空间构型,增强材料的热稳定性能,可提高器件的寿命。因此,可作为有机电致发光材料,提高材料的电致发光性能。基于此,本论文工作以FC作为母核,主要研究内容如下:(1)本部分工作以FC作为母核,以具有良好吸电子能力的喹唑啉衍生物(PQZ)作为A基团,分别选择具有较强给电子能力的咔唑、9-苯基-9H-咔唑、二苯胺和三苯胺作为D基团,设计并合成了四种主体材料,分别为FC-Cz-PQZ、FC-BCz-PQZ、FC-DPA-PQZ和FC-TPA-PQZ,四种材料的三线态能级范围在2.54 e V~2.58 e V之间,高于红光有机磷光客体材料。随着给电子能力的提高,FC-DPA-PQZ和FC-TPA-PQZ的电子迁移率达到10-7(cm~2/Vs),属于双极性主体材料。FC-Cz-PQZ、FC-BCz-PQZ、FC-DPA-PQZ和FC-TPA-PQZ的最大EQE分别为17.6%、17.2%、20.9%和23.9%,FC-DPA-PQZ和FC-TPA-PQZ的EQE高于FC-Cz-PQZ和FC-BCz-PQZ,归因于前者具有双极性载流子传输能力,扩大激子在发光层的复合区域,减少激子浓度淬灭,提高激子利用率。除此之外,FC-TPA-PQZ的EQE高于FC-DPA-PQZ,因为FC-TPA-PQZ具有合适的最高占据分子轨道能级(-5.46 e V)与最低未占据分子轨道能级(-2.54 e V),空穴传输层的HOMO与LUMO分别为-5.50 e V和-2.48 e V,减少器件的驱动电压,因此,基于FC-TPA-PQZ主体材料的OLED的EQE最高。综上所述,表明具有双极性传输性能的主体材料的电致发光效率优于单极性传输的主体材料。(2)在上部分工作中得到性能最佳的主体材料FC-TPA-PQZ具有双极性传输特性,但电子迁移率仍然远远小于空穴迁移率。为此,本部分工作选择吸电子能力较强的嘧啶(MD)和三嗪(TRZ)的衍生物分别代替PQZ作为A基团,二者通过FC母核连接,设计合成了两种主体材料FC-TPA-MD和FC-TPA-TRZ,通过改变不同的受体进一步改善主体材料的载流子传输平衡能力,从而实现进一步优化OLED性能的目标。两种主体材料具有较好的热稳定、合适的HOMO能级和较高的三线态能级;FC-TPA-MD和FC-TPA-TRZ的空穴迁移率在10-6(cm~2/Vs)数量级,电子迁移率分别在10-7(cm~2/Vs)和10-6(cm~2/Vs)两个数量级,表明FC-TPA-TRZ的载流子传输平衡性优于FC-TPA-MD,归因于FC-TPA-TRZ的A基团TRZ的电子传输能力高于FC-TPA-MD的受体MD。基于FC-TPA-MD主体材料的OLED的EQE(23.40%)高于基于FC-TPA-TRZ主体材料的OLED的EQE(21.48%),这归因于FC-TPA-MD的具有双极性载流子传输性能。除此之外,虽然FC-TPA-TRZ具有平衡的载流子传输能力,但是,器件的空穴传输层的LUMO能级为-2.48 e V,FC-TPA-TRZ的LUMO能级为-2.58 e V,LUMO能级差较小,而FC-TPA-TRZ的电子迁移速率较高,空穴传输层未能起到阻挡电子的作用,使激子不能充分利用。可通过优化器件结构,更换器件的空穴传输层,达到阻挡电子的作用。(3)本部分工作以TPA为D基团,TRZ为A基团,二者通过FC母核连接,通过对、间和邻的不同连接方式调节分子的空间结构,研究不同的结构对主体材料性能的影响。为此,本部分工作设计合成了FC-TPA-p TRZ、FC-TPA-m TRZ和FC-TPA-o TRZ三种主体材料,它们具有较好的热稳定性、合适HOMO和LUMO能级和较高的三线态能级。FC-TPA-p TRZ和FC-TPA-o TRZ的空穴迁移率分别在10-6(cm~2/Vs)和10-5(cm~2/Vs),电子迁移率分别在10-6(cm~2/Vs)和10-5(cm~2/Vs),其中,FC-TPA-o TRZ载流子传输平衡性最好,达到1:1的完全平衡。三中主体材料最大EQE分别达到23.3%、23.9%和23.7%。基于以FC-TPA-p TRZ、FC-TPA-m TRZ和FC-TPA-o TRZ的OLED的效率滚降在亮度为1000 cd/m~2时分别为7.80%、4.60%和1.48%,FC-TPA-o TRZ较低的效率滚降归因于具有平衡的载流子传输性能,扩大了激子在发光层的复合区域,使激子浓度降低,减少了器件在高亮度下的激子浓度淬灭。
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