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鉴于“掺杂剂/主体材料体系”已经成为提高有机小分子电致发光器件(OLEDs)效率和寿命的有效办法,将“掺杂剂/主体材料体系”的物理思想从OLEDs的器件结构设计中引入到发光高分子的分子设计中,成功地开发出一系列具有分子水平分散特性和“掺杂剂/主体材料体系”特征的红光、绿光、蓝光高分子发光材料,为发展新型高分子发光材料体系提供了新思路;并利用从高分子主体材料向掺杂剂单元的部分能量转移,提出并实现了通过单一高分子实现白光发射的新途径,解决了白光高分子材料与器件光谱稳定性的国际瓶颈问题。
(1)将“掺杂剂/主体材料体系”的思想引入到发光高分子的分子设计中,选择聚芴为高分子主体材料,萘酰亚胺衍生物单元或苯并噻二唑衍生物单元为掺杂剂单元,将掺杂剂单元引入到高分子主体的侧链上,实现掺杂剂单元在高分子主体材料中的分子水平分散,发展了一系列的分子分散型发光高分子材料。通过修饰掺杂剂单元的化学结构,调节掺杂剂单元的发光波长,进而调节了整个高分子的发光波长,实现了纯正的红光、绿光和蓝光发射。从高分子主体向掺杂剂单元的能量转移和电荷俘获使这些高分子都具有非常好的电致发光性能,其单层器件(ITO/PEDOT/polymer/Ca/Al)实现了高效的蓝光发射(6.8 cd/A,CIE(0.16,0.22))、绿光发射(14.4 cd/A,CIE(0.29,0.55))和红光发射(1.7 cd/A,CIE(0.63,0.32))。其电致发光效率已经达到或超过了目前高分子单层器件的国际报道最高值(美国Dow Chemical公司),以上结果证明:“掺杂剂/主体材料体系”在发光高分子分子设计中的应用是非常成功的。
(2)根据“蓝光+橙光二元色合成白光”的原理,我们将少量的橙光单元通过化学共聚的方式引入到蓝光高分子主体中,通过控制从蓝光高分子主体向橙高分子材料。与利用共混体系得到的白光相比,白光单一高分子体系具有没有相分离、电致发光效率高、光谱稳定性好的优点。通过提高橙光单元的荧光量子效率、改变橙光单元和蓝光高分子主体的连接方式、提高蓝光部分的效率,连续逐步地提高了白光高分子的电致发光效率,为发展高效白光高分子材料提供了三种新途径。所得到的白光高分子表现出非常优异的电致发光性质,其单层器件(ITO/PEDOT/polymer/Ca/Al)电流效率12.8 cd/A,功率效率8.5 lm/W,色坐标(0.31,0.36)。这是到目前为止基于单一高分子的单层白光器件的国际最好结果。
(3)根据“蓝光+绿光+红光三元色合成白光”的原理,通过在蓝光高分子的侧链中引入绿光单元,主链中引入红光单元,并控制从蓝光高分子主体向绿光单元和红光单元的部分能量转移,使蓝光高分子主体、绿光单元、红光单元的同时发光,在国际上率先实现了单一高分子三基色同时发光,并得到了白光发射,为白光高分子材料体系开拓了新方向。通过进一步引入“掺杂剂/主体材料体系”的思想,将绿光掺杂剂单元和红光掺杂剂单元都接到蓝光高分子的侧链上,进一步将三色白光高分子的电致发光效率提高了一倍。通过将蓝光、绿光和红光三个掺杂剂单元同时接到一个高分子主体的侧链,控制从高分子主体向三个掺杂剂单元的能量转移,使三个掺杂剂单元同时发光,得到了白光发射,提出了一种三色白光高分子的新设计方法。利用该方法得到的高分子表现出优异的电致发光性能,其单层器件(ITO/PEDOT/polymer/Ca/Al)电流效率8.6 cd/A,功率效率5.4 lm/W,色坐标(0.33,0.36),这是到目前为止报道的最高效的三色白光高分子。