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树枝状噻吩并吡嗪红光材料的合成及电致发光性质

李青  
【摘要】:有机电致发光器件(OLEDs)具有驱动电压低、颜色全、亮度高、响应快、柔性可卷曲等优点,在新型显示技术和半导体照明领域备受瞩目。目前,红色发光材料和器件的发展相对滞后,集发光和电荷传输功能于一身的主体型红光材料由于可用来制备非掺杂型OLEDs,是目前红光材料的重要研究趋势。在各类发光材料中,新兴的树枝状大分子兼具有机小分子和聚合物的优点,并可以通过工艺简单、成本低廉的溶液加工技术制备OLEDs,是发光材料领域的一个研究热点。 本文的研究目标是制备可溶液加工的红光材料及其非掺杂型OLEDs。噻吩并吡嗪类化合物具有大的斯托克位移和较高的荧光量子效率,是一类非常有潜在应用价值的红光材料,但是需要通过分子设计抑制分子间的相互作用,从而使平面性噻吩并吡嗪能够成为良好的固态发光材料。针对现有的噻吩并吡嗪类红光材料都是只能利用真空蒸镀技术制备OLEDs这一现状,选择不同的电荷传输基团或不同的芳香结构作为外围基团或间隔基团,设计合成了未见文献报道的三种结构类型共十个树枝状噻吩并吡嗪衍生物,将其作为发光材料,通过溶液旋涂方法制备非掺杂型红光OLEDs,研究其电致发光性能。 “发光核-电荷传输基团”型分子是把具有空穴传输功能的咔唑基或者芳胺基直接连接在噻吩并吡嗪发光核分子上。外围连接一代或二代咔唑基的C1-TP和C2-TP在溶液里发出饱和的红光,其溶解性比母体TP有所改善,且具有电荷传输性能,能用作发光层制备非掺杂OLEDs。但是,C1-TP和C2-TP的荧光量子效率ΦF较母体TP的下降较多,电致发光性能并不理想,其原因是咔唑或芳胺基团到发光核的分子内电荷转移(ICT)导致荧光淬灭。 “发光核-间隔基团”型分子是间隔基团直接与发光核相连的分子。所选择的间隔基团为体积庞大、能对发光核提供足够空间隔离作用的芳香结构,包括四苯基苯(即聚苯类)和二苯基苯并芘两类。该类分子在稀溶液中和固态膜中都发射饱和的红光。由于苯并芘结构的刚性太强致使P-DTP和TP-DTP溶解性不好,其合成过程较复杂;含有聚苯类树枝的DTP和D2TP溶解性良好,合成过程较简单;通过溶液旋涂技术,以P-DTP、TP-DTP和DTP作为发光层制备的非掺杂OLEDs,的亮度和效率相似;含有二代聚苯树枝的D2TP器件性能不及一代聚苯树枝的DTP好,因此一代聚苯是较理想的隔离基团。 DTP具有良好的溶解性和热稳定性,既可溶液旋涂,又可真空蒸镀,利用这两种技术分别制备其非掺杂的OLEDs,其中真空蒸镀技术制备的器件由于使用额外的空穴传输层达到更好的电荷平衡而获得了1753cd/m2的亮度和0.74cd/A的效率,是迄今噻吩并吡嗪类红光材料中的最高效率。 在以上两类材料的基础上,进一步优化分子结构并设计“发光核-间隔基团-电荷传输基团”型分子,即将咔唑或芳胺作为空穴传输基团,以一代聚苯为间隔基团与发光核连接的C-DTP和N-DTP。在这些分子中,由于聚苯基团对空穴传输基团和发光核进行了有效的空间隔离,抑制了ICT过程,既保证分子具有较高的发光效率,又具有适当的空穴传输能力。以C-DTP和N-DTP作为非掺杂发光层,通过溶液旋涂技术制备的非掺杂OLEDs分别获得了925 cd/m2和1020 cd/m2的亮度和0.53 cd/A和0.58 cd/A的效率,是本文中溶液旋涂器件中的最好数据。这些红光的亮度和效率虽不能与磷光器件的相比,但在荧光材料的溶液加工型红光器件中,属于最好之列。C-DTP和N-DTP的亮度和效率等性能已经能与文献上真空蒸镀的噻吩并毗嗪衍生物的性能相媲美,但这些材料具有溶液加工、方法简单的优势。 实验证明本文设计的一系列树枝状噻吩并吡嗪红光分子都具有大的斯托克位移;大部分分子溶解性优良,适合溶液加工;可以作为主体发光材料制备非掺杂OLEDs;除N-TP和F-DTP外都获得饱和纯正的红光;C-DTP和N-DTP的溶液加工器件的亮度和效率已经与文献中同类衍生物的真空蒸镀器件的亮度和效率相当;这是一系列很有潜在应用价值的红光材料。


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