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酚基吡啶铍、铝和硼配合物高效蓝光及白光电致发光材料的研究

刘宇  
【摘要】:有机电致发光器件以其在大面积全色平板显示潜在的巨大优势引起了全 世界研究者的广泛重视,这些优势主要体现在驱动电压低、亮度高、颜色可 调以及大面积薄型显示器制备工艺简单等方面。而小分子材料又由于传输性 能好,发光颜色多样以及发光效率高等特点给了我们更大的希望。本论文中 我们合成了一系列酚基吡啶配合物材料,制备了性能优良的蓝光、白光器 件,并且考察了固体分子间的π--π相互作用对材料载流子传输性能的影响。 本论文中我们合成了五种配体:PPH、 4-mPPH、5-mPPH、dppy及 mdppy, 并用以上配体同Be2+、 Al3+和 B3+ 等离子制备了例如BePP2、 Be(4- mPP)2、 Be(5-mPP)2、 (dppy)3Al2、 dppyBF、 mdppyBF 等配合物。这一系列 配合物无论是固体状态还是溶液状态都显示了强烈的蓝光发射。经过化学方 法的分离提纯及升华的手段,得到了能达到有机电致发光器件制备要求的高 纯度的样品。 相对于无机材料而言,有机材料分子间的相互作用相对较弱,因此有机 材料的设计合成也一直是从分子自身结构的层次上来考虑的。然而对于光电 材料而言,特别是有机电致发光材料的π电子体系和分子间的π--π相互作用 对材料的载流子传输性能的影响应该引起我们的关注。当材料被用于电致发 光器件制备时,是以固体形式存在的,所以我们考察了材料的载流子传输性 能同固体堆积形式间的关系。通过大量上述配合物的单晶结构的分析,我们 发现具有优良电致发光性能的材料,例如BePP2、 dppyBF固体中都存在着很 1 WP=120 强的分子间π--π相互作用,这种分子间强的π--π相互作用是材料具有好的载 流子传输性能的关键因素。 我们制备了以NPB为空穴传输材料,以BePP2、 Be(4-mPP)、Be(5- mPP)2和双核铝(dppy)3Al2等配合物为发光层和电子传输层的高效蓝光器件。 这些结构简单的器件显示了高效率、高亮度及好的色纯度的蓝光发射,最高 效率达到了15 cd/A(8 lm/W),最高亮度为15000 cd/m2。相对于另外两种 铍配合物,Be(4-mPP)2的色纯度最好,达到了(0.14,0.08),这几乎为蓝 光的等能点。双核铝配合物(dppy)3Al2在蓝光性能达到一定水平的基础上, 显示了良好的热稳定性,具有良好的成膜性能。另外我们利用主体材料 BePP2和橙红材料DCM之间的不完全能量转移实现了高效的白光发射,所发 射的白光的色坐标处在白光的等能点(0.33,0.33),最大亮度14000 cd/m2 以上,效率可以达到14 cd/A。这是利用一种单发光层的简单结构实现高效 白光的方式。这种高效蓝光和白光发射的实现,表明了酚基吡啶铍配合物不 但是一类高效、色纯度好的蓝光材料,而且是一类具有很好载流子传输能力 的主体材料。 我们以NPB为空穴传输层,以系列酚基吡啶硼配合物为发光层和电子传 输层,利用同空穴传输材料在界面处产生的激基复合物发射制备了结构简单 且性能优良的白光器件。所发射的白光是由界面处激基复合物的长波长发射 和硼配合物的蓝光发射混合而成,色纯度可以由控制硼配合物的层厚来调 节。白光器件的最大亮度为6000 cd/m2, 最大效率为6 cd/A,较好色度为 (0.33,0.34),同白光的等能点(0.33,0.33)非常接近。 综上所述,我们设计合成了系列酚基吡啶铍、硼和铝配合物,利用这些 材料制备了高效、各具特点的蓝光和白光器件。通过这一系列材料的单晶结 构分析,得出分子间强的π--π相互作用是材料具有好的载流子传输能力的关 键因素的结论,这个结论将指导我们今后有机电致发光材料的设计与合成。


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