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传统的荧光材料因其理论上的最大的内量子效率只能到达25%,所以逐渐被能够同时利用单线态和三线态激子到达理论上的内量子效率100%的磷光材料所取代。然而在众多的重金属配合物中,铱配合物是最重要的有机电致磷光材料之一,通过调节带隙可以实现红、绿、蓝的全彩显示,成为磷光材料研究的热点。但由于磷光材料在高浓度使用的情况下,会发生三线态-三线态湮灭或者浓度猝灭,进而导致发光效率的降低,因此在磷光器件制备中,通常会采用主-客体掺杂体系。主体材料按照材料的性质可以分为聚合物和小分子主体材料两大类。虽然小分子主体材料制作的器件在效率,色纯度等方面表现良好,但是它们对磷光材料的熔点和热稳定性要求较高,成本高,器件易发生相分离。而聚合物主体材料在室温下即可用溶液处理的方法制成膜,对于实现高性能的蓝光和白色旋涂器件有重要意义。此外,高效的绿色和红色磷光主体材料已经被报道,但遗憾的是,高效稳定的蓝色磷光主体材料,尤其是深蓝色的,确鲜有报道,主要是由于蓝色磷光主体材料往往需要更宽的能带隙,更高的三线态能级(>2.75eV)及好的载流子注入与传输性能,而恰恰是这样的条件难于获取,导致了高效的蓝色磷光主体材料的缺乏。因此研究集中于具有高三线态能级和宽带隙的双极性蓝色磷光聚合物主体材料的设计、合成及器件的性能研究。 另一方面,白色有机电致发光器件(WOLED)对白光照明,全彩显示,节约能源以及保护环境具有重要意义。在摒弃了量子效率最大只能达到25%全荧光型白光(F-WOLED)之后,全磷光型白光器件(P-WOLED)不仅可以达到100%的内量子效率,在发光效率上也取得了一定的进步。一般来说,白光需要R-G-B三基色的复合,由于蓝光能够通过变色介质产生绿光和红光,所以其在整个器件制备中起着决定性作用。但目前所发现的蓝光磷光材料大都具有较低的发光效率和较差的稳定性,这无疑阻碍了进一步提高WOLED效率和寿命的计划。在接下来的器件发展过程中,研究人员提出了荧光-磷光混合复合产生白光(F/P-WOLED)的方法,该方法巧妙地将较高稳定性,高发光效率和较小带宽的蓝色荧光材料(与蓝光磷光材料相比)和绿色,红色磷光材料进行组合,不仅实现了理论内量子效率达到100%的WOLED,而且与P-WOLED相比,采用了更稳定的蓝色荧光材料代替蓝色磷光材料,使器件的稳定性和寿命都有了显著的提高,所以被认为目前为止实现高效率、长寿命WOLED的最理想的途径。但基于该器件的特殊原理,要求主体材料不仅具有高效的蓝色荧光发光效率,而且具有高的三线态能级用于敏化绿色、红色或橙色的磷光掺杂材料,但同时满足这些要求的主体材料很难获取。于是,将进一步开展满足上述条件的蓝色荧光材料的设计,合成及性能研究。 本文研究工作将从以下三个部分来展开: (一)通过在具有空穴传输性能的咔唑和电子传输性能的膦酰基团中间插入氧原子打断共轭的设计理念,设计合成了一种双极性的高三线态能级的聚合物主体材料PC10CzPO。利用1H NMR、13C NMR、31P NMR、凝胶渗透色谱(GPC)和元素分析等方法确定单体及聚合物的结构正确性。利用热重量分析法(Thermal Gravity Analysis)和差示扫描量热法(Differential Scanning Calorimetry)对聚合物PC10CzPO的热稳定性进行分析。通过紫外-可见吸收和荧光发射光谱对聚合物的光物理性质进行评估,结果显示该聚合物具有较高的三线态能级(ET,2.83eV)。以聚合物PC10CzPO为主体材料,分别以蓝色FIrpic,绿色Ir(mppy)3和红色Ir(piq)2acac为客体材料,制备了一系列磷光器件并观察其性能。当掺杂10%FIrpic时,蓝光器件的最大电流效率达到了3.36cd/A;当掺杂6%Ir(mppy)3时,绿光器件最大电流效率达到了2.25cd/A;当掺杂6%Ir(piq)2acac时,红光器件的电流效率达到了1.78cd/A。 (二)在前一章的PC10CzPO基础上,在保持主链的结构不变的前提下,在烷基侧链上引入了具有空穴传输性能的咔唑和电子传输性能的氰基基团调整聚合物的载流子传输的平衡性,设计合成了三种双极性的高三线态能级的聚合物主体材料PCzPOPOC8、PCzPOPOCz、PCzPOPOCN。利用核磁表征,包括1HNMR、13C NMR、31PNMR以及GPC和元素分析等方法对聚合物的结构的正确性进行确定。利用TGA和DSC对聚合物PC10CzPO的热稳定性进行分析。通过紫外-可见吸收和荧光发射光谱对聚合物的光物理性质进行测试,低温磷光光谱显示它们具有较高的三线态能级。同时又利用09高斯软件包和循环伏安法对聚合物的HOMO、LUMO分别进行了理论计算和实验测定。将它们作为主体材料掺杂10%FIrpic制作OLEDs器件的最大电流效率分别为3.1、7.2、2.5cd/A。 (三)将含有N+=P-O-共振结构式的二苯胺或咔唑单体与9,9-二辛基-2,7-二硼酸芴交替共聚,设计合成了两种荧光聚合物PPOPAF和PPOCzF。利用1H NMR、13C NMR、GPC和元素分析等方法确定的聚合物的结构。利用TGA和DSC对聚合物PPOPAF和PPOCzF的热稳定性进行了分析。通过紫外-可见吸收和荧光发射光谱对聚合物的光物理性质进行了评估,低温磷光光谱显示它们具有较高的三线态能级。同时又利用09高斯软件包和循环伏安法对聚合物的HOMO、LUMO分别进行了理论计算和实验测定。基于PPOPAF和PPOCzF的F-PLEDs给出最大发射峰分别在437和440nm处,它们的色坐标分别是(0.17,0.10)、(0.16,0.10),均展示了稳定的深蓝色荧光。两者器件的最大电流效率分别是0.94cd/A和1.2cd/A。在F/P-PLED器件中,对PPOPAF来说,当掺杂浓度为0.2%时,器件的最大电流效率、流明效率和外量子效率分别为2.3cd/A、0.6lm/W和0.98%,此时的色坐标是(0.35,0.33),非常接近于标准白光的色坐标(0.33,0.33)。对PPOCzF来说,当掺杂浓度为0.1%时,器件的最大电流效率、流明效率和外量子效率分别为2.1cd/A、0.48lm/W和1.1%,此时的色坐标是(0.35,0.33),此时的色坐标是(0.35,0.33),这个色坐标非常接近于标准白光的色坐标(0.33,0.33)。