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本文阐述了有机电致发光的发展历史、研究现状以及它在未来显示技术上重要应用。介绍了有机电致发光器件的结构、有机/聚合物电磷光发光机理以及有机/聚合物电致磷光器件中常见主体和客体材料的类型。分析了主体材料和客体材料的结构对它们之间的能量传递以及对载流子传输性能的影响。针对聚合物电磷光器件存在的一些问题,开展了电磷光材料分子结构的设计、合成工作。将电磷光材料掺杂在高分子材料上(如PVK和PFO)制作了聚合物电磷光器件,研究了器件的电致发光性能。有机/聚合物电磷光器件的发光效率理论上可达100%,但由于磷光淬灭问题,器件的发光效率随电流密度的增加,显著下降,这制约着有机/聚合物电磷光器件的发展。本文工作是通过对器件客体材料(即磷光材料)的分子设计,获得发光性能优良的磷光材料,进一步提高有机/聚合物电磷光器件的发光效率。基于这种思想,我们设计合成了两类共6种环金属铂配合物:一类是含三芳胺功能基的单环金属铂配合物;另一类是含1, 3, 4-噁二唑功能基的双环铂配合物。通过在环金属铂配合物中分别引入载流子传输性能优良的三芳胺基和1, 3, 4-噁二唑基,达到改善电磷光材料的光电性能和聚合物电致磷光器件发光性能的目的。
通过取代芳酸的酰氯化、酰氨化、霍夫曼降解、重氮化碘化、吡啶的芳基化、Pd-C还原和Ullmann反应,合成得到了含三芳胺基的配体;使之与氯亚铂酸钾反应得到氯桥联的环金属铂配合物二聚体,二聚体被二苯甲酰甲烷离解得到单环金属铂配合物。
通过卤代芳香酸的酯化、肼解、取代芳酸的酰氯化、酰肼化、失水关环等反应,得到1, 3, 4-噁二唑衍生物配体;配体与丁基锂和反式-二氯-双(二乙基硫)合铂(II)反应,得到顺式双环金属铂配合物。
通过核磁、红外、质谱等手段表征了配体及其配合物的结构。铂配合物的紫外吸收研究表明:二类铂配合物在250~400nm范围有强烈的吸收,它归属于配体的π-π*跃迁;在400~480nm范围,同时有弱的吸收,它归属于金属-配体电荷转移跃迁(MLCT),因此,这两类环金属铂配合物是新型的有机电磷光材料。
以含三芳胺基的单环金属铂配合物为客体,PFO为主体,获得了最大外量子效率为10.6%,最大发光亮度为11903cd/m2的高性能发绿光的聚合物电磷光器件;以含1, 3, 4-噁二唑功能基的双环金属铂配合物为客体,PVK为主体,获得了最大外量子效率为10.8%,最大发光亮度为4377cd/m2的绿色聚合物电磷光器件,研究结果达到国际较先进的水平。研究表明:对于N, N-二芳基-4-(2ˊ-吡啶基)苯胺配体或2, 5-二芳基-1, 3, 4-噁二唑配体所成的单或双环金属铂配合物,环金属配体的取代基也影响着铂配合物的发光性能,当芳基对位有叔丁基时,其环金属配体的铂配合物的电磷光性能反而降低。
通过铂配合物的循环伏安法的测定,获得了铂配合物的HOMO和LUMO轨道能级,并计算得到了铂配合物的发光波长。研究显示:铂配合物材料的电致发光波长与计算的发光波长是基本吻合的;环金属配体的取代基可以调节铂配合物的HOMO和LUMO轨道能级,从而直接影响主-客体能量传递效率和聚合物电磷光器件的性能。
通过对聚合物电致磷光器件主体材料(如聚乙烯咔唑PVK,聚芴PFO)的光致发光光谱(PL)和客体材料(铂配合物)的紫外吸收光谱(UV)分析,以及不同聚合物电致磷光器件的电致发光性能分析,发现:主体和客体的分子结构都制约聚合物电致磷光器件的发光性能;器件中的主-客体能量传递效率不仅与主-客体的光谱重叠(即主体的PL光谱与客体的UV光谱的重叠)有关,而且与客体分子结构有关。因此,要获得性能优良的聚合物电致磷光器件,设计得到性能优良的电致磷光材料显得尤为重要。