小分子蓝光OLED材料

材料化学学期论文

小分子蓝光OLED材料

摘要 有机电致发光器件(OLED)因其在平板显示和高效照明领域具有极大的应用前景而引起广泛关注。与绿光器件相比，高效稳定的蓝光材料十分稀少。 因此开发有高发光效率、色纯度、稳定性的蓝光材料必不可少。蒽类、芴类、苯乙烯类蓝光材料由于具有能满足实用的潜力而成为研究热点。

关键字 有机发光材料 蒽 芴 苯乙烯

Small molecules used as blue OLED materials

Abstract Organic Light-Emitting Diodes(OLED)have been extensively studied due to their possible applications for flat panel color displays and illumination source.Compared with green emitters ,efficient and stable blue emitters are still rare.So,there still exists a clear need for further improvements in terms of luminous efficiency and color purity,as well as operational stability.The most recent research into blue light-emitting materials was centered on anthracene,fluorine and styrene derivatives.

Keywords Organic Light Emitting Diode（OLED） anthracene fluorine styrene

OLED具有自发光、宽视角、工作电压低、反应时间快、可弯曲等优点，因其在平板显示和高效照明领域具有极大的应用前景而引起广泛关注[1]。蓝色有机电致发光是全彩色显示的重要组成部分，但与绿光器件相比，蓝光器件的性能与实际应用还有一定的差距，其研究一直处于相对落后的状态，一定程度上制约着全彩色OLED显示的发展[2]。小分子OLED材料为有机染料、颜料、金属配合物、共轭分子、共轭寡聚物等，蓝光材料多数集中在有机小分子的自身电致发光、金属配合物、蓝光有机小分子电致发光材料的衍生物等方面[3]。本文主要介绍近几年国内外在蓝光主体发光材料方面的研究情况

1 蒽类小分子蓝光材料

蒽类化合物是经典的蓝光材料，也是目前OLED器件中广泛应用的蓝光主体发光材料之一。蒽有较高的荧光效率 但小分子易结晶导致器件寿命低。因此常在9、10位引入其他基团进行改性。

祝等[4]通过引入具有电子传输性能的嗯二唑衍生物支链，采用Suzuki偶联反应，设计并合成了一种新型的蒽衍生物蓝光材料(如图1)2-(4-叔丁苯基)-5-(4-(2-(9,10-二(α-萘基))蒽基)联苯基)-1,3,4-噁二唑(α-ADN-2-PBD)，同时研究了它的光学性能、热学性能、电化学性能以及成膜性。研究结果表明，该化合物在四氢呋喃溶液中发射蓝色荧光，最大发射波长为433am；由于嗯二唑衍生物的引人，其荧光量子效率为0.94，是9,10-二(β-萘基)蒽(ADN)的1.17倍。该化合物薄膜经过100 ℃高温烘烤3h，依然保持连续、均一、平整的无定型结构，是制备长寿命、高效率OLED的很有潜力的材料。

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图 1. 蒽衍生物蓝光材料结构

Wan等[5]设计合成了一系列由刚性的sp3杂化碳原子连接的扭曲的芴基蒽，包含在芴的C-2位或蒽的C-10位末端进行芳基取代（如图2）。这些材料表现出良好的热稳定性和非晶性能。理论计算和x射线衍射研究发现，这六个蓝光发射器具有非共面结构，抑制了分子间的相互作用。所有化合物表现出的玻璃化转变温度大约104-143℃。不同端基的化学结构与电致发光性能有关联。在20 mA?cm-2电流密度和最大亮度下，OLED利用9 -(2-苯基-9-芴)蒽作为蓝光发射器(1a)，其色坐标为(0.166，0.153)、电流效率为1.47 cd?A-1、外部量子效率为1.84%。如表1，与在蒽模块的C-10位进行芳基取代的2a（苯芴）和2c（萘基）相比，在芴的C-2位置取代的1a与1c的蓝光OLED其电致发光性能更好。

图 2. 在芴的C-2位或蒽的C-10位末端进行芳基取代的结构

表 1.发光性能测试结果

2 芴类小分子蓝光材料

芴类小分子或以其为单体的高分子材料，具有很高的发光效率，是目前OLED领域里常用的一种蓝光材料。芴类主体发光材料的结构都有稳固的芴环构成，具有大的共轭体系和较好的刚性共面性，且玻璃化温度高、热稳定性好、制作电致发光器件工艺简单、不需要复杂的设备，可能会降低器件制作成本，易于制备大面积的器件。由于荧光通常发生在具有刚性平面和共轭体系的分子中，提高电子共轭效应和分子的共面性有利于提高荧光效率[2]。

但是芴位9位碳上的氢具有酸性，易被氧化导致色纯度下降。在9位引入取代基即可改善芴的溶解性又可增加其稳定性。螺芴比芴更稳定，其非平面结构可有效地防止材料的堆积提高发光效率。螺芴类材料还具有高的热稳定性、光效率、色纯度等优点[6]。

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2.1 掺杂性芴类蓝光材料

Lee等[7]成功设计并通过Suzuki偶合反应合成了三种取代芴C-7和C-9位的螺苯并芴二聚体的衍生物（TPA，如图3中5、6、7），掺杂了N,N,N’,N’-四苯基螺[苯并[c]芴-7,9-芴]-5,9-二胺（SBFF），并用其制成OLED器件（其结构如图4）。基于SBFF二聚体的新型蓝光主体材料被成功制备和用于构建蓝光OLED，其中以7号作为发光层时，设备的EL发射光谱约463nm。由7:5% TPA-SBFF组成的设备CIE坐标为（0.146，0.148），对于蓝光发射是不错的色坐标值。用掺杂的TPA-SBFF组成的设备在77.16 mA?cm-2电流密度下，最大发光亮度为827.4 cd?m-2、 最大发光效率为7.44 cd?A-1，7V下有5.60%的外部量子效率。根据这些特点，这些深蓝色排放螺苯并芴二聚的材料有足够的潜力应用于荧光OLED。

图 3. TPA结构 图 4.OLED器件结构

2.2非掺杂性芴类蓝光材料

Chen等[8]设计了合成了一系列以TPA/FEP为基础的溶液处理过的非掺杂深蓝OLED材料，它作为空穴传输、光子发射和电子注射的多功能层，以无阴极夹层的金属铝作为阴极共同组成OLED。这种单层设备结构为ITO/PEDOT:PSS/TPA-3FEP/Al（如图5），最大发光效率为0.65 cd?A-1。在PEDOT:PSS与TPA-3FEP层之间添加聚乙烯基咔唑层（PVK）的简单双层设备最大发光效率为2.59 cd?A-1、色坐标为（0.163,0.097），与美国国家电视标准委员会(NTSC)制定的蓝光标准色坐标（0.14,0.08）很接近。此外，这些深蓝OLED器件发光颜色在很大的操作电流范围内都保持不变，展示了很好的电致发光颜色稳定性。

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图 5.OLED设备结构

3 苯乙烯类小分子蓝光材料

苯乙烯热稳定性差，易聚集，因此常将其互联成大共轭结构或引入热稳定性好、Tg温度高、 空间结构大的集团如蒽、芴、咔唑等。

杨等[9]通过Wittig-Homer和Suzuki偶联反应，将扭曲结构的三苯基取代乙烯基团和具有良好载流子传输性的刚性咔唑基团相结合，合成了含有咔唑基三苯乙烯基团的空间结构分别呈H型和Y型的衍生物，并将咔唑基三苯乙烯基团引入到苯乙烯结构中，得到的衍生物均具有聚集诱导增强发光效应（如图6）。将其作为发光层材料制备OLED器件，初步研究了器件的性能。热分析结果表明，这些化合物都具有很高的热稳定性，非常适合在OLED器件上应用。它们的玻璃化转变温度Tg在126.6到231 ℃之间，热分解温度Td在452 ℃到535 ℃范围内。

H型衍生物 Y型衍生物 带咔唑基三苯乙烯基团侧基的苯乙烯

图6.含咔唑基的苯乙烯衍生物的结构

4 结语

小分子蓝光OLED 材料中，咔唑取代的苯乙烯由于具有极高的玻璃化转化温度，而且苯乙烯类具有较好的溶解性，可通过溶液旋涂法制备低成本的器件，因而有可能成为极具前景的蓝光小分子材料。芴类被认为最具商业化潜力，庞大的非平面空间结构可防止器件中因材料的堆积而引起的再结晶现象的发生，提高器件的稳定性。且玻璃化转变温度较高但其荧光效率较低。可通过掺杂改善芴类材料的性能。蒽类则具有较好的荧光性且化学修饰性强。二者相比，对于芴类进行末端加芳基更能提高OLED的性能。目前蓝光材料在荧光效率、亮度、寿命等方面仍未达到实用的要求，通过掺杂、在分子上连接不同的结构，有可能解决这些问题。相信小分子蓝光材料必将广泛应用于OLED中。

参考文献：

[1]尹盛,刘陈,钟志有. 有机电致发光材料的研发现状[J]. 化工新型材料,2003,01:1-4.

[2]胡玉才,于学华,吕忆民,邢国秀,于军胜. 小分子有机电致发光材料研究进展[J]. 科技导报,2010,17:100-111.

[3]黄文迎. OLED材料研究与应用进展[J]. 新材料产业,2010,02:52-55.

[4]祝艳龙, 徐茂梁, 姜菡雨, 刘亚东, 张异光, 孟庆华, 新型蒽衍生物蓝光材料的合成及光电性能研究 《发光学报》 2014年3期

[5]Wan, W., H. L. Du, et al. (2013). \diodes based on C9-fluorenyl anthracenes.\

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[6]陈旭中,杨代胜,韩相恩,钱露露,王玲,刘子恩. 小分子蓝光OLED材料与器件研究进展[J]. 化工新型材料,2012,05:11-13+16.

[7]Lee, C. W., J. G. Jang, et al. (2013). \

spirobenzofluorene-fluorene dimers and their properties.\[8]Chen, D. C., H. Zhou, et al. (2014). \cathode-interlayer-free deep blue organic light-emitting diodes.\

[9]杨志涌， 咔唑基三苯乙烯衍生物聚集诱导增强发光材料的合成与性能研究 2010 - 中山大学：高分子化学与物理

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/3kv2.html