锌配合物光电特性和铱配合物磷光敏化及光电特性研究

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有机电致发光作为一个新兴的研究领域不断吸引着越来越多的人们,目前已成为平板显示领域的一个研究热点。而有机发光材料是有机电致发光的基础和核心。面对人们对显示设备提出越来越高要求的同时,促使科学界和企业界不断地寻找更新型、更高效的发光材料,深入研究其发光机理,从而制备出性能更高、成本更低廉的显示器件来满足人们不断提出的要求。这个方向本身是一个涉及化学、材料学、物理和电子等多学科的研究领域,这需要人们从材料的设计和合成、发光过程和机理的分析等多方面去研究。本论文旨在采用金属配合物(锌、铱)材料,利用锌金属配合物的光电特性和铱金属配合物的磷光敏化作用设计了不同结构的器件结构,分别对其性能进行系统的研究,探索和分析了实验参数对金属配合物光电特性的影响,得出一些有意义的结论。首先,研究了新型锌金属配合物发光材料FHQZn、BFHQZn、CzHQZn和MCzHQZn光电性能,验证了这四种锌金属配合物材料具有一定的空穴传输特性和发黄光特性。在此基础上,采用这四种发光材料分别制备了不同结构的器件。其中以CzHQZn材料制备了性能最好的WOLED,该器件结构为ITO/2T-NATA(22 nm)/ CzHQZn(18 nm)/NPBX(5 nm)/ADN(27 nm)/BCP(8 nm)/Alq3(20 nm)/LiF(0.5 nm)/Al。器件的最大亮度为6416 cd/m2(13V),最大发光效率为1.46 cd/A(10V),器件的色坐标由10V时的(0.30,0.31)到13V时的(0.28,0.30)几乎没变。另外,采用简单的水热法合成了一种新型配合物Zn(C19H12N4)2(C7H4O6S)H2O。研究发现,在晶体中晶胞之间通过氢键形成了三维超分子结构,芳环之间的π-π相互作用加固了晶体的结构。其次,研究了铱金属配合物Ir(ppy)3的磷光敏化作用,详细地讨论了其磷光敏化作用对有机发光器件光电特性的改善。利用Ir(ppy)3分别敏化rubrene、ADN、CzHQZn而制作了白光或黄光器件。研究发现,敏化剂Ir(ppy)3能有效地提高材料的发光效率和亮度,磷光敏化作用的机理是通过磷光敏化剂从母体获得的能量通过共振转移的Forster机制传递给了荧光受主,使其被激发并辐射失活发射出荧光。第三,研究了铱金属配合物Ir(piq)3的光电性能,采用Ir(piq)3为客体材料,使母客体能级匹配,载流子同时通过母体和客体进行传输,从而制备了具有混合母体结构的红色磷光器件。这种结构的器件使其启亮电压得到显著降低,发光效率得到有效提高。另外,采用物理共混方法来制备器件,研究发现随着rubrene共混比例的增加,器件的色度发生相应的改变,由蓝光经过白光变化到黄光,器件的亮度和电流效率也随电压呈现规律性的变化。该方法有利于简化有机电致发光器件的制备工艺,为实现产业化奠定了一定的基础。有机电致发光存在生产工艺复杂、寿命不长、成品率较低等问题,通过研究可知,利用这种锌配合物材料制备的发光器件其发光特性较好,本身它也是集空穴传输和发光特性于一体的发光材料,这种多功能于一身的发光材料的开发和研制吸引更多的科技工作者。我们自己也尝试着通过水热法合成了一种锌配合物。另外,为了进一步提高器件的整体性能,利用铱配合物的磷光敏化作用及混合母体、物理共混等方法来提高器件的各项参数,这也是论文研究意义所在。
摘要第6-8页
ABSTRACT第8-9页
第一章 绪论第13-33页
    1.1 引言第13-14页
    1.2 有机发光材料基本概述第14-27页
        1.2.1 有机发光材料的特点及分类第14-18页
            1.2.1.1 有机小分子电致发光材料和高分子聚合物电致发光材料第14-16页
            1.2.1.2 有机荧光和磷光电致发光材料第16-17页
            1.2.1.3 金属配合物和稀土配合物有机电致发光材料第17-18页
        1.2.2 不同功能层的有机电致发光材料第18-20页
        1.2.3 有机电致发光材料所构造的器件结构第20-23页
        1.2.4 有机发光材料所构造器件光电特性表征的性能参数第23-27页
    1.3 国内外研究现状第27-29页
    1.4 选题背景和意义第29-30页
    1.5 主要研究内容第30-33页
        1.5.1 研究过程和方法第30-31页
        1.5.2 研究内容第31页
        1.5.3 章节安排第31-33页
第二章 基本理论和设备仪器第33-43页
    2.1 有机发光材料光电特性的理论基础第33-41页
        2.1.1 有机半导体材料的分子轨道理论第33-35页
        2.1.2 有机半导体材料的能带理论第35-38页
            2.1.2.1 基态与激发态第35-36页
            2.1.2.2 电子能级和电子跃迁第36-38页
        2.1.3 有机电致发光的过程第38-41页
    2.2 样品制备及测试仪器第41-43页
        2.2.1 多源有机分子气相沉积系统第41-42页
        2.2.2 测试设备第42-43页
第三章 锌金属配合物光电特性研究第43-73页
    3.1 锌金属配合物FHQZn的光电特性研究第44-51页
        3.1.1 有机材料结构和器件制备工艺第44-45页
        3.1.2 锌金属配合物FHQZn的光电特性第45-48页
        3.1.3 FHQZn制备白光器件的光电特性第48-51页
    3.2 锌金属配合物BFHQZn的光电特性研究第51-58页
        3.2.1 有机材料结构和器件制备工艺第51-52页
        3.2.2 锌金属配合物BFHQZn的光电特性第52-54页
        3.2.3 BFHQZn制备白光器件的光电特性第54-58页
    3.3 锌金属配合物CzHQZn的光电特性研究第58-64页
        3.3.1 有机材料结构和器件制备工艺第58-59页
        3.3.2 CzHQZn制备黄光器件的光电特性第59-63页
        3.3.3 CzHQZn制备白光器件的光电特性第63-64页
    3.4 锌金属配合物MCzHQZn的光电特性研究第64-68页
        3.4.1 有机材料结构和器件制备工艺第64-65页
        3.4.2 MCzHQZn制备器件的光电特性第65-68页
    3.5 Zn(C_(19)H_(12)N_4)_2(C_7H_4O_6S)H_2O的合成和表征第68-70页
        3.5.1 配合物的合成过程第68页
        3.5.2 表征和结果讨论第68-70页
    3.6 本章小结第70-73页
第四章 铱金属配合物磷光敏化作用研究第73-101页
    4.1 重金属配合物的磷光敏化作用第74-75页
    4.2 Ir(ppy)_3磷光敏化rubrene的光电特性研究第75-80页
        4.2.1 有机材料结构和器件制备工艺第75-77页
        4.2.2 磷光敏化rubrene的白光器件的光电特性第77-80页
    4.3 Ir(ppy)_3磷光敏化ADN的光电特性研究第80-85页
        4.3.1 有机材料结构和器件制备工艺第80-82页
        4.3.2 磷光敏化ADN的白光器件的光电特性第82-85页
    4.4 Ir(ppy)_3磷光敏化CzHQZn的光电特性研究第85-98页
        4.4.1 有机材料结构和器件制备工艺第85-86页
        4.4.2 磷光敏化CzHQZn的黄绿光和白光器件的光电特性第86-98页
            4.4.2.1 不同CzHQZn掺杂浓度对黄绿光器件光电特性的影响第86-92页
            4.4.2.2 不同CzQHZn厚度对黄绿光器件光电特性的影响第92-94页
            4.4.2.3 启亮电压与掺杂发光层厚度变化的关系第94页
            4.4.2.4 非磷光敏化和磷光敏化黄/白光器件的性能比较第94-98页
    4.5 本章小结第98-101页
第五章 铱金属配合物光电特性研究第101-111页
    5.1 利用混合母体结构的Ir(piq)_3的光电特性研究第101-106页
        5.1.1 有机材料结构和器件制备工艺第101-102页
        5.1.2 不同Ir(piq)_3掺杂浓度对发光材料光电特性的影响第102-106页
    5.2 物理共混方法改善发光材料的光电特性第106-110页
    5.3 本章小结第110-111页
第六章 结论与展望第111-115页
    6.1 全文结论第111-113页
    6.2 研究展望第113-115页
参考文献第115-125页
致谢第125-127页
攻读博士学位期间发表的学术论文及参与课题第127-129页
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论文编号ABS575548,这篇论文共129页
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