高效的磷光有机电致发光器件有赖于主体材料, 而双极性主体材料相对于传统主体材料不仅能降低驱动电压, 提高电流效率和功率效率, 还能加快载流子迁移率和平衡载流子的通量。因此本文基于咪唑并吡啶设计了两种给体-受体型双极性绿光主体材料, 即9-苯基-3-(9-(4-(3-苯基咪唑并［1,2-a］吡啶-2-基)苯基)二苯并［b,d］呋喃-2-基)-9H-咔唑(CzDFDp)和9-苯基-3-(3 -(9 -(4 -(3-苯基咪唑并［1,2-a］吡啶-2-基)苯基)二苯并 ［b,d］ 呋喃-2-基)苯基)- 9H -咔唑(CzPDFDp), 对其结构进行核磁表征。通过光物理研究表明CzDFDp和CzPDFDp具有较高的三线态能级2.8 eV和2.49 eV, 和较高的分解(509 ℃和529 ℃)与玻璃转化(130 ℃和138 ℃)温度, 十分有利于磷光器件效率和器件的热稳定提升。以CzDFDp或CzPDFDp为主体、三(4-甲基-2,5-二苯基吡啶)合铱(GD-Ir)为发光掺杂材料制作绿光器件, 启亮电压只有2.6 V, 最大电流效率分别达到44.9 cd·A-1和47.2 cd·A-1, 最大功率效率达到50.4 lm·W-1和57 lm·W-1, 远优于CBP为主体材料参比的器件(3.6 V,14.4 cd·A-1,5.8 lm·W-1), 两个主体材料的启亮电压降低了1 V, 电流效率提高3倍以上, 且功率效率提高了8倍以上, 表明本文两个双极性主体材料具有良好的传输性质, 能够有效地平衡载流子通量, 是优异的绿光主体材料。

设计并合成了一种以嘧啶为电子受体、咔唑类衍生物为电子给体的不对称给体-受体-给体(D-A-D)型双极性化合物,即1-(2-(3-(9H-咔唑-9-基)苯基)嘧啶-5-基)-1,3-二氢-3,3-二甲基茚并［2,1-b］咔唑(DMIC-PmPCP),并对其结构进行了核磁表征。化合物DMIC-PmPCP的光电性能测试结果显示其具有较高的三线态能级(2.82 eV)和较平衡的载流子传输性能。以DMIC-PmPCP为主体材料、二(2-甲基-6-苯基吡啶)(2-(［1,1'-联苯］-3-基)吡啶)合铱(即GD-01)为掺杂材料制作的绿光磷光器件色坐标CIE(0.33,0.62),最大电流效率为70.16 cd·A-1。在发光亮度3 000 cd·m-2条件下,器件的电流效率为55.08 cd·A-1,相比使用常规主体材料1,3-二氢-3,3-二甲基-1-(3-(4,6-二苯基-1,3,5-三嗪-2-基)苯基)茚［2,1-b］咔唑(即DMIC-TRZ)制作的器件,电流效率提高了13.6%。以DMIC-PmPCP为主体材料、Ir(PPy)3为掺杂发光材料的器件也获得了较好的电致发光性能,在3 000 cd·m-2条件下电流效率达到52.33 cd·A-1。实验结果表明,主体材料具有更好的载流子平衡性对于提高器件性能具有很大帮助。

通过选择绿色磷光材料(2’,6’-双(三氟甲基)-2,3’-联吡啶)四苯基亚氨基二次膦酸酯作为发光材料制备一系列的有机发光二极管。同时,4,4',4″-三(咔唑-9-基)三苯胺(TcTa)和9,9'-(2,6-吡啶二基二-3,1-亚苯)双-9H-咔唑(26DczPPy)分别被选为发光层(EMLs)1和2的主体材料,因为它们具有相对匹配的能级和较高的载流子迁移率。通过对单发光层器件与双发光层器件的性能进行分析发现,双发光层器件结构的设计有助于拓宽空穴和电子的复合区间,从而提高电致发光(EL)效率。最后,获得了启亮电压为3.1 V,最大亮度为12600 cd/m 2,电流效率为37.15 cd/A,最大外量子效率为10.34%,最大功率效率为28.23 lm/W的器件。

为研究主体材料对绿色有机发光二极管性能的影响,选择能级匹配的电子传输材料1,3,5-三(6-(3-(吡啶-3-基)苯基)吡啶-2-基)苯(Tm3PyP26PyB)作主体材料制备了单发光层(EML)器件,与以双极性主体材料9-(4-叔丁基苯基)-3,6-双(三苯基甲硅烷基)-9H-咔唑(CzSi)制备的单发光层器件作对比。另外,采用空穴传输能力较好的4,4',4″-三(咔唑-9-基)三苯胺(TcTa)作第一发光层的主体材料,Tm3PyP26PyB和CzSi分别作第二发光层的主体材料制备双发光层器件进行对比。相比于Tm3PyP26PyB,CzSi为双极性主体材料,以CzSi为双极性主体材料有利于促进器件中载流子平衡并拓宽复合区间,以其制备的单、双发光层器件均具有较好的性能。以CzSi制备的单发光层器件的最大亮度、电流效率、功率效率分别为8634 cd/m 2、18.70 cd/A、16.78 lm/W;双发光层器件的最大亮度、电流效率、功率效率分别为10770 cd/m 2、30.12 cd/A、30.52 lm/W。

为了得到溶液法制备的高性能的OLED器件, 基于咔唑和1,2,4-三氮唑基团及可热交联的苯乙烯基团, 设计并合成了可热交联的主体材料VB-CzTAZ。测试结果表明, VB-CzTAZ具有很好的热稳定性(Td: 323 ℃), 把该材料溶于氯苯旋涂成膜, 该膜在手套箱中190 ℃下发生热交联。不同溶剂的薄膜清洗实验表明, 热交联后的VB-CzTAZ具有优秀的抗溶剂性。基于VB-CzTAZ溶液法制备的绿光磷光器件, 最低启动电压为5.1 V, 最大亮度为2 404 cd/m2, 最大电流效率为4.3 cd/A, 表明该交联材料可以用于溶液法制备多层OLED器件。

研究了基于新型骨架7-(9H-carbazol-9-yl)-N,N-diphenyl-9,9′-spirobi［fluoren］-2-amine (CzFA)双极性主体材料的红色电致磷光器件的光电特性。研究结果表明: 将红色磷光染料iridium (Ⅲ) bis ［2-methyldibenzo-(f,h) quinoxaline］(acetylacetonate) (Ir(MDQ)2(acac)) 掺杂到CzFA主体材料中, 以其制备的电致发光器件具有优良的特性, 最大电流效率为27.8 cd/A, 最大功率效率为21.8 lm/W, 最大功率效率几乎是先前报道的主体材料为CBP器件(13.7 lm/W)的1.6倍。这种咔唑-螺二芴-二胺基团所组成的双极性主体材料对于提升磷光器件的性能起到了重要的作用。

设计开发了一种新的双极性蓝色磷光主体材料, 将其搭配Firpic应用于简单器件结构, 通过调整器件中载流子传输层的厚度得到了比较满意的结果：最大电流效率40 cd/A, 最大亮度19 691 cd/m2, 最大流明效率12 lm/W。这一结果说明所开发的主体材料能够很好的平衡载流子的注入与传输能力, 具有适宜的三线态能量和良好的热稳定性, 是一种优良的蓝色磷光主体材料。

以1,3,5-tri(9H-carbazol-9-yl)benzene (TCzP)为主体材料，制备了FIrpic掺杂的高效有机电致蓝光双发光层器件，最大亮度为11 957 cd/m2; 最大电流效率为18.8 cd/A; 色坐标为(0.17，0.37); 光谱峰值位于472 nm，在496 nm处有一肩峰; 即使在1 000 cd/m2 下，其效率仍为13.5 cd/A。研究结果表明: 作为主体材料，较高的三重态能量和较高的带隙对于获得高效蓝色磷光器件非常重要。