基于聯(lián)苯并呋喃硅雜環(huán)戊二烯的新型OLED材料的研究

孫海洋，程大興，于法喜

（煙臺九目化學(xué)制品有限公司，山東煙臺 264006)

有機(jī)電致發(fā)光主要指的是受到電場與電流環(huán)境因素的影響，有機(jī)材料當(dāng)中注入載流子，從而產(chǎn)生發(fā)光的情況，從電能轉(zhuǎn)化為光能，屬于熱轉(zhuǎn)化的一個(gè)過程。早在20世紀(jì)中期，國外學(xué)者專家便發(fā)現(xiàn)了電致發(fā)光現(xiàn)象，但一直處于發(fā)展研究階段，實(shí)際應(yīng)用價(jià)值不高。直到20世紀(jì)90年代初，發(fā)光材料所制備的有機(jī)電致發(fā)光二極管的出現(xiàn)，使得有機(jī)發(fā)光材料的實(shí)用性大幅度提升，也使得人們對OLED材料投入了大量的實(shí)踐研究，促進(jìn)了該材料的發(fā)展與應(yīng)用，隨后，OLED材料的發(fā)展空間進(jìn)一步擴(kuò)大，因?yàn)镺LED小分子材料的具體應(yīng)用時(shí)間比較早，因此，通常OLED一般指小分子。

1 有機(jī)電致發(fā)光材料簡述

有機(jī)電致發(fā)光二極管具備自發(fā)光、無須背光源，其可視角度較大、厚度較薄、反應(yīng)比較迅速，適用于較高溫度范圍以及柔性面板，構(gòu)造與制備流程比較簡單。有機(jī)分子結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與組裝為有機(jī)材料提供廣闊的選擇范圍，OLED技術(shù)也是被應(yīng)用到下一代平面顯示器當(dāng)中的新興技術(shù)。當(dāng)前OLED比較常用的結(jié)構(gòu)便是日本公司所推崇的“三明治”結(jié)構(gòu)，其主要是由電極正極與ITO相連，氧化物的厚度比較薄，屬于透明的半導(dǎo)體，與金屬陰極，形成與三明治類似的結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)主要包含了發(fā)光層、電子傳輸層以及空穴傳輸層，當(dāng)電壓適當(dāng)?shù)那闆r下，陰極電荷與正極空穴便會相結(jié)合，發(fā)生光亮，結(jié)合不同的配方，會產(chǎn)生紅、藍(lán)、綠等三種原色，從而構(gòu)成基本色彩顯示成像。

2 有機(jī)電致發(fā)光材料具體分類

電子與空穴在電場環(huán)境作用影響下，經(jīng)兩端電極注入有機(jī)電致發(fā)光分子當(dāng)中，在傳輸過程中會對材料的性能產(chǎn)生一定的影響。發(fā)光材料可根據(jù)不同的顏色，具體分為藍(lán)光發(fā)光材料、綠光發(fā)光材料以及紅光發(fā)光材料。發(fā)光材料是OLED當(dāng)中極為重要的材料，通常滿足以下條件：首先，其具備很高的熒光特性與量子效率，發(fā)射光譜波長通常在400～700m的可見光波范圍之內(nèi)。半導(dǎo)體性能優(yōu)良，電子傳輸與空穴傳輸均能滿足，可在厚度為幾十納米的薄層上方成膜，不會產(chǎn)生針孔。具有很好的光與熱穩(wěn)定性，可有效避免在實(shí)際運(yùn)行過程中出現(xiàn)變質(zhì)的情況[1]。

2.1 藍(lán)光發(fā)光材料

蒽類：當(dāng)引入大基團(tuán)以后，能夠減少低分子間的堆積密度，被扭曲的共平面結(jié)構(gòu)有效減少了分子共軛程度。芴類：引入烷基鏈能夠有效增加分子的色純度與溶解性，且具備較好的量子產(chǎn)率與熱穩(wěn)定性，制作為發(fā)光器件，其性能優(yōu)良。其他芳香化合物：聚苯衍生物化合物是可被應(yīng)用于OLED中的新型藍(lán)光材料。

芳胺類化合物中，芳胺基團(tuán)有著很強(qiáng)的電力能力，比較容易形成分子內(nèi)推拉結(jié)構(gòu)，也具備很強(qiáng)的電子傳輸能力，但是藍(lán)光材料有著較強(qiáng)的偶極矩，會對純色度產(chǎn)生影響。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展與更新，對于藍(lán)光材料也有了進(jìn)一步的深入研究，可改變其分子結(jié)構(gòu)，對材料的性能進(jìn)行調(diào)節(jié)，制備出性能相對較好的材料，但是無法將藍(lán)光材料的色純度與發(fā)光效率統(tǒng)一結(jié)合起來。隨著未來科研技術(shù)的不斷發(fā)展，會得到發(fā)光效率與色純度更高的藍(lán)光材料[2]。

2.2 綠光發(fā)光材料

綠光材料是最早被投入到市場當(dāng)中，實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的材料，柯達(dá)公司所提出的金屬配合物綠光材料羥基喹啉鋁（Alq3）便是非常好的EL材料。其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度高達(dá)175℃，其次，其自身可傳輸電子，被廣泛應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)當(dāng)中。其屬于比較穩(wěn)定的金屬化合物，為了緩解無機(jī)物和有機(jī)物之間的界面斷裂，將其放置在陰極與空穴傳輸層之間，其分子結(jié)構(gòu)與球形比較相似，這樣的結(jié)構(gòu)也能夠避免和有機(jī)物結(jié)合，從而形成電荷轉(zhuǎn)移化合物。

2.3 紅光發(fā)光材料

紅光材料通常不容易飽和，其主要是因?yàn)?，人眼對于光的感受程度呈非線性的，最為敏感的波長為555nm，屬于綠光的范圍，紅光材料波長紅移時(shí)，便會有部分波長逐漸超過700nm，當(dāng)進(jìn)入到人眼看不到的近紅外區(qū)，會浪費(fèi)發(fā)光器件的能量，同時(shí)也降低其效率，紅光材料發(fā)光的波長逐漸藍(lán)移時(shí)，便會有部分波長會進(jìn)入綠光范圍，導(dǎo)致色純度逐漸降低。紅光發(fā)光體系之間會存在較強(qiáng)的相互作用，當(dāng)分子之間的距離逐漸減少，熒光效率會逐漸降低，相互作用會不斷增強(qiáng)，可通過摻雜紅光染料以及采用稀土離子配合物為激活劑獲得紅色發(fā)光。

3 含硅有機(jī)電致發(fā)光材料

3.1 電子結(jié)構(gòu)的獨(dú)特性

硅雜環(huán)戊二烯和環(huán)戊二烯的電子結(jié)構(gòu)存在很大的不同，前者的HOMO軌道能級顯著低于后者，主要是因?yàn)猷缈┉h(huán)當(dāng)中比較特殊的軌道之間相互作用。與其他雜環(huán)化合物相比，硅雜環(huán)戊二烯的整體吸電子能力更突出。硅雜環(huán)戊二烯具有最低能級與最高能級，因此，可引入硅雜環(huán)戊二烯單元構(gòu)建特殊的電子結(jié)構(gòu)。

3.2 2，3，4，5四取代硅雜環(huán)戊二烯類OLED材料

通常的有機(jī)電致發(fā)光材料在溶液當(dāng)中的發(fā)光強(qiáng)度會比固態(tài)時(shí)強(qiáng)，但是后來發(fā)現(xiàn)硅雜環(huán)戊二烯在溶液當(dāng)中幾乎不發(fā)光，固態(tài)情況下，發(fā)光強(qiáng)度會大幅度增加，這便是AIE效應(yīng)。四苯基硅雜環(huán)戊二烯在溶液狀態(tài)下分子之間的作用力比較弱，單線態(tài)能量會以非輻射能量形式耗散。如果分子處于凝聚或者固態(tài)時(shí)，分子之間的作用力會逐漸增強(qiáng)，3，4苯基自由轉(zhuǎn)動便會受到一定限制，其非輻射能量耗散會逐漸減少，熒光發(fā)射能耗不斷增加，因此，在固體狀態(tài)下，熒光顯著增強(qiáng)[3]。

4 結(jié)果與討論

對聯(lián)芳香體系之間的不同平面進(jìn)行固定，能夠有效消除不同構(gòu)象之間的轉(zhuǎn)變，從而獲得分子結(jié)構(gòu)，提升光學(xué)性能。為了保障電子調(diào)節(jié)能力處于理想狀態(tài)，在骨架結(jié)構(gòu)當(dāng)中引入主族元素進(jìn)行調(diào)節(jié)，其具備以下特點(diǎn)：配位數(shù)具備多樣化特點(diǎn)、軌道之間相互作用，結(jié)構(gòu)特征明確，與不含主族元素共軛材料相比較，新材料有著較強(qiáng)的功能與性質(zhì)。為了確定化合物的結(jié)構(gòu)，對化合物進(jìn)行了單晶結(jié)構(gòu)測試，可得出硅雜環(huán)戊二烯環(huán)和苯并呋喃屬于共平面的，化合物12當(dāng)中兩側(cè)呋喃環(huán)具有非對稱性特點(diǎn)，也是與雜硅環(huán)戊二烯類存在的最大不同之處，這是聯(lián)苯并呋喃硅雜環(huán)戊二烯比較獨(dú)特的結(jié)構(gòu)。

5 結(jié)束語

通過實(shí)踐與論述，能夠得出聯(lián)苯并呋喃硅雜環(huán)戊二烯體系可以有效滿足有機(jī)電致發(fā)光材料的實(shí)際應(yīng)用要求，如穩(wěn)定性良好、量子產(chǎn)率高等。將硅元素引入聯(lián)苯并呋喃體系中，為有機(jī)電致發(fā)光材料的研究設(shè)計(jì)提供了新思路與新方向。