新型平面显示器发光技术的研究是现阶段的一个研究热点, 其目标是用新型的、高效的、轻质的平面显示器来代替传统的、笨重的、耗能多的阴极射线管。目前,液晶显示器在一些领域里已经取代了阴极射线管占有平面显示器的主要市场, 但近一、二年来, 一种新型的有机电致发光平面显示器(oleds)受到了人们的广泛关注。与液晶平面显示器相比, 有机电致发光平面显示器具有主动发光、轻、薄、对比度好、无角度依赖性、能耗低等显著特点,在这类应用上有明显的优势,具有广阔的应用前景。

实际上,最早报道有机电致发光应追溯到1963年,pope等人用蒽单晶制备了有机电致发光器件[1]。但是人们第一次用真空蒸镀成膜制备高效的oleds是直到1987年c w tang等成功研制出一种有机发光二极管(oled), 用苯胺-tpd做空穴传输层(htl), 铝与八羟基喹啉络合物-alq作为发光层(eml)。其工作电压小于10v, 亮度高达1000cd/m2, 这样的亮度足以用于实际应用。后来研制出的有机电致发光材料的发光波长遍及整个可见光范围。这个突破性进展使得这个领域成为近来的一个研究热点。进入90年代后有机高分子光电功能材料进入一个新的发展阶段。在新型光电材料与器件的探索研究中, 有机及高分子光电材料与器件的探索成为目前国际上一个十分活跃的领域, 被美国评为1992年度化学领域十大成果之一。很多学术机构和一些国际有名的大电子、化学公司都投入巨大的人力物力研究这一领域。oled是从外量子效率小于0.1%, 寿命仅为几分钟开始发展起来的,目前己发展到外量子效率超过5%, 运行寿命超过上万小时。

2 电致发光机理

有机电致发光器件的发光属于注入型发光。在正向电压驱动下, 阳极向发光层注入空穴,阴极向发光层注入电子。注入的空穴和电子在发光层中相遇结合成激子, 激子复合并将能量传递给发光材料, 后者经过辐射驰豫过程而发光。

电致发光器件的基本构造是一个简单的“三明治式”器件, 如图1所示。在导电玻璃基质上(阳质)旋涂、浸涂或真空热蒸镀发光材料(发光层), 然后镀上阴极材料,连接电源即构成电发光器。为了提高有机发光器的稳定性和效率, 应使电子和空穴的注入达到平衡, 这就要求电极材料的功函数与电致发光材料的能级相匹配。最常用的阳极材料是ito(铟锡氧化物)透明导电玻璃, 对于大多数有机物来说它具有优良的空穴注入性能。最为常用的阴极材料是al, 虽然它的功函比ca、mg高, 电子注入能力不如ca、mg好, 但它的化学性质更稳定, 器件的制作难度小。除了选择合适的电极材料以外, 在有机电致发光器件中引入电子传输层(etl)或/和空穴传输层(htl), 形成多层结构器件, 有助于电子和空穴注入的平衡,提高器件的性能。实验证明采用多层结构后,电致发光器件的驱动电压降低, 电子和空穴的注入较为平衡, 从而提高在发光层中的复合几率及发光量子效率。



3 有机电致发光材料

目前就发光层材料而言, 主要有两大类:一类是小分子材料, 如8-羟基喹啉铝, 8-羟基喹啉锌等有机络合物荧光染料, 主要通过真空蒸镀的方法制备器件; 另一类是聚合物材料,如聚对苯乙炔(ppv)及其衍生物, 主要通过旋转涂敷或丝网印刷(screenprinting), 喷墨(ink jet)等法制备发光层。

3.1 有机小分子发光材料

对第一类发光材料, 一般要具备以下几个特性才能得到el发射: (1)固态下有较强荧光, 无明显的浓度淬灭现象; (2)载流子传输性能好; (3)稳定性能好, 包括良好的热稳定性和化学稳定性; (4)能够真空蒸镀。

有机小分子电致发光材料应用最广泛的是alq3, 如图2所示。它具有成膜质量好, 载流子迁移率高和稳定性较好等优点。alq3既是一种电致发光材料, 也是一种电子传输材料,因而在leds中alq3也可以充当电子运输层。hamada等人用8-羟基喹啉及其两种衍生物作配体, 以al3+、mg2+、zn2+、be2+作配离子, 合成出多种配合物, 在20v偏压下, 8-羟基喹啉锌(znq2)的发光亮度高达16200cd/m2。人们期望znq2等二配位的金属配合物能够成为新的有机el材料。



有机小分子化合物电致发光材料中1,3,5 三(二芳基氨基)苯类化合物也是研究较多的一类化合物。此类化合物容易氧化, 是一种潜在的空穴传输材料。thelakkat等人合成了5个新的此类化合物, 这些物质homo能级高, 玻璃化转变温度高,是优良的空穴传输材料,其中两个化合物还具有蓝色和绿色区域的电发光性能。

最近, 人们将磷光染料掺杂到alq3〔三(八羟基)喹啉铝〕和4,4 n,n二咔唑基二苯(cbp)等小分子中实现三线态发光,得到的发光器件的量子效率高达13.7%和38.31m/w。baldo等人报道了peoep和ir(ppy)3掺杂到主体材料中作为能量转移客体,得到高效率的磷光leds。用ir(ppy)3作为磷光材料得到在100cd/m2下、外量子效率达到15%、能量效率为401m/w的绿光。

3.2 聚合物发光材料

有机小分子el材料的开发仍在进行,但小分子普遍的结晶现象降低了el器件的寿命; 同时有机小分子el材料的成膜方式主要靠真空蒸镀; 为提高发光效率大多采用