有机电致发光材料研究现状
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题目:有机电致发光材料的研究现状
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有机电致发光材料的研究现状
摘要：本文对有机电致发光显示器件的发展历史，器件结构、工作特征、发光器件（OLED）的优点、发展现状和趋势等都做了简要的概括。详细介绍了有机发光材料的研究状况，包括小分子发光材料、高分子(聚合物)发光材料，以及新材料的开发。最后总结了国外OLED技术的发展状况。
关键词：小分子有机电致发光 有机高分子聚合物电致发光 Research and development of organic electroluminescent materials
Abstract Organic light-emitting diodes (OLEDs), having excellent
properties of low driving voltage and brightemission, have been extensively
studied due to their possible applications for flat panel color displays.At the
same time, or-ganic electroluminescent materials have been made with an
outstanding progress.And thestatus of organic electrolumi-nescent
materials(including evaporated molecules and polymers)were reported in this
paper.
Key words OLED, organic luminescent materials, evaporated molecules and
polymers
有机电致发光显示（organic electroluminesence Display）技术被誉为具有梦幻般显示特征的平面显示技术，因其发光机理与发光二极管（LED）相似，所以又称之为OLED（organic light emitting diode）。2000年以来，OLED受到了业界的极大关注，开始步入产业化阶段。
一、发展历史
1936年，Destriau将有机荧光化合物分散在聚合物中制成薄膜，得到最早的电致发光器件。20 世纪50年代人们就开始用有机材料制作电致发光器件的探索，A.
Bernanose等人在蒽单晶片的两侧加上400V的直流电压观测到发光现象，单晶厚10mm～20mm，所以驱动电压较高。1963年M. Pope等人也获得了蒽单晶的电致发光。70年代宾夕法尼亚大学的Heeger探索了合成金属[1]。1987年Kodak公司的邓青云首次研制出具有实用价值的低驱动电压（<10V，>1000cd/m2）OLED器件（Alq-----WORD格式--可编辑--专业资料-----
--完整版学习资料分享---- 作为发光层）[2]。1990年，Burroughes及其合作者研究成功第一个高分子EL（PLED）(PPV作为发光层)，更为有机电致发光显示器件实用化进一步奠定了基础。1997年单色有机电致发光显示器件首先在日本产品化，1999年月，日本先锋公司率先推出了为汽车音视通信设备而设计的多彩有机电致发光显示器面板，并开始量产，同年9月，使用了先锋公司多色有机电致发光显示器件的摩托罗拉手机大批量上市[3]。这一切都表明，OLED技术正在逐步实用化，显示技术又将面临新的革命[4]。
二、发光器件（OLED）的优点
随着信息时代的来临 , 作为人机界面的新型显
示器件的研制, 越来越引起人们的重视, 特别是各类平板显示器件(FPD)以其体积小 、重量轻、能耗低 、屏幕大等特点, 引发了一股强劲的平板显示器件研
制热潮 。作为新一代平板显示器件 , 有机电致发光器件(OLED)具有如下优点 :
(1)设计方面:结构简单, 成品率高成本低;不需要背景光源和滤光片, 因而可以制造出超薄 、重量轻、易于携带的产品 。
(2)显示方面:主动发光、视角围大 ;响应速度快,图像稳定;亮度高 、色彩丰富、分辨率高。
(3)工作条件 :驱动电压低、能耗低 ,可与太阳能电池、集成电路等相匹配。
(4)适应性广 :采用玻璃衬底可实现大面积平板显示;如用柔性材料做衬底 , 能制成可折叠的显示器 。
(5)由于 OLED 是全固态、非真空器件, 具有抗震荡、耐低温(—40℃)等特性 ,在军事方面也有十分
重要的应用 ,如用作坦克、飞机等现代化武器的显示终端。
由于上述优点,有机电致发光器件在手机 、个人电子助理(PDA)、数码相机 、车载显示 、笔记本电脑、壁挂电视以及军事领域都具有广阔的应用前景,是一种可用来替代液晶显示器(LCD)的新型平板显示器件。因此,OLED 是近几年来新材料及显示技术领域研究、开发的一大热点,其产业化势头十分迅猛。目前, 国外对 OLED 的研究主要集中在发光材料的研究、器件的制作和产品开发上。
三、器件分类
按照组件所使用的载流子传输层和发光层有机薄膜材料的不同，OLED可区分为两种不同的技术类型。 一是以有机染料和颜料等为发光材料的小分子基OLED，典型的小分子发光材料为Alq（8-羟基喹啉铝）；另一种是以共轭高分子为发光材料的高分子基OLED，简称为PLED，典型的高分子发光材料为PPV（聚苯撑乙烯及其衍生物[5]）。 -----WORD格式--可编辑--专业资料-----
--完整版学习资料分享---- 四、有机发光材料的研发状况
有机发光材料应同时具备以下条件 [ 9] :(1)固态具有较高的荧光量子效率, 荧光光谱主要分布在400～ 700nm 的可见光区域;(2)具有良好的半导体特性 ,或传导电子,
或传导空穴, 或既传导电子又传导空穴;(3)具有良好的成膜特性 ,在很薄(几十纳米)的情况下能形成均匀、致密、无针孔的薄膜;(4)在薄膜状态下具稳定性,不易产生重结晶,
不与传输层材料形成电荷转移络合物或聚集激发态。
（一）小分子发光材料
有机小分子材料以金属螯合物和稀土配合物为代表。1987 年 Tang C W [ 10] 首先采用此种化合物Alq 3 实现较高效率的有机电致发光器件。常见的此类物质有:Alq
3 ,Almq 3 ,Zn(5Fa) 2 , BeBq 2 等 。此类发光物质的缺点是制作过程中难分离 。其它性能比较优越的发光薄膜材料有 Perylene , Aromaticdiamine,TAD, TAP , TAZ ,
TPA, TPB, TPD, TPP 等 态 。一般来说,小分子材料的亮度与寿命成反比, 因此在两者之间寻求一个平衡点, 成为唯一的解决方案 。目前日本出光兴产公司, 已开发出亮度
200cd/m 2 、寿命 1 万 h 以上的蓝光材料以及亮度 200cd/m 2 、寿命 5 万 h 以上的绿光材料。此外 , 东洋 INK公司的绿、蓝 、橙光材料也已达到实用阶段 。现阶段最大的难题还是红色发光材料 。目前日本厂商的红光材料 ,若只考虑其颜色纯度倒还可以接受, 但若要兼顾寿命与发光效率 , 则尚未达到实用化的地步。相对于此 ,
UDC 公司则已开发出在颜色纯度与寿命方面均达到一定品质的红光与绿光材料 。该公司的红光材料 ,在色度图上达到 X∶0.71/Y∶0.29、寿命 1万h 以上 、发光效率
6 %。绿光则为 X∶0.28/Y∶0.64 、寿命 1 万 h 、发光效率 10%。而 Kodak 公司虽然未公布发光效率, 不过红、绿发光材料寿命均达到4000 h, 色度图也分别达到 X∶0.628/Y∶0.368与 X∶0.289/Y∶0.65 。但上述两家厂商在蓝光材料方面 ,却没有太大的成果。因此以现阶段而言 ,还没有任何一家材料厂商 ,能够同时提供满足颜色纯度/寿命/发光效率三大要素的 RGB 三原色发光材料
（二）高分子(聚合物)发光材料
人们发现小分子有机发光器件稳定性差, 而聚合物结构与性能都很稳定。若要得到高亮度 、高效率,通常要采用带有载流子输运层的多层结构。以前都采用小分子材料作为输运层 , 由于小分子材料容易重结晶或与发光层物质形成电荷转移络合物和激发态聚集导致性能下降 , 而聚合物则能克服上述缺点 ,因此 ,人们逐渐把注意力转到聚合物上 。1990 年 , 英国剑桥大学的 Friend 与 Burrough-es [ 8] 等人用共轭聚合物
PPV 实现了电致发光。共轭聚合物是有机半导体, 从原理上讲, 这种材料比无机半导体更易于处理和制造 , 电荷输运与量子效率也不逊色 。有机高分子材料主要包括聚乙-----WORD格式--可编辑--专业资料-----
--完整版学习资料分享---- 炔 、聚噻吩及其衍生物的有机共轭聚合物。近年来 ,人们发现在发光与其它性能都比较优良的聚合物中 ,电致发光薄 膜材料有 PBD、PBP 、PRL 、PMMA 、PPV 、PVCZ
等。
最初人们只采用共轭聚合物(如 PPV)作为发光层材料 ,后发现部分共轭聚合物也可用作发光材料 ,且可获得更大的发光效率 。如完全共轭的 PPV 发光效率为 0.01%光子/电子, 而部分共轭的 PPV 发光效率则为 0.8%光子/电子 。这可能是因为后者的非辐射能耗散过程受到抑制, 从而提高了发光效率 。但是共轭链的变短可能降低聚合物分子对载流子的传输,因此, 共轭链太短时, 发光效率也可能下降 。
表 2 总结了有机发光材料及工艺的研发现状。整体而言,高分子材料的研发明显落后于小分子。
有机发光材料与工艺的研发现状 小 分 子 材料 红 研发中(未同时达到色彩纯度和使用寿命要求)
蓝 可用的新材料(亮度 200cd/m 2 , 使用寿命
10,000 h
绿 有成熟材料
工艺 小, 中规模 建立了光罩式蒸发技术
大规模 正在研发大型基板的光罩式蒸发技术
高 分 子 材料 红 适当的 性能(亮度 100cd/m 2 , 使用寿 命
40,000h)
蓝 不适当的性能(亮度 100cd/m 2 , 使用寿命
2,500h)
绿 较适当的性能(亮度 100cd/m 2 , 使用寿命
10,
000h)
工艺 小, 中规模大规模 成熟的旋转涂敷技术, 喷墨技术正进入实际应用
值得注意的是 , 采用聚合物材料并不是完全排斥小分子材料的利用。实际上, 聚合物 OLED 常需要添加一些小分子材料 。例如 :有时需要采用染料掺杂的方法来调节发光的颜色 ;另外 , 由于聚合物材料一般只传输空穴而阻挡电子, 因而常需要在器件中加入一层起传输电子作用的小分子薄膜 , 以提高电子 、 空穴的复合效率。用来对聚
