有机电致发光

1.有机电致发光的研究历史与现状

有机电致发光就是指有机材料在电流或电场的激发作用下产生发光的现象,其器件也称为有机发光二极管（organic light-emitting diode,OLED)。有机电致发光的研究始于1963年，M.Popey研究组【1】和R.E.Visco研究组【2】，在微米厚度（10-20um)的蒽单晶片两侧加直流高压(不小于400V),观察到蓝光发射；另外，W.Helfrich和W.G.Schneider对毫米厚度（1-5mm）的蒽晶体施加50-1000V的高压，观察到蓝色发光现象【3】；D.F.Williams和M.Schadt于1970年通过在蒽单晶的两个侧面构筑电极，首次制备了”显示”器件【4】。1982年，P.S.Vineett等等人【5】用真空蒸镀的方法制备了600 nm厚的非晶蒽薄膜器件，在较低的直流驱动电压下（30V）得到了明亮的发光。早期的有机电致发光研究，受到单晶生长困难、器件寿命短暂或者极高的驱动电压等不利因素的影响，没有被大量应用。直到1987年，美国Eastman Kodak公司的C.W.Tang和VanSlyke等人【6】采用真空蒸镀技术，制备出了低电压（小于10V）、高亮度（1000 cd/m2）、高效率（1.5 1m/W）的双层有机电致发光器件，使器件性能取得重大突破；1990年英国剑桥大学D.D.C.Bradley和R H Friend 等报告了在低电压下高分子材料的电致发光现象，揭开了高分子平板显示研究与开发的新纪元【7】。 1998年S.R.Forrest等【8】发现磷光电致发光现象，突破了有机电致发光材料内量子效率低于25％的限制，使OLED的研究进入新的领域。

有机电致发光具有全固态、光谱宽（整个可见光区域）、亮度高、视角宽（达170度以上）、厚度薄（纳米厚度）、可使用柔性基板、低电压直流驱动（3-10V）、功率低、工作温度范围宽等优点。在加工方面，由于有机电致发光器件是利用真空蒸镀法或旋转涂布法来沉积薄膜，大面积制造工艺简单，制造成本可以较低。因此，有机电致发光技术在平板显示（flat panel display ,FPD)和固态照明（solid state lighting,SSL)两个方向上具有极大的应用潜力。

索尼公司于2007年12月率先在日本上市了采用11英寸OLED显示屏的XEL-1电视机。作为全球第一款实现商品化的OLED电视机，XEL-1具有优异的技术指标：分辨率为960#215;540、对比度达100万：1、亮度为600 cd/m2、色域达NTSC 的110 %、最薄处厚度仅3 mm (图1)。紧接着，2009年8月，LG电子发布了15英寸OLED电视，并于同年12月在韩国上市，这款产品的OLED面板由LG旗下的LGD开发，峰值亮度为450 cd/m2，对比度为10万：1以上，色彩表现范围高达NTSC的98 %。 iPad的发布引爆了新一波平板电脑热潮，这些手持终端对室外光线环境下的良好显示要求，更强调低功耗、电池巡航时间等特性，使OLED中小屏大有用武之地。2013年6月， 三星电子推出的弧形OLED电视机大小为55英寸，采用窄边框设计，机身呈内凹型弧状，该公司生产的弧形OLED电视机的最大特点是”画质更清晰”，显示屏无”坏点”，可以带给用户更好视觉体验。OLED虽然已经开始小范围商业化，但是目前价格较高，降低成本仍然是目前研究的重点。这也是本论文的一个宗旨#8212;#8212;从材料的角度开发低成本的高效有机光电材料。

图1-1 Sony生产的第一款商业化的OLED电视机以及三星galaxy手机和55寸弧形OLED电视

2.有机电致发光器件的基本结构与性能参数

2.1基本结构

有机电致发光器件的基本结构属于夹层式结构，即发光层被两侧电极像三明治一样夹在中间，并且一侧为透明的玻璃电极以便获得发光面。由于阳极功函数高可以提高空穴注入效率，所以一般使用的阳极多为氧化铟#8211;氧化锡（ITO）。在ITO上再用真空蒸镀法或旋转涂层法制备单层或多层的有机膜，膜上面是金属阴电极，由于金属的电子逸出功影响电子的注入效率，因此要求功函数尽可能低，如铝、镁、钙等金属。为了增加空穴和电子的复合几率，提高器件的效率和寿命，OLED的结构从简单的单层器件发展到双层器件、三层器件甚至是多层器件。因为采用这种单极性的有机物作为单层器件的发光材料，会使电子与空穴的复合自然的靠近某一电极，当复合区越靠近这一电极，就越容易被该电极所淬灭，而这种淬灭有损于有机物的有效发光，从而使OLED发光效率降低。而采用双层、三层甚至多层结构的OLED，充分发挥了个功能层的作用，使载流子更容易注入到发光层中。