有機電致發(fā)光材料

1、有機電致發(fā)光材料電致發(fā)光電致發(fā)光(EL)(EL)是指發(fā)光材料在電場作用下，受到電流電壓的激發(fā)是指發(fā)光材料在電場作用下，受到電流電壓的激發(fā)而發(fā)光的現象，是一種直接將電能轉化為光能的過程。而發(fā)光的現象，是一種直接將電能轉化為光能的過程。有機電致發(fā)光有機電致發(fā)光是指由有機光電功能材料制備成的薄膜器件在電場是指由有機光電功能材料制備成的薄膜器件在電場的的激發(fā)作用下激發(fā)作用下發(fā)光的現象。發(fā)光的現象。根據制備功能薄膜所根據制備功能薄膜所采用的發(fā)光材料的不同采用的發(fā)光材料的不同，可分為：，可分為： n有機電致發(fā)光二極管（OLED）n聚合物電致發(fā)光二極管（PLED）基本概念基本概念 1). 1953年，Ber

2、nanose等第一次發(fā)現了有機物中的電致發(fā)光現象；1963年美國紐約大學的Pope等人也觀察到了晶體蒽薄膜的電致。蒽Vm40020，驅動電壓單晶層厚度2). 1982年 Vincett的研究小組制備出厚度 蒽的薄膜，并觀測到電致發(fā)光。m6 . 0驅動電壓驅動電壓30V， 但是器件的量子效率很低，小于但是器件的量子效率很低，小于1特點：特點： (1)單層器件；單層器件；(2)驅動電壓高；驅動電壓高； (3)器件效率低器件效率低 電致發(fā)光的發(fā)展電致發(fā)光的發(fā)展4).1990年，Burroughs等人將共軛聚合物聚對苯基乙烯（PPV）制作了高分子發(fā)光二極管，簡化了制備工藝，開辟了發(fā)光器件的又一個新領域

3、，即聚合物薄膜電致發(fā)光器件。3). 1987年美國Kodak 公司的鄧青云等采用了夾層式的多層器件結構，開創(chuàng)了有機電致發(fā)光的新的時代。 驅動電壓小于驅動電壓小于10V最大外量子效率最大外量子效率1最大亮度大于最大亮度大于1000cd/m275nm60nm創(chuàng)新點：創(chuàng)新點：(1)多功能有機層的結構；多功能有機層的結構； (2)超薄的有機層厚度超薄的有機層厚度 近十多年里,OLED作為一種新型顯示技術已經取得了長足的發(fā)展，就器件的發(fā)光亮度、發(fā)光效率和壽命而言，OLED器件已經基本達到了實用的要求。發(fā)光效率：10lm/W；穩(wěn)定性：亮度為100cd/m2時，工作壽命大于1萬小時；發(fā)光壽命：綠光器件達8萬

4、小時，黃光器件達3萬小時，藍光器件達8千小時；最大尺寸：已經超過40英寸。有機電致發(fā)光二極管有機電致發(fā)光二極管(OLED)全固態(tài)器件,自發(fā)光型,無真空腔,無液態(tài)成分,不怕震動,使用方便；響應速度快(微秒量級)，視角寬(大于160度)，工作溫度范圍寬(-4080)；有機電致發(fā)光材料可選范圍廣,容易得到全色顯示；亮度，效率高；直流驅動電壓低，能耗少，可與集成電路驅動相匹配；制作工藝簡單，成本低；可實現超薄的大面積平板顯示；良好的機械加工性能,可做成柔性顯示器。OLED的特點的特點 PLED,即第二種有機發(fā)光材料為高分子聚合物，也稱為高分子發(fā)光二極管(PLED)，由英國劍橋大學的杰里米伯勒德及其同事

5、首先發(fā)現。聚合物大多由小的有機分子以鏈狀方式結合在一起，以旋涂法形成高分子有機發(fā)光二極管。 聚合物電致發(fā)光二極管聚合物電致發(fā)光二極管(PLED) 作為一種發(fā)光顯示材料，聚合物發(fā)光二極管(PLED)材料具有很強的應用潛力，因為它是一種自發(fā)光的材料，并且還具有制作相對容易的優(yōu)點。因此在制作有機發(fā)光二極管器件(OLEDs)時，PLED材料是一種很好的基本材料，因為與小分子OLED材料20 25的發(fā)光效率相比，PLED材料的發(fā)光效率則為3040。介紹：在器件的陰極和陽極間，制作有一種或多種物質組成的發(fā)光層。單層器件的發(fā)光層厚度通常在100nm。優(yōu)點：制備方法簡單。缺點：復合發(fā)光區(qū)靠近金屬電極而靠近金屬

6、電極處缺陷多，非輻射復合幾率大，而且該處的高電場容易產生發(fā)光淬滅； 由于兩種載流子注入不平衡，載流子的復合幾率比較低，因而影響器件的發(fā)光效率。單層EL器件結構圖器件的結構類型器件的結構類型單層結構單層結構介紹： 柯達公司首先提出了雙層有機膜結構，有效地解決電子和空穴的復合區(qū)遠離電極和平衡載流子注入速率問題，使有機電致發(fā)光的研究進入了一個新階段。他們的器件結構也叫DL-A型雙層結構。 如果發(fā)光層材料具有空穴傳輸性質，就需要使用DL-B型雙層結構，即需要加入電子傳輸層以調節(jié)載流子的注入速率，使注入的電子和空穴是在發(fā)光層處復合。特點: 發(fā)光層材料具有電子傳輸性，需要加入一層空穴傳輸材料去調節(jié)空穴和電

7、子注入到發(fā)光層的速率，這層空穴傳輸材料還起著阻擋電子的作用，使注入的電子和空穴在發(fā)光層處發(fā)生復合。雙層結構雙層結構DL-B型雙層EL器件結構圖DL-A型雙層EL器件結構圖三層EL器件結構圖介紹： 由空穴傳輸層(HTL)、電子傳輸層(ETL)和將電能轉化成光能的發(fā)光層組成。HTL負責調節(jié)空穴的注入速度和注入量, ETL負責調節(jié)電子的注入速度和注入量。優(yōu)點: 使三層功能層各行其職，對于選擇材料和優(yōu)化器件結構性能十分方便，是目前有機EL器件中最常用的器件結構之一。三層結構三層結構多層EL器件結構圖特點：可提高OLED的發(fā)光亮度和發(fā)光效率。形式：在兩電極內側加緩沖層，以增加電子和空穴的注入量； 為提高

8、器件的發(fā)光效率，使用了空穴阻擋層HBL。多層結構多層結構在外界電壓的驅動下，由電極注入的電子和空穴在有機物中復合而釋放出能量，并將能量傳遞給有機發(fā)光物質的分子，使其受到激發(fā)，從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，當受激分子從激發(fā)態(tài)回到基態(tài)時輻射躍遷而產生發(fā)光現象。器件的發(fā)光原理器件的發(fā)光原理 襯襯底底透明透明陽極陽極金金屬陰極屬陰極有機有機層層eheh復復合合光光發(fā)發(fā)射射DC 電電源源1.載流子的注入：在外加電場作用下，電子和空穴分別從陰極和陽極注入到夾在電極之間的有機功能薄膜層。2.載流子的遷移：注入的電子和空穴分別從電子傳輸層空穴傳輸層向發(fā)光層遷移。3.載流子的復合：電子和空穴結合產生激子。4.激子的遷移：

9、激子在電場作用下遷移，將能量傳遞給光分子，并激發(fā)電子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)。5.電致發(fā)光：激發(fā)態(tài)能量通過輻射失活，產生光子，釋放能量。OLED器件發(fā)光過程器件發(fā)光過程 載流子遷移率載流子遷移率 ：載流子遷移率是指載流子（空穴或電子）在單位電場作用下在給電定材料中的平均漂移速度，是載流子在電場作用下運動速度的量度，載流子的漂移速度與遷移率成正比關系。量子效率：量子效率：有機電致發(fā)光器件的量子效率可用外量子效率和內量子效率來評價。外量子效率是指發(fā)光器件輸出的光子數與注入的電子數之比；內量子效率則是產生于器件內部的光子數與注入的電子數之比。能量效率與功率效率：能量效率與功率效率：有機電致發(fā)光器件的能量效

10、率是指向器件外部輻射的光功率與外加的電功率之比。功率效率是指器件每單位面積輸出的光通量與輸入電功率之比。器件壽命：器件壽命：器件壽命是指有機電致發(fā)光器件實際能夠使用的時間長度，通常以小時表示。器件主要性能指標器件主要性能指標介紹：介紹：有機電致發(fā)光材料是有機電致發(fā)光器件的核心組成部分，材料的熱穩(wěn)定性、光化學穩(wěn)定性、量子效率、成膜性和結晶性等都對制作器件有很大的影響。有機電致發(fā)光材料需要滿足的條件：n良好的半導體性質，有較高的載流子遷移率n固體薄膜狀態(tài)下應具有高的熒光量子效率，熒光激發(fā)光譜主要分布在400700nm的可見光區(qū)域內，光色要純n良好的成膜性，適合真空蒸鍍成膜n良好的熱穩(wěn)定性及機械加工

11、性能發(fā)光材料發(fā)光材料 小分子發(fā)光材料應滿足的要求 具有高效率的熒光量子效率； 具有良好的化學穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，不與電極和載流子傳輸材料發(fā)生反應； 易形成致密的非晶態(tài)膜，不易結晶； 具有適當的發(fā)光波長； 具有一定的載流子傳輸能力。發(fā)光材料按分子結構特性分為有機小分子熒光材料和有機金屬配合物材料，前者種類最多，典型的小分子熒光有機電致發(fā)光材料如DCM發(fā)紅光，香豆素C540發(fā)綠光。小分子電致發(fā)光材料小分子電致發(fā)光材料 聚合物發(fā)光材料的特性: 當短波光照射時，在390nm780nm的可見光范圍內，聚合物粉末或溶液具有高效率的熒光； 具有較高的導電率，呈現良好的半導體特性； 具有良好的成膜特性，在幾百甚

12、至幾十納米的薄膜內基本無針孔； 穩(wěn)定性強，一般都具有良好的機械加工性能。 聚合物材料聚合物材料 有機配合物是最早使用的有機電致發(fā)光材料，具有優(yōu)良的載流子傳輸特性和成膜性能，典型的有8-羥基喹啉鋁（Alq3）及鈹的絡合物Bebq2。Alq3金屬配合物發(fā)光材料金屬配合物發(fā)光材料 有機電荷傳輸材料包括電子傳輸材料和空穴傳輸材料。在外電場作用下，當有載流子（電子或空穴）注入時，在其分子間可以進行載流子的定向遷移從而實現電荷傳輸過程。通常，由于電荷傳輸材料具有較大的共軛結構或是有機金屬配合物，因此也具有發(fā)光性質。電荷傳輸材料電荷傳輸材料應滿足的要求： 具有良好的電子傳輸特性，即電子遷移率高； 具有較高的

13、電子親和能，易于由陰極注入電子； 相對較高的電離能，有利于阻擋空穴； 不能與發(fā)光層形成激基復合物； 成膜性和熱穩(wěn)定性良好，不易結晶。電子傳輸材料電子傳輸材料n一般來說，電子傳輸材料都是共扼平面的芳香族化合物，他們大都有較好的接受電子能力，同時在一定正向偏壓下又可以有效地傳遞電子。目前己知的性能優(yōu)良的電子傳輸材料并不多，其中一個原因是存在著電子捕獲。n噁二唑及其衍生物，吡啶，硫酰噻吩等常用作這種材料，許多金屬配合物同時具有發(fā)光和電子傳輸特性，可以兼作電子傳輸材料，如8-羥基喹啉鋁（Alq3）。常用的空穴傳輸材料分子結構空穴傳輸材料應滿足的要求 具有良好的空穴傳輸特性，即空穴遷移率高； 具有較低的

14、電子親和能，有利于空穴注入； 激發(fā)能量高于發(fā)光層的激發(fā)能量； 不能與發(fā)光層形成激基復合物； 具有良好的成膜性和較高的玻璃化溫度，熱穩(wěn)定性好，可以用真空蒸發(fā)法形成致密的薄膜，不易結晶。 空穴傳輸材料空穴傳輸材料 在多層結構的OLED器件中，空穴的傳輸速率要大于電子的傳輸速率，這樣就造成空穴和電子復合形成激子的比例不對等，為了提高載流子的輸入效率，而且需要盡可能地使傳輸到發(fā)光層的載流子比例達到平衡。其方法是在陰極和電子傳輸層之間插入電子注入層，在陽極與空穴傳輸層之間插入空穴注入層。電荷注入材料電荷注入材料電子注入材料電子注入材料 可以作為電子注入層材料的有金屬鹽、金屬氧化物或其摻雜的電子傳輸材料。其作用是提高電子從陰極注入電子傳輸層和發(fā)光層的效率。研究較多的電子注入材料是堿金屬氟化物系列?？昭ㄗ⑷氩牧峡昭ㄗ⑷氩牧?空穴注入層材料一般選擇有機或無機半導體材料。其作用是降低界面勢壘，提高空穴注入效率，延長器件的壽命。常見的空穴注入材料有金屬酞菁化合物，三苯胺和C60等。 陰極和陽極是整個器件的支撐，電極材料是OLED 器件實現發(fā)光功