有机电致发光材料感悟

有机电致发光材料学院：化工学院专业:应化姓名：000学号：20111130152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、视角范围大；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(一40℃)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，是一种可刚来替代液晶显示器(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，其产业化势头卜分迅猛。一、有机电致发光原理有机电致发光是载流子从阳极和阴极双注入式的发光过程，是将电能转化为光能的能量转移过程．有机电致发光机制：在外加电场作用下，电子和空穴分别从两电极注入有机层的导带(反键轨道)和价带(成键轨道)，经过有机层的电子传输和空穴传输，在发光层复合形成激子，激子通过辐射发光(荧光或磷光)从激发态跃迁回基态．有机物电荷传输大部分以∏-电子为基础，分子之间仅仅具有弱的分子间作用力——范德华力，具有可吸收和发射紫外可见光、产生和传输电荷、非线性光学性能等性质；其导电过程可用分子轨道理论解释，即电荷传输是靠载流子在不同分子轨道的最高占据轨道(HOMO)和最低空轨道(LUMO)能级之间的跃迁完成的；发光是受激发电子从LUMO能级跃迁到HOMO能级产生的。有机分子之间的HOMO和LUMO分别相当于无机半导体的价带和导带，他们之间的能隙相当于无机半导体的禁带。在电场作用下，电子从阴极注人有机分子的LUMO，再通过相邻分子能级相近的LUMO之间的传递，形成类似于无机半导体的导带的传递，实现电子传输；空穴从阳极注入有机分子的HOMO中，并在分子问的HOMO传递空穴，类似于无机半导体的价带传递。二、有机电致发光材料研究现状有机电致发光材料应同时具备以下条件：(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的可见光区域内；(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。常见的实现较高效率的有机电致发光器件有机小分子物质有：Alq3，Almq3，Zn(5Fa)2，BeBq2等。此类发光物质的缺点是制作过程中难分离.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。现阶段最大的难题还是红色发光材料。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。利用聚合物材料制作的有机电致发光器件在低电压时就可以获得很高的亮度及效率，但是寿命还有待于进一步提高。在OLED上施加直流电压时，当受激分子从激发态回到基态时，将能量以光能的形式释放出来，从而产生电致发光现象。而很多材料在注入空穴和电子时，只有25%的空穴和电子能形成单线态激子，另外75%形成三线态激子。若不利用激子三线态，即使充分利用单线态效率也只能达到25%.因此目前的重点转向充分利用激子三线态。磷光材料既可以通过单线态又可通过三线态激子去激活发光，目前发展起来的磷光材料有Ir（PPy）3，PtOEP，Cu4等。三线态发光材料的研制成功使OLED的发光效率有了较大提高。目前很多人正在积极地将OLED器件应用于彩色显示装置和白炽光源，然而，开发高端彩色显示装置和白炽光源需要加强发蓝，绿和红光器件的性能，在提高发光材料寿命方面，尤其以发蓝光材料的寿命问题难以解决。就目前情况来说,以有机材料做成的电致发光器件已经实用化。产品主要集中在小屏幕显示方面，如荷兰的philips公司已经建造了一条有机电致发光器的生产线，主要用于生产手机和其它手提电子设备的背光显示。该领域的进展已足以使人们对其未来的发展充满信心。但我们应客观的认识到它还存在需要解决的问题:提高寿命、彩色化、增强清晰度、扩大屏面、改善器件稳定性。从整个OLED的基础研究来看,由于发展速度太快,许多光物理过程还不甚清楚,有关EL的激发机制及老化机理仍需进一步研究。三、对有机电致发光材料的未来发展感悟从上面所述的研究现状我们不难发现，OLED材料优点很多很多，具有驱动电压低、视角宽、可大面积使用、柔韧性及可塑性好、自身可发光等显著的优点，但是要达到纯度，寿命，发光效率三个都处于良好状态的三基色还存在很大难度。而要解决这些问题需要我们不断探究，目前提高有机发光器件效率的方法主要有利用①三线态发光②利用辅助掺杂的方法③利用有机量子阱结构④选用合适的电极材料。但这些方法仅仅解决了发光效率的问题，还没有解决颜色纯度及寿命的问题。要解决OLED应用的实际问题，我觉得：第一，我们可以对已有发光分子进行改造，加一些有功能性的基团，像紫外中的助色团之类的可以加入已有的分子中，对分子进行改性。有的基团引入之后既可以改变其发光波长，使其蓝移或红移，有的可以加入之后使其物理性质改变。如，葸是最早被发现具有发光性能的有机材料，但是它自身不稳定，容易结晶，不易成无定形膜，后来Liu等发现在蒽的9，10位引入一些位阻大的基团也可以大大克服其缺点得到一些性能非常好的蓝光材料，其代表就是10-二-(2一萘基)蒽(ADN)，其HOMO能级为5．8eV．还有芴类是一种很好的蓝色发光材料，在它的9位做一些烷基化取代，可以改变它的溶解性和色纯度，2002年报道C-9位芳基取代的三芴化合物22(TF)，其具有很好的热稳定性及很高的荧光量子产率．将此化合物做成OLED可以发射出纯蓝光，而且具有很强的空穴传输能力。第二，在已有的发光材料中掺杂一些小分子，使其性质改变。如，Kodak公司的Tang等人报道了将DCMJ和DCJ作为发光材料掺杂在8一羟基喹啉铝(Alq3)层中制备出了高效的红色发光器件．这种掺杂的方法不仅可以改变发光器件的颜色，还能提高器件的发光效率，该方法极大地促进了有机电致发光的发展．下面将介绍几种掺杂型红色发光器件．第三，在对已发现的发光材料的不断改进的同时，我们需要不断寻找新的多功能的材料来解决实际问题。只有不断探索，不断创新，不断实验，才能把OLED这种材料广泛应用。总之，OLED技术是未来发展的一大趋势，怎样快速解决OLED存在的实际问题是现在科研者普遍关注的科研话题，而能使用物美价廉的OLED产品是消费者最大的期待。在上了有机功能材料这门课后，虽然已初步了解到有机电致发光材料的发光机理及其部分发光材料及其优缺点，但是OLED这个大的区域还完全没有摸查清楚，知道的也不过是皮毛，想在这方面继续探索需要掌握的知识还很多很多。