有機發(fā)光材料物質結構與性能關系VIP

1、有機電致發(fā)光材料結構及性能有機電致發(fā)光（EL）是當前國際上的一個研究熱點。因有機具有低壓直流驅動高亮度、高效率以及易實現全色大面積顯示等優(yōu)點。近年來，這方面的工作在世界各地引起了廣泛關注。有機EL器件具有與集成電路相匹配的直流低電壓驅動的特性，且易于實現大面積直流顯示。與液晶顯示器件相比，具響應速度要快得多。另外，與無機EL器件相比，有機EL器件還具有易處理、可加工成不同的形狀、機械性能良好以及成本低廉等優(yōu)點。在有機EL器件研制中，材料的選擇是至關重要的。材料的性質、器件的結構和加工工藝決定了器件的最終性能。目前，有機EL材料大致包括小分子化合物和聚合物兩大類。按照功能來分，有機EL材料又可分

2、為電子傳輸材料、空穴傳輸材料和發(fā)光材料。其中，電子傳輸材料和空穴傳輸材料又可兼作發(fā)光材料。1、有機電致發(fā)光原理有機、聚合物薄膜EL器件是通過電子、空穴載流子的注入和復合而發(fā)光的。器件的結構包括單層和多層兩大類。單層EL器件由陰極、發(fā)射層和陽極組成。為了提高載流子的注入效率和發(fā)光效率。在陰極或陽極與發(fā)射層之問加入電子輸運層或空穴輸運層，從而得到了雙層或多層EL器件。有機EL器件的幾種典型結構由前面可知，EL器件由陽極、陰極、載流子（電子和空穴）傳輸層和發(fā)光層組成。陽極一般采用ITO導電玻璃。對于小分子有機EL器件，一般采用真空蒸鍍法依次將有機薄膜成形在ITO玻璃上，最后用同樣的方法將陰極材料成膜

3、在有機膜上。對于大分子聚合物EL器件，因為聚合物的熔點較高，不易升華，而且高溫加熱可能破壞其長鏈結構，因此，通常不采用真空蒸鍍法。一般是將聚合物溶解在有機溶劑如氯仿、甲苯或二氯乙烷等中，然后再經過浸涂或旋涂成膜。但陰極薄膜以及多層結構中的其它小分子薄膜仍需要采用真空蒸鍍的方法制備。值得注意的是，制備過程中所采用的工藝條件。溫度、真空度、成膜速度以及膜層厚度等對器件的性能產生重要影響。通常要求真空度高于510-3pa蒸發(fā)速率為s。在有機、聚合物EL器件中，典型的發(fā)光層、載流子輸運層厚度為幾十納米。發(fā)光層厚度對發(fā)光效率、EL光譜以及起始電莊都會產生影響，隨發(fā)光層厚度增大，起始電壓將逐漸增大。有機E

4、L器件的發(fā)光屬于注入型發(fā)光。在正向電壓（ITO接正）驅動下，ITO向發(fā)光層注入空穴，金屬電極向發(fā)光層注入電子。注入的空穴和電子在發(fā)光層中相遇結合為激子，激子復合并將能量傳遞給發(fā)光材料，后者再經過輻射弛豫過程而發(fā)光。由于采用薄膜結構，通常在10V的電壓下便可以在發(fā)光層中產生104105V/cm的高場，從而可保證電子和空穴的有效注入。研究結果表明，有機小分子薄膜（電子導體）與ITO薄膜在交界面上形成類似無機半導體中的p-n結構，而與金屬陰極形成歐姆接觸。聚合物薄膜則與ITO薄膜形成歐姆接觸，而與金屬陰極形成肖特基結。為了研究EL器件的發(fā)光機理，人們采用分區(qū)摻雜和電致發(fā)光瞬態(tài)分析等方法研究了器件中激

5、子的產生和復合區(qū)域以及載流子、激子的行為。有機、聚合物EL器件已從單層結構發(fā)展到多層結構。采用多層結構的目的就在于提高載流子的往入密度。載流子輸運層的加入將影響到器件的發(fā)光特征。實驗證明，采用多層結構后，EL器件的IV特性曲線的非線性程度提高，而驅動電壓則有所降低，電子和空穴在發(fā)光層中的復合幾率得到提高。另外，載流子輸運層的加入將提高發(fā)光亮度但不會改變發(fā)光顏色。多層結構的EL器件還存在載流子輸運層與發(fā)光層的能帶匹配問題。載流子輸運層的能隙必須寬于發(fā)光層的帶隙，而且發(fā)光層的帶隙應位于載流子輸運層的帶隙內，從而保證載流子較易注入到發(fā)光層中。EL器件的發(fā)光顏色取決于發(fā)光材料的熒光光譜，為了改變器件的

6、發(fā)光光譜，可以在發(fā)光層材料中摻入適當的摻雜劑。對于摻雜的EL器件，發(fā)光顏色決定于發(fā)光層基質材料和摻雜劑的熒光光譜以及兩者之問的能量傳遞效率和相對的濃度大小。其中保證基質材料與摻雜劑之問的有效能量傳遞是很重要的，為此要求所選擇的摻雜劑的能隙應小于基質材料的能帶寬度。對于聚合物EL器件，除可以通過小分子染料摻雜來改變發(fā)光顏色外，還可以采用改變側鏈結構的方法來實現發(fā)光顏色的選擇。對于特定的聚合物分子，不同的側鏈及不同的側鏈長度都將改變分子的禁帶寬度。另外，不同的聚合物分子也可以互相摻雜，通過改變其配比也可以達到調節(jié)發(fā)光顏色的目的。2、有機EL材料有機EL材料可分類為陰極材料、陽極材料以及有機活性材料

7、。所謂有機活性材料是指在器件中起載流子注入、傳輸以及發(fā)光作用的有機小分子和高分子材料。1）陰極材料陰極需采用低功函材料，以便電子可以在較低電壓下注入到發(fā)光層中問，適當的陰極材料還應當在空氣中具有較好的穩(wěn)定性?？捎米麝帢O材料的物質包括In、CukAu、CaAl、MgAg等金屬或合金。目前采用較多的是MgAg合金和Al。近來，有文獻報道了一種新型陰極，是由堿金屬化合物，如LiF、MgF2、LiOx與Al組合而成的。這種新型陰極不采用對空氣敏感的金屬，大大提高了器件的性能和工作壽命。2）陽極材料必須選擇高功函的材料以便于空穴注入到發(fā)光層中間，如氧化錮一氧化錫膜（ITO）。為了控制陽極表面的電壓降，所

8、用的ITO玻璃的表面電阻一般要求小于50。ITO表面的不平整度被認為是導致EL器件中出現“黑點”缺陷的一個重要因素。因此理想的EL器件需要表面粗糙度小的、高質量的玻璃基片。在有機EL器件中的各類有機材料是研究開發(fā)的重點。用作電致發(fā)光的有機材料應具備以下特征：1在可見光區(qū)內具有較高的熒光量子效率或具有較高的導電率，能有效地傳遞電子或空穴；2有較好的成膜性；3具有良好的穩(wěn)定性和機械加工性能。電致發(fā)光層中的發(fā)光材料可以通過控制或改變其能級來實現不同顏色之間p-n材料為主。1）線性p-n嵌段聚合物調節(jié)有機光電功能材料的能級如何實現電子和空穴在有機/聚合物電致發(fā)光材料中注入及傳輸的平衡是獲得高效、穩(wěn)定而

9、低耗發(fā)光器件的關鍵，而利用分子結構的化學修飾來實現載流子注入及傳輸的平衡對于簡化器件結構、降低制作成本以及提高器件性能具有特別重要的意義。在各種化學修飾方法中，合成線性共腕聚合物是常用方法之一?？紤]到二晚單元是一個吸電子基團，而嚷吩是一個給電子基團，如果在單個聚合物鏈上集成不同共腕長度的惡二晚和嚷吩片段，改變片段的共腕長度以及二者之間的連接方式會引起聚合物主鏈電子云的轉移，這必將改變所得材料的能級。在該思路的指導下，Huang研究小組合成了一系列p-n嵌段聚合物，并對其光電性能進行了表征，結果驗證了 p-n嵌段分子設計思想的正確性:Huang研究小組將研究注意力投向支化聚不僅可以調節(jié)材料的能級

10、，還可以調節(jié)材料的發(fā)光波長嵌段聚合物調節(jié)有機光電功能材料的能級2）支化p-n在系統(tǒng)研究線性聚合物的基礎上，合物。通過將高度非平面構筑單元一一螺環(huán)引入到聚方類材料當中，大幅提高了聚合物的玻璃化溫度，有效抑制其結晶化過程，從而削弱鏈間聚集體和激基復合物的形成，提高了聚方類材料的光譜穩(wěn)定性。在螺旋方的2,7位引入吸電子惡二晚基團，設計合成了“載流子雙通道傳輸材料”。實驗證明惡二口坐的引入可以降低聚方的LUM搬級到？eV,明顯改善了聚合物的電子傳輸性能。將離子化的鉞配合物引入到聚方中，合成了一種紅光聚合物，詳細研究了不HOM能級基本上保持不變，而LUMCSt級稍有降低，鉞配合物之間的引入并沒有引起聚方

11、主鏈共腕結構的明顯改變。該工作的意義在于在保持聚合物能級跟聚方近似相等的情況下，利用主鏈上寡聚方和鉞配合物之間的能量傳遞來自摻雜實現紅光。3）結構明確的p-n嵌段寡聚物調節(jié)有機光電功能材料的能級目前聚合物發(fā)光材料主要有聚方、聚嚷吩、聚唾、聚對苯乙烯撐以及它們的衍生物，這些材料的一個明顯的缺1/：點是對電子和空穴傳輸不平衡，嚴重影響了器件的效率。為了解決該問題，常用方法是將具有良好電子傳輸作用（n型）和空穴傳輸作用（p型）的單體共聚來調節(jié)聚合物的HOM®LUM睢級，以得到電子/空穴傳輸平衡的聚合物。但是線性p-n嵌段聚合物的LUMG口HOM能級不能獨立調節(jié)，載流子的注入、傳輸和發(fā)光特性不容易協(xié)調兼顧，常常出現以犧牲一定熒光量子效率為代價來平衡載流子的注入與傳輸。止匕外，聚合物的結構具有多分散性特點，這導致研究結果的重復性不高，甚至會出現自相矛盾的結果。而寡聚物結構明確，結構與性能之間的正交關系直接，實驗比較容易控制，并且材料純度高，是研究結構-性能關系的最佳對象。因此，近年來Huang研究小組將結構明確的寡聚物作為驗證p-n嵌段分子設計思想的研究對象，設計合成了一系列嚷吩惡二口坐的雙嵌段以及三嵌段寡聚物，寡聚物T2O,T2O，T4Q,OTO以及T2QT2的LUMG口HOM能級分別為？，？，？，？和？eV,通過改變嚷吩和惡二口坐片段的共腕長度以