电致发光高分子功能材料的应用

电致发光高分子材料及其应用进展

孙东亚*,1，何丽雯2

（1 厦门理工学院材料科学与工程学院福建厦门361024）

（2华侨大学材料科学与工程学院福建厦门361021)

摘要：主要介绍了导电高分子的一个重要门类-电致发光（有机EL，也称作OLED）聚合物材料的发光机理、制备工艺及应用现状。结合有机OLED相比于传统显示材料及器件具有发光效率高、波长易调节、寿命长、机械加工性能好等优势，综述了OLED材料及器件在环保照明及平板显示领域取得进展和未来的发展方向。

关键词：电致发光；高分子材料；平板显示；

Abstract：An important category of conductive polymer-electroluminescent (organic EL, also known as OLED) luminescence mechanism, preparation process and application status of polymer materials has been introduced. Compared to traditional display materials and devices, the organic combination of OLED has high luminous efficiency, long life, easy to adjust the wavelength, good machining performance and other advantages. At the same time, we summarized the progresses and future development of OLED materials and devices in the green lighting and panel display.

0 前言

有机高分子光电材料由于其诱人的应用前景而得到了人们的广泛关注和研究[1-10]。近年来，导电高分子的研究取得了较大的进展，科学家对其合成、结构、导电机理、性能、应用等方面经过多年的研究，已使其成为一门相对独立的学科。目前，有机电致发光平面显示器(OLED)在一些领域里已经取代了液晶显示器占有平面显示器的主要市场。与液晶平面显示器相比, 有机电致发光平面显示器以及高效率的节能照明设备具有主动发光、轻薄、色彩绚丽、全角度可视、能耗低等显著特点，吸引很多国内外研究机构和国际知名大电子、化学公司都投入了巨大的人力财力研究这一领域[11-15]。虽然在应用研究领域已经取得了巨大的成功，但是无论从综合发光效率、发光波长的调整、稳定性和寿命等方面还有待更进一步的发展。本文综述了近年来OLED材料与器件在制备工艺及品质质量方面所取得的进展及需要解决的主要问题。

1 有机电致发光器件及原理

由电能直接激发产生的发光现象称为电致发光。如图1所示，电致发光材料是通过电极向材料注入空穴和电子，两者通过在材料内部的相对迁移在材料内部发生复合形成激子（激发态分子），然后激子导带中的电子跃迁到价带的空穴中，多余的能量以光的形式放出，产生发光现象。

福建省中青年教师教育科研项目(JB14077)

Education Scientific Project of Young Teacher of Fujian Province(JB14077)

作者简介：孙东亚（1982-），男，硕士，工程师，从事光电功能材料制备与表征，E-Mail：

图1 电致发光原理示意图

目前高分子电致发光器件的原理结构一般采用以下三种基本方式（见图2）。

图2聚合物电致发光器件结构

图2a是一个简单的“三明治式”及结构，是由电子注入点击和空穴注入电极夹持一个光发射层组成。具体制作方法是：在导电玻璃基质上旋涂、浸涂或真空热蒸镀发光材料(发光层)，然后镀上阴极材料，连接电源即构成电发光器。为了提高有机发光器的稳定性和效率，应使电子和空穴的注入达到平衡，这就要求电极材料的功函数与电致发光材料的能级相匹配，通常在系统中增加一个电子传输层(ETL)或/和空穴传输层(HTL)（如图2b）或者两者兼有（如图2c）。电荷传输层的作用是平衡电子和空穴的传输，使两种载流子恰好能在光发射层中复合形成激子发光。其性质是对某一种电荷的传输具有优先属性，而对另一种电荷不利。由于这种性质是相对的，ETL通常具有阻挡空穴的作用，而HTL层则具有阻挡电子的作用。电子和空穴电极之中至少有一种必须是透明的，以有利于产生可见光的发出。形成多层结构器件，有助于电子和空穴注入的平衡，提高器件的性能。且实验证明采用多层结构后，电致发光器件的驱动电压降低，电子和空穴的注入较为平衡，从而提高在发光层中的复合几率及发光量子效率。

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作者简介：孙东亚（1982-），男，硕士，工程师，从事光电功能材料制备与表征，E-Mail：

2 OLED器件的材料种类

2.1电荷注入材料

2.1.1电子注入材料

电子注入材料的主要功能是向电致发光材料中注入负电荷，要求有良好的导电能力、合适的功函、良好的物理化学稳定性。保证能施加的驱动电压均匀有效的传输到有机材料界面层，并克服界面电势，将电子有效的注入有机层中。一般选用的材料为纯金属、合金和金属复合材料。目前使用较多的是碱土金属材料和铝的合金，这些金属的氧化物、氟化物或者氟化物均能有效提高电子的注入效率，比如Li2O，Al2O3，CsCO3，CsF等[16-22]。

2.1.2 空穴注入材料

阳极材料除了承担注入空穴的任务，还必须保证电极具有透光性，保证发出的可见光能透过发出。最常用的阳极材料是铟和锡氧化物ITO(indium-tin oxide)玻璃电极，对于大多数有机物来说它具有优良空穴注入性能。ITO透明度较高，功函可以达到4.9左右，是非常理想的空穴注入材料。对ITO表面进行适当的处理和化学改性，改变其表面形态及物化性质，可以显著提高其空穴注入性能。通常采用等离子体、酸、自组装膜或者加缓冲层方法，比如用酸处理使表面产生质子化可提高其功函值，最显著的是用磷酸可提高0.7eV[23-24]。

除ITO外，空穴注入材料还有其它高功函、高透光率、高导电性的金属氧化物，诸如氟掺杂的氧化锡（FTO），铝掺杂的氧化锌（AZO），鎵掺杂的氧化铟（GIO），鎵和铟掺杂的氧化锡（GITO），锌掺杂的氧化铟（ZIO），锌和铟掺杂的氧化锡（ZITO）等[25]。共轭型高分子亦可用于制作空穴注入阳极，比如，有人用聚苯胺制作阳极替代ITO，可使OLED 器件性能有较大改善，工作电压下降30%，量子效率提高了10-30%[26]。

2.2电荷传输材料

载流子传输材料包括空穴传输材料和电子传输材料。一般空穴传输材料都是富电子的化合物，电子传输材料都为缺电子化合物。其中聚合物空穴传输材料应用较广泛，下面着重介绍空穴传输材料。

2.2.1电子传输材料

常用的有机电子传输材料主要有金属配合物及n-型有机半导体材料。在电致发光研究中使用最多的配合物是三（8-羟基喹啉）铝（Alq3）配合物及其衍生物。这是因为Alq3除了有良好的电子传输能力外，Alq3易于合成和钝化，具有优良的热和形态稳定性，易于采用蒸发法成膜，并且具有避免形成激基复合物的分子结构也是其受欢迎的原因。但是，Alq3在电子迁移率，量子效率和禁带宽度等方面还不理想。其他类似物如，三（5-羟甲基-8-羟基喹啉）铝（AlOq）[27]、双（5,7-二氯-8-羟基喹啉）-（8-羟基喹啉）铝[Alq(CLq)2][28]、（邻羟基苄基-o-氨基酚）（8-羟基喹啉）铝[Al(Saph-q)]等都是长江的电子传输材料[29]。

2.2.2空穴传输材料

空穴传输材料应该具有良好的亲核性质和和与阳极相匹配的导带能级，以利于空穴的传输和注入。Adachi等用14种芳胺类小分子作空穴运输材料制作了双层LEDs:ITO/空穴运输层(HTL)/发射层(EML)/Mg:Ag，发射层材料是用低电离势(508ev)的材料作空穴运输层，显著

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作者简介：孙东亚（1982-），男，硕士，工程师，从事光电功能材料制备与表征，E-Mail：