紫外有机电致发光材料分析研究进展

紫外有机电致发光材料的研究进展

摘要：发光材料分为电致发光材料和光致发光材料。其中紫外有机发光相对于其它发光技术，具有面发光、全视角、低驱动电压、低功耗、低制备成本等诸多优势，其应用前景更加广阔。文章对紫外有机发光的研究进行概述，分别从材料类别和器件结构角度回顾相关研究进展，总结和分析该技术存在的问题并提出解决途径。

关键词：有机电致发光二极管；紫外发光；研究进展

引言

目前,世界各国对高效和操作性能稳定的有机发光材料展开了全面广泛的研究, 新材料不断涌现, OLED的发展十分迅猛。有机电致发光具有主动发光图像质量好驱动电压低发光效率高响应速度快分辨率高可视角度广全固态使用温度范围宽可柔性显示等诸多优点，被认为是最可能取代液晶的第三代显示技术自从1987 年邓青云等人开创异质结器件结构以来[1]，有机发光技术经历了近二十年飞速发展，其器件性能已经基本达到实用化要求，现在正处于产业化推广阶段有机发光的研究领域也逐步从可见光波段扩展至非可见光范围，包括近红外光和长波紫外光波段

迄今为止，公开报道的有机电致发光均是长波紫外线，其波长范围为 320~ 400nm 长波紫外有机电致发光的应用前景广阔，包括：<1）显示领域：在全彩显示中作为可见光的激发光源，可保证彩色显示的颜色稳定性，解决目前有机发光普遍存在的因为各种颜色衰减速率不同而造成的色稳定性差的问题；<2）涂料固化颜料固

化光刻的紫外光光源；<3）生物学：360nm 波长的 UVA紫外线符合昆虫类的趋光性反应曲线，可制作诱虫灯来诱杀害虫紫外线也具有生理作用，能杀菌消毒帮助人体保健治疗皮肤病和软骨病等；<4）仪器分析： 300~420nm 波长的 UVA紫外线可透过完全截止可见光的特殊着色玻璃灯管，仅辐射出以 365nm 为中心的近紫外光，可用于矿石药物食品分析油烟光氧化分解光触酶<二氧化钛）等；<5）信息存储：紫外线有化学作用能使照相底片感光，紫外光作为读取信息光源，相对可见光源还可以增大信息容量

本文对紫外有机发光的研究进行概述，分别从材料类别和器件结构角度回顾紫外有机发光的研究进展，总结和分析该技术存在的问题并提出相关解决途径

1、紫外有机电致发光材料分类

紫外光子要求能量大于 3eV，同时因为辐射退激之前存在能量损失，所以紫外发光材料必须具有很宽的带隙，决定了作为紫外发光的有机材料可选性较小目前长键共轭发光基团材料的带宽相对较窄，作为紫外发光材料比较困难，绝大部分紫外发光材料都是短键共轭的就紫外发光基团类型，可将发光材料分为以下几类<1）唑类衍生物紫外发光材料<如图 1 所示）

1995年， Magnus Berggren等人以PTOPT和PBD的混合物为空穴注入和传输层， PBD 为发光体，实现峰值在 394nm 的紫外光发射，率先将有机发光的发光波长扩展到紫外发光领域[2]，但发光效率相对较低，外量子效率不足 0.1% 随后基本没有以唑类衍生物为

紫外发光体的报道直到 2007 年，日本信州大学研究小组才利用二噁唑衍生物

<2）聚硅烷类紫外发光材料<如图 2所示）

聚硅烷的主链全部是硅原子以键形式连接，光学带隙为3~4eV，低温条件下有较弱的紫外发光能力，这是目前研究最多的一类紫外发光材料但因为聚硅烷存在结构缺陷，其在室温条件下缺乏可见波段光 1997 年，日本研究小组用丁基苯间隔取代硅原子，合成具有刚性结构的PBPS，提高材料玻璃化温度同时并排除发射缺陷，制备了发光波长为407nm 光谱半高宽仅 15nm 的近紫外发光器件，开启聚硅烷材料作为紫外发光体的研究[6]随后，Hoshino 等人以 PBPS 为发光层改进器件结构，将外量子效率由 0.1%提高到0.2%[7]据报道，如果接上侧链，聚硅烷的发射带宽将变窄<15nm），并同时其紫外光的荧光量子效率将高达 76%，在紫外发光器件中具有很大的发展前景因此 Seki 等人在聚硅烷的侧链分别接丁基和苯基合成PS- 4，在室温条件发紫外光，其器件的主发光波长达到惊人的 357nm[8]不足的是，该器件在可见光也有明显的发光，他们认为是因为缺陷引起的[9]

<3）联苯衍生物<如图 2 所示）

2004 年，吉林大学马於光小组合成联苯衍生物作为发光材料，发光峰在372nm，是室温下第一个纯有机紫外发光器件[10]2006 年美国西北海洋国家实验室进行化学结构改进，合成了含磷联苯化合物PO1，光谱进一步蓝移到 338nm，但外量子效率较低<小于0.1%），同时在400~500 范围存在发光，作者将其归结为磷光发射或者是聚集效应[11]将它作为FIRPIC的主体材料，蓝色磷光器件的外量子效率高达 7.8%，应用前景广阔

<4）苯胺类紫外发光材料<如图 3 所示）

苯胺类紫外发光材料的报道相对较少，主要是香港科技大学和日本大阪大学开展过该方面工作2001年，香港科技大学研究小组以TPD为发光层，利用TPD与GaN2的量子阱结构，器件主发光长为400nm，但发光效率只有0.35%[12]随后，日本大阪大学以F- TBB 作为空穴阻挡层，将TPD的发光效率提高到了1.4%[13]2003 年该

小组合成了F2PA，其发光峰值在405nm，外量子效率达1.95%[14]

<5）芴类紫外发光材料<如图 4 所示）

Chao 等人合成了双芴类衍生物 B2，拥有 374nm 和 392nm 两个发光峰，效率高达 3.6%[15]但是因为该分子尺寸较小，又是对称结构，所以容易结晶为此，日本九州大学通过改进结构，增大分子结构或者是合成非对称结构，明显提高了材料的薄膜稳定性[16]螺旋双芴具有较大的分子结构，可以减小与周围分子形成激基复合物或缔合物的可能性例如， SBF薄膜在空气中存放 3 到 5 个月依然保持透明性，相对PBD TPD 等小分子薄膜仅能存放数小时有了很大提高不仅如此，利用该类材料制备的紫外发光器件依然可以保持高达 2.9%的外量子效率，具有很大的应用潜力[16]基于芴和聚硅烷在紫外发光的优异性能，美国华盛顿大学将螺旋双芴基接在聚硅烷主链上，将荧光量子效率提高到56%，器件的主发光波长在398nm，外量子效率高达 1.59%[17]