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1、金屬銥電致磷光材料的研究進(jìn)展摘要：有機(jī)電致磷光材料可以同時(shí)利用單線態(tài)和三線態(tài)激子發(fā)光，具有發(fā)光效率高等優(yōu)點(diǎn)，成為近年來研究的熱點(diǎn)。銥由于其強(qiáng)烈的自旋軌道耦合，使得其配合物的單線態(tài)激子和三線態(tài)激子混雜，三線態(tài)壽命較短，具有較好的發(fā)光性能，是研究得最多也最具應(yīng)用前景的一種磷光材料。本文將主要論述近幾年來銥電致磷光材料的研究進(jìn)展。關(guān)鍵詞：OLED電致磷光外量子效率小分子樹枝狀聚合物主體和客體與傳統(tǒng)的顯示技術(shù)(LCD、CRT)相比，有機(jī)電致發(fā)光顯示器(OLED)具有驅(qū)動(dòng)電壓低、響應(yīng)速度快、視角范圍寬以及可通過化學(xué)結(jié)構(gòu)微調(diào)改變發(fā)光性能使色彩豐富，容易實(shí)現(xiàn)分辨率高、重量輕、
2、大面積平板顯示等優(yōu)點(diǎn)，被譽(yù)為“21世紀(jì)平板顯示技術(shù)”，成為材料、信息、物理等學(xué)科和平板顯示領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。有機(jī)電致發(fā)光材料分為兩大類：有機(jī)電致熒光材料和有機(jī)電致磷光材料。其中有機(jī)電致熒光是單重態(tài)激子輻射失活的結(jié)果，有機(jī)電致磷光是三線態(tài)躍遷回基態(tài)所造成的結(jié)果。由于單線態(tài)輻射屬于自旋允許的躍遷，因此電致熒光容易發(fā)生，但在通常的電致發(fā)光條件下，單重態(tài)激子和三重態(tài)激子的形成比例是1∶3，即單重態(tài)激子僅占“電子-空穴對”的25%，75%的“電子-空穴對”由于形成了自旋禁阻的三重態(tài)激子對“電致發(fā)光”沒有貢獻(xiàn)，這就導(dǎo)致了電致熒光器件的最大內(nèi)量子效率只有25%，最大外量子效率也
3、大都在5%左右。而電致磷光器件則沒有這種限制，它的最大內(nèi)量子效率可達(dá)100%，比電致熒光具有更廣泛的應(yīng)用前景。因此，開發(fā)和研究新材料使三線態(tài)激子躍遷的幾率升高具有重要的意義。具有d6和d8電子結(jié)構(gòu)的重金屬原子如鉑(Pt)、銥(Ir)、鋨(Os)，由于它們強(qiáng)烈的自旋軌道耦合，使得其配合物的單線態(tài)激子和三線態(tài)激子混雜。一方面三線態(tài)具有某些單線態(tài)特征，三線態(tài)激子的對稱性被破壞，縮短了磷光壽命，減少了磷光猝滅，增強(qiáng)了單線態(tài)到三線態(tài)之間的系間竄躍和磷光效率，這樣在室溫下有可能實(shí)現(xiàn)磷光顯示。其中銥配合物因其三線態(tài)壽命較短，具有較好的發(fā)光性能，是研究得最多也最具應(yīng)用前景的一種
4、磷光材料。利用銥配合物作為磷光材料而制作的多層OLED器件，其最大外量子效率已達(dá)到19%，能量轉(zhuǎn)換效率為72lm/W。本文將主要論述近幾年來銥電致磷光材料的研究進(jìn)展。一簡介電致磷光器件結(jié)構(gòu)及發(fā)光原理電致磷光基本器件結(jié)構(gòu)為C.W.Tang采用的夾層式結(jié)構(gòu)，即發(fā)光層被兩側(cè)電極像三明治一樣夾在中間，并且一側(cè)為透明電極以獲得面發(fā)光。一般使用的陽極為氧化銦-氧化錫玻璃電極(ITO)，陰極材料為較活潑的金屬如Al、Ba、Ca、Mg、Ag等，基本器件結(jié)構(gòu)如圖1(a)所示。為了有效解決電子和空穴的復(fù)合區(qū)遠(yuǎn)離電極和平衡載流子注入速率問題，現(xiàn)在多用的是多層器件結(jié)構(gòu)，即在發(fā)光層和陽極
5、層之間引入空穴傳輸層(HTL)；在發(fā)光層和陰極間引入電子傳輸層(ETL)；在空穴傳輸層與陽極間引入陽極緩沖層或稱為空穴阻擋層(AnodeBufferLayer)，如PEDOT；在電子傳輸層和陰極間引入陰極緩沖層或稱為電子阻擋層(CathodeBufferLayer)，如堿金屬氟化物，結(jié)構(gòu)如圖1(b)所示。電致磷光屬于雙注入發(fā)光器件，即在外界電場的驅(qū)動(dòng)下，空穴和電子分別從陽極和陰極注入，通過在有機(jī)功能層中復(fù)合而釋放出能量，而后將能量傳遞給發(fā)光分子使其受到激發(fā)，從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，當(dāng)受激分子從激發(fā)態(tài)經(jīng)輻射衰減到基態(tài)時(shí)產(chǎn)生發(fā)光現(xiàn)象(如圖2)。由于電致磷光材料在高濃度下
6、存在淬滅現(xiàn)象，一般把電致磷光材料作為客體(guest)，摻雜于主體(host)材料中構(gòu)成發(fā)光層，其中主體材料大多為發(fā)藍(lán)光的有機(jī)小分子和高分子材料。有機(jī)電致磷光是通過主-客體的能量轉(zhuǎn)移(如圖3)來實(shí)現(xiàn)的。一般有三種形式：主體材料上單重態(tài)激子的Foster能量轉(zhuǎn)移；主體材料上三重態(tài)激子的Dexter能量轉(zhuǎn)移；載流子直接在客體材料上的復(fù)合。Foster能量轉(zhuǎn)移為庫侖轉(zhuǎn)移機(jī)理，是一種非接觸型的誘導(dǎo)作用；Dexter能量轉(zhuǎn)移為交換機(jī)理，是一種接觸型的碰撞作用。二有機(jī)電致磷光發(fā)光層的主體材料由于電致磷光材料一般都是作為客體摻雜于主體材料中，因此，很有必要介紹一下主體材料。摻
7、雜的方法常用的有兩種：與小分子材料共蒸渡；以旋轉(zhuǎn)涂膜的形式摻雜于聚合物主體中。前一種方法使用較早，工藝也較為成熟，但步驟繁雜。后一種方法是近幾年來剛發(fā)展起來的，還不是很成熟，但工藝簡單，成膜速度快，為以后的批量生產(chǎn)提供了一種有效地方法。以高分子主體材料的電致發(fā)光器件具有制作簡單、成本低和易實(shí)現(xiàn)大面積顯示等優(yōu)點(diǎn)，一直是電致發(fā)光顯示研究的熱點(diǎn)。選擇合適的主體材料對發(fā)光效率有很大的影響，一般主體材料應(yīng)有如下性質(zhì)：(1)具備良好的電荷傳輸特性；(2)主客體間具有較好的能級匹配，一般要求主體能隙大于客體能隙，使激子能量有效地轉(zhuǎn)移至客體分子上發(fā)射磷光，或者將電荷直接陷在客體
8、上形成激子輻射衰減發(fā)射磷
