聚合物EL材料

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1、电致发光电致发光高分子材料高分子材料2.1. 引言引言不同波长光线的颜色 颜色环上任何两个对顶位置扇形中的颜色，称为互补色。 互补色按一定的比例混合得到白光。 颜色环上任何一种颜色都可以用其相邻两侧的两种单色光，甚至可以从次近邻的两种单色光混合复制出来。 如果在颜色环上选择三种独立的单色光，就可以按不同的比例混合成日常生活中可能出现的各种色调。这三种单色光称为三基色三基色光。光学中的三基色为红红、绿绿、蓝蓝。 电致发光是指发光材料在电场作用下，受到电流发光材料在电场作用下，受到电流和电场的激发而发光的现象，它是一个将电能直和电场的激发而发光的现象，它是一个将电能直接转化为光能的一种发光过程。接

2、转化为光能的一种发光过程。电致发光材料被广泛应用于图象显示信息处理和通讯等领域。在过去的相当长的一段时间里，几乎所有的电致发光器件都是在p-n 结无机半导体发光二极管的基础上制造的，如磷化镓（GaP）发光二极管、磷砷化镓（GaAsP）发光二极管、砷铝镓（GaAIAs）发光二极管 。点式点式LED字段式字段式LED点阵式点阵式LED光柱式光柱式LED白色LED照明灯地砖灯礼品灯手电筒 复杂的制备工艺低发光效率不能大面积平板显示 发光颜色不易调节 1.较难实现全色发光，尤其是蓝光存在的问题存在的问题无机半导体 上世纪 60 年代人们开始关注有机电致发光现象。 1963 年 Pope等人以电解质溶液

3、为电极，在蒽单晶(厚度：20m)的两侧加 400 V 直流电压时，观察到了蒽的蓝色电致发光；之后，Helfrich，Williams 等人继续进行了研究，并将电压降至 100V 左右，获得了高达 5%光子/电子的外量子效率。 1982 年，Vincett用真空蒸镀法制成了 50 nm 厚的蒽薄膜，进一步将电压降至 30V 就观察到了蓝色发光，但其外量子效率仅为 0.03%左右，这主要是电子的注入效率太低以及蒽的成膜性能不好而存在易穿的特点。 1987 年美国 Eastman Kodak 公司的邓青云和 VanSlyke 对有机 EL 做了开创性的工作，引起了世界工业界和科技界的广泛重视。他们的

4、创新在于使用了如下图所示的双层薄膜夹心式的结构制成了电致发光器件，在 10V 驱动电压下，8-羟基喹啉铝（AlQ）发射出绿光，最高亮度达 1000 cd/m2，量子效率为 1%，使人们看到了有机 EL实用化和商业化的美好前景。Appl Phys Lett, 1987,51,913空穴传输层空穴传输层电子传输层和发光层电子传输层和发光层 1990年,英国剑桥大学Friend等人在首次报道了以共轭聚合物聚对苯撑乙烯聚对苯撑乙烯(PPV)(PPV)为发光层材料制成单层薄膜夹心式聚合物发光器件，其器件的驱动电压为 14V，发黄绿光，外量子效率仅为 0.05%，但是这一研究成果开辟了发光器件的 一 个

5、新 领 域 聚 合 物 电 致 发 光 器 件 ( P L E D ) 。 Nature,1990,347,539 1992年，Heeger等人发明了用塑料作为衬底制备可变形的柔性显示器，将PLED最为迷人的一面展现在人们面前。Nature,1992,357,477；Appl Phys Lett,1992,60,2711 二十一世纪是信息时代，显示器作为信息载体，是信息产业的重要组成部分。 从显示器的发展趋势看，传统的显示器如阴极射线管（CRT）因其存在体积大、驱动电压高、存在 X 射线污染等缺点已逐渐被平板显示代替。 目前，占主导地位的是液晶显示器（LCD），它可以实现超薄显示，功耗也低，因

6、而被广泛用作仪表、手机、MP3、MP4 以及电脑等的显示器。 然而， LCD 是被动发光，需要背光源，视角范围小、响应速度慢、光的利用率低、彩色化不佳、制作工艺复杂，易受环境等外界因素的影响等缺陷制约了其进一步的发展。 有机 EL 器件特别是高分子EL 器件体现了下一代高清显示设备的主要特点，在彩色平板显示领域显示了强大的竞争力。低压直流驱动低压直流驱动：驱动电压小于 10V，省电亮度高亮度高：最大亮度超过14万cd/m2，而CRT最大亮度为150 cd/m2，LCD最大亮度约为500 cd/m2响应速度快响应速度快：10-8s，响应时间比 LCD 显示屏快 1 万倍，这个速度更适合数字设备支

7、持视频节目超薄超薄：厚度仅为 LCD 的1/10其他其他：视角宽、全固化、对比度高、主动发光、工作温度范围宽、可实现软屏显示，等等 多年来，研究人员对有机小分子电致发光性能开多年来，研究人员对有机小分子电致发光性能开发作了大量的尝试并取得了巨大的成就。例如，发作了大量的尝试并取得了巨大的成就。例如，2005 2005 年，韩国三星公司在国际数据显示博览会年，韩国三星公司在国际数据显示博览会(IMID)(IMID)上，推出了上，推出了 40 40 英寸英寸 OLEDOLED电视机电视机，具，具1280 x800 1280 x800 的分辨率的分辨率，最大亮度最大亮度 600nit600nit，对

8、比度对比度 5000:15000:1。 但是，有机小分子发光材料普遍存在但是，有机小分子发光材料普遍存在容易结晶容易结晶和和界面分相界面分相等问题，等问题，降低降低了器件的了器件的寿命寿命，加上器件，加上器件制作主要采用制作主要采用真空蒸镀方式真空蒸镀方式，不仅，不仅成本高成本高，工艺工艺相对复杂相对复杂，同时也给实现，同时也给实现大面积显示大面积显示带来了一定带来了一定的的困难困难。相比于有机小分子发光材料，聚合物发光材相比于有机小分子发光材料，聚合物发光材料具有如下优势：料具有如下优势：具有良好的机械加工性，其玻璃化温度高，具有良好的机械加工性，其玻璃化温度高，不易结晶，器件制作简单不易结

9、晶，器件制作简单可采用旋涂、喷墨打印等简单方式成膜，很可采用旋涂、喷墨打印等简单方式成膜，很容易实现大面积显示容易实现大面积显示通过选择不同的聚合物，或通过改变共轭长通过选择不同的聚合物，或通过改变共轭长度、更换取代基、调整主、侧链结构及组成度、更换取代基、调整主、侧链结构及组成等多种途径得到包括红、绿、蓝三基色的各等多种途径得到包括红、绿、蓝三基色的各种颜色的发光种颜色的发光利用聚合物的绕曲性，可在柔韧的衬底上利用聚合物的绕曲性，可在柔韧的衬底上制作可折叠的显示器制作可折叠的显示器因此，聚合物发光材料被认为是制备质轻、成本低、可折叠卷曲的柔性显示器的首选材料。值得注意的是，近年来国外许多大公

10、司值得注意的是，近年来国外许多大公司已将已将研究与开发的重点转向了高分子平板显研究与开发的重点转向了高分子平板显示。示。20052005年，韩国三星和美国年，韩国三星和美国 DuPont DuPont 公司联公司联合推出了使用喷墨打印法制备的合推出了使用喷墨打印法制备的 14.1 14.1 英英寸全彩色寸全彩色 PLED PLED 显示器。显示器。2.2. 聚合物电致发光的性能评价聚合物电致发光的性能评价 一般来讲，聚合物发光材料和器件性能的优劣可以从发光性能、电化学性能和电学性能等方面来评价。 主要包括：发射光谱、发光亮度、发光效率、发光色度、器件寿命、材料的能级和能隙、发光阀值电压、功耗、

11、电流与电压的关系、发光亮度与电压的关系等。2.2.1. 2.2.1. 发光光谱发光光谱 在有机/聚合物 EL 中，发射光谱通常有两种：光致发光光谱和电致发光光谱。光致发光光谱需要光能的激发，电致发光光谱需要电能的激发。 一般说来，光谱分散范围愈窄，其单色性愈好。 发射光谱一般用荧光测量仪来测量，具体的测量方法是荧光通过发射单色器后照射于检测器上，扫描发射单色器并检测各种波长下相应的荧光强度，然后通过记录仪记录荧光强度对发射波长的关系曲线，就得到了发射光谱。2.2.2. 2.2.2. 发光亮度发光亮度 电致发光亮度是衡量器件发光强度强弱的指标。 PLED属电荷注入式发光，其电致发光亮度在低电流范