第1章　概述

1.1　有機電致磷光器件簡介

自從1987年美國柯達公司的Tang課題組實現了有機小分子8-羥基喹啉鋁（Alq3）電致發光［1］以及1990年英國劍橋大學的Burroughes［2］推出了高分子聚對苯撐乙烯（PPV）作為電致發光材料及器件以來，有機發光二極管（OLED）在全球學術界已逐步向著更寬、更深的層面不斷發展和延伸，而設計出性能優良的發光材料是實現商業化的重要前提。

有機/高分子平板顯示技術（OLED/PLED）與液晶顯示和等離子體顯示（LCD和PDP）等技術的顯示方式不同，無需背光燈，采用非常薄的有機材料涂層和玻璃基板，易于實現大屏幕柔性顯示、發光顏色連續可調，容易實現藍光發射、視角廣、成本低等特點，被視為是下一代最具潛力的新型平面顯示技術，目前已成為平板顯示技術的研究熱點之一。最簡單的有機發光二極管的結構為單層夾心式，主要由陽極、陰極、有機發光層組成。為了提高電荷傳輸效率，保持電子和空穴的注入平衡，一些多層結構的器件相繼被開發出來。圖1-1有機薄膜電致發光是注入型發光器件，電子和空穴分別從陰極（Mg/Al合金等低功函金屬）和陽極（ITO）注入發光層中，并在發光材料上復合形成激子，然后通過輻射躍遷，發出可見光。

圖1-1　有機薄膜電致注入型發光器件

按照發光機理的不同，用于OLED中的發光材料可分為熒光材料和磷光材料。在電致發光過程中，來自陰極的電子和陽極的空穴分別注入電子和空穴的傳輸材料中，電子和空穴復合后，按照自旋量子統計理論，形成概率為1∶3的單線態和三線態激子，并將能量傳遞給有機金屬配合物，使其受激發。受激分子從激發態經過輻射弛豫過程回到基態時發光。根據躍遷對稱性選擇，只有25%單線態激子可被利用，另外的75%三線態激子輻射躍遷禁阻，以熱的形式回到基態被浪費［3，4］。這樣，單純依靠單重態激子輻射衰減發光的熒光發光材料，其電致發光的內量子效率最大為25%，外量子效率不超過5%。因此，能夠有效利用三線態激子進行輻射躍遷，即利用電致磷光是提高有機電致發光器件效率的最重要途徑［5］。

1998年，我國吉林大學的馬於光教授，報道了采用鋨配合物和鉑配合物作為染料摻雜入發光層，第一次成功得到并解釋了磷光電致發光現象［6］。隨后，美國普林斯頓大學的Forrest和南加州大學的Thompson兩課題組［7］合作，開創性地將Pt重金屬磷光材料引入到電致發光器件，器件的外量子效率分別達到4%和8%，相對于電致熒光器件得到了極大的提高。這主要由于重金屬離子存在強的旋轉耦合，可以大大提高系間竄越，使配合物單線態激子和三線態激子混雜。一方面，三重態激子具有單重態激子的性質，三重態激子的對稱性被破壞，衰減加快，磷光壽命大大縮短，磷光猝滅得到有效抑制；另一方面，單線態也具有某些三線態的性質，衰減時間變長，熒光效率降低，這使得室溫下實現磷光成為可能，因而電致磷光可以不受自旋統計規律的影響，理論量子效率達到100%［8～10］。圖1-2為有機電致磷光發光機理。

圖1-2　有機電致磷光發光機理

然而，磷光材料有一些固有的缺點，如磷光發射具有較長的壽命，這使得三線態激子不能及時輻射躍遷，堆積在發光層，使得激子之間產生強的相互作用，進而導致了三線態-三線態湮滅和濃度猝滅。為了避免這種情況，有效的解決辦法是把磷光材料作為客體摻雜到合適的主體基質中，形成主客體系統，提高其器件的發光效率。此外，為實現平板顯示器的全色發光，客體分子摻雜到與其互補色的主體材料中（圖1-3），應是當前實現這一目標的重要手段。下面介紹常見的客體和主體材料。

圖1-3　客體磷光材料摻雜到主體基質中