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1、第20卷 第2期天 津 师 大 学 报(自然科学版)Vol.20No.22000年6月JournalofTianjinNormalUniversity(NaturalScienceEdition)Jun.2000文章编号:1001-7720(2000)02-0045-05有机聚合物及小分子材料的电致发光器件a白人骥, 赵 杰(天津师范大学物理系, 天津300074)摘 要:论述了有机聚合物及小分子材料的电致发光原理,发光二极管的结构及影响器件稳定性、寿命的原因,总结了目前该领域所取得的成果,展望了下世纪有机发光材料的应用前景和商业
2、化可能性.关 键 词:共轭聚合物;有机小分子材料;电致发光中图分类号:TN383 文献标识码:A0 引言[1]C.W.Tang等人1987年首次报导了他们的有机小分子发光器件.该器件用透明的铟2锡氧化物(ITO)作为阳极注入空穴,镁银合金作为阴极注入电子,其中夹有一层八羟基喹[2]啉铝(Alq3)为发光物质.近年来,由于高纯聚合物的发展,包括聚合物晶体管、聚合物发光[3]二极管(LED)等的研究十分活跃,尤其是高聚物LED器件,由于它的发光效率高、制造成本低、颜色丰富和大面积显示,商业化前景十分诱人.可以预计,全彩色的L
3、ED器件很快将在平面显示、发光、通讯等领域进入商品市场.本文论述了在这一科技领域的研究概况及前沿,结合国际科学发展趋势,展望新世纪有机发光器件的应用前景和商业化可能性.1 共轭聚合物电致发光器件由于共轭聚合物(conjugatedpolymer)具有沿聚合物链的离域P电子键,因此它具有半导3体性质.P和P形成价带和导带能级,故能使载流子移动.1990年人们首次使用了共轭高聚物聚苯乙烯poly(p2phenylenevinylene)简称PPV作发光层的有机发光二极管(OLED),它是用ITO作为透光的阳极,顶部为蒸镀的阴极.在阳极
4、和阴极之间加上足够的偏压,从而由阳极和阴极分别注入空穴和电子,使它们在聚合物层复合而导致发光.OLED器件的制造十分简单,将PPV溶液用旋转喷涂的方法喷到ITO表面成膜,一般在100nm左右,然后再其上蒸镀具有低功函数的阴极如Al、Mg、Ca等,再制成接触电极即3可.PPV的P和P带间具有2.5eV的带隙,因此可以发出黄2绿光辐射.第一个由PPV制成[4]的发光器件的效率很低,之后人们采用polyfluorence作发光层,效率可达到22lmöw.a收稿日期:2000-02-21 作者简介:白人骥(1942-),男,北京市人,副
5、教授,主要从事材料科学和物理教育研究·46·天 津 师 大 学 报 (自然科学版)2000年6月2 有机电致发光器件的研究现状2.1 电极介面发光聚合物与金属电极之间介面的性质,或聚合物与ITO介面的性质对于器件的工作十分重要,控制这些介面的性质将对器件的运行起决定性作用.有很多研究都是运用P共轭聚合物分子模型研究金属与聚合物之间如何形成介面.研究发现,降低聚合物与金属阴极介面[5]势垒可以改善发光二极管的性质.关于ITO的阳极,为了改善它和聚合物的介面,人们采用化学掺杂的方法,在共轭高聚物表面形成一空穴注入传导层.几种P型掺杂的
6、共轭聚合物具有很好的环境稳定性,包括聚吡咯(polypyrrole)、聚噻酚(polythiophene)、聚苯胺(polyaniline)等.研究结果表明,用这些掺杂聚合物,不但可以提高器件的效率,而且可以改善器件的均匀性及寿命.Pei等人报导,如在共轭聚合物中加入盐和导离子材料,如聚环氧乙烷(polyethylene[6]oxide),则可降低注入载流子的势垒.这是由于在器件运行时,随着掺杂而产生电化学反应,在接近阳极的高聚物中形成P型掺杂区,在阴极附近形成N型掺杂区所致.2.2 电荷的注入和传输电荷从金属电极的注入过程及电荷
7、在聚合物中的传输过程是很难从器件的电特性区别判断的.对那些电荷注入势垒较高的发光器件,其电荷注入或由热电离,或由电子隧道进行,这种载流子注入限制了电流的流通.但对那些运行特性良好的发光二极管,如低起动电压器件,电荷注入并不限制电流,而是通过建立空间电荷来实现.因为在相对无序的分子半导体聚合物中,载流子的迁移率低,这使空间电荷限制电流很容易实现.这方面的研究,主要着眼于建[7]立电荷注入模型及空间电荷限制电流模型等.为了实现复合,由阳极注入聚合物的空穴数应和阴极注入的电子数相等.对于采用蒸镀[8]分子膜的器件,用两层结构来控制电子和
8、空穴的注入率是获得电流平衡的有效手段.在两3层聚合物PPV和CN2PPV的界面,存在相当大的P轨道(HOMO)能量偏移,对于P轨道(LUMO)有类似的情况.在正向偏压下,由ITO注入到HOMO的空穴形成了空穴在异质结的传输.在异质结上,空穴被势垒限
