第1章　概述

1.1　有机电致磷光器件简介

自从1987年美国柯达公司的Tang课题组实现了有机小分子8-羟基喹啉铝（Alq3）电致发光［1］以及1990年英国剑桥大学的Burroughes［2］推出了高分子聚对苯撑乙烯（PPV）作为电致发光材料及器件以来，有机发光二极管（OLED）在全球学术界已逐步向着更宽、更深的层面不断发展和延伸，而设计出性能优良的发光材料是实现商业化的重要前提。

有机/高分子平板显示技术（OLED/PLED）与液晶显示和等离子体显示（LCD和PDP）等技术的显示方式不同，无需背光灯，采用非常薄的有机材料涂层和玻璃基板，易于实现大屏幕柔性显示、发光颜色连续可调，容易实现蓝光发射、视角广、成本低等特点，被视为是下一代最具潜力的新型平面显示技术，目前已成为平板显示技术的研究热点之一。最简单的有机发光二极管的结构为单层夹心式，主要由阳极、阴极、有机发光层组成。为了提高电荷传输效率，保持电子和空穴的注入平衡，一些多层结构的器件相继被开发出来。图1-1有机薄膜电致发光是注入型发光器件，电子和空穴分别从阴极（Mg/Al合金等低功函金属）和阳极（ITO）注入发光层中，并在发光材料上复合形成激子，然后通过辐射跃迁，发出可见光。

图1-1　有机薄膜电致注入型发光器件

按照发光机理的不同，用于OLED中的发光材料可分为荧光材料和磷光材料。在电致发光过程中，来自阴极的电子和阳极的空穴分别注入电子和空穴的传输材料中，电子和空穴复合后，按照自旋量子统计理论，形成概率为1∶3的单线态和三线态激子，并将能量传递给有机金属配合物，使其受激发。受激分子从激发态经过辐射弛豫过程回到基态时发光。根据跃迁对称性选择，只有25%单线态激子可被利用，另外的75%三线态激子辐射跃迁禁阻，以热的形式回到基态被浪费［3，4］。这样，单纯依靠单重态激子辐射衰减发光的荧光发光材料，其电致发光的内量子效率最大为25%，外量子效率不超过5%。因此，能够有效利用三线态激子进行辐射跃迁，即利用电致磷光是提高有机电致发光器件效率的最重要途径［5］。

1998年，我国吉林大学的马於光教授，报道了采用锇配合物和铂配合物作为染料掺杂入发光层，第一次成功得到并解释了磷光电致发光现象［6］。随后，美国普林斯顿大学的Forrest和南加州大学的Thompson两课题组［7］合作，开创性地将Pt重金属磷光材料引入到电致发光器件，器件的外量子效率分别达到4%和8%，相对于电致荧光器件得到了极大的提高。这主要由于重金属离子存在强的旋转耦合，可以大大提高系间窜越，使配合物单线态激子和三线态激子混杂。一方面，三重态激子具有单重态激子的性质，三重态激子的对称性被破坏，衰减加快，磷光寿命大大缩短，磷光猝灭得到有效抑制；另一方面，单线态也具有某些三线态的性质，衰减时间变长，荧光效率降低，这使得室温下实现磷光成为可能，因而电致磷光可以不受自旋统计规律的影响，理论量子效率达到100%［8～10］。图1-2为有机电致磷光发光机理。

图1-2　有机电致磷光发光机理

然而，磷光材料有一些固有的缺点，如磷光发射具有较长的寿命，这使得三线态激子不能及时辐射跃迁，堆积在发光层，使得激子之间产生强的相互作用，进而导致了三线态-三线态湮灭和浓度猝灭。为了避免这种情况，有效的解决办法是把磷光材料作为客体掺杂到合适的主体基质中，形成主客体系统，提高其器件的发光效率。此外，为实现平板显示器的全色发光，客体分子掺杂到与其互补色的主体材料中（图1-3），应是当前实现这一目标的重要手段。下面介绍常见的客体和主体材料。

图1-3　客体磷光材料掺杂到主体基质中