有机EL照明及其开发动向

1 有机EL材料及其器件结构

1.1 有机EL材料

所谓EL(Electro Luminescence 电致发光)材料，包括分子量小的低分子材料(通常低分子材料，低分子有机EL)与高分子材料(通常高分子EL)。两者的不同，单纯按分子量的不同来区分，不如说一个是将同结构异分子量的分子，视为不纯物;一个是把它当作同一材料，这样区分更合理。高分子材料是单基物(monomer)单位的重复，进行真空镀敷与分解，最终的性能显著下降，故使用掺杂法制成。在高分子材料中，包含主链骨架π电子共轭系高分子，视其为具有PL的导电性高分子。一般的导电性高分子多缺乏可溶性，为提高其可溶性，引入烷基(alkyl)等置换基，能实现自旋浇铸(spin east)法 、印刷法(含墨水喷射法)等。所谓有机EL用的共轭高分子，有聚对苯乙烯感电体(PPV)，聚荧光素(poly fluoren)感电体等。对于高分子材料来说，还有采用主链骨架Z烯基(Viayl)的非共轭系高分子，这是将导电部位和发光部位悬置而作为功能基的，可溶性高，且很好利用了聚乙烯咔唑(pvcz)。最近，对具有磷光发光部位的高分子材料也进行了开发。

1.2 有机EL器件的结构

图1所示为有机EL器件的结构，这是单纯的多层结构，是C.W.tang博士报导的器件结构中，最简单的空穴传输层与发光层组合一起的结构。高分子EL中，因形成上部层时担心溶解下部层，难于组成多层结构，故通过空穴注入层+发光层这一简单结构制成。这一空穴注入层上的噻吩(thiophene)感电体PEDOT，采用了PSS，将该导电粒子分散于水中形成膜以后，进行缓冷(anneal)而利用，这就是低分子模压电感器有机EL中的干燥处理(dryprocess)，薄膜结构不致损坏。空穴注入层(HI)、工字电感空穴传输层(HT)、发光层(EM)、电子传输层(ET)、空穴阻挡层(HB)与电子注入层进行了功能分离，其中空穴传输层和发光层做成二层，这是能发挥最佳性能而提出的复杂结构方案。而且，为改善稳定性与寿命，引入混合层和有机合金法是有效的。

因需要从有机EL取出光，最少必须一端为透明电极。光的取出方式，有从基板层取出的底部发射型和从成膜侧取出的顶部发射型。将通常基板侧作为空穴注入侧，但也有作为电子注入侧的逆结构型。所谓透明电极，一般是采用铟锡氧化物半导体(ITO)。导电性高，透明性好的ITO的制成，需要数百℃的基板加热温度。在用于显示器的情况下，能将驱动晶体管形成于下层，开口率高的顶部发射型已成为主流，故透明电极的形成很重要。在照明控制盘情况下，较之密封等受制约的顶部发射型，底部发射型在制作时加工处理更方一体电感便。

对于金属阴极，因降低了电子注入的势垒，利用了功函数低的金属。但具有低功函数的金属，水和氧的活性弱，是初期有机EL的劣化原因之一。

2 有机EL的发光原理

OLED(Organic Light Emitting Diode)是指有机半导体材料和有机发光材料在电场的驱动下，通过载流子注入和复合导致发光的技术。

图2所示为有机EL的发光原理。用ITO玻璃透明电极和金属磁珠电感电极分别做成有机EL器件的阳极和阴极，在一定电压驱动下，电子和空穴分别从阴极和阳极注入到电子传输层(ET)和空穴传输层(HT)，然后分别迁移到发光层(EM)，相遇后形成激子(exciton),使发光分子激发，后者经过辐射后发出可见光。辐射光可从ITO玻璃板一侧看到，金属电极膜同时也起到了发射层的作用。

当注入的空穴和电子的比例为1:1时，对应于合理的电流，效率高。有利于再结合的电流成分与流过器件的全电流之比，称为载流子平衡(Carrier balance)因数。与无机半导体不同，有机分子中的再结合，形成所谓激子的激励状态。激子失去活性之际则发光。通过载流子的再结合，自旋多重度各异的一重激子与三重激子形成1:3的比例时(荧光激子的生成效率为25%)，由一重激子发出的光称为荧光，由三重激子发出的光称为磷光。按照激子生成的比例，发出磷光的效率高。由于自旋禁制，三重激子的寿命比一重激子的寿命较长。但因发热而易于无辐射的失去活性。以重金属作为中心金属的金属络合物中，将一重激励状态与三重激励状态相互之间进行交叉，可得到常温下产生100%磷光的材料。如果利用这样的一种材料，则能实现高效率的有机电致发光(EL)。

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