(华东理工大学精细化工研究所)

自从无机发光二级管发明以来，它们已被广泛应用在数字显示、仪器监控、视频技术等诸多领域，取得了令人瞩目的成就。但是这一技术还存在许多缺点，如显像管体积较大、发光材料品种少、器件制作工艺复杂、成本高、能耗大、很难提供全彩色显示等等，这些问题的存在限制了无机电致发光材料及器件的发展。

60年代起，就有学者开始构想并实施用有机材料制备电致发光（EL）器件，其主要原因是有机材料的广泛选择性及荧光的高效率。大量可随意“组装”、“裁剪”的有机分子能提供各种颜色的发光，其中包括无机材料中很难得到，至今仍是一大难题的蓝色发光。当时就有人预料有机化合物的电致发光将在显像领域中引起一场变革，它将大大缩小显像器件的厚度和体积。但电致发光这一领域的发展似乎非常缓慢，直到1987年，美国柯达公司的C. W. Tang和S. A. Vanslyke报道了在双层有机薄膜结构中，得到EL激发电压低于10 V，发光亮度超过1000 cd/m²，发光效率达到1.51 m/W的实验结果，使得电致发光领域的研究取得了突破性进展。

1.有机薄膜电致发光的原理

有机薄膜电致发光是属于注入式的有机分子激子（exciton）复合发光，它能将电能直接转化为光能。其工作原理是：在电场的作用下，分别从正极注入的空穴和从负极注入的电子在发光层中相遇形成激子，激子复合产生发光，发光的产生可认为主要有5个过程，即（1）电子和空穴分别从两极注入到有机发光层中；（2）载流子在有机发光层内迁移；（3）电子和空穴在发光层中复合形成激子；（4）激子扩散进行能量传递，形成发光材料激发态；（5）处于激发态的发光材料辐射跃迁导致发光。有机电致发光材料一般都为具有大π共轭键电子结构的化合物，发光正是产生于这些离域的冗共轭键电子的激发态，处在激发态能级上的电子与价带中的空穴通过静电作用束缚在一起，形成被上述称为激子的中性准粒子。

根据发光材料的载流？注入和传输特性的不同，可以制成从单层“三明治”型到多层膜等不同结构类型的薄膜电致发光器件。真空热蒸发是目前有机小分子材料成膜的最常用技术，而旋转镀膜（spin-coat）的方法可用于聚合物的成膜。

最简单的单层“三明治”型结构器件，它是在玻璃基板上分别镀膜正极、发光体层及负极得到，制作相对容易，是研究发光材料基本性能的有效方法。较为复杂的双层和三层结构器件，它们的发光驱动电压较低，发光亮度和效率一般也较单层结构器件为高，是目前常用的电致发光器件结构。

2. 有机薄膜电致发光器件材料

一个良好的薄膜电致发光器件，其电极的选择是重要的。对于注入空穴的电极应使用高功函数材料，一般都用氧化铟锡（ITO，indium tin oxide），ITO具有低电阻率（高功函数）、高可用光透过率和高红外光反射率等优良特性，并有良好的化学稳定性，是一种理想的空穴注入电极材料；而电子注入电极则应选择功函数尽可能低的金属材料，这样电子只要在低压下就很容易地注入到发光层中，常用的电极有Al、MgAg合金、Ca等。

多层结构器件与单层结构器件的区别是增加了载流子传输层（CTL），其作用是提高少数载流子的注入密度，使空穴和电子的注入趋于平衡，同时能有效地阻止载流子在电场作用下直接穿过发光层流入电极，因此CTL的加入一方面可以降低驱动电压，另一方面可以提高电子和空穴在发光层中的复合几率，从而提高发光亮度和效率。在选择CTL时，除了考虑导电类型外，还应注意电导率和CTL与发光材料层（EML）的能带匹配问题，大的电导率预示着有能力向EML中注入高密度的载流子；能带匹配是指CTL的带隙应该比EML的带隙宽，并且EML的带隙位置位于CTL的带隙内，以使EML中的载流子形成“阱”。这样，电子和空穴可以较容易地从CTL注入到EML中，以增加EML中的电子和空穴密度。在多层结构的薄膜电致发光器件中，靠近阳极ITO层的为空穴输送层（HTL），HTL层材料一般为三芳基胺类衍生物及多苯环的芳基胺类衍生物；而靠近阴极金属电极层的为电子输送层（ETL），ETL材料比HTL材料丰富得多，而且许多ETL材料本身就是良好的发光体材料，有金属螯合物、北四甲酸酐类衍生物、噻喃砜类衍生物等等。

薄膜电致发光器件的中心层为发光材料层，它是决定电致发光性能的最重要材料。在器件中，它可以单独成膜，或用共蒸镀法把它分散在CTL中。一个良好的发光层材料必须同时具备以下条件：（1）在固态下具有高量子效率的荧光特性，并且荧光光谱分布主要在400~700纳米的可见光区域内；（2）具有良好的半导体特性，即有良好的电导特性，或能传导电子，或能传导空穴，或既能传导电子又能传导空穴；（3）具有良好的成膜性能，对小分子化合物来说，要有通常在200~400℃左右的合适熔点，对高分子聚合物来说，要容易涂布，使形成的几百甚至几十纳米的薄层均匀、致密、无针孔，且不易重结晶；（4）在薄膜状态下有良好的化学及物理稳定性，不会与CTL材料形成电荷转移络合物或聚集激发态。

3. 有机薄膜电致发光器件的现状和前景

有机薄膜电致发光领域发展至今，从科学研究的角度上看，已经取得了长足的进展。不同材料的器件所产生的蓝光和红光的最高亮度已达到10，000 cd/ m²，在可实用化的100 cd/ m²的亮度下，器件的操作寿命已经超过了5，000小时，电致发光的响应时间只需20 ns。但作为基原色，它们的色光还需要进一步“纯化发白光的器件越来越被市场重视，一般白光的产生来自于多种材料的混合物，据报道，已有在16 V的驱动电压下，得到超过2000 cd/ m²的发光亮度，但白光的操作寿命还有待于提高。但工业界对研究者提出的三原色、在较低的驱动电压、超过100 cd/ m²的亮度且发光效率超过31 m/W下，操作寿命达到10，000小时的要求似乎已经指日可待。

有机电致发光器件的应用前景是非常诱人的。发白光的器件可以用来做成像纸一样薄，并且可以任意弯曲的光源片，也可以作为显示器、仪器仪表盘的光源，甚至在解决了发光效率的问题后，可以作为普通的照明光源。在更高的层次上，大面积、全彩色、高解像度的平面显示器也将呼之欲出。我们相信，有机薄膜电致发光一定会成为一种令世人瞩目的显示技术，可以说它是真正的前途“光明”。