基于蒽衍生物的藍(lán)色發(fā)光材料性能、模擬及OLED器件研究

柳佳欣，衣秀羽，陳慕欣

(煙臺(tái)九目化學(xué)股份有限公司，山東 煙臺(tái) 264006)

蒽衍生物的穩(wěn)定性和熒光量子效率、成膜性等優(yōu)勢(shì)，可以在有機(jī)電致發(fā)光器件的商業(yè)化生產(chǎn)中合理運(yùn)用，最大化發(fā)揮蒽衍生物的價(jià)值。二十一世紀(jì)是一個(gè)信息化、商業(yè)化時(shí)代，信息的平均增長(zhǎng)速度已經(jīng)超過(guò)以前人們的想象，大量信息通過(guò)信息高速通道傳輸給人們，在這個(gè)過(guò)程中需要一個(gè)接收終端來(lái)接收信息，也就是的圖像顯示器件。目前發(fā)展中有CRT、LCD、OLED等等。

1 研究背景

在20世紀(jì)顯示器件中具有統(tǒng)治地位的CRT運(yùn)用范圍比較廣，撥入監(jiān)視器和電視機(jī)等等，CRT具有廣視角、色彩豐富和響應(yīng)速度快等優(yōu)勢(shì)，但是占地面積廣，同時(shí)輻射強(qiáng)，對(duì)能量的要求比較高。這些特征同樣限制了CRT的發(fā)展。上個(gè)世紀(jì)八十年代開(kāi)始LCD得到廣泛運(yùn)用，目前這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)被人們所熟知運(yùn)用。LCD在生活中的運(yùn)用有很多優(yōu)勢(shì)，比如是體積小能耗低等等，無(wú)輻射且對(duì)人體健康沒(méi)有危害，不會(huì)出現(xiàn)抗干擾等現(xiàn)象的存在，但是LCD也存在抗震能力差、響應(yīng)速度慢等情況，同時(shí)還要背光源，這些決定了LCD始終要被淘汰。OLED技術(shù)是一種新興的顯示技術(shù)，具有很多優(yōu)勢(shì)，比如工作電壓要求低。3V就可以啟動(dòng)，能耗小，可彎曲、視角范圍接近的一百八十度、響應(yīng)速度快、可以實(shí)現(xiàn)全色顯示。甚至可以獲得可見(jiàn)區(qū)域內(nèi)的任何一種顏色的高亮度發(fā)光，可以超薄、具備很強(qiáng)的抗震性能等等[1]。和CRT、LCD相比，OLED具備非常全面的優(yōu)勢(shì)，被產(chǎn)業(yè)界公認(rèn)為顯示技術(shù)中的黑馬，預(yù)計(jì)將會(huì)被廣泛運(yùn)用在手機(jī)、電腦等各種領(lǐng)域內(nèi)，尤其是軍事領(lǐng)域，在信息化時(shí)代內(nèi)，這種技術(shù)將會(huì)稱為衡量國(guó)家科技水平的重要力量之一，受到社會(huì)的廣泛關(guān)注。

2 有機(jī)電致發(fā)光器件

有機(jī)電致發(fā)光器件是在電場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)下通過(guò)載流子注入、復(fù)合等，有機(jī)材料發(fā)光。在市場(chǎng)上有量的有機(jī)發(fā)光材料，既可以是小分子有機(jī)物也可以是高分子有機(jī)物，也可以是藍(lán)光、黃光材料。在當(dāng)前OLED產(chǎn)業(yè)仍舊處于發(fā)展階段，前景十分廣闊。由于有非常誘人的前景國(guó)內(nèi)外許多公司開(kāi)始投入大量研究，投入大量人力物力和財(cái)力。我國(guó)TCL和京東方、創(chuàng)維等公司也開(kāi)始注重研發(fā)生產(chǎn)出不同形式的OLED面板。預(yù)計(jì)在未來(lái)這種面板有非常大的潛力、競(jìng)爭(zhēng)力。

2.1 OLED的發(fā)展

人們對(duì)有機(jī)發(fā)光材料的研究，在20世紀(jì)30年代開(kāi)始，但是研究出來(lái)的有機(jī)發(fā)光材料的一直屬于高電壓和低效率的狀態(tài)下。1987年，美國(guó)柯達(dá)公司開(kāi)始取得突破性的進(jìn)展，使用Alq3作為發(fā)光層、依次設(shè)計(jì)傳輸層、雙層器件等等，最后研究出的產(chǎn)品發(fā)光效率達(dá)到1.5lm/W，這個(gè)結(jié)果的取得是極大的突破，人們看到了有機(jī)電致發(fā)光器件運(yùn)用在顯示器中的希望，這種方式成為了研究中的重點(diǎn)。1988年日本學(xué)生提出多層夾心式結(jié)構(gòu)改變器件的性能，擴(kuò)大了發(fā)光材料的研究；1990年劍橋大學(xué)的人首次提出高分子電致發(fā)光的現(xiàn)象。

2.2 研究現(xiàn)狀

在目前有機(jī)電致發(fā)光的運(yùn)用有很大的市場(chǎng)，引起世界范圍內(nèi)的關(guān)注。部分專業(yè)人員致力于器件的優(yōu)化，比如改造器件的結(jié)構(gòu)，或者是使用柔性透明材料作為襯底?；蛘呤莾?yōu)化制備的工藝。但是很多人更重視研究新型材料，致力于設(shè)計(jì)研究出新型的有機(jī)材料，保證發(fā)光、穩(wěn)定性的同時(shí)還保證合成簡(jiǎn)單且成本低廉。在現(xiàn)代化進(jìn)程中人們研究出了大量有機(jī)材料，可以按照分子結(jié)構(gòu)劃分、也可以按照功能結(jié)構(gòu)劃分，還可以根據(jù)發(fā)光方式的不同來(lái)劃分。發(fā)光材料的發(fā)光效率、使用壽命直接影響了OLE的器件的性能，因此器件研究中需要主義發(fā)光效率、壽命。在對(duì)發(fā)光材料的研究中，發(fā)光材料應(yīng)該滿足以下條件：①熱穩(wěn)定性良好、電化學(xué)性能良好；②固態(tài)作用下熒光特性高；③容易成膜還不易結(jié)晶；④載流子傳輸特性良好，

3 基于蒽衍生物的藍(lán)色發(fā)光材料性能、模擬及OLED器件研究

3.1 蒽衍生物的模擬研究

在電致發(fā)光器件中，對(duì)電荷的注入、遷移、載流子等的平衡有非常嚴(yán)格的要求。因此材料的離能、重組能等非常重要，在實(shí)際的模擬中計(jì)算出材料空穴、電子注入勢(shì)壘、遷移速率等。由于臨近分子具有很少的耦合作用，選擇的模型的時(shí)候需要主義。比如選擇非相干的跳躍模型，可以簡(jiǎn)化晶格振動(dòng)的影響，將載流子的遷移過(guò)程視為分子內(nèi)的過(guò)程，從而進(jìn)行計(jì)算[2]。在計(jì)算過(guò)程中如果解離能越小說(shuō)點(diǎn)電子脫離分子使用的能量就越小，更容易產(chǎn)生空穴。實(shí)際上空穴更容易導(dǎo)致NPB注入到ADN發(fā)光層，導(dǎo)致ADNP外部的量子效率降低。施加電壓的情況會(huì)有更多的空穴，在高電壓下ADN、ADNP器件效率更相近?？昭ê碗娮釉诓牧现械拇倌芰εc分析的構(gòu)型有很大的關(guān)系。在模擬重組的研究中，除了空穴、電子單一載流子傳輸能力的研究之外，空穴和電子的平衡研究更為重要。如果傳輸效率過(guò)大很容易發(fā)生發(fā)光位置集中在發(fā)光層、傳輸層截面傻瓜，材料效率會(huì)下降。使用合理的遷移能力，激子不容易猝滅，就可以在發(fā)光層中復(fù)合，發(fā)光效率也會(huì)更高。

3.2 有機(jī)電致發(fā)光器件光性能的研究

OLED器件制作使用PAH材料作為發(fā)光層，其中蒽衍生物作為發(fā)光主體部分通過(guò)相關(guān)的計(jì)算得出，利用量子化學(xué)軟件對(duì)不同的材料進(jìn)行優(yōu)化模擬計(jì)算，得出最終的模擬值。再使用密度泛函理論模擬紫外線光譜圖，得出結(jié)算結(jié)構(gòu)和實(shí)驗(yàn)相吻合，選擇非相干的跳躍模型計(jì)算蒽衍生物的在充足性能，與器件測(cè)試結(jié)構(gòu)一致[3]。因此得出主體發(fā)光材料等級(jí)再載流子注入、復(fù)合、激子擴(kuò)散方面發(fā)揮了重要的作用。

3.3 發(fā)展展望

有機(jī)電致發(fā)光器件在現(xiàn)代化的運(yùn)用中，響應(yīng)速度非常快速，而且視角寬、成本低，導(dǎo)致該技術(shù)在平板顯示、照明技術(shù)方面有非常廣闊的前景。在現(xiàn)階段出現(xiàn)了越來(lái)越多的OLEDs手機(jī)、電視等等，在長(zhǎng)時(shí)間的發(fā)展中，該技術(shù)將會(huì)占領(lǐng)市場(chǎng)，成為信息化技術(shù)中另外一個(gè)重要力量。OLEDs柔性技術(shù)在未來(lái)的運(yùn)用前景十分良好，比如研究出可以卷紙一樣的手機(jī)，更好放置，顯示器可以折疊或者是收藏等等，更加方便攜帶。雖然在當(dāng)前有機(jī)電致發(fā)光器件已經(jīng)開(kāi)始進(jìn)行商業(yè)化生產(chǎn)，但是要想獲得更高的效率，提高器件的使用壽命、色度、效率等，還需要進(jìn)行深入的研究。在研究中，應(yīng)該將重點(diǎn)放在新型功能材料的合成、器件穩(wěn)定性、效率提高方面的研究上。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著時(shí)代的發(fā)展，有機(jī)電致發(fā)光器件的研究越來(lái)越被人們所重視，在人們的視野中發(fā)揮了更多的作用。在這個(gè)領(lǐng)域內(nèi)，將會(huì)延伸出不同的產(chǎn)業(yè)、材料、技術(shù)，同樣也需要大量的研究人才、專業(yè)人員。