所用有机材料的分子结构式和器件的结构示意图
在有机电致发光器件(organiclight-emitting diodes,OLEDs)中,聚合物电致磷光器件由于其独特的性质而引起学术界和产业界的广泛关注,聚合物器件的功能层由于同时可以具有电荷注入、电荷传输和发光等作用,因而可简化OLEDs器件的结构,而磷光材料在发光过程中可以利用单线态和三线态的激子,理论上内量子效率可达到100%,因此这类材料的应用被认为是提高效率的有效手段之一。尽管小分子电致磷光器件的性能已经达到了实际应用的水平,但其采用真空热蒸镀的制作工艺,对材料的熔点和热稳定性都有较高的要求。相比对于聚合物磷光体系,几乎所有的磷光材料都可以作为客体使用,同时湿法制备过程适合于大面积显示,可以采用旋涂方法或喷墨打印技术,大幅度地降低了器件的生产成本,被认为是未来OLEDs技术产业化的主要途径之一。
现阶段对聚合物电致磷光器件的研究主要集中在开发效率高、物理性能稳定的磷光掺杂剂以及超宽带系的聚合物基质材料、高效载流子阻挡材料和改进器件结构等方面,但理论探索与实验方面的飞速发展相比,对聚合物电致磷光器件发光过程(包括能量传递、载流子复合发光机理、激子的湮灭等)的基本探讨尚有欠缺。
目前常用的聚合物主体材料主要有poly(N-vinylcarbazole)(PVK))及其衍生物、聚芴(PF)及其衍生物、聚苯及其衍生物等,常用的磷光掺杂剂主要有Ir,Pt,Os,Eu,Re,Au等的金属配合物。其中,铱的配合物具有相对较短的三线态寿命和较高的发光效率,是近几年来研究及应用最多的磷光材料之一。由于铱配合物具有较高的极性,在聚合物主体材料中,PVK的咔唑单元有着很高的极性,属高极性聚合物,因此铱的配合物分子与PVK分子的化学具有较好的相溶性。另一方面,PVK具有很高的玻璃化转变温度(176℃)、较好的成膜性和较宽的带系能量(3.6eV),是一种性能优良的电致磷光主体材料。
电子科技大学光电信息学院唐晓庆等人通过对一种新型贵金属铱的配合物磷光材料(pbi)2Ir(acac)与咔唑共聚物进行物理掺杂,制备了结构为indiumtinoxide(ITO)/poly(N-vinylcarbazole)(PVK):(pbi)2Ir(acac)(x)/2,9-dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline(BCP)(20nm)/8-Hydroxyquinoline aluminum(Alq3)(10 nm)/Mg:Ag的聚合物电致磷光器件,研究了磷光聚合物掺杂体系在低掺杂浓度时(0.1%和0.5%(质量百分数,全文同)的光致发光(PL)和电致发光(EL)特性.结果表明,该掺杂体系的PL光谱和EL光谱中均同时存在主体材料PVK与磷光客体(pbi)2Ir(acac)的发光光谱,但主客体的发射强度不同,推测该掺杂体系在电致发光条件下,同时存在主体材料到客体的不完全的能量传递和载流子直接俘获过程.磷光掺杂浓度为0.1%的器件在19V电压下实现了白光发射,色坐标为(0.32,0.38),掺杂浓度为0.5%的器件在20.6 V电压下的最大发光亮度为11827 cd.m^-2,而在13.4 V电压下的最大流明效率为4.13 cd.A^-1.