应用于OLED的铱类有机电致磷光材料

何沛林 晏彩先 李 杰

（1．云南师范大学 化学化工学院，云南 昆明 650500；2．昆明贵金属研究所 稀贵金属综合利用新技术国家重点实验室，云南 昆明 650106）

1 引言

第一代显示器， 最先面世的是显像管显示器——CRT（Cathode Ray Tube，阴极射线管）。 虽然显像管显像能力较高，但随着屏幕的扩大，器件制作朝着宽厚方向发展，体积变大、重量变重。CRT 存在驱动电压高、耗电、射线污染等问题，发展前途有限。

第二代显示器， 即为身边熟知的平板显示器——LCD（Liquid Crystal Display，液晶显示器）。 广泛用于电脑、笔记本等显示屏中，显像时需背光协助，属被动发光，对比度下降，亮度不高，有视角依存性。 而且器件存在响应速度慢、不能适应高速运动画面、不耐温与耐振动、制作工艺复杂、成本高等问题。目前来看，LCD 的市场地位将持续一段时间。

有望克服LCD 缺陷取代液晶技术的， 就是第三代显示器——OLED （Organic Light-Emitting Diode， 有机电致发光器件）。 有机电致发光将会成为第三代最具竞争优势的平板显示技术。 这种器件厚度薄，重量轻，色彩丰富，亮度、分辨率高，驱动电压低，响应速度快，不存在视角依存性，制造成本比LCD 低，耐温与耐振动，具有实现大面积平板显示、屏幕柔性弯曲等优良性能[1]。

2 有机电致发光器件结构

最基本的有机电致发光器件结构为1987年Tang 等[2]提出的夹层式样。 OLED 以玻璃为基板，以薄而透明的ITO 为阳极，以Ag、Al 等活泼金属为阴极，以薄层有机材料为发光层。在驱动电压作用下，阳极注入空穴，阴极注入电子，空穴与电子在发光层中相遇复合，致使有机分子受到激发，从稳定基态转为高能激发态，进而返回基态释放能量，便产生了发光现象。

3 有机电致发光材料

发光材料是OLED 的核心关键材料，因其结构、组成不同，器件可产生红、绿、蓝三原色，构成基本色彩。 电致发光不同于光致发光，激子并不是由自身电子跃迁产生的，而是电子、空穴分别由器件的阴极和阳极非成对注入后， 于发光材料上复合产生的。 随机产生的激子既可以是单重态，也可以是三重态。 依据自旋量子统计理论，单重态激子与三重态激子生成概率之比为1：3，即单重态激子占25%，三重态激子占75%。

3.1 有机电致荧光材料

荧光材料由于存在自旋禁阻效应，三重态激子返回基态受到限制，因而以非辐射衰减为主，对发光贡献很小，仅有单重态激子辐射发光。 所以，依靠单重态激子辐射发光的荧光材料，其器件内量子效率最大也仅为25%。

3.2 以重金属为内核的有机电致磷光材料

磷光材料常以第Ⅷ族重金属作为配合物的中心原子，对具有d6 电子结构的Ru（钌，Ⅱ）、Rh（铑，Ⅲ）、Ir（铱，Ⅲ）、Os（锇，Ⅱ）和d8 电子结构的Pt（铂，Ⅱ）、Pd（钯，Ⅱ）、Au（金，Ⅲ）研究最多[3]。研究表明，重金属可产生强烈的自旋轨道耦合效应，使原来禁阻的三重态跃迁变为允许， 致使发生三重态向单重基态的电子跃迁，从而实现单重态和三重态混合发光。 因此，器件内量子效率理论上可达100%，发光效率明显高于荧光材料器件，成为有机电致发光领域的研究热点[4]。

3.3 以铱为内核的有机电致磷光材料

有机小分子铱（III）类配合物，因其易合成，易提纯，结构修饰性强，光、热稳定性好，便于真空蒸镀等优点成为电致磷光材料中研究最多、应用前景最好的发光材料[5]。

铱类配合物较短的三重态寿命使得高电流密度下不易产生猝灭而拥有较高的磷光发射效率， 并且正八面体结构不会像其它金属配合物的平面结构易形成分子间堆叠， 影响光物理性质。 改变配体种类或对配体结构进行修饰，还可调节其发射波长与发光效率，从而实现红、绿、蓝三基色的全色显示。

4 铱类磷光材料现状

实际应用于OLED 的小分子铱类磷光材料，其核心技术和专利为美国UDC 公司拥有， 导致国内需求的产品依赖进口，价格昂贵，处于受制于人的局面，制约着我国OLED 产业的发展。

我国一些高校、科研院所和企业研发了一些具有自主知识产权的发光性能更优的铱类磷光分子材料。 但存在的问题是合成批量停留在克级甚至是毫克级水平，不适合批量化生产，材料研发和生产严重脱节，材料评估和产业化有着明显的差距，导致我国生产的铱类磷光分子材料仅能满足基础研究使用， 尚不能满足OLED 企业的产业化应用。

因此， 研制具有自主知识产权的高效新型铱类磷光材料，发展低成本、节能环保的批量制备技术，在国内建立示范性生产线具有重要的战略意义和商业价值， 对于提高我国在有机信息功能材料领域的整体水平和发展我国的有机信息产业有重要作用[6]。

5 结语

铱类有机电致磷光材料作为OLED 显示技术的核心材料，因具有比荧光材料更高的发光效率而被广泛应用于有机电致发光器件中。 研制高效的新型铱类磷光材料，增强学术领域与企业间的合作，将是OLED 产业的未来发展方向。

[1][日]城户淳二.有机电致发光——从材料到器件[M].北京：北京大学出版社，2012：29-30.

[2] C.W.Tang，S.A.Van Slyke.Organic electroluminescent diodes[J].Appl.Phys.Lett.，1987，51:913.

[3]Akira Tsuboyama;Hironobu Iwawaki;Manabu Furugori;et al.Homoleptic Cyclometalated Iridium with Highly Efficient Red Phosphorescence and Application to Organic Light-Emitting Diode[J].J.AM.Chem.Soc.，2003，125:12971-12979.

[4]王晓亮，孙岳明，蒋伟，等.有机小分子电致磷光材料研究进展[J].材料导报，2007，21:26-30.

[5]Holmes，R.J.；D’Andrade，B.W.；Forrest，S.R.；et al.Efficient，deep-bluorganic electrophosphorescence by guest charge trapping[J].Appl.Phys.Lett.，2003，83:3818-3820.

[6]黄春辉，李富友，黄维.有机电致发光材料与器件导论[M].上海：复旦大学出版社，2005：9-11.