第5章 功能染料(2)

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1、第五章第五章 功能性染料功能性染料 5.4 电致发光功能材料电致发光功能材料 5.5 信息存储功能材料信息存储功能材料5.6太阳能电池敏化染料太阳能电池敏化染料 5.7生物医用生物医用功能染料化学发光化学发光功能染料功能染料 电致发光（电致发光（Electroluminescence，EL）是某些物）是某些物质受到外界电场的作用电能转换为光能的现象。质受到外界电场的作用电能转换为光能的现象。 5.4 电致发光功能材料电致发光功能材料5.4.15.4.1主要应用主要应用 商业领域：主要应用在商业领域：主要应用在POSPOS机和机和ATMATM机、复印机、机、复印机、自动售货机、游戏机、公用电话亭

2、、加油站、打自动售货机、游戏机、公用电话亭、加油站、打卡机、门禁系统、电子秤等产品和设备的显示屏。卡机、门禁系统、电子秤等产品和设备的显示屏。 消费类电子产品：主要应用有装饰用品消费类电子产品：主要应用有装饰用品(软屏软屏)与灯与灯具、各类音响设备、计算器、数码相机、数码摄像机、具、各类音响设备、计算器、数码相机、数码摄像机、便携式便携式DVD、便携式电枧机、电子钟表、掌上游戏机、便携式电枧机、电子钟表、掌上游戏机、各种家用电器各种家用电器(OLED电视电视)等产品的显示屏。等产品的显示屏。 平板显示：电视平板显示：电视 交通领域：主要应用有交通领域：主要应用有GPS、车载音响、车载电话、飞机

3、、车载音响、车载电话、飞机仪表和设备等各种指示标志性的显示屏。如微显示器，这仪表和设备等各种指示标志性的显示屏。如微显示器，这种技术最早用于战斗机飞行员，现在的穿戴式电脑也用它。种技术最早用于战斗机飞行员，现在的穿戴式电脑也用它。有了它，移动设备就不再受显示器体积大、耗电多的限制。有了它，移动设备就不再受显示器体积大、耗电多的限制。头盔安装显示器 5.4.2有机电致发光器件有机电致发光器件(OLED)发展历史发展历史有机电致发光器件有机电致发光器件: Organic Light- Emitting Devices，简称，简称OLED。（1）1960 年代，多环和稠环的有机化合物，如：萘、蒽、苯

4、并年代，多环和稠环的有机化合物，如：萘、蒽、苯并蒽、芘、苯并芘、咔唑、芴、二联苯、三联苯、蒽、芘、苯并芘、咔唑、芴、二联苯、三联苯、1,4-二苯基丁二苯基丁二烯等。二烯等。 （2）1987年美国柯达公司的年美国柯达公司的C. W. Tang（邓青云博士）及其合（邓青云博士）及其合作者首次将空穴传输材料联苯二胺作为空穴传输层作者首次将空穴传输材料联苯二胺作为空穴传输层(HTL)、把、把具有电子传输能力的具有电子传输能力的8-羟基喹啉铝作为电子传输层羟基喹啉铝作为电子传输层(ETL)和发和发光层，制成了薄膜双层结构有机电致发光器件。光层，制成了薄膜双层结构有机电致发光器件。 （3）1990年，剑桥

5、大学采用旋涂法制作出年，剑桥大学采用旋涂法制作出PPV衍生物高分子发衍生物高分子发光二极管（光二极管（PLED），其量子效率为），其量子效率为0.05%。OLED显示器可能在显示器可能在2015年后取代年后取代LCD的主导地位，成为市场主的主导地位，成为市场主流显示器。流显示器。 5.4.3有机电致发光特点（1）视野角度宽、轻薄、便于携带。）视野角度宽、轻薄、便于携带。（2）它亮度、对比度高、色彩丰富、响应速度快。）它亮度、对比度高、色彩丰富、响应速度快。（3）薄型、平面、产品可实现软屏。）薄型、平面、产品可实现软屏。（4）工作温度范围宽、低压驱动、工艺简单、成本低等优点。）工作温度范围宽、低

6、压驱动、工艺简单、成本低等优点。（5）有机合成方法获得，与无机材料相比较，不仅不耗费自）有机合成方法获得，与无机材料相比较，不仅不耗费自然资源，而且还可以通过合成新的更好性能的有机材料。然资源，而且还可以通过合成新的更好性能的有机材料。 5.4.45.4.4有机电致发光的机理有机电致发光的机理 有机材料的电致发光属于注入式的复合发光。有机材料的电致发光属于注入式的复合发光。 一般认为，聚合物和小分子电致发光的机理是：在外一般认为，聚合物和小分子电致发光的机理是：在外界电压的驱动下，由电极注入的电子和空穴在有机物中复合，界电压的驱动下，由电极注入的电子和空穴在有机物中复合，释放出能量，传递给有机

7、发光物质的分子，使其从基态跃迁释放出能量，传递给有机发光物质的分子，使其从基态跃迁到激发态，当受激分子从激发态回到基态时，由辐射跃迁而到激发态，当受激分子从激发态回到基态时，由辐射跃迁而产生发光现象。产生发光现象。发光过程的能级简图1所示：5.4.5有机电致发光过程的有机电致发光过程的5个阶段个阶段。1) 载流子的注入：在外加电场作用下，电子和空穴分别从阴极和载流子的注入：在外加电场作用下，电子和空穴分别从阴极和阳极注入到夹在电极之间的有功能薄膜层机。阳极注入到夹在电极之间的有功能薄膜层机。2) 载流子的迁移：注入的电子和空穴分别从电子传输层和空穴传载流子的迁移：注入的电子和空穴分别从电子传输

8、层和空穴传输层向发光层迁移。输层向发光层迁移。3) 载流子的复合：电子和空穴结合产生激子。载流子的复合：电子和空穴结合产生激子。4) 激子的迁移：激子在电场作用下迁移，将能量传递给发光分子，激子的迁移：激子在电场作用下迁移，将能量传递给发光分子，并激发电子从基态跃迁到激发态。并激发电子从基态跃迁到激发态。5) 电致发光：激发态能量通过辐射失活，产生光子，释放电致发光：激发态能量通过辐射失活，产生光子，释放 能量能量。5.4.6有机电致发光器件结构 *5.4.75.4.7电致发光器件材料种类电致发光器件材料种类 （1）电子和空穴注入材料）电子和空穴注入材料 理想阴极是以低功函数金属作为注入层，以

9、具有较高功函数理想阴极是以低功函数金属作为注入层，以具有较高功函数的稳定金属（的稳定金属（Mg/Ag，Li/Al）作为钝化层。）作为钝化层。 阳极是由透明或半透明导体制成的。目前多采用氧化铟锡阳极是由透明或半透明导体制成的。目前多采用氧化铟锡(ITO)(ITO：含：含9 10 氧化锡的氧化铟氧化锡的氧化铟)的薄膜做导电的薄膜做导电阳极。阳极。（2 2） 电子传输材料电子传输材料主要特性为，分子结构表现为缺电子体系：主要特性为，分子结构表现为缺电子体系：(1具有高的电子具有高的电子亲和势和电子流动性，用以有效的电子注入和传输；亲和势和电子流动性，用以有效的电子注入和传输；(2)有大有大的激子能量

10、，为的是阻止激子的能量转变到的激子能量，为的是阻止激子的能量转变到ETL，这一转变是，这一转变是在发射层在发射层 (EML)中由电荷复合产生的。电子传输材料大多为中由电荷复合产生的。电子传输材料大多为金属络合物金属络合物(如如Alq3和和BeBq2)、1, 3, 4-嗯二唑嗯二唑(如如PBD) 和和1, 2, 4-三唑三唑(如如TAZ) 等。等。（3）空穴传输材料分子结构表现为富电子体系，具有强的电子给予能力分子结构表现为富电子体系，具有强的电子给予能力和与空穴注入材料相匹配的导电能级。（和与空穴注入材料相匹配的导电能级。（1）高的空穴）高的空穴迁移率（迁移率（2）较小电离能（）较小电离能（3

11、）小的电子亲和势。（）小的电子亲和势。（4）激发能高于发光层的激发能量（激发能高于发光层的激发能量（5）不能与发光层形成）不能与发光层形成激基复合物（激基复合物（6）好的成膜性能和高的玻璃化温度）好的成膜性能和高的玻璃化温度Tg，热稳定性好。热稳定性好。对于电子传输能力强的发光材料器件的制备需引入对于电子传输能力强的发光材料器件的制备需引入空穴传输层空穴传输层(HTL)。作为。作为HTL材料须具备热稳定性、材料须具备热稳定性、光稳定性、较好的成膜能力和较低的电离势。芳香光稳定性、较好的成膜能力和较低的电离势。芳香三胺类化合物具有较好的空穴传输能力和成膜能力。三胺类化合物具有较好的空穴传输能力和