有机电致发光领域中的液晶材料
综述了液晶材料在有机电致发光领域中应用的研究进展.主要围绕通过引进液晶基元提高有机载流子传输材料的迁移率和将液晶性同发光性相结合,制备直接发射偏振光的有机电致发光器件两方面内容进行评述.
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1 引 言 光学
1987年Tang和Vanslyke等首次用8-羟基喹啉铝(Alq3)的无定型薄膜实现了高亮度,高效率,低驱动电压的有机电致发光器件(OLED),开创了薄膜有机电致发光材料与器件研究的先河.1990年Friend等人首次用聚苯撑乙烯(PPV)作发光层制成了聚合物电致发光器件(PLED);1991年Heeger等人进一步证实了这个结果.此后,有机电致发光的研究在世界范围内迅速成为科学研究的热点.经过大约十几年的努力,有机电致发光材料与器件已经开始走出实验室并进入市场. 光学
近年来,研究人员逐渐将一些具有特殊功能的基团引入到有机电致发光材料中,从而优化有机电致发光器件的性能,并给它带来某些崭新的特性.液晶材料因同时具有液体的流动性和晶体的有序性而赢得越来越多有机电致发光研究人员的青睐.一方面,将液晶基元引入到载流子传输材料中,会使材料的载流子迁移率呈数量级地提高;另一方面,将液晶性同发光性相结合所制作的器件能够直接发射偏振光.本文主要围绕这两方面,综述了近年来液晶材料在有机电致发光领域中应用的研究进展. www.cnopt.com
2 液晶载流子传输材料 中国光学在线
随着有机电致发光材料研究的不断深入,研究人员越发清楚地认识到,高效载流子传输材料的研制对提高有机电致发光器件的性能至关重要.尤其高电子迁移率传输材料的研制被认为是进一步提高器件性能的关键技术之一,因为同快速发展的空穴传输材料相比,电子传输材料的研制相对滞后. cnopt
最初的有机载流子传输材料,是在聚合物中分子水平上掺杂具有载流子传输功能的分子,目前这一技术已被广泛应用于静电复印和激光打印等技术当中.然而这些材料的载流子迁移率通常约为10-6cm2/V·s,比有序排列的聚合物单晶大约低6个数量级.除此之外,由于有机材料的载流子传输主要依靠分子间跳跃,而在掺杂聚合物中,载流子传输分子随机分布于聚合物基质中,由于基质中每个载流子传输分子的微观环境不同,导致跳跃点在空间和能量上的分布也不同,因此这些材料的载流子传输率还受到诸如电场,温度等影响.基于无序分布的模型,通过对不同类型的分子掺杂聚合物的研究,Bor-senberger等人提出载流子传输分子的偶极相互作用,即通过在分子授-受体之间的电荷转移实现空穴或电子的传输,在载流子传输过程中起主导作用.通过减少分子授-受体相互作用的距离,可以提高载流子迁移率.在这种认识的指导下,他们报道了一个掺杂了TAPC分子(图la)的聚合物,它的载流子迁移率达到3×10-3cm2/V·s.
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近年来,液晶材料在载流子传输方面的应用得到广泛的重视.因为相对跳跃点在掺杂聚合物中的无序分布,液晶分子的自组装特性使跳跃点能够有序地排列,因而有利于载流子的传输.80年代,Okamoto等人对向列相液晶在载流子传输方面的光电流行为进行了研究.最近,Naito等人进一步深化了这方面的研究,他们认为根据Walden规则,离子传导在液晶载流子传输中起主导作用,并认为影响载流子迁移率的主要因素是离子掺杂和光生离子.
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由于盘状液晶比棒状液晶排列有序,因此最初的研究主要集中在盘状液晶.Boden等人用电导法对纯的和掺杂了l%路易斯酸AlCl3的盘状液晶HAT6(图1b)分别进行了研究,结果表明纯的HAT6是绝缘的,当掺杂了1%路易斯酸AlCl3后,液晶由绝缘体转变为P型半导体,液晶电子迁移率提高了4～5个数量级.1994年,Adam等人报道了一种盘形分子的六方柱状液晶相(图2),通过飞行时间法(TOF)测定它在向列相的载流子迁移率达到10-3cm2/V·s,在更加有序的螺旋柱相(H)迁移率高达10-1cm2/V·s.这是目前报道的具有最高载流子迁移率的液晶材料,这个工作极大地促进了液晶性载流子传输材料的研究. cnopt
由于棒状液晶的不同中间相分子的排列有序程度是不同的,近晶相分子比向列相分子排列得更加有序,更有利于分子间相互作用.因此,理论上近晶相比向列相的载流子传输作用更加有效.所以,最近棒状液晶受到研究人员的关注.1997年,Funahashi和Hanna等人发现7O-PBT-S12分子(图1c)在近晶A相(SmA)空穴迁移率达到5×10-3cm2/V·s,而在它的各向同性相中,载流子的迁移率为10-5cm2/V·s,比近晶A相至少低2个数量级.这个分子的载流子迁移率随温度变化曲线如图3所示,在高温时材料是各向同性态,当温度降到约为100℃时,材料由各向同性态转变为有序的SmA,载流子迁移率也随之增加近3个数量级.之后1998年,Tokuhisa等人发现,HOBP-OXD分子(图1d)在SmA的载流子迁移率大约为10-4cm2/V·s,而在高度有序的近晶X相(Sinx)载流子的传输率达到10-3cm2/V·s(图4),对于一般的有机电子传输材料来说,这已经是一个相当高的电子迁移率.Adarn,Funahashi和Tokuhisa等人的研究充分表明:载流子传输分子由无序排列转变为有序排列之后,可以大幅度提高传输材料的载流子迁移率. www.cnopt.com

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