什么是有机发光材料

高分子有机发光材料，也称为高分子发光二极管(PLED)，最初由英国剑桥大学的杰里米·伯勒德及其同事发现。这些聚合物通常由小有机分子链状结合而成，并通过旋涂法形成高分子有机发光二极管。

旋涂法的工作原理是在高速旋转的圆盘上滴上液体，离心力使液体分布成薄膜。液体凝固后形成晶体管等组件，膜体厚度可通过调节液体粘度和旋转时间来控制。旋涂法比热蒸镀法更经济，并且PLED在低压工作环境下具有效率优势，因为聚合物层具有良好的导电性。

最初，PLED由一种称为次苯基二价乙烯基（PPV）的单层活性聚合物构成，夹在氧化铟锡和钙之间。铟锡氧化物作为载流子注入层，钙作为电子传递层。现在，PLED增加了一层聚合物载流子注入层。PPV聚合物发出黄光，具有高效率和长寿命的特点，适用于计算机显示器，寿命可长达10000小时，相当于正常使用10年。其他聚合物和复合聚合物也在研发中，例如陶氏化学公司开发了一种聚氟高分子。全彩色PLED也在研发中，主要是通过改变复合聚合物片段长度来实现显示功能。不过，与PPV相比，全彩色有机聚合物的寿命较短，蓝光聚合物表现也不理想。

尽管荧光OLED和PLED的能耗较低，但仍有改进空间。电子自旋是第一代产品的最大限制因素，决定着粒子对电磁场的反应。电子与空穴结合产生激子，但只有四分之一的激子以光形式释放能量，其余以热形式释放。美国普林斯顿大学的弗莱斯特和南加州大学的汤普森领导的研究小组克服了这个难题，他们开发的OLED含有重金属如铂和铱，理论上可以实现100%的激子以光形式释放能量。为了与荧光OLED区分，这种OLED被称为磷光OLED。除了蓝光OLED外，低分子OLED的寿命未受到影响，但蓝色磷光OLED尚未发现，目前许多实验室正在研究解决这个问题。

第二个挑战是低分子OLED是否可以用经济的旋涂法生产各种颜色的有机发光材料。磷光OLED在这方面取得了重大进展。英国牛津大学的安德鲁和奥普西斯合成了树丛状分子(dendrimers)，有助于实现这一目标。树丛状分子具有内部连接的高分子聚合键，可以从中心向外形成球形结构。这些分子上的球形突起物可以执行特殊化学功能，例如带电的键端可以作为高分子电解质。通过合成过程，可以控制树丛状分子外部尺寸和内部结构，创造不同性质的内腔和信道，为OLED应用提供新途径。

树丛状分子在OLED中的应用可以将磷光OLED作为核心，形成大分子球，以适当元素为分支，这样OLED分子就能溶解，并可以使用类似PLED的制备方法，通过旋转涂布和烘干进行制备。树丛状分子具有非常好的发光效率，目前可达每安培50堪德拉和每瓦40流明。

此外，尽管生产工艺不同，有机发光材料仍需获得与阴极射线管和液晶显示屏相同的画面质量，以在市场上具有竞争力。为了获得完美画质，每英寸点数不应小于100。目前，阴极射线管和液晶显示屏已通过光刻技术达到或超过这一要求。OLED目前主要使用荫罩技术进行多彩成膜的制备，与高分辨率显示要求仍有差距，需要突破。喷墨技术为PLED发光色层精确定位提供了一个新解决方案。关键挑战在于精确定位、控制喷出液滴的大小以及一致性。