发光是激发分子发出的光。最常见的形式之一是光致发光，其中激发是通过分子对光的吸收来实现的。而在电致发光中，电能转化为光。由此产生的器件通常被称为"有机发光二极管"（OLED）。

然而，20世纪80年代末，开发出多层电池结构后，许多人开始了密集的研究活动，他们证明了薄膜有机层中的三羟基喹啉酸铝（Alq3）可发出明亮的绿色光。在他们的装置中，10V以下的亮度超过1000cd/m2，量子效率为1%光子/电子（即每注入100个电子输出一个光子）。

另一项突破出现在1990年，有人报告了一种EL器件，该器件在金属电极之间使用了单层π共轭聚合物聚（苯乙烯-乙烯）PPV。有机发光二极管的工作机制是所谓的注入式，其中电子和空穴等载流子被注入有机发光层，并在那里重新结合。

薄膜OLED通常由覆盖在ITO玻璃上的多个或金属层组成。这些层可以通过各种方法沉积，如等离子沉积、热蒸发、朗缪尔-布洛吉特沉积或从溶液中旋铸。所有层都应具有化学稳定性，尤其是在设备运行条件下，并能抗氧化或光氧化。

此外，在设计器件结构时还应考虑各层的光学特性。为获得更高效的光输出，器件层对发射的辐射应高度透明。除阳极和阴极外，电致发光器件可能包含单层或多层结构。单层器件由夹在阳极和阴极之间的单层有机层组成。在这种情况下，有机层是器件的发射源，因此应具有相对较高的光致发光量子效率。

该发光层还必须具有良好的双极电荷传输特性，这是空穴和电子通过有机层传输所必需的。这些在外加电场的驱动下，空穴和电子进入发光层，随后会在发射极分子上重新结合，形成单态和三态激子。为了给LED提供正向偏压，阳极（通常是高功函数材料，如铟锡氧化物(ITO)）要与正电位相连。钙（Ca）、镁（Mg）或铝（Al）等低功耗金属以及镁、银等合金被用作负电极：Ag等合金作为负极（阴极）。

电子传输将通过最低未占分子轨道（LUMO）进行，该轨道类似于上图正向偏压单层器件的能级图。这些层可以通过各种方法沉积，如等离子沉积、热蒸发、朗缪尔-布洛吉特沉积或从溶液中旋铸。所有层都应具有化学稳定性，尤其是在设备运行条件下，并能抗氧化或光氧化。此外，在设计器件结构时还应考虑各层的光学特性。

为获得更高效的光输出，器件层对发射的辐射应高度透明。除阳极和阴极外，电致发光器件可能包含单层或多层结构。单层器件由夹在阳极和阴极之间的单层有机层组成。在这种情况下，有机层是器件的发射源，因此应具有相对较高的光致发光量子效率。该发光层还必须具有良好的双极电荷传输特性，这是空穴和电子通过有机层传输所必需的。

这些与半导体中的导带（Ec）相对应。空穴则通过最高占位分子轨道（HOMO）传输，相当于半导体中的价带（Ev）。电子和空穴的传输效率取决于有机层中两种电荷载流子的迁移率。为了改善电荷传输和注入，可以在有机发光二极管中添加额外的层，而不是使用单层结构。在多层器件中，各层可包括阳极、空穴传输层（HTL）、发射层（EML）、电子传输层（ETL）和阴极。

空穴传输层主要在HOMO层传输空穴，其次可能在LUMO层传输电子。因此，HTL材料应具有较高的空穴迁移率。HTL材料还应具有低电离电势，以便从阳极有效注入空穴。双极性电荷重组后，空穴传输层应有助于阻止激子从发射层迁移。因此，HTL的激子能级应高于发射层（EML），以帮助将激子限制在EML内。最后，HTL应该对电致发光电池发出的辐射透明，以减少设备内的光学损耗。

自这些发展以来，人们对使用有机染料、有机金属复合物和有机聚合物作为发光材料的有机发光二极管进行了大量研究。尽管取得了如此巨大的成就，但要从这些有机材料中获得纯净而锐利的发射却十分困难。发射光谱一般都很宽。此外，很难在不影响EL材料物理性质的情况下对发射颜色进行微调。

另一方面，镧系金属离子由于其4f电子的特性而表现出极其尖锐的发射带。由于f轨道被上覆的s和p轨道有效地屏蔽了外力的影响，因此由fn构型产生的各种状态受外场的分化程度仅为100cm-1。

因此，当电子从fn构型的一个J态跃迁到同一构型的另一个J态时，发射带和吸收带（f-f转变）都会非常尖锐。除了复合物的光谱特征外，中心金属离子的激发机制也与有机荧光化合物大不相同。在有机荧光化合物中，三重态的激发能量将通过热失活过程降解，而不会发射光子。因此，在这一过程中，使用有机荧光化合物的设备的内部量子效率可能会被限制在25%左右。与此相反，对于带有u-共轭配体（如ß-二酮）的镧系元素配合物，镧系离子通过分子内能量激发。

某些情况下，配体可能会激发出更高的能级，但这些更高的能级会发生非辐射弛豫，直到能量衰减到产生可见辐射的发射能级为止。为了改善向配位离子的能量传递，配体的三重态必须与金属离子的发射共振能级紧密匹配或略高于金属离子的发射共振能级。

上图显示了镧系酰胺螯合物的激发和能量传递机制。配体三重态的激发能可直接由载流子重组产生，也可用于激发发射中心。因此，使用镧系离子螯合物作为发射器的设备的内部量子效率不受限制，最高可达100%。

因此，在过去的十年中，有关使用镧系离子螯合物作为发光层的有机发光二极管的研究报告层出不穷。在本综述中，我们将重点讨论如何设计和选择用于OLED的镧系离子和配体结构。

当以连续直流模式（偏置Al负极）工作时，可观察到OLED发出明亮的绿色光。

如上图所示，光谱显示出Tb3+离子的特征线发光，并与Tb（acac）的光致发光光谱3相同。

我们实验室首次使用三（三氟丙酮酸甲苯酯）-Eu3+（Eu(TTA)3）复合物观察到了Eu复合物发出的红色电致发光，该复合物以分子形式分散在一种空穴传输聚硅烷中。

上图显示了这种Eu器件的亮度-电流-电压曲线。

亮度与注入电流和偏置电压成正比。12V时开始发光，18V时达到0.3cd/m2的最大强度。最近，使用三（二苯甲酰基甲烷）菲罗啉Eu3+，即Eu((DBM)3(Phen))作为发光材料，观察到了更明亮的红色电致发光。加入的第二个配体菲罗啉使Eu离子的配位数达到饱和，同时也提高了Eu的荧光强度。

利用共蒸发Eu((DBM)(Phen))与PBD、ITO/TPD/Eu(DBM)(Phen):PBD/Alg3/Mg:Ag，制造出了一种多层器件。电致发光光谱由非常尖锐的发射带组成，是Eu复合物的典型发光光谱。在16V的驱动电压下观察到的亮度为460cd/m2，发射峰值为614nm。

我们还开发了一种类似的基于可升华复合物Eu(TTA)(Phen)的OLED。这些器件采用了微腔设计，其电池结构为(SiO2/TiO2双层)/ITO/TPD/Eu复合物/Alq3/Mg：SiO/TiO2双层膜由介质四分之一波堆组成，用作微腔的输出反射器。

通过调整微腔的光路长度，发现该装置发出的空间发射图案与角度有关。因此，通过调整腔长和反射镜的反射率，可以设计出具有最佳视角的光学显示设备。

我们引用了该器件的能带图。电子从ITO阳极注入PVK的最低未占分子轨道(HOMO)态。激子在PVK形成，然后转移到Eu(TTA)(Phen)的配体位点。产生的单重激子通过系间交叉转化为三重激子，然后转移到Eu3+。

Eu3+中从D到F轨道的能量弛豫导致在614nm波长处的尖锐发射。我们合成了2-（2-吡啶基）苯并咪唑（HPBM）和1-乙基-2-（2-吡啶基）苯并咪唑（EPBM）作为Eu螯合物的第二配体，而不是上述的苯袅配体。这些配体很容易被烷基链或苯并咪唑上的其他电子奉献基团取代，从而改变螯合物的性质。

据报道，使用EPBM配体的Eu复合物的电致发光亮度高于使用HPBM的复合物。在18V电压下，Eu(DBM)3EPBM的最大亮度为180cd/m2。腙二唑衍生物是众所周知的良好的电子传输和空穴阻断材料。因此，我们合成了腙二唑官能化的ß二酮酸配体，并制备了Tb复合物。

在15V电压下，光输出为100cd/m2，外部EL效率高达1.1%。在20V电压下，光输出为550cd/m2，效率为0.6%。这些研究人员称这表明，噁二唑配体在系统的高效率中发挥了重要作用。然而，在该结构中，有两个水分子与Tb3+配位。众所周知，H-O振荡往往会淬灭荧光强度。

因此，如果用另一种配体（如菲罗啉）取代这些水分子，就能大大提高电致发光效率。我们制备了热稳定的Eu和Tb复合体：我们制备了热稳定的Eu和Tb复合材料：三（4-甲基苯甲酸Tb），Tb(MeBB)、三（4-甲氧基苯甲酰基苯甲酸Tb），Tb(MeOBB)和三（4-甲氧基苯甲酰基苯甲酸Eu），Eu(MeOBB)。

使用Tb(MeBB)制备了单层发光二极管。PVK具有良好的空穴传输和成膜特性，因此被选为OLED的主基质。电池结构为ITO/Tb(MeBB)3:PVK/Ca-Al。然而，这种器件的光输出微乎其微，这可能是由于掺杂PVK层的电子传输性能较差。

为了改善电子传输性能，在单电池（ITO/Tb(MeBB)3:PBD:PVK/Ca-Al）的层中加入了丁基PBD。当掺杂浓度为2摩尔%的铽复合物时，该器件的最大亮度约为0.7cd/m2。如果在苯基上取代甲氧基（OCH3）而不是甲基，则会观察到更亮的电致衰减。这可能是由于从激发配体到铽离子的能量转移效率更高。

器件结构为ITO/La（MeOBB）：PBD:PVK/Ca-Al,La)Tb,Eu。当二极管正向偏压时，ITO电极为正极，可以观察到与铽离子相对应的更亮的绿色电致发光。没有观察到MeOBB配体、PVK或丁基PBB发出电致发光。上图显示了不同铽（MeOBB）浓度的有机发光二极管的亮度与电压曲线。工作电压为24V时，最大亮度为45cd/m2。

此外，还制备了一种热稳定的铽羧酸盐和苯袅啉络合物，并将其用作发光层。21EL器件的结构是多层的，包括ITO/作为空穴传输层的聚（对苯乙烯）（PPV）/掺杂了铽络合物的PVK、铽（MTP）（Phen）/Alg3/Al。

在24V电压下，可观察到152cd/m2的尖锐绿色发射，外部量子效率低至0.017%。制备出了一种可溶于氯仿的长烷基链取代的酞铽配合物。掺杂了PBD和PVK的铽络合物被制成了一种双器件结构：ITO/PVK:PBD:Tb(MDP)/Alg3/Al。

然而，这些器件并没有显示出尖锐的Tb3+发射特性，而是显示出Alg3。因此，在对该器件施加低偏压时，载流子通过热激活穿过势垒层，并可能被限制在发射层内；Eu(BA)(Phen)，并观察到Eu在612纳米波长处发射。然而，当偏压增加时，来自阻挡层BePP2的EL发射与Eu离子的发射混合在一起，呈现出白色。

遗憾的是，这些镧系元素复合物的能量转换效率仍然很低。这可能主要是由于这些镧系配合物的能量传递效率较低，特别是三重三重传递效率较低。

因此，为了利用镧系化合物获得有效和有用的有机发光二极管，我们必须进一步设计出对镧系金属离子具有更好能量转移特性的配体。

此外，宿主材料应能有效地向镧系配合物传递能量。为了将镧系金属络合物实际应用于有机发光二极管，进一步的开发还应该侧重于获得成本更低、更易于制造、机械和热稳定性更好的镧系金属络合物。