電致�(fā)�(電場(chǎng)�(fā)�,EL)是指電流通過(guò)物質(zhì)�(shí)或物�(zhì)處于�(qiáng)電場(chǎng)下發(fā)光的�(xiàn)��一般認(rèn)為是在強(qiáng)電場(chǎng)作用�,電子的能量相應(yīng)增大,直至遠(yuǎn)�(yuǎn)超過(guò)熱平衡狀�(tài)下的電子能量而成為過(guò)熱電�,這過(guò)熱電子在�(yùn)�(dòng)�(guò)程中可以通過(guò)碰撞使晶格離化形成電子、空穴對(duì),當(dāng)這些被離化的電子、空穴對(duì)�(fù)合或被激�(fā)的發(fā)光中心回到基�(tài)�(shí)便發(fā)出光�(lái).
電致�(fā)光又�(chēng)�(chǎng)致發(fā)�,電致發(fā)光現(xiàn)象是指電能直接轉(zhuǎn)換為光能的一�(lèi)�(fā)光現(xiàn)�,它包括注入式電致發(fā)光和本征型電致發(fā)光�
?�?)注入式電致�(fā)光:直接由裝在晶體上的電極注入電子和空穴,當(dāng)電子與空穴在晶體�(nèi)�?gòu)?fù)合時(shí),以光的形式釋放出多余的能量。注入式電致�(fā)光的基本�(jié)�(gòu)是結(jié)型二極管(LED��
�2)本征型電致�(fā)光:又分為高�(chǎng)電致�(fā)光與低能電致�(fā)�。其中高�(chǎng)電致�(fā)光是熒光粉中的電子或由電極注入的電子在外加強(qiáng)電場(chǎng)的作用下在晶體內(nèi)部加速,碰接�(fā)光中心并使其激�(fā)或離�,電子在回復(fù)到基�(tài)�(shí)輻射�(fā)��
從發(fā)光原理電致發(fā)光可以分為高�(chǎng)電致�(fā)光和低場(chǎng)電致�(fā)�。高�(chǎng)電致�(fā)光是一種體�(nèi)�(fā)光效�(yīng)。發(fā)光材料是一種半�(dǎo)體化合物,摻雜適�(dāng)?shù)碾s�(zhì)引�(jìn)�(fā)光中心或形成某種介電狀�(tài)。當(dāng)它與電極或其他介�(zhì)接觸�(shí),其�(shì)壘處于反向時(shí),來(lái)自電極或界面�(tài)的電�,�(jìn)人發(fā)光材料的高場(chǎng)區(qū),被加速并成為�(guò)熱電�。它可以碰撞�(fā)光中心使之被激�(fā)或被離化,或者離化晶格等。再通過(guò)一系列的能量輸�(yùn)�(guò)�,電子從激�(fā)�(tài)回到基態(tài)而發(fā)�。低�(chǎng)電致�(fā)光又�(chēng)為注人式�(fā)�,主要是指半�(dǎo)體發(fā)光二極管(LED��1960 年人們發(fā)�(xiàn)GaAs的p-n�(jié)二極�,在正向偏壓下,�(fā)生少�(shù)載流子注�,并在p-n�(jié)附近,兩種載流子�(fā)生復(fù)合而發(fā)光。由于這種半導(dǎo)體材料禁帶較�,發(fā)出的是紅外光。隨�,利用這一原理,不斷開(kāi)拓較寬禁帶的半導(dǎo)體材料GaP,GaInP,GaAlAs,GaN等等,陸�(xù)研制成紅�、黃�、綠色和�(lán)色的�(fā)光二極管。近年來(lái),在電致�(fā)光領(lǐng)�,有�(jī)薄膜電致�(fā)光異軍突�。一般認(rèn)�,有機(jī)電致薄膜�(fā)光過(guò)程由以下5 �(gè)步驟�
(1) 載流子的注入。在外加電場(chǎng)的作用下,電子和空穴分別從陰極和陽(yáng)極向夾在電極之間的有�(jī)功能薄膜層注�。電子從陰極注入到有�(jī)物的未占�(jù)分子軌道(LUMO ),而空穴從�(yáng)極注入到有機(jī)物的占據(jù)分子軌道(HOMO) �
(2) 載流子的遷移。注入的電子和空穴分別從電子傳輸層和空穴傳輸層向�(fā)光層遷移�
(3) 載流子的�(fù)�。電子和空穴�(jié)合產(chǎn)生激��
(4) 激子的遷移。激子在有機(jī)固體薄膜中不斷地作自由擴(kuò)散運(yùn)�(dòng),并以輻射或無(wú)輻射的方式失��
(5) 電致�(fā)�。當(dāng)激子由激�(fā)�(tài)以輻射躍遷的方式回到基態(tài),就可以觀察到電致�(fā)光現(xiàn)�,�(fā)射光的顏色是由激�(fā)�(tài)到基�(tài)的能�(jí)差所決定��
電致�(fā)光器件的基本�(jié)�(gòu)屬于夾層式結(jié)�(gòu),激�(fā)光層被兩�(cè)電極像三明治一樣夾在中�,一�(cè)為透明電極以便獲得面發(fā)�。由于陽(yáng)極功函數(shù)高可以提高空穴注入效�,所以一般使用的�(yáng)極多為氧化銦-氧化錫(ITO)。在ITO上再用蒸�(fā)蒸鍍法或旋轉(zhuǎn)涂層法制備單層或多層�,膜上面是金屬陰電�,由于金屬的電子逸出功影響電子的注入效率,因此要求其功函數(shù)盡可能低?,F(xiàn)以目前研究較多較熱的有機(jī)電致�(fā)光器件為例�(jìn)行說(shuō)�
大多�(shù)有機(jī)電致�(fā)光材料是單極性的,同時(shí)具有均等的空穴和電子傳輸性質(zhì)的有�(jī)物很�,一般只具有傳輸空穴的性質(zhì)或傳輸電子的性質(zhì)。為了增加空穴和電子的復(fù)合幾�,提高器件的效率和壽命,OLED的結(jié)�(gòu)從簡(jiǎn)單的單層器件�(fā)展到雙層器件�3 層器件甚至多層器�。因?yàn)椴捎眠@種單極性的有機(jī)物作為單層器件的�(fā)光機(jī)材料,�(huì)使電子與空穴的復(fù)合自然地靠近某一電極,�(dāng)�(fù)合區(qū)越靠近這一電極,就越容易被該電極所淬滅,而這種淬滅有損
于有�(jī)物的有效�(fā)�,從而使OLED�(fā)光效率降低。而采用雙��3 層甚至多層結(jié)�(gòu)的OLED,能充分發(fā)揮各功能層的作用,�(diào)節(jié)空穴和電子注入到�(fā)光層的速率,只有使注入的電子和空穴在�(fā)光層�(fù)�,才能提高器件的發(fā)光效�。由于大多數(shù)有機(jī)物具有絕緣�,只有在很高的電場(chǎng)�(qiáng)度下才能使載流子從一�(gè)分子流向另一�(gè)分子,所以有�(jī)膜的總厚度不能超�(guò)幾百納米,否則器件的驅(qū)�(dòng)電壓太高,�(huì)失去LED的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值�
·�(wěn)固性:平達(dá)電致�(fā)光顯示器是為苛刻�(huán)境條件下的應(yīng)用而設(shè)�(jì)的:�、熱、風(fēng)、灰�、震�(dòng)、日�、甚至失重環(huán)��
·可靠性:�(shí)際應(yīng)用已�(jīng)證明,我們的EL顯示器在�(yùn)�10�(wàn)小時(shí)�,其亮度仍能�(dá)到初始亮度的75%�
·可視性:由于采用了平�(dá)�(zhuān)有的ICEBrite(對(duì)比度和亮度增�(qiáng))技�(shù),對(duì)于眾多對(duì)可視性要求很高的�(yīng)用場(chǎng)合,提供了無(wú)與倫比的圖像品�(zhì)�
·靈活性:我們提供了范圍廣泛的產(chǎn)品增�(qiáng)、選擇和增值服�(wù),通過(guò)這些服務(wù),可以幫助客�(hù)�(shè)�(jì)出滿足任何需求的�(chǎn)��
·可用性:平達(dá)擁有世界上涵蓋范圍最廣的EL生產(chǎn)�,具備完善的制造和供應(yīng)鏈管理機(jī)�,無(wú)論何�(shí)何地,您都能取得你所需的組��
從發(fā)光材料角�,可將電致�(fā)光分為無(wú)�(jī)電致�(fā)光和有機(jī)電致�(fā)�。無(wú)�(jī)電致�(fā)光材料一般為等半�(dǎo)體材料。有�(jī)電致�(fā)光材料依�(jù)有機(jī)�(fā)光材料的分子量的不同
可以區(qū)分為小分子和高分子兩大類(lèi)。小分子OLED材料以有�(jī)染料或顏料為�(fā)光材�,高分子OLED材料以共軛或者非共軛高分子(聚合物)為發(fā)光材�,典型的高分子發(fā)光材料為PPV及其衍生��
有機(jī)電致�(fā)光材料依�(jù)在OLED器件中的功能及器件結(jié)�(gòu)的不�,又可以區(qū)分為空穴注入層(HIL�、空穴傳輸層(HTL)、發(fā)光層(EML�、電子傳輸層(ETL�、電子注入層(EIL)等材料。其中有些發(fā)光材料本身具有空穴傳輸層或者電子傳輸層的功�,這樣的發(fā)光材料也通常被稱(chēng)為主�(fā)光體;發(fā)光材料層中少量摻雜的有機(jī)熒光或者磷光染料可以接受來(lái)自主�(fā)光體的能量轉(zhuǎn)移和�(jīng)由載流子捕獲(carriertrap)的機(jī)制而發(fā)出不同顏色的�,這樣的摻雜發(fā)光材料通常也稱(chēng)為客�(fā)光體或者摻雜發(fā)光體,英文用“Dopant”表示。從�(fā)光原理角�,電致發(fā)光可以分為高�(chǎng)電致�(fā)光和低場(chǎng)電致�(fā)��
還可以分成薄膜型電致�(fā)光材料依和分散型電致�(fā)光材�
1963年,PoPe[1]等人以電解質(zhì)溶液為電�,在蒽單晶的兩側(cè)�400V直流電壓�(shí),觀察到了蒽的藍(lán)色EL。隨后,Helfrich[2]等人�(duì)蒽單晶的EL作了�(jìn)一步研�。由于電解質(zhì)溶液電極制作工藝�(fù)��1969年,Dresener[3]等人在有�(jī)EL器件中引入了固體電極。這些早期的有�(jī)EL器件,單晶難于生�(zhǎng),驅(qū)�(dòng)電壓很高�400~2000V�,幾乎沒(méi)有實(shí)際用�,但這些早期的研究建立了�(duì)有機(jī)電致�(fā)光全�(guò)程的�(rèn)�(shí)�
1973�,Vityuk等人[4]以真空沉積的蒽薄膜替代了單晶�1982�,Vincett[5]等人使用鋁和金作為陰極和�(yáng)極�0.6μm的蒽薄膜作為�(fā)光層制作了有�(jī)EL器件,驅(qū)�(dòng)電壓大大降低�30V左右�,但這時(shí)的器件壽命還很短,發(fā)光效率還很低�
真正使有�(jī)EL獲得劃時(shí)代的�(fā)展是�80年代�1987�,美�(guó)Eastman Kodak公司的Tang等人[6]以空穴傳輸效果較好的芳香二胺作為空穴傳輸��8-羥基喹啉鋁作�(fā)光層、透明的ITO�(dǎo)電膜和鎂銀合金分別作為�(yáng)極和陰極,制作了有機(jī)�(fā)光二極管(OLED�,該器件為雙層薄膜夾心式�(jié)�(gòu),發(fā)綠光,其�(qū)�(dòng)電壓低于10V,發(fā)光效率為1.5 lm/W,發(fā)光亮度高�(dá)1000cd/m2。這種超薄平板器件以其高亮�、高效率和低�(qū)�(dòng)電壓等優(yōu)�(diǎn)引起了人們的極大�(guān)�。隨后,日本九州大學(xué)的Adachi[7]等人在器件中引入了電子傳輸層做成�3層夾心結(jié)�(gòu),�(jìn)一步降低了�(qū)�(dòng)電壓并提高了器件的發(fā)光效��
1990年,英國(guó)劍橋大學(xué)Bradley等人[8]首次用聚合物材料聚對(duì)苯乙炔PPV薄膜作為�(fā)光層制作了單層薄膜夾心式聚合物電致發(fā)光器�,器件的�(kāi)啟電壓為14V,得到了明亮的黃綠光,內(nèi)量子效率約為0.05%�
1993�,Greenhma[9]等人在兩層聚合物間插入另一層聚合物�(shí)�(xiàn)了載流子匹配注入,發(fā)光內(nèi)量子效率提高�20倍,這不僅拓寬了�(duì)OLED器件�(jī)制的理解,而且�(yù)示著OLED�(kāi)始走向產(chǎn)�(yè)化�
1998�,Baldo等人[10]研究�(fā)展,使用一般有�(jī)材料或采用熒光染料摻雜制備的有機(jī)�(fā)光器�,由于受自旋守恒的量子力�(xué)躍遷�(guī)律約�,其�(fā)光內(nèi)量子效率�25%。他們采用磷光染料八乙基卟吩鉑(PtOEP)對(duì)有機(jī)�(fā)光層材料�(jìn)行摻�,制備出的OLED�(fā)光效率達(dá)4%,內(nèi)量子效率�(dá)23%,且�(fā)光效率隨摻雜濃度的增加而增��
1999年,O’Brien等人[11]在研究激子傳輸規(guī)律后,提出用BCP(一種傳輸電子的有機(jī)物)做空穴阻擋層,用磷光染料PtOEP摻雜,制備出的OLED�(fā)光效率達(dá)5.6%,內(nèi)量子效率�(dá)32%�2000�8�,該研究小組又用二苯基吡啶銥(Ir (ppy)3)摻雜到TAZ或CBP(電子傳輸材料)中制備出有機(jī)�(fā)光器件的�(fā)光效率高�(dá)�15.4±0.2�%,在低亮度條件下�(nèi)量子效率接近100%[12]�
近年�(lái),上海大�(xué)張志�、蔣�(xué)茵等[13-14]在多色有�(jī)薄膜電致�(fā)光器件和白色電致�(fā)光器件方面取得了一定的成績(jī)。吉林大�(xué)、中�(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光�(jī)與物理研究所在有�(jī)/聚合物電致發(fā)光器件[15]及稀土摻雜的有機(jī)電致�(fā)光器件[16]方面做了很多有益的工�。清華大�(xué)[17]、華南理工大�(xué)、浙江大�(xué)[18]等著名學(xué)府也加入到了有機(jī)電致�(fā)光器件這一研究行列�
隨著研究的不斷深�,產(chǎn)品化的有�(jī)�(fā)光顯示器件不斷涌�(xiàn)�1997�,日本Idemitsu Kosan[19]公司成功研制了灰度級(jí)�256、分辨率�240×960以及60幀/s�3cm的單色視頻顯示器以及紅綠�(lán)(RGB)多色有�(jī)電致�(fā)光顯示器。同�,日本Pioneer Electronics[20]生產(chǎn)出�(gè)商品化的OLED�(chǎn)�,即汽車(chē)通信信息系統(tǒng)儀�;隨�,該公司又推出無(wú)源矩陣驅(qū)�(dòng)、可顯示視頻圖像的彩色OLED顯示屏,這種高清晰顯示器所顯示的圖像幾乎可以和傳統(tǒng)的陰極射線顯示器相媲�。美�(guó)Eastman Kodak與日本Sanyo公司合作,采用低溫多晶硅薄膜晶體管驅(qū)�(dòng)制作出OLED顯示�,該器件僅有1�(gè)硬幣那么厚。此�,Philips公司、Uniax公司以及德國(guó)Covin公司也研制出了高效率、高亮度、長(zhǎng)壽命的有�(jī)OLED顯示��
電致�(fā)光EL顯示的特�(diǎn)是主�(dòng)�(fā)光冷光源,面�(fā)光且亮度均勻�(wú)光斑,功耗小,壽命長(zhǎng)(大�5000h�,工作溫度范圍寬(�40~+70�),超薄,可根據(jù)要求任意剪裁形狀和尺�,其抗沖擊�、抗震動(dòng)性好。EL電致�(fā)光屏廣泛用于LCD模塊、手提電�、IC卡電話機(jī)、磁卡電�、電池供電的顯示�、BP�(jī)、手�、汽�(chē)儀表板、音響及電視遙控�,手持GPS接收�、便攜式�(jì)算機(jī)等的主動(dòng)顯示或背光顯示中。隨著技�(shù)的發(fā)�,點(diǎn)陣式模塊的出�(xiàn),EL大屏幕顯示顯像會(huì)迅速發(fā)�,在廣告�(yè)、交通樞�、會(huì)�(wù)顯示等方面大顯身��
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