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第二节电致发光材
料及其器件
2014-10-20
处于激发态的分子、晶体和非晶态物质在退激过程中会产生辐射
即发光。根据其受激的方式,这种激发态发光可以分为三种形式
光致发光( photoluminescence,PL)
电致发光( electroluminescence,EL)
阴极发光( cathodeluminescence,CL)
电致发光的两种类型
种是撞击式电致发光:电压直接或间接加在电极之间而引起的发光
如通常日光灯的发光
另一种是电荷注入电致发光:电压加在直接固定于单晶半导体(如
GaAs)PN结的电极上,由于载流子的注入而引起发光,如通常发光
极管(LED)的发光。
电致发光是电能转化为光能的过程。
2014-10-20
电致发光的历史:
无机电致发光
1936年:基于znS构造了第一个粉末电致发光磷光体( phosphor);并制
造了第一个有效的掺Mn的znS薄膜电致发光显示装置(ELD)。
人们曾经将这种ELD和光导膜结合,用于光放大器和x射线增强器
1960年在日本曾用于电视成像。
962年:美国通用电气公司发明第一个无机半导体 GaAsP的商
品化光发射二极管(LED)
在无机电致发光化合物中,日前主要的方向是发展掺杂稀土元素的
多色显示材料。这种材料广泛应用于视频器件、音响设备和测控仪
器中,并已取得了令人瞩目的成就
无机EL的优点是稳定性高:缺点是短波发光有待开发,作为显像管体积太大
大面积平板显示器制作工艺上有困难,发光颜色不易改变,很难提供全色显
示等。
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有机电致发光
963年,Pope研究了蒽单晶片(10~20微米)的电致发光,当时,需要400V
的电压才能观察到蒽的蓝色荧光;之后的研究将电压降低到100V左右,获得
5%光子/电子的外量子效率
1982年用真空蒸镀制成了50nm厚的蒽薄膜,进一步将电压降到30V,观察到
蓝色荧光,但外量子效率只有0.03%,这主要是电子的注入效率太低以及
蒽的成膜性不好而存在易击穿的缺点
1983年, Partridge研究了聚合物的电致发光,但亮度太低,没有引起重视。
总之,60~80年代中期,有机EL徘徊在高电压、低亮度、低效率的水平上
1987年,美国柯达公司的邓青云(C. W.Tang)和 VanSlyke对有机EL做了
创性的工作。它们将具有高荧光量子效率的8-羟基喹啉铝配合物(简记为
A1q3)作为发光层,用芳香二胺作为空穴传输层,用低功率的镁银合金
阴极,并采用蒸发镀膜法制备出多层结构器件。EL材料的激发电压已降
至10V以下,发光强度大于1000cd-m2,发光效率高于1.5lmW1。
显示器的亮度只要有300cm2就足够了。目
Mg Ag
AlQ
芳香二胺
ITO
一玻璃
S〕
芳香二胺
分子薄膜EL器件的优点
从成分上看,多样性分子设计易于实现,因而大大地丰富了发光的颜色
例如,8—羟基哇琳衍生物中,A1q3发光颜色为绿色(λ
520nm),Mgg2和
Zng2的发光颜色则分别是绿色Amax=518nm)和黄色(入max=570nm)
发光亮度和效率高;全固化的主动发光;视角宽,响应速度快;制备过程简单,
费用低;超薄膜,重量轻;易于实现大面积彩色显示;可以制作在柔性衬底上
器件可以弯曲、折叠;具有与集成电路相匹配的直流低电压驱动特性。
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当=
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6
无机电致发光器件和材料
大多数多色磷光体电致发光材料是掺有不同稀土元素或过渡元素(作为活化剂)
的Ⅵ族半导体。
根据磷光体(分散于透明介质的粉末或蒸镀薄膜)的激发电压的不同,一般将
EL器件分为直流电致发光DCEL器件和交流电致发光(ACEL)器件。
1、无机电致发光器件结构
最简单的分散型直流电致发光器件如图。将一层CuS(p型半导体)热敷在
znS(n型半导体)光发射磷光体的表面上(即发绿光的掺Cu的ZnS,记为ZnS:
Cu),从而形成一个异质pn结。发光层夹在透明的电极和金属电极之间,在
定方向的直流电场下发光。
分散型直流电致发光器件结构
直流电源
属电极
发光层( ZnS t Cu)
透明电极
玻璃板
M
实用的多层结构
Al,Oa
通常对电致发光薄膜器件采
SrS: Ce3+
用多层式的金属/绝缘体/半导
体/绝缘体/金属(MISM结构
在典型的 ACEL-MISIM器件中,发
AL..O
光的半导体并不和电极直接接触
衬底为玻璃,薄膜沉积在可带有
预定花样的透明nSn氧化物(1TO
In, Sn.o
玻
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