第九讲 电致发光与场致发光
电致发光ppt课件
• PN结加反向电压时 ，空间电荷区变宽 ， 区中电场增 强。反向电压增大到一定程度时，反向电流将突然增 大。如果外电路不能限制电流，则电流会大到将PN结 烧毁。反向电流突然增大时的电压称击穿电压。基本 的击穿机构有两种，即隧道击穿和雪崩击穿。
• PN结加反向电压时，空间电荷区中的正负电荷构成一
个电容性的器件。它的电容量随外加电压改变。
• 制造PN结的方法有合金法、扩散法、离子注入法和 外延生长法等。制造异质结通常采用外延生长法。
• 在 P 型半导体中有许多带正电荷的空穴和带负电荷的 电离杂质。在电场的作用下，空穴是可以移动的，而 电离杂质（离子）是固定不动的 。N 型半导体中有许 多可动的负电子和固定的正离子。
• 当P型和N型半导体接触时，在界面附近空穴从P型半 导体向N型半导体扩散，电子从N型半导体向P型半导 体扩散。空穴和电子相遇而复合，载流子消失。因此 在界面附近的结区中有一段距离缺少载流子，却有分 布在空间的带电的固定离子，称为空间电荷区 。P 型 半导体一边的空间电荷是负离子 ，N 型半导体一边的 空间电荷是正离子。正负离子在界面附近产生电场， 这电场阻止载流子进一步扩散 ，达到平衡。
• 在PN结上外加一电压 ，如果P型一边接正极 ，N型一 边接负极，电流便从P型一边流向N型一边，空穴和电 子都向界面运动，使空间电荷区变窄，甚至消失，电 流可以顺利通过。如果N型一边接外加电压的正极，P 型一边接负极，则空穴和电子都向远离界面的方向运 动，使空间电荷区变宽，电流不能流过。这就是PN结 的单向导电性。
• 使半导体的光电效应与PN结相结合还可 以制作多种光电器件：
– 利用前向偏置异质结的载流子注入与复合可 以制造半导体激光二极管与半导体发光二极 管； – 利用光辐射对PN结反向电流的调制作用可 以制成光电探测器； – 用光生伏特效应可制成太阳电池。
电致发光
5个阶段。
有机电致发光过程通常包括以下5个阶段。
1) 载流子的注入：在外加电场作用下，电子和空穴分别从
阴极和阳极注入到夹在电极之间的有机功能薄膜层。
2) 载流子的迁移：注入的电子和空穴分别从电子传输层和
空穴传输层向发光层迁移。
3) 载流子的复合：电子和空穴结合产生激子。
4) 激子的迁移：激子在电场作用下迁移，将能量传递给发
2)发光强度
发光强度的单位是cd·m-2，表示每平方 米的发光强度。发光强度一般用亮度计 来测量，通过测量被测表面的像在光电 池表面所产生的照度即可获得，因为这 个像面照度正比于物体亮度，且不随物 体距离的变化而变化。
3)发光效率
有机EL的发光效率可以用量子效率、功率效率和流明 效率三种方法表示。量子效率ηq是指输出的光子数Nf 与注入的电子空穴对数Nx之比。
光分子，并激发电子从基态跃迁到激发态。
5) 电致发光：激发态能量通过辐射失活，产生光子，释放
能量。
评价OLED的一些主要参数
一般来讲，有机EL发光材料及器件的性 能可以从发光性能和电学性能两方面来 评价。发光性能主要包括发射光谱、发 光亮度、发光效率、发光色度和寿命； 电学性能主要包括电流与电压的关系、 发光亮度与电压的关系等。这些都是衡 量有机EL材料和器件性能的重要参数， 对于发光的基础理论研究和技术应用极 为重要。
更加独特的是，OLED产品可实现软屏。
OLED还有工作温度范围宽、低压驱动、 工艺简单、成本低等优点。
在制造上，由于采用有机材料，可以通 过有机合成方法获得，与无机材料相比 较，不仅不耗费自然资源，而且还可以 通过合成新的更好性能的有机材料，使 OLED的性能不断地向前发展。
有机电致发光,有机光伏,有机场效应晶体管
有机电致发光,有机光伏,有机场效应晶体管
有机电致发光是指利用有机材料，通过电场激发，发射出光波的现象。
有机电致发光
器件由于其具有颜色可变、光效高、柔性高、加工成本低等优点，逐步在平板显示、汽车
照明、室内照明等领域得到广泛应用。
有机电致发光器件结构一般包括导电层、发光层和
金属电极层，通过对层间电场的调节，实现器件发光或关闭。
近年来，凭借其应用广泛和
市场潜力大的优点，有机电致发光成为了新兴市场中的一股重要力量。
有机光伏是指利用有机材料的光伏效应产生电能的技术。
有机光伏器件主要由有机半
导体、电极和介质构成。
有机光伏具有材料成本低、加工工艺简单、柔性好、透明度高等
优点，逐渐成为太阳能电池的重要研究方向。
有机太阳能电池已成为新一代太阳能电池的
一个研究热点，该技术具有减少污染、可制备化、利于应用与环保等优点。
有机场效应晶体管是指利用有机半导体作为载流子传输通道，通过控制门极电场调节
通道导电性的一种场效应晶体管。
该类晶体管主要由源、漏、栅和有机半导体等部分构成，通过栅极间电场的强弱控制晶体管的导电能力。
有机场效应晶体管与传统硅基晶体管相比，具有低工作电压、大量产量制备和可弯曲性、可刻蚀性等独特优点。
大量研究表明，该类
器件具有广阔的市场应用前景，是未来新型电子产品中的关键部分之一。
总之，有机电致发光、有机光伏和有机场效应晶体管是有机电子器件中常见的三种器
件类型。
它们都有着独特的优点和应用领域，在人们的生活和产业中都有着广泛的应用和
发展前景。
电致发光要点
电致发光要点
电致发光（Electroluminescent，简称EL）是一种将电能直接转换为光能的物理现象。
它通过在两电极间施加电压产生电场，激发电子与空穴复合，导致电子在能级间跃迁、变化、复合，从而发出光。
这种现象不同于热发光、化学发光、声致发光等其他发光方式，具有独特的特点和应用。
电致发光材料通常包含发光中心和基质。
发光中心是电子和空穴复合的场所，而基质则负责传输电子和空穴。
在电场作用下，电子从阴极注入并迁移到发光中心，同时空穴从阳极注入并迁移到发光中心。
当电子和空穴在发光中心复合时，释放出能量并以光的形式发出。
电致发光器件通常由多层结构组成，包括电极、绝缘层、发光层和透明电极等。
其中，发光层是电致发光的核心部分，通常采用具有高发光效率的荧光粉或半导体材料。
当外加电压作用在电极上时，电流通过绝缘层进入发光层，激发出光子并以光的形式发射出来。
电致发光具有许多优点，如高亮度、高效率、长寿命、快速响应等。
因此，它在许多领域都有广泛的应用，如平板显示器、照明、背光等。
在平板显示器方面，电致发光显示器具有高清晰度、低功耗、视角大等优点，是下一代显示技术的有力竞争者。
总之，电致发光是一种将电能直接转换为光能的物理现象，具有独特的特点和应用。
随着科学技术的不断发展，电致发光将会在更多领域发挥重要作用，并推动相关领域的
科技进步。
电致发光原理
电致发光原理
电致发光原理，简称EL（Electroluminescence），也称“电光”，是一种物质在通过电流的作用下从其本来处于非发光状态的化学结构中释放出紫外线和可见光的现象。
它是一种特殊的热发光，是电子在某种特殊条件下从低能量态向更高能量态跃迁时释放出光照而产生的现象。
电致发光原理是利用物质中的原子或分子电子系统，在其中加入电场和受到外力的作用，使电子由低能状态转移到高能状态，在转移过程中释放出可见光和紫外线，从而达到发光的效果。
电致发光原理可以分为三个步骤：
1、电子的激发：电子被激发到一个比普通状态更高的能量水平；
2、电子的放射：当电子从激发态跃迁回到基态时，会释放出具有一定波长的光；
3、电子放射所释放出的光被人眼所感知：当释放出的光被人眼所感知时，就可以达到发光的效果。
电致发光原理是一种微弱的光效应，它需要一定的电压来激发电子，才能达到发光的效果，它的发光强度比一般的热发光效应要弱得多，所以需要大量的电子来激发，
以达到发光的效果。
此外，电致发光原理可以在低温下工作，可以避免造成热损耗，保证了发光效率持续高。
电致发光原理已经在很多领域得到了广泛的应用，例如汽车照明、航天科学和科技、医学成像仪器、航空航天技术等。
目前，电致发光原理已经被广泛应用于电子行业，如LED显示屏、LCD电视机、投影仪、电脑显示器、手机屏幕等等。
电致发光原理不仅实现了发光的效果，而且具有良好的环保性能，可以有效的减少污染和节省能源，被认为是一种绿色的发光技术。
电发光的原理
电发光的原理电发光是一种通过电流作用下导体或半导体材料中的电子发生跃迁，从而释放能量并产生光的现象。
它广泛应用于照明、显示、通信和光学器件等领域。
电发光的原理可以分为两类：电致发光和电解发光。
一、电致发光电致发光是指在外加电场或电流的作用下，导体或半导体中的电子在特定跃迁能级之间发生跃迁，从而产生光的现象。
导体和半导体材料中的电子能级结构决定了其电发光的特性。
导体的电发光是由于自由电子从高能级跃迁到低能级时，电子释放出的能量以光的形式发出。
导体材料中的电子处于连续能带结构中，能带上的电子可任意跳跃到其他能级上。
当外加电场或电流作用下，电子能被激发到高能级，当电子由高能级跃迁到低能级时，通过光子的形式发出能量，从而产生电发光现象。
半导体的电发光是由于电子在带隙中发生跃迁而产生的。
半导体材料的能带结构相较于导体是离散的，包括导带和价带。
在原子尺度上，半导体的原子核与价带中电子形成共价键，使得带隙较小，相对于导体，半导体的带隙更适合电子跃迁，从而产生光发射。
当半导体材料被激发时，电子从价带跃迁到导带，形成载流子。
由于载流子在导带中运动时会损失能量，当它们重新回到价带时，会通过光子的形式释放出多余的能量，产生光。
二、电解发光电解发光是指由于电解液中存在可发光的物质，在电解过程中通过化学反应释放能量，从而产生光的现象。
在电解发光中，通过电流的作用下，电解质中的离子或分子发生电解，产生光和其他化学反应。
这种现象常见于电解池、蓄电池和化学发光器件等。
典型的电解发光现象是电化学发光。
电化学发光是指通过电化学反应，在电解质中产生活化控制产生光发射的离子或分子。
其中，最常见的一种电解发光现象是氧化磷光发射。
在电解过程中，阳极上由金属氧化物催化产生超氧离子并被还原为氢氧根离子。
然后，超氧离子与产生的有机光谱试剂发生反应，产生五环幺嗪离子和激发态的超氧离子，随后发生荧光发射，释放出能量并转化为可见光。
综上所述，电发光的原理可以分为电致发光和电解发光两种方式。
电致发光的原理
电致发光的原理电致发光，即电致发光材料受到电场激发后，产生可见光的现象。
这一技术在现代光电子领域得到了广泛应用，如LED显示屏、照明器件等。
电致发光的原理涉及到材料的电学和光学性质，下面将对其原理进行详细介绍。
首先，我们需要了解电致发光材料的基本结构。
电致发光材料通常由发光层、电子传输层和阳极、阴极等组成。
其中，发光层是整个材料的核心部分，它包含有发光分子或半导体纳米晶体等。
电子传输层用于输送电子，阳极和阴极则用于提供电子和正电子。
当外加电压作用于电致发光材料时，电子从阴极注入到发光层，而正电子从阳极注入到发光层，二者在发光层中复合，产生光子，从而实现发光。
其次，电致发光的原理涉及到材料的能级结构和载流子的输运过程。
在电致发光材料中，电子和正电子的能级分布是非常重要的。
当外加电压施加到材料上时，电子和正电子被激发到高能级，形成激子。
这些激子在发光层中遇到发光分子时，会复合成激子复合态，释放出能量，产生光子。
此外，电子和正电子的输运过程也对电致发光起着至关重要的作用。
电子传输层和发光层之间的电子输运，以及发光层内部的激子输运，都会影响到电致发光效果的好坏。
最后，我们需要了解电致发光材料的发光机制。
电致发光材料的发光机制可以分为有机发光和无机发光两种。
有机发光材料通常是碳基材料，如有机小分子、聚合物等，其发光机制主要是通过激子的复合来产生光子。
而无机发光材料则是指半导体材料，如氮化镓、磷化铟等，其发光机制是通过电子和正电子在晶格中复合来产生光子。
两者的发光机制虽然不同，但都是基于电子与正电子的复合过程。
综上所述，电致发光的原理涉及到材料的基本结构、能级结构和载流子的输运过程，以及发光机制等方面。
通过对电致发光的原理进行深入了解，可以更好地指导电致发光材料的设计与制备，推动电致发光技术在光电子领域的应用与发展。
电致发光原理
电致发光原理电致发光（Electroluminescence，简称EL）是一种通过电场激发材料发光的现象，是一种重要的发光原理，也是现代光电器件中应用广泛的一种技术。
电致发光技术已经在液晶显示、有机发光二极管（OLED）、柔性显示、照明等领域得到了广泛的应用。
电致发光原理的基本过程是，当一个电场作用于某些半导体材料时，激发了材料内部的载流子，使得激子（由电子和空穴组成的激发态）产生。
当激子退激发时，会释放出能量，导致材料发光。
电致发光的基本原理可以分为两种类型，有机电致发光和无机电致发光。
有机电致发光是指利用有机材料（如聚合物）制成的发光材料，通过外加电场激发发光的现象。
而无机电致发光则是利用无机半导体材料（如硫化锌、氮化镓等）制成的发光材料，同样是通过外加电场激发发光。
在有机电致发光中，最为典型的应用就是有机发光二极管（OLED）。
OLED具有自发光、视角大、响应速度快、发光效率高等优点，被广泛应用于手机屏幕、电视显示屏、车载显示屏等领域。
而在无机电致发光中，最为典型的应用是LED。
LED具有高亮度、低功耗、长寿命等优点，被广泛应用于照明、指示灯、显示屏等领域。
电致发光技术的发展，为光电器件的应用带来了革命性的变革。
它不仅提高了显示屏的亮度和清晰度，还使得照明领域的节能环保得到了更好的实现。
同时，电致发光技术也为柔性显示、透明显示、透明照明等新型应用提供了可能。
总的来说，电致发光原理是一种重要的发光原理，它的应用已经深入到人们的生活和工作中。
随着技术的不断进步和创新，相信电致发光技术在未来会有更加广阔的应用前景。
光致发光和电致发光谱课件
电致发光的未来发展
1 2 3
高效节能技术 随着环保意识的提高，电致发光技术将不断向高 效节能方向发展，降低能耗，提高发光效率。
多功能化 电致发光技术将不断拓展其应用领域，如开发具 有温度、湿度、压力等多功能的电致发光器件， 满足更复杂的应用需求。
柔性化与可穿戴化 结合柔性电子技术，实现电致发光器件的柔性化 和可穿戴化，使其能够应用于可穿戴设备、智能 家居等领域。
02
光致发光和电致发光的材料
光致发光材料
光致发光材料在受到光照后，能够将吸收的光能转换为荧 光或磷光并释放出来。
光致发光材料通常由无机晶体、玻璃、陶瓷或高分子聚合 物等组成，它们能够将吸收的光能转换为较低能量的光辐 射，如荧光或磷光。这种材料广泛应用于照明、显示、生 物成像和传感等领域。
电致发光材料
发展趋势
光致发光和电致发光的发展趋势也不同，光致发光将更加注重智能化控制和与其他技术的 结合，而电致发光则将更加注重节能环保和柔性化、可穿戴化的发展。
光致发光与电致发光的比较
光致发光和电致发光虽然都是发光现 象，但它们的激发机制、光谱特性和 应用场景有所不同。
VS
光致发光是由光子激发产生的，其光 谱特性与吸收的光线波长有关；而电 致发光是由电流作用产生的，光谱特 性可以通过调节电流和电压进行控制。 光致发光通常用于荧光标记、生物成 像等领域；而电致发光则广泛应用于 显示器和照明技术。
03
光致发光和电致发光的谱线特征
光致发光谱线特征
连续光谱
温度依赖性
光致发光过程中，发射光谱通常是连 续的，这是因为发光过程中涉及的能 级差较小，导致光谱分布广泛。
光致发光谱线的强度和宽度随温度变 化，温度越高，强度越低，谱线越宽。
电致发光原理
电致发光原理电致发光（Electroluminescence，简称EL）是一种通过电流激发材料发光的物理现象。
它是一种将电能直接转化为光能的过程，具有高效、节能、环保等优点，因此在显示、照明、标识、装饰等领域具有广泛的应用前景。
电致发光的原理是基于半导体材料的发光特性。
当半导体材料受到正向电压作用时，电子和空穴在材料内部重新组合，由高能级跃迁到低能级释放出能量，产生光子，从而产生发光现象。
这种现象是通过激子的辐射复合来实现的，激子是由电子和空穴的复合态构成的，它们在材料中移动并最终复合，释放出能量，产生光子。
这种发光过程是一种自发的辐射复合过程，不需要外部的激发光源，因此被称为自发辐射。
电致发光材料通常采用有机发光材料或无机发光材料。
有机发光材料是一种具有有机分子结构的发光材料，具有柔韧性、可塑性、低成本等特点，适合用于柔性显示、发光二极管（OLED）等领域。
无机发光材料则是指以无机化合物为基础的发光材料，如硫化锌、氧化铟锡等，具有较高的发光效率和稳定性，适合用于照明、显示等领域。
电致发光技术在实际应用中具有重要意义。
在显示领域，OLED作为一种新型的显示技术，具有高对比度、宽视角、快响应等优点，被广泛应用于智能手机、平板电脑、电视等产品中。
在照明领域，电致发光照明具有节能、环保、色彩丰富等特点，被认为是一种理想的照明方式，可以替代传统的白炽灯、荧光灯等光源。
此外，电致发光技术还被应用于标识、装饰、生物医学等领域，为人们的生活和工作带来了诸多便利。
总的来说，电致发光技术作为一种将电能直接转化为光能的技术，具有广阔的应用前景。
随着材料科学、半导体技术的不断发展，电致发光技术将在显示、照明、标识、装饰等领域发挥越来越重要的作用，为人类社会的进步和发展做出更大的贡献。
光致发光和电致发光谱概述
ZnS型半导体基质吸收
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2. 始于激发态的光辐射返回基态：发光
发光材料吸收激发能将发光中心带到激发态的高振动能级 。然后，中心首先回到激发态的最低振动能级，将多余能量传 给周围离子，也可以说原子核调整到新的激发态位置，这样原 子间距离等于激发态平衡距离，位形坐标改变了△ R，此过程称 为弛豫。
体系从激发态的最低振动能级发光而返回基态，此过程遵 循与吸收过程同样的定则。体系返回基态可能会将能量差以光 的形式释放出，这就是发光；也可能以其他能量而不是光子的 形式释放出，这就是非辐射返回。
耦合：电子与晶格振动相互作用。 △R反映了这种耦合的强度。
在较高温度下，起始状态也可能是 v＞0的能级，这样会使吸收带更宽。
位形坐标与对应的吸收谱
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基质晶格吸收
除了发光中心吸收外界能量，基质晶格也会吸收能量，通 过两种方式：
1、产生自由电子和空穴；光跃迁属于电荷跃迁类型。 2、产生电子-空穴对（激子）。 前者需要的能量超过材料的带隙；后者可以略小于带隙。
从量子力学理论上，这一过程可以描述为物质吸收光 子跃迁到较高能级的激发态后返回低能态，同时放出光子 的过程。光致发光是多种形式的荧光（Fluorescence）中 的一种。
5
1.2 光致发光的基本原理
设一系统的能级结构如图，E0为基态能量，E1-E6为激发态，受到 激发后，若系统从能级E0跃迁到E5，由于从E2-E5能级间相距很近，可 通过非辐射性级联过程发射声子，由E5能级降到E2能级，从E2到E1或E0 的能级间距较大，则可能通过发射光子的辐射性跃迁来完成，这时就
光致发光和电致发光谱优质课件
ZnS型半导特体选课基件质吸收
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2. 始于激发态的光辐射返回基态：发光
发光材料吸收激发能将发光中心带到激发态的高 振动能级。然后，中心首先回到激发态的最低振动能 级，将多余能量传给周围离子，也可以说原子核调整 到新的激发态位置，这样原子间距离等于激发态平衡 距离，位形坐标改变了△R，此过程称为弛豫。
可观测到发光，在这种情况下发射的光子能量分别为
hv1 E2 E1 hv2 E2 E0
E6 E5 E4 E3 E2
激发过程
非辐射衰 变过程
辐射衰变过程
E1
E0 特选课件
5
（1）发光中心
进行辐射跃迁过程的实体即是发光中心，它是发光体中被激 发的电子跃迁回基态(或与空穴复合)发射出光子的特定中心。
光辐射有平衡辐射和非平衡辐射两大类，即热辐射和发 光。任何物体只要具有一定的温度，则该物体必定具有与此 温度下处于热平衡状态的辐射(红光、红外辐射)。非平衡辐 射是指在某种外界作用的激发下，体系偏离原来的平衡态， 如果物体在回复到平衡态的过程中，其多余 的能量以光辐射的形式释放出来，则称为发 光。因此发光是一种叠加在热辐射背景上的 非平衡辐射，其持续时间要超过光的振动周 期。
耦合：电子与晶格振动相互作 用。 △R反映了这种耦合的强度。
在较高温度下，起始状态也可 能是v＞0的能级，这样会使吸收带 更宽。
位形坐标与对应的吸收谱
特选课件
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基质晶格吸收
除了发光中心吸收外界能量，基质晶格也会吸收能 量，通过两种方式：
1、产生自由电子和空穴；光跃迁属于电荷跃迁类型。 2、产生电子-空穴对（激子）。
特选课件
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电致发光的原理
电致发光的原理
电致发光是一种通过电流激发材料产生光辐射的现象。
它基于半导体材料在电场作用下的内层电子激发和能级跃迁机制。
一般情况下，电致发光主要依赖于半导体材料的特性。
半导体材料由两种导电型杂质组成，一种为电子施主，另一种为电子受主。
当施主和受主浓度较高时，形成 p-n 接面。
在这种结构下，半导体材料在未施加电压时处于平衡态，能级呈现堆砌排列。
当施加电压后，电子从 N 侧向 P 侧流动，同
时空穴从 P 侧向 N 侧流动。
在这个过程中，电子和空穴在接触面附近重新结合，出现能级跃迁的现象。
当电子和空穴重新结合时，能级差会释放出能量，发生光辐射。
具体来说，当电子从较高能级跃迁到低能级时，能量差会以光子的形式释放出来。
这个能量差决定了光子的能量大小，从而决定了发出的光的波长和颜色。
另外，半导体材料的带隙宽度也会影响电致发光的特性。
带隙宽度指的是半导体材料的最高占据能级和最低未占据能级之间的能量差距。
带隙宽度越大，光子的能量就越高，发出的光也就越紫蓝色；反之，带隙宽度越小，光子的能量就越低，发出的光就越红黄色。
总而言之，电致发光的原理是通过施加电压使半导体材料中的
电子和空穴重新结合，释放出能量，从而产生光辐射。
带隙宽度和能级差决定了发出的光波长和颜色。
电致发光的原理
电致发光的原理电致发光（Electroluminescence，简称EL）是一种通过电场激发材料来发光的现象，它是一种重要的发光原理，被广泛应用于发光二极管（LED）、有机发光二极管（OLED）等光电器件中。
电致发光的原理是通过外加电压使材料内部的电子和空穴复合而产生光辐射，下面我们就来详细了解一下电致发光的原理。
首先，我们需要了解的是电子和空穴的概念。
在半导体材料中，电子和空穴是载流子的两种形式。
当半导体材料被激发时，电子会跃迁到导带中，留下一个空穴，这个空穴可以被看作是一个正电荷。
当电子和空穴再次结合时，就会产生能量释放，这种能量释放就是光辐射。
其次，电致发光的原理与材料的能隙密切相关。
能隙是指固体中价带和导带之间的能量差，当电子从价带跃迁到导带时，就需要克服这个能隙。
在电致发光的材料中，能隙的大小决定了电子和空穴复合时释放的光的波长。
通常情况下，能隙越小的材料释放的光的波长越长，能隙越大的材料释放的光的波长越短。
另外，电致发光的原理还与材料的内部结构有关。
在一些特殊的材料中，当外加电压作用于材料时，会在材料内部形成电子和空穴的复合区域，这个复合区域就是发光的源头。
通过合理设计材料的内部结构，可以实现高效的电致发光效果。
此外，电致发光的原理还与外加电压的大小和频率有关。
在实际的电致发光器件中，外加电压的大小和频率会直接影响电子和空穴的复合速率，从而影响发光的亮度和稳定性。
因此，合理控制外加电压是实现稳定、高效电致发光的关键。
总的来说，电致发光的原理是通过外加电压激发半导体材料内部的电子和空穴复合而产生光辐射。
这一原理已被广泛应用于LED、OLED等光电器件中，为人们的生活和工作带来了诸多便利。
随着材料科学和电子技术的不断发展，相信电致发光技术将会有更广阔的应用前景。
发光材料专业知识讲座
后在10-8s内发旳光称为荧光，其发光是被激发旳电子 跳回价带时，同步发射光子（见图9－2）。 • 荧光效率是荧光材料旳主要特征值之一。吸收光转变 为荧光旳百分数称为荧光效率。荧光效率总是不大于 1。
磷光材料旳主要构成部分是基质和激活剂两部分。
磷光材料比荧光材料应用更为普遍某些。一般灯
用荧光粉是磷光材料：卤磷酸盐是以锑锰为激活 剂旳一种含卤素旳碱土荧光粉。
• 卤磷酸盐转换紫外光为可见光旳效率较高， 发光特征稳定性好，易制成细颗粒，毒性 较小，但不能实现光效和光色同步提升。
• 稀土三基色荧光粉还具有耐高负荷、耐高 温旳优异性能。
低压汞灯
紫外线杀菌灯（UV灯），实际上是属于一 种低压汞灯。它利用低压汞蒸汽（10-2Pa） 被激发后发射旳紫外线被灯管内壁旳荧光粉
吸收后激发出可见光。
低压汞灯消毒杀菌用途很广，
有医院、学校、托儿所、电影
院、公交车、办公室、家庭等，
它能净化空气，消除霉味，另
外还能产生一定量旳负氧离子，
经紫外线消毒旳房间，空气尤
第九章 发光材料
• 9.1 材料旳发光机理 • 9.2 光致发光材料 • 9.3 电致发光材料 • 9.4 射线致发光材料 • 9.5 等离子发光材料
教学目的及基本要求
• 掌握材料旳发光机理，发光材料旳发光特 征，光致发光机理，电致发光机理，射线 致发光机理，等离子概念及发光原理。
• 熟悉和了解上转换发光材料，电致发光材 料，阴极射线致发光材料，X射线致发光材 料，等离子体发光显示屏及材料。
9.2 光致发光材料
• 用紫外、可见及红外光激发发光材料而产生旳发光 称为光致发光，该发光材料称为光致发光材料。
第九讲 电致发光与场致发光
记忆效应可以解释为：脉冲电压产生强电场，使 发光层中电子加速。在这些电子穿过发光层时， 激发锰发光中心。已穿过发光层的电子便在发光 层与绝缘层的界面上积累起来，这些电子在电场 移去后仍将留在界面处，于是在发光层两边形成 极化电荷。如果下一个脉冲与上一个脉冲同方向， 则极化电场将抵消脉冲电压产生的电场的大部分， 所以发光亮度变小。反过来，如果下一脉冲方向 反转，则极化电场与脉冲电压产生的电场叠加， 总电场变大，所以发光亮度增加。利用记忆效效 可以制成具有灰度级的记忆板，作为视频显示板 用的记忆板能够具有帧储存的能力。
目前正进入产业化阶段。OLED在材料与技 术专利部分主要有两大阵营，分别为小分 子及高分子材料。目前OLED量产的产品有 90%以上为被动式单色或多彩小尺寸显示 器，应用市场主要为手机、PDA、手持游 戏机和数字相机等。若从技术及市场发展 趋势来看，OLED将会往主动式、全彩和大 尺寸发展，进而直接威胁TFT-LCD和PDP 等平面显示器的市场。
场致发光（EL）按激光发过程的不同分为 二大类：
（1）注入式电致发光：直接由装在晶体上的 电极注入电子和空穴，当电子与空穴在晶体内 再复合时，以光的形式释放出多余的能量。注 入式电致发光的基本结构是结型二极管 （LED）； （2）本征型电致发光：又分为高场电致发光 与低能电致发光。其中高场电致发光是荧光粉 中的电子或由电极注入的电子在外加强电场的 作用下在晶体内部加速，碰接发光中心并使其 激发或离化，电子在回复到基态时辐射发光。
图5.2 ACTFEL结构示意图 1金属电极；2绝缘层；3发光层；4绝缘层；5透明电极；玻璃衬底
ACTFEL优点是寿命长（大于2万小时）， 亮度高，工作温度宽（-55℃~+125℃）， 缺点是只有掺Mn的发光效率高，且为橙黄 色，对全色显示要求三基色研制高效的发 光材料是当今研究的课题。EL器件目前已 被应用在背光源照明上，在汽车、飞机及 其他设备仪器仪表、手机、手表、电子钟、 LCD模块、笔记本电脑显示器等方面获得 应用。也作为交通安全标志，公司标志， 出口通道等发光指示牌上的发光显示器件。
电致发光原理
电致发光原理
电致发光是一种利用电场激发物质产生发光的原理。
当一个外加电场施加在某些特殊材料上时，这些材料中的电子会被激发到高能级，并在返回低能级时释放出能量。
这个电子从高能级跃迁到低能级的过程中，能量的差异以光的形式释放出来，造成电致发光现象。
关键的原理是在特定材料中的电子跃迁能级间存在能量差异，这样在施加电场时，电子会被激发到能量较高的激发态。
这些激发态可能是由于材料的晶格结构或材料中特殊的离子所引起的。
当电子从激发态跃迁回基态时，能量差额以光的形式释放出来。
在电致发光器件中，一般会使用发光层和两个电极。
发光层是具有发光性质的材料，当施加电场时，发光层中的电子会受到激发并发射光。
两个电极分别连接到发光层的两端，施加电压可形成电场，从而激发发光层中的电子。
电致发光的原理被广泛应用于各种发光器件，如LED（Light Emitting Diode）和OLED（Organic Light Emitting Diode）等。
这些材料具有高效的发光特性，耗电量低且寿命长，因此在照明、显示和通信等领域有着广泛的应用。
电致发光原理
电致发光原理电致发光（Electroluminescence，简称EL）是一种通过施加电场使特定材料发出光的物理现象。
这一原理被广泛应用于各种发光器件，如有机发光二极管（OLED）、有机电激发发光（OEL）和柔性显示器等。
本文将对电致发光的原理进行详细介绍，以便读者更好地理解这一现象。
电致发光的原理可以简单地概括为，当电流通过特定的发光材料时，电子和空穴会在材料内部重新组合，释放出能量并激发光子的发射。
这一过程涉及到材料的能带结构和电子激发态的转变，下面将对这些方面进行详细阐述。
首先，我们来看材料的能带结构。
在晶体中，原子的价电子会形成能带，其中价带是填满电子的能级，而导带是电子可以自由移动的能级。
在电致发光材料中，通常存在着能隙，即导带和价带之间的能量差。
当电流通过材料时，电子会从价带跃迁至导带，形成电子空穴对。
这些电子空穴对会在材料内部扩散，最终导致电子和空穴在特定区域重新结合，释放出能量。
其次，电子激发态的转变也是电致发光的关键。
在电流的作用下，电子会被激发至高能级态，这些激发态的电子在重新组合时会释放出光子。
这些光子的能量与电子跃迁的能级差有关，因此可以通过控制材料的能带结构和电子激发态的能级来实现特定波长的发光。
除了以上提到的基本原理，电致发光还涉及到材料的选择、电流的控制和发光器件的结构设计等方面。
不同的发光材料具有不同的能带结构和发光特性，因此在实际应用中需要根据具体的要求选择合适的材料。
此外，通过控制电流的大小和频率，可以调节发光器件的亮度和稳定性。
同时，发光器件的结构设计也对电致发光的效率和性能起着重要作用。
总的来说，电致发光原理是一种基于材料电子结构和激发态转变的物理现象，通过合理选择材料、控制电流和优化器件结构，可以实现高效、稳定的发光效果。
随着科学技术的不断发展，电致发光在照明、显示和光电器件等领域的应用前景将更加广阔。
希望本文能够帮助读者更好地理解电致发光的原理和应用，促进相关领域的研究和发展。
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光电子材料与器件
材料科） 电致发光及场致发光器件（OLED）
1920年德国学者古登和波尔发现，某些物质加上 电压后会发光，人们把这种现像称为电致发光或 场至发光（EL）。 1936年，德斯垂将ZnS荧光粉浸入蓖麻油中，并 加上电场，荧光粉便能发出明亮的光。 1947年美国学者麦克马斯发明了导电玻璃，多人 利用这种玻璃做电极制成了平面光源，但由于当 时发光效率很低，还不适合作照明光源，只能勉 强作显示器件。 70年代后，由于薄膜技术带来的革命，薄膜晶体 管（TFT）技术的发展场致发光（EL）在寿命、 效率、亮度、存储上的技术有了相当的提高。使 得场致发光（EL）成为三在显示技术中最有前途 的发展方向之一。
主动式与被动式特性相反，成本较昂贵、 制造较复杂，它在面板上增加了一层电子 底板，每个像素通过在电子底板上相应的 薄膜晶体管和电容器来进行独立的寻址。 即每个像素可连续与独立驱动，并可记忆 驱动信号，不需在高脉冲电流下操作，效 率较高，寿命也可延长，适用于大尺寸、 高分辨率之高信息容量的全彩化OLED显示 产品。
目前正进入产业化阶段。OLED在材料与技 术专利部分主要有两大阵营，分别为小分 子及高分子材料。目前OLED量产的产品有 90%以上为被动式单色或多彩小尺寸显示 器，应用市场主要为手机、PDA、手持游 戏机和数字相机等。若从技术及市场发展 趋势来看，OLED将会往主动式、全彩和大 尺寸发展，进而直接威胁TFT-LCD和PDP 等平面显示器的市场。
第（二）种器件程类繁多，大致分成：
交流粉末电致发光（ACEL）; 直流粉末电致发光（DCEL）; 交流薄膜电致发光（ACTFEL）; 直流薄膜电致发光（DCTFEL）。 低能电致发光是指某些高电导荧光粉在低能电 子注入时的激励发光现象。
1、高场交流电致发光显示
图5.1 ACEL结构图
交流电致发光显示是目前高场电致发光显示的主 流。ACEL结构如图5.1所示。 它是将电致发光粉ZnS:CuCl或（ZnCd）S:CuBr 混合在环氧树脂和氰乙基醣的混合物的有机介质 中，两端夹有电极，其中一个为透明电极。另一 个是真空蒸镀铝或银电极，构成一个EL。 实质上，ACEL是大量几微米到几十微米的发光粉 状晶体悬浮在绝缘介质中的发光现象，也称德斯 垂效应。ACEL所加的电压通常为数百伏。ACEL 是晶体内的发光线发光，不是体发光。线发光强 度可达3.4×105cd/m2，总体发光亮度约40cd/m2 功率转换效率为1/%，寿命约1000小时。
高场电致发光的机制存在许多有趣的物理 问题，最近仍在不断的探讨，它与EL材料 中的电子在高电场下作用下的加速产生热 电子，热电子碰撞ZnS格使之离化产生电子 空穴对，当电子重新被这些离化的施主和 受主俘获时，产生复合发光，也可以通过 热电子直接碰撞发光中心发光（如ZnS基质 发光材料中的施主-受主对，或掺杂的Mn2+， 或一些三价稀土离子），电子空穴对的复 合能量也可以直接传递给发光中心而发光。
3、OLED
图5.3 柯达L633数码相机显示屏
有机发光显示器（OLED）又称有机EL，是以有 机薄膜作为发光体的自发光显示器件。 它是固体自发光器件，可适应恶劣工作环境；它 响应时间短、发光效率高、视角宽、对比度高； 它可在5V~10V的低电压下工作，功耗低，工艺简 单；制造成本低、有机发光材料众多、覆盖发光 光谱从红外到紫外，适合全彩色显示；价廉、易 于大规模生产；OLED的生产更近似于精细化工 产品，可在塑料、树脂等不同的材质上生产，产 品的机械性能好，不仅可以制造出笔记本电脑、 台式机适用的显示器，还有可能创造出墙壁大小 的屏幕、可以弯曲折叠的屏幕。人们预言，随着 规模量产的到来，OLED可以比LCD成本低20%。
记忆效应可以解释为：脉冲电压产生强电场，使 发光层中电子加速。在这些电子穿过发光层时， 激发锰发光中心。已穿过发光层的电子便在发光 层与绝缘层的界面上积累起来，这些电子在电场 移去后仍将留在界面处，于是在发光层两边形成 极化电荷。如果下一个脉冲与上一个脉冲同方向， 则极化电场将抵消脉冲电压产生的电场的大部分， 所以发光亮度变小。反过来，如果下一脉冲方向 反转，则极化电场与脉冲电压产生的电场叠加， 总电场变大，所以发光亮度增加。利用记忆效效 可以制成具有灰度级的记忆板，作为视频显示板 用的记忆板能够具有帧储存的能力。
场致发光（EL）按激光发过程的不同分为 二大类：
（1）注入式电致发光：直接由装在晶体上的 电极注入电子和空穴，当电子与空穴在晶体内 再复合时，以光的形式释放出多余的能量。注 入式电致发光的基本结构是结型二极管 （LED）； （2）本征型电致发光：又分为高场电致发光 与低能电致发光。其中高场电致发光是荧光粉 中的电子或由电极注入的电子在外加强电场的 作用下在晶体内部加速，碰接发光中心并使其 激发或离化，电子在回复到基态时辐射发光。
图5.2 ACTFEL结构示意图 1金属电极；2绝缘层；3发光层；4绝缘层；5透明电极；玻璃衬底
ACTFEL优点是寿命长（大于2万小时）， 亮度高，工作温度宽（-55℃~+125℃）， 缺点是只有掺Mn的发光效率高，且为橙黄 色，对全色显示要求三基色研制高效的发 光材料是当今研究的课题。EL器件目前已 被应用在背光源照明上，在汽车、飞机及 其他设备仪器仪表、手机、手表、电子钟、 LCD模块、笔记本电脑显示器等方面获得 应用。也作为交通安全标志，公司标志， 出口通道等发光指示牌上的发光显示器件。
利用此类单体分子便能聚合产生“共轭聚 合物”。最早的共轭聚合物即为聚乙烯， 其具有高导度。有机半导体因其导电程度 介于导体与半导体之间，故其应用范围也 非常广，多用于电磁波遮蔽体、抗静电涂 布等。而应用其掺杂及去掺杂之行为，发 展了充电式电池、智能电变色窗、太阳电 池、光存储、非线性光学器件等。当前最 热门的应用则是OLED。
图5.5所示的典型多层OLED结构，发光过 程为：载流子注入是通过阴极和阳极注入 到电极内侧有机功能薄膜层，载流子分别 从电子传输层和空穴传输层向发光层迁移， 电子和空穴在发光层中相，相互束缚而形 成激子（Exciton），激发态能量通过辐射 跃迁到基态。
由于OLED属有机分子为主的非晶半导体器件， 而无机发光器件（EL）则是以原子为主。 OELD的特性主要来自其分子之作用力而EL是来 自其原子之作用力。 有机分子是共价键化合物，因其电子被局域化， 故通导性不佳。然而有一类有机分子因其具有 π—电子，而在适当组合下，这些π—电子不会被 局域化，而其键结是以单、双键方式交互形成， 故此类分子称为共轭分子，而其特性因π—电子 能够在其共轭π—轨道上移动，故具有导通性。
OLED器件的发光机制 一、OLED器件的发光机制
OLED的基本原理为：加入一外加偏压，使 电子空穴分别经过空穴传输层与电子传输 层后，进入一具有发光特性的有机物质， 在其内部发生复合，激励出一个激子，再 将能量释放出来回到基态，而这些释放出 来的能量中，通常由于发光材料的选择及 电子自旋的特性，只有25%（单重态到基 态）的能量可以用来当作OLED的发光，其 余75%（三重态到基态）的能量以磷光或 热的形式回归到基态。选择不同的发光材 料（带隙不同）可得到不同颜色的发光。
图5.4 可以卷起来的显示器
图5.5 典型双异质结结构
OLED已成为当今超薄、大面积平板显示器件研究的热门。 1963年Pope发表了世界上第一篇有关OLED的文献，当时 使用数百伏电压，加在有机芳香族Anthracene（葸）晶体 上时，观察到发光现象。但由于电压过高，发光效率低， 未得到重视。 直到1987年伊士曼柯达公司的C.W. Tang及Steve Van Slyke等人发明以真空蒸镀法制成多层式结构的的OLED器 件后，研究开发才活越起来。同年，英国剑桥大学开文迪 施实验室的Jeremy Burroughes证明高分子有机聚合物也 有电致发光效应。 1990年英国剑桥大学的Friend等人成功的开发出以涂布方 式将多分子应用在OLED上，即Polymer（多聚物，聚和物） LED，亦称PLED。不但再次引发第二次研究热潮，更确立 了OLED在二十一世纪产业中所占的重要地位。
OLED器件的分类 二、OLED器件的分类
一般说来，OLED显示器依驱动方式分为被 动式和主动式两类。 其电路原理如图5.6所示。
被动式无源矩阵 主动式有源矩阵 图5.6 主、被动式OLED电原理图
被动式适合用在小尺寸的面板，因为其瞬 间亮度与阴极扫瞄列数成正比，所以需要 在高脉冲电流下操作，会使像素的寿命缩 短。且因为扫描的关系也使其分辨率受限 制，因其成本低廉、工艺简单，适用于低 信息量的显示，如字符显示。
2、高场薄膜电致发光（TFEL） 高场薄膜电致发光（TFEL） 目前的ACTFEL多采用双绝缘层ZnS:Mn薄 膜结构。器件由三层组成，如图5.2所示。 器件由三层组成，发光层夹在两绝缘层间， 起消除漏电流与避免击穿的作用。 掺不同杂质则发不同的光，其中掺Mn的发 光效率最高，加200V，5000Hz电压时，亮 度高达5000cd/m2。 ACTFEL具有记忆效应，通常室内光照度下， 记忆可维持几分钟，在黑暗中可保持十几 个小时。