固体发光讲义 - 第九章 有机物的电致发光
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。
固体发光课件
根据激发方式的不同,固体发光 可分为光致发光、电致发光、阴 极射线发光、化学发光和生物发 光等。
固体发光物质结构
晶体结构
固体发光物质多为晶体,其内部原子 或分子按一定规律排列,形成周期性 结构。
能级结构
固体发光物质的能级结构包括基态和 激发态,激发态的能量高于基态,当 物质吸收能量后,电子从基态跃迁到 激发态。
生物医学领域应用前景展望
生物成像
01
利用固体发光材料的荧光特性,进行生物标记和成像,可用于
研究细胞、组织等生物样本的结构和功能。
生物传感
02
将固体发光材料与生物分子相结合,构建生物传感器件,用于
检测生物分子、离子等物质的含量和变化。
光动力治疗
03
利用固体发光材料产生的光能,激活光敏剂并产生毒性作用,
材料性能参数及影响因素
发光效率
发光效率是衡量固体发光材料性能的重要指标, 包括量子效率和流明效率。量子效率表示发光的 量子数与吸收的量子数之比,流明效率则表示发 光的亮度与输入的电功率之比。
余辉时间
余辉时间是指发光材料在停止激发后,发光强度 衰减到初始强度的1/e所需的时间。长余辉材料在 夜间或暗环境下具有良好的指示和装饰效果。
发光颜色
发光颜色由材料的能级结构和发光机制决定,可 以通过改变材料的组成、结构或掺杂元素等方式 实现发光颜色的调控。
热稳定性
热稳定性是指固体发光材料在高温环境下的发光 性能保持能力。良好的热稳定性有助于提高材料 的可靠性和使用寿命。
新型固体发光材料研究进展
钙钛矿发光材料
钙钛矿是一类具有优异光电性能的材料,近年来在固体发光领域取得了重要进展。通过调 控钙钛矿的组成和结构,可以实现高效、稳定的固体发光。
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。
固体电致发光 ppt课件
OLED器件的发光机制
如下图的典型多层 OLED构造,发光过程 为:载流子注入是经 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,相互束缚而构 成激子〔Exciton〕, 激发态能量经过辐射 跃迁到基态。
三、发光二级管
可以卷的、便携式显示器
OLED器件的发光机制
OLED的根本原理为:参与一外加偏压,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, 鼓励出一个激子,再将能量释放出来回到基态, 而这些释放出来的能量中,通常由于发光资料的 选择及电子自旋的特性,只需25%〔单重态到基态 〕的能量可以用来当作OLED的发光,其他75%〔三 重态到基态〕的能量以磷光或热的方式回归到基 态。选择不同的发光资料〔带隙不同〕可得到不 同颜色的发光。
1. 器件制造
❖ 可用不同的半导体技术来制造电致发光器件:融 熔,在晶体生长过程中外延,分散和离子注入等。
❖ SiC电致发光器件激起了人们很大兴趣,由于它们 稳定性特别高,任务寿命长,并能抗电流过敏, 耐热及耐受其它外部作用。人们可以制备出发出 任何颜色可见光乃至发出紫外光的SiC电致发光器 件。
❖ 在不改动器件制造方法的情况下,在这种器件中 SiC发光颜色的控制既可以经过采用: ①不同的多型体,仅由于SiC的不同多型体禁带宽 度上的差别就可以使辐射的光子能量改动0.8eV. ②可以经过掺不同的发光激活剂来实现。比如说 6H-SiC分别掺Be,B,Se和Al就可以制出红、黄、 绿和蓝色的发光器件。
二、电致发光器件和原理
电致发光(电场发光,EL)是指电流经过 物质时或物质处于强电场下发光的景象, 普通以为是在强电场作用下,电子的能量 相应增大,直至远远超越热平衡形状下的 电子能量而成为过热电子,这过热电子在 运动过程中可以经过碰撞使晶格离化构成 电子、空穴对,当这些被离化的电子、空 穴对复合或被激发的发光中心回到基态时 便发出光来.
固体电致发光
• 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 内再结合时,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(LED)
本征型电致发光:又分为高场电致发光与低场 电致发光。 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, 碰撞发光中心并使其激发或离化,电子在恢复 到基态时辐射发光。
中频(MF)磁控溅射
旋转靶的优点
• 靶材利用率最高可达 70% 以上 • 靶材有更长的使用寿命
• 更快的溅射速率 • 杜绝靶中毒现象
中频(MF)磁控溅射
中频反应磁控溅射中的“迟滞回线”现象
三种磁控溅射对比
DC 电源价格 靶材 便宜 圆靶/矩形靶 MF 一般 RF 昂贵
平面靶/旋转靶 实验室一般用圆平面靶
低场电致发光又称为注入式发光,主要是指半 导体发光二极管。
2.电致发光材料介绍
无机电致发光材 料 从发光材料角 度
电 致 发 光 材 料
小分子 有机从在OLED器件 空穴传输层材料 中的功能及器件 发光层材料 结构的不同分类 电子传输层材料 电子注入层材料
无机电致发光材料
1-磁极 2-屏蔽罩 4-基片加热装置 6-磁力线 7-电场 3-基片 5-溅射靶 8-挡板
矩形平面靶: η~30%
直流(DC)磁控溅射
3.3.3中频(MF)磁控溅射
中频交流磁控溅射可用在单个阴极靶系统中。 工业上一般使用孪生靶溅射系统。
中频(MF)磁控溅射 中频交流孪生靶溅射的两个靶位上的工作波形
ZnS基电致发光材料
• ZnS:Mn
研究最早,高亮度、高效率 发光带谱 540nm~680nm 橙黄色 以射频磁控溅射法制备了Mn的质量分数为0.45%的 ZnS:Mn薄膜电致发光器件 绝缘层为 Y2O3 近年来,以溶胶-凝胶法制备了ZnS:Mn薄膜电致发 光器件,绝缘层为 Ta2O5 发现576nm的发光峰,且700℃退火时发光层结晶 度最好,发光效率较高。
有机电致发光介绍
电路相匹配; (4) 制作工艺简单并且成本低; (5) 可实现超薄的大面积平板显示,响应速度快,
视角大,全固化,抗震性能好,工作温度范围广; (6) 良好的机械加工性能,容易做成不同形状。
最早有机电致发光的报导
是Bernanose等人在蒽单晶片的两 侧加400 V直流电压时观测到的发 光现象。
有机电致发光材料与技术
主要内容
第一章 绪 论 第二章光致发光及电致发光的基本知识 第三章电致发光的器件结构与器件物理 第四章有机电致发光的主要辅助材料
主要内容
第一章 绪 论 第二章光致发光及电致发光的基本知识 第三章电致发光的器件结构与器件物理 第四章有机电致发光的主要辅助材料
电致发光的发展历程
由于单晶厚度达10-20 m,所 以驱动电压较高。
由于蒽单晶作为电致发光材料难以 获得大面积及更低电压下的发光, 并且发光器件的效率也极低,有机 电致发光在当时并没有引起科研工 作者的注意。
N
1987年,以邓青云博士(Dr. Ching W. Tang) 为 首 的 Eastman Kodak公司研究团队, 以芳香二胺(TPD)作为空穴传 输层,以Alq3作为发光层,稳 定 的 低 功 函 材 料 Mg:Ag 合 金 作为阴极,研制出驱动电压 10V、亮度>1000 cd/m2和效 率1.5lm/W的有机电致发光器 件。
后来,Heeger小组又研制出基于 柔性衬底的聚合物有机电致发 光器件,器件在2~3 V下就可以 发光,量子效率大于1%。 这种塑料基聚合物有机电致发 光器件可以卷曲和折叠而不影 响器件的发光性能。 从此对有机电致发光器件的研 究开始向纵深方向发展。
有机电致发光材料ppt课件
有机配合物是最早使用的有机电致发光材料,具有优良的载 流子传输特性和成膜性能,典型的有8-羟基喹啉铝(Alq3)及铍 的络合物Bebq2。
寒假来临,不少的高中毕业生和大学 在校生 都选择 去打工 。准备 过一个 充实而 有意义 的寒假 。但是 ,目前 社会上 寒假招 工的陷 阱很多
寒假来临,不少的高中毕业生和大学 在校生 都选择 去打工 。准备 过一个 充实而 有意义 的寒假 。但是 ,目前 社会上 寒假招 工的陷 阱很多
基本概念
电致发光(EL)是指发光材料在电场作用下,受到电流电压的激发 而发光的现象,是一种直接将电能转化为光能的过程。
有机电致发光是指由有机光电功能材料制备成的薄膜器件在电场 的激发作用下发光的现象。
发光材料按分子结构特性分为有机小分子荧光材料 和有机金属配合物材料,前者种类最多,典型的小 分子荧光有机电致发光材料如DCM发红光,香豆素 C540发绿光。
寒假来临,不少的高中毕业生和大学 在校生 都选择 去打工 。准备 过一个 充实而 有意义 的寒假 。但是 ,目前 社会上 寒假招 工的陷 阱很多
蒽 单晶层 20厚 m,度 驱动 40V 电 0 压
2). 1982年 Vincett的研究驱动电压30V, 但是器件的量子效率很低,小于1% 特点: (1)单层器件;(2)驱动电压高; (3)器件效率低
寒假来临,不少的高中毕业生和大学 在校生 都选择 去打工 。准备 过一个 充实而 有意义 的寒假 。但是 ,目前 社会上 寒假招 工的陷 阱很多
寒假来临,不少的高中毕业生和大学 在校生 都选择 去打工 。准备 过一个 充实而 有意义 的寒假 。但是 ,目前 社会上 寒假招 工的陷 阱很多
有机电致发光二极管(OLED)
固体电子学光电效应课件
所以光的波长越短,即频率越高,其光子的能量也越大; 反之,光的波长越长,其光子的能量也就越小。 在光线作用下,物体内的电子逸出物体表面向外发射的现象称为外光电效应。向外发射的电子叫光电子。基于外光电效应的光电器件有光电管、 光电倍增管等。 光照射物体,可以看成一连串具有一定能量的光子轰击物体,物体中电子吸收的入射光子能量超过逸出功A0时,电子就会逸出物体表面,产生光电子发射,超过部分的能量表现为逸出电子的动能。
固体电子学光电效应课件
Definition of laser
A laser is a device that generates light by a process called STIMULATED EMISSION. The acronym LASER stands for Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation Semiconducting lasers are multilayer semiconductor devices that generates a coherent beam of monochromatic light by laser action. A coherent beam resulted which all of the photons are in phase.
法布里-珀罗 (F-P) 谐振腔
100%
90%
固体电子学光电效应课件
Diode Laser
固体电子学光电效应课件
Typical Application of Laser
The detection of the binary data stored in the form of pits on the compact disc is done with the use of a semiconductor laser. The laser is focused to a diameter of about 0.8 mm at the bottom of the disc, but is further focused to about 1.7 micrometers as it passes through the clear plastic substrate to strike the reflective layer. The reflected laser will be detected by a photodiode. Moral of the story: without optoelectronics there will no CD player!
固体发光
固体发光第一部分基本理论第一章概述一、基本定义:发光:发光是指物体内部以某种方式吸收的能量转化为热辐射之外的以光的形式出射的多余能量,而且这种能量的释放过程具有一定的时间。
分立发光:指发射来自晶体中的原子、离子或离子的复合体(complex)如WO42-等,基质的晶格可以影响发光中心的能级(包括改变能级的位置,降低能级的简并度,改变能级之间的跃迁几率),但是发光(光发射)的主体仍然是这些原子(或离子,离子的复合体)。
复合发光:通常是指倒带电子与价带空穴符合产生的光发射。
或者导带电子价带空穴参与的发光过程。
余辉:当受到外界光激发时,发光中心的基态电子跃迁到激发态,激发停止后,发光过程的延续。
位形坐标:位形坐标可以用来表示发光中心离子与其周围晶格环境中分布的离子所构成体系的能量(其中包括离子势能、电子能量以及电子和离子之间的相互作用能量)与周围晶格离子的位置之间的关系,位形坐标图的纵坐标表示存在晶体中的发光中心的势能,而横坐标则表示中心离子和周围离子的位置关系。
上转换发光:所谓的上转换发光就是用长波长的光激发材料,使产生短波长的光,即将低能量的光子产生高能量的光子的发光过程。
量子剪裁:量子剪裁也称为下转换发光,是指吸收一个高能的VUV光子,发射两个或者以上可见光光子的材料。
辐射跃迁:激发态分子以释放辐射的形式失活到基态和低能激发态的过程,称为辐射跃迁。
非辐射跃迁:非辐射跃迁表示原子在不同能级跃迁时并不伴随光子的发射或吸收,而是把多余的能量传给了别的原子或吸收别的原子传给它的能量。
敏化发光和敏化剂:固体发光中两个不同的发光中心通过相互作用,将一个中心吸收的能量传递到了另一个中心,以致后一中心的发光得到加强的现象,前一中心称为敏化剂。
Stokes位移:电子吸收激发光能量后通过跃迁过程发射光子,由于损失一定能量使得发射能量低于吸收能量,对应的能量差被称为Stokes位移。
能量传递:指某一个被激发中心把获得的能量全部或者部分传给另一个中心,并使其发光的过程。
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。
有机电致发光器件简介
空穴传输层
总结词
空穴传输层负责传输空穴到发光层。
详细描述
空穴传输层通常由有机材料组成,如多苯基小分子或聚合物,这些材料具有较高的空穴迁移率,能够有效地将空 穴传输到发光层。
度的显示效果。
THANK YOU
多色与高分辨率有机电致发光器件研究进展
多色与高分辨率有机电致发光器件是未 来发展的重要趋势之一,其研究进展主 要集中在彩色显示和高分辨率显示两个
方面。
在彩色显示方面,研究者通过合成不同 颜色的发光材料和精细的掺杂技术,实
现全色显示和多色动态显示。
在高分辨率显示方面,研究者采用高精 度印刷和纳米光刻技术,制备高分辨率 的像素电极和功能层,从而实现高清晰
照明应用
总结词
有机电致发光器件具有高效、环保、可弯曲 等优点,在照明领域具有广阔的应用前景。
详细描述
有机电致发光器件的发光效率高,能够实现 高效照明,同时其环保无汞的特性符合绿色 照明的趋势。此外,有机电致发光器件还可 以制成柔性照明产品,如柔性灯带、可折叠 灯具等,具有广泛的应用场景。
生物成像与传感应用
热活化延迟荧光材料的发光寿命较长, 且具有较高的发光效率,因此在有机 电致发光器件中具有广阔的应用前景。
04
有机电致发光器件的应用
显示应用
总结词
有机电致发光器件在显示领域具有高对 比度、宽色域、低能耗等优势,被广泛 应用于电视、显示器、广告牌等显示设 备。
VS
详细描述
有机电致发光器件通过电流激发有机材料 ,产生可见光,具有自发光的特性,无需 背光源,因此可以实现高对比度和宽色域 的显示效果。同时,有机电致发光器件的 能耗较低,能够降低显示设备的运行成本 和维护成本。
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
21
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
20
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
12
有机电致发光器件简介 ppt课件
❖ IR- OLED: Optical Communication
用于显示和照明OLED产品
31-inch OLED TV prototype (Samsung,2005)
有机微显示器件
• 800 lines/inch,30 line/mm; • 硅CMOS驱动,4V工作电压;
LiF
3.4
10750 6609 13710 8452
Maximum PE
(lm/W)
0.7 0.4 1.1 0.8
功率效率 电子传输 – Alq3:MnO器件>Alq3器件 电子注入 - MnO器件>LiF器件
微腔OLED能有效提高色纯度和效率
Principle of tandem OLED with p-n junction CGL
插入空穴传输层,电子在界 插入电子传输层,空穴在界
面处被阻挡并积累,而空穴 面处被阻挡并积累,而电子
容易注入发光层,电子和空 容易注入发光层,电子和空
穴在界面处复合
穴在界面处复合
OLED三层结构
HTL EML
阴极
ETL
ITO
电子受到空穴 传输层的阻挡, 空穴受到电子 传输层的阻挡, 使电子与空穴 限制在发光层 中,提高电子 与空穴复合的 几率
traps
OLED结构的优化设计
OLED的结构设计 --------优化器件性能
设计原则:载流子注入平衡、 传输平衡
各功能层 能级匹配
单层结构:
阴极
电子与空穴的注入势
垒迁移率与空穴的迁移
率接近
OLED双层结构
阳极
HTL EML
有机电致发光器件简介课件
21世纪
全彩色、高亮度、大面积的 OLED显示技术得到广泛应用。
02
有机电致发光器件的材料
电子传输层材料
电子传输层材料的主要作用是传输和捕获空穴,其基本要求是具有较高的电子迁移率以及能级匹配,以确保电子和空穴的有 效注入。常见的电子传输层材料包括金属氧化物如ZnO、Ta2O5等。
05
有机电致发光器件的实验研究
实验设备与环境
实验设备
EL器件制备设备、光谱分析仪、电压/电流表、恒流电源等。
实验环境
无尘室、恒温恒湿环境、防震台等。
实验过程与步骤
器件制备
清洗基底、真空镀膜、光刻、刻蚀等。
性能测试
光谱分析、亮度测量、电压/电流测量等 。
数据记录与处理
记录实验数据,分析数据,得出结论。
寿命问题
大面积生产问题
有机材料的老化速度较快,导致有机电致 发光器件的寿命相对较短。
目前有机电致发光器件的生产主要依赖于 真空镀膜技术,这使得在大面积上制造这 些器件变得非常困难且成本高昂。
未来的发展前景
新材料开发
随着材料科学的不断发展,未来可能 会有更多高效、稳定的有机电致发光 材料被发现,进一步提高器件的性能 。
电子传输层材料的能级调整对于器件性能至关重要,通常通过掺杂等方式进行能级调控,以提高电子注入效率和载流子平衡 。
空穴传输层材料
空穴传输层材料的主要作用是传输和注入空穴,同时 阻挡电子,防止其进入发光层。该层材料需要具有较 高的空穴迁移率以及合适的能级结构,以实现有效的 空穴注入和传输。常见的空穴传输层材料包括有机材 料如NPB(N,N'-双(3-甲基苯基)-N,N'-双(4-叔 丁基苯基)-1,1'-联吡啶嗡氯化物)和CuPc(铜酞菁 )。
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。
有机电致发光
主要内容
1 电致发光的简介
2
OLED和器件结构
3
OLED分类及性能参数
4
有机电致发光的应用
发光的主要分类
光致发光 阴极射线发光 电致发光
热释发光
光释发光 辐射发光
电致发光 电致发光又可称电场发光, 简称EL,是通过加在两电极的电 压产生电场,固体在电场的作用 下将电能直接转换为光能的发光 现象
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。
总结
现在平板显示产业发展越来越盛,在各个显示 器技术争相竞争的同时,电致发光器件在一些 行业内也取得一定市场,特别是近几年有机电 致发光(OLED)的迅速发展,使得电致发光 在大面积平板显示,照明行业都有很大的发展, 很多人相信,OLED将来会代替LCD成为主流 显示技术,而且随着研究投入的越来越大, OLED技术也会越来越成熟,电致发光产品会 给我们的生产和生活带来巨大变化。
电致发光的种类
(1)注入式电致发光: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。 (3)无机电致发光 (4)有机电致发光 (5)薄膜型电致发光 (6)分散型电致发光
有机电致发光(OLED)
有机材料的电致发光属于注入式的复合 发光。有机电致发光材料依据在OLED器件 中的功能及器件结构的不同,又可以区分为 空穴注入层(HIL)、空穴传输层(HTL)、 发光层(EML)、电子传输层(ETL)、电 子注入层(EIL)等材料。 有机电致发光过程由以下几个阶段完成:
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
第九章 有机薄膜电致发光9-1 有机分子的光致发光9-1-1 有机分子的能级有机物的一种最主要的组分是碳氢化合物。
那些碳原子间具有双键或三键的有机物,即所谓未饱和碳氢化合物, 通常都有较强的光致发光(PL)。
这些有机分子都有π键,它的激发态和发光关系密切。
具有双键的分子,如芳香族碳氢化合物(即苯系化合物,包括各种染料),多烯类(polyenes),核酸(nucleic acid),氨基酸(amino-acid)等等以及某些高分子。
它们的π键在发光中占有重要的地位。
原子组成分子时,s 电子互相形成σ 键,p 电子则形成π键。
分子在基态时,电子都成键。
不论是σ 键或π键,都有自旋相反的两个成键电子,其总自旋为零(S=0) 。
因此成为单态,通常记为S 0(图9-1)。
当一个电子被激发,如其自旋不变,即仍有总自旋S = 0,激发态亦为单态,以S S S 12,,3…等表示不同的单态。
如果自旋反转了,两个电子的自旋平行,则总自旋为S = 1,那就成了三重态:T T T 12,,3…(有人也把T 态叫做三线态。
实际上,T 态是简并的,即三个态的能量相等,因而一般表现为一条线。
只有在一定条件下,T 态才会分裂,从而在光谱上出现两条线或三条线。
所以还是称为三重态比较合适)。
根据自旋选择定则,单态和三重态之间的跃迁是禁戒的。
通常,三重态能级低于相应的单态,即S 1高于T 1,S 2高于T 2,……等等。
当然这不是严格的,有时也可能有S 1既高于T 1又高于T 2的情况。
通常激发光多半是紫外或近紫外,能量不会太大。
因此,一般最高都只激发到。
2S 图9-1 π电子能级和发光过程图9-1 给出π电子的激发和跃迁示意图。
发光多半都是从S 1跃 迁回到基态。
S 2能级的发光是少有的事,因为其能量通过无辐射多声子跃迁而转移到S 1的几率极大,约为1012/秒的数量级,这一无辐射过程化学家通常称之为内转换 (Internal conversion)。
而S 1的寿命为109−秒左右,相对于S 2的寿命,这就是相当长了。
荧光表征的就是S 1 →S 0的跃迁。
和原子光谱一样,S →T 的选择定则并不是严格的。
旋轨耦合会造成不同自旋态的混合。
这在第四章里已经谈到过。
因此,S 1到T 1的跃迁可能发生,而T 1→S 0的跃迁自然也是可能的,不过与之相应的发光的衰减时间要比荧光长得多,有的可长到秒的数量级,这就是磷光。
从S 1无辐射地转移到T 1,这种过程叫做系间过渡 (Inter-system crossing)。
由图可见,磷光光子的能量比荧光的能量小 ,因此波长要长些。
当T 1和S 1的间隙为,kT 的数量级时,分子还能借助热振动的能量,从T 1态反向转移到S 1态,然后还从S 1发光,这种荧光叫做延迟荧光(delayed fluoresence ),又称为E 型延迟荧光[Lumb1978]。
因为它的持续时间要延缓很多,可以和磷光相比,而前面说过的电子从S 1立刻返回S 0的荧光也称为瞬时荧光 (prompt fluorescence )。
当T 1态的密度较高以至相近的两个T 1态可以发生相互作用时,它们的能量相加可以将电子激发到比S 1态更高(例如S 2)的态 ,结果也会产生延缓了的荧光,Lumb 称这种“荧光“为P 型延迟荧光,以区别于前面那种延迟荧光。
发生后一种情况时,T 1→S 0跃迁总的数量减少了,磷光强度随之弱了。
所以这样的过程,也称为三重态的湮灭(triplet-triplet annihilation )。
π电子的最低激发态(S 1)的能量是比较小的,一般相当于近紫外到可见 光的波长。
这也是为什么它在发光中特别重要的原因。
这里要说明一下,图9-1中还应该有分子的振动能级,省略了。
在有机分子中,可以说只有芳香族分子及其衍生物发光的效率最高。
苯是这个族的基本单元,它的发射光谱覆盖着从330 nm 到260 nm 这个波长范围,但其量子效率很低,不到10%。
在苯环上挂上某种基团可以大大提高效率,波长向短波方向稍有移动。
但如果挂上直链苯基,如三联苯、四联苯等,或者在苯环的几个中位上同时挂几个苯基,如m-三联苯,1,3,5,-三苯基苯,就会产生很大的影响,使发射波长向长波方向移动许多,稠环如萘蒽以及芘(pyrene )等等也是如此。
9-1-2 分子结构与发光特性的关系关于有机分子结构和它的发光特性显然是有关系的,但还没能找出普遍的规律。
以下是 Krasovitskii 和Baltin 从已发表的工作中得到的一些结论[Krasevitskii and Baltin 1988]图9-3a N,N’-disalicylalazine 共轭链长了,光谱红移,效率增大。
这是对简单的芳香烃化合物而言。
例如图9-2所示的二(正-己基)聚苯系列,当此材料为三联苯(即n=1)时,量子效率为0.6;当n=2即为四联苯时,量子效率增至 0.87。
这明显地说明苯环增加的效果。
但是对较复杂的化合物,链长并不是唯一的决定性因素。
不同系列有不同的“临界“长度。
链再长效率就反而会下降。
这是因为结构复杂的分子转动和振动的模式增多,无辐射跃迁的几率随着增大。
图9-2 二(正-己基)聚苯系列 对于共轭键较长的化合物,分子的刚性结构是效率高的重要条件,因为这可以使无辐射损失降到最小。
在某些情况下,分子内如形成氢键,可以增加分子的刚性,例如图9-3a 的N,N’-disalicylalazine 无论是晶体状态或在冻结的溶液中都发光,而9-3b 的二亚苄基连氮(缺了苯基)在任何情况下都不发光(Ph 代表苯基)。
另外,如果分子形成新环,也会使本来不发光的转化为发光的。
例如图9-4的左边N-亚苄基苯胺是不发光的,但右边的2-苯基苯并咪唑则是发光的。
右边实际上是形成了一个杂环,增大了刚性。
N-亚苄基苯胺 2-苯基并咪唑图9-4杂环的结构,杂原子的性质和数量都能影响发光的特征。
另一个因素是分子的三维结构。
例如分子是不是平面的。
分子上芳香环和杂环的取代基更是一个影响发光的重要因素。
研究给电子取代基(electron donor substituent) 的工作较多,但并没有什么普适性的规律。
例如,有的给电子取代基能提高发光效率,有的则会降低效率。
受电子取代基(electron acceptor substituent)也是如此。
有的取代基影响电荷的转移,有的会加强分子的极化。
硝基一般被认为是发光的毒化剂(killer),但有的含硝基的分子则有较强的发光,并且多为黄、绿色光。
卤素有时也有猝灭作用。
以上很简略地介绍了结构和发光的关系。
有兴趣的可以参看Krasevitskii 和 Baltin 的书。
该书介绍了许多研究工作的结果并给出了出处。
这里是根据第一版的内容择出的。
前面已经指出,π电子的光致发光光谱大多处在近紫外到可见光区域。
所以应用广泛,特别是作为可调频激光器的材料。
另外它还有一个重要的特征,那就是发光效率较高。
人们不仅利用它们的光致发光特性,也利用它们作为射线的探测元件。
许多闪烁计数器的材料是有机的。
它们不但发光在近紫外,能够很好地和光电倍加管匹配。
有许多材料的发光余辉在1 ns左右,是快速闪烁记数所需要的。
例如图9-5a的三联苯(p-terphenyl)在环己烷溶液中的光致发光量子效率为0.74,余辉为0.95 ns。
图9-5b的 2,5-二苯基恶唑(2,5-diphenyl-oxazole )的量子效率为0.83,余辉为1.4 ns。
它们的发光峰都在360 nm附近,正是光电倍加管的敏感区。
9-1-3发光的猝(读音zu)灭发光猝灭的意思是指某一给定的发光谱带(或谱线)强度的减弱或消失。
这里可以有两种情况:1. 给定的谱带强度减弱了,其它波段没有任何变化,这意味着消失掉的这部分激发能转换为热能了;2. 给定的谱带减弱,别的谱带生成或增强了,这意味着这部分的激发能部分地转化到另一个能级系统或另一个发光中心。
下面分别介绍这两种情况。
发光物质在溶液或固体中浓度较大时,常会发生发光强度趋向饱和甚至下降的现象,称为浓度猝灭。
最初发现这种现象是Förster和Kasper。
他们在观察芘C16H10(分子结构见图9-6)的发光性质时,发现芘的兰色发光随着浓度的增加而减弱,而同时在长波方向出现一个宽的无结构的谱带。
但是,在测量吸收光谱时,却未见吸收的变化。
由此他们认为,涉及的发光中心是在激发状态下形成的,也就是生成了一种新的化合物。
[Förster and Kasper1955] 他们把这种化合物称为瞬态二聚物(transient dimer), 之后被正式命名为激态分子或受激准分子(excimer即 excited dimer 的简化写法),以区别于正常的两个分子的结合物——二聚体(dimer)。
激态分子也是两个分子组成的”二聚体“,但其中之一处于激发态,不论这激发态 是单态还是三重态。
一旦弛豫回到基态,它就分解成两个原来的分子。
因此,只有在发光物浓度较大时,产生的激态分子数量才达到能够被观察到的程度。
这时只有发射光谱发生变化,吸收光谱则不变。
生成激态分子并非罕见,也非芘分子特有的情况。
正相反,对芳香族碳氢化合物及其衍生物而言,这差不多是一种规律,是经常会发生的。
当然,浓度猝灭的原因并不一定是由于形成激态分子。
还有可能是,浓度增大时,分子间距离缩小了,它们彼此间的能量传递就变得更容易些。
这也就意味着激发态的寿命延长了。
既然每个激发的分子中都存在一定的 无辐射跃迁几率,在激发态停留的时间越长,发生无辐射跃迁的可能性也就越大。
再者,有些分子附近可能存在猝灭的杂质或缺陷,激发分子在晶体中长时间地传递,也增加了和这些猝灭剂接触的机会。
这些都是产生浓度猝灭的因素。
对于后面这两种情况,没有新的谱带产生。
说到猝灭剂,氧可以说是最常见的,特别是在溶液中。
氧的作用相当复杂。
它可以促进(或催化)内转换或系间过渡的发生,还可能和有机分子结合成所谓激态复合物(exciplex , excited complex 的简化写法。
这个译法是根据科学出版社出版的《英汉化学化工词汇》第三版。
现在许多人则称之为激基复合物)。
这种复合物和激态分子一样也可能会发光,但其波长变了。
因此也表现为本来存在的发光带的猝灭。
激态复合物也可以发生在固体中,特别是两种材料的界面附近。
另一个常见的猝灭剂是卤素。
有机分子挂上一个卤素取代基,发光总是减弱。
即便不是有了一个取代基而只是和卤化物接触,发光也会被猝灭。
猝灭的原因是卤素增大了内转换。
9-1-4 有机固体的发光有机物从气态或液态转化为晶态时,由于晶体的光学性质及介电性质的变化,也由于激发分子与其它分子的相互作用,会发生“溶质”红移(red shift ),其大小约为几百波数(cm -1),单态则要比三重态的红移大出二个数量级。