场发射显示材料 及 电致发光材料

电致发 光过程
04 激子的迁移
激子在电场作用下迁移，将能量 传递给光分子，并激发电子从基 态跃迁到激发态 激子的迁移 载流子的复合
03 载流子的复合
电子和空穴结合产生激子
有机电致发光材料
Organic Electroluminescent Materials
未来工作 OLED的主要研究方向
虽然人们不断报道新 型的蓝光材料，但是 提高发光效率和器件 寿命，增加稳定性 同其他颜色发光材料 (特别是黄、绿光材 料)相比，仍有较大 不足，实现全色显示 尚需努力 研究高亮度、高效率、
第四节
有机电致发光材料
Organic Electroluminescent Materials
有机电致发光材料
Organic Electroluminescent Materials
电致发光的发展
75 nm 60 nm
01
1953年，Bernanose等
第一次发现了有机物中 的电致发光现象；1963 年美国纽约大学的Pope 等人也观察到了晶体薄 膜的电致。 1982年 Vincett的研究 小组制备出厚度0.6um 的薄膜，并观测到电致 发光。
电致发光材料
Electroluminescent materials
电致发光
电致发光是某些物质被施加电压后，将 电能直接转化为光能的一种物理现象。 有许多材料具有这种发光特性，这些材 料可分为无机和有机两大类，其中无机 材料历史较久，是人类认识和应用最早 的材料, 而这些材料具有高分子材料无 法比拟的优异性能, 在现代科学技术中 占有越来越重要的地位。且随着国民经
半导体内场致电子发射
第二节
冷阴极材料
Cold Cathode Materials
冷阴极材料
Cold Cathode Materials
冷阴极
当使用熔点和沸点很 高的材料（如C、W
当使用钢、铜、铝等
材料做阴极时，其熔 点和沸点较低，阴极 温度不可能很高，热 发射不可能提供足够
等）做阴极时，阴极
有机电致发光材料可选范围广,容易 得到全色显示
有机电致发光材料
Organic Electroluminescent Materials
01 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。 载流子的注入 载流子的迁移
02 载流子的迁移
注入的电子和空穴分别从电子传 输层空穴传输层向发光层迁移。
发光原理
在电极为透明导电薄膜低点平版电容器 中，放入几十毫米厚的混有截止的发光 粉，，然后在电极之间加上一定的电压， 就可以从玻璃一面看到发光，通常用交 流电或直流电压都可以获得电致发光。 电致发光有高电场发光（本征发光）和 低电场结型发光（注入型发光）。前者 发光材料是粉末或薄膜材料，后者是晶
济的繁荣, 技术的进步, 对无机发光材
单晶层厚度20um 驱动电压400v
02
04
有机电致发光材料
Organic Electroluminescent Materials
可实现超薄的大面积平板显示
有机电致发光二极管(OLED)
近十多年里,OLED作 为一种新型显示技术 已经取得了长足的发 展，就器件的发光亮 度、发光效率和寿命 而言，OLED器件已 经基本达到了实用的 要求。
色稳定性和高器件寿
命的白光OLED器件。 解决白光OLED寿命 短、发光效率低等问 进一步了解有机半导 体发光机理，合理解 决OLED器件发光淬
题，是OLED显示器
能否大规模走向产业 化的关键
灭、能量传递、发光
区域漂移等问题成为 研究的焦点
感谢观看
03
1987年美国Kodak 公
创新点： (1)多功能有机层的结构； (2)超薄的有机层厚度 驱动电压小于10V 最大外量子效率1％ 最大亮度大于 1000cd/m2
司的邓青云等采用了夹
层式的多层器件结构， 开创了有机电致发光的 新的时代。 1990年，Burroughs等 人将共轭聚合物聚对苯 基乙烯（PPV）制作了 高分子发光二极管，简 化了制备工艺，开辟了 发光器件的又一个新领 域，即聚合物薄膜电致 发光器件。
全固态器件,自发光型,无真空腔,无 液态成分,不怕震动,使用方便 制作工艺简单，成本低
OLED
响应速度快(微秒量级)，视角宽(大 于160度)，工作温度范围宽(40℃～80℃) 直流驱动电压低，能耗少，可与集 成电路驱动相匹配
发光效率：>10lm/W； 发光寿命：绿光器件达 8万小时，黄光器件达3 稳定性：亮度为 万小时，蓝光器件达8 100cd/m2时，工作寿 千小时； 命大于1万小时； 最大尺寸：已经超过40 英寸。
③次级电子发射
界外获得能量的电子穿入物体内部， 把能量传递给物体内部的电子，使 之逸出的发射方式。
②光电子发射
即外光电效应，与电子没有逸出物 体表面的内光电效应有区别，电子 靠光辐射吸收光量子能量而逸出物 体产生的发射。
④场致电子发射
也称自电子发射、冷发射，在物体 表面加强电场以削弱阻碍电子逸出 物体的力，利用隧道效应而产生的 发射.
薄膜发光材料
将发光体制成薄膜后，在电场作用下发光成为薄膜 电致发光。左图为无机EL基质材料的物理性能。在
这些基质材料中掺入过渡族金属（Mn）或稀土元
素（Eu、Tb、Ce）而得到发光中心。 ZnS:Mn是研究最早，高亮度、高效率的电致发光 材料。它的发光带谱从540～680nm,峰值在 585nm左右，呈橙黄色。通过加滤色片的方法，可 以从中获得全色显示所需要的红色和绿色发光。 左表列出当前发光效率最高的FEL三基色发光材料 和白光FEL材料。
FED发光材料
FED Luminescent Material
形式
场致电子发射的形式大体上 可分为以下几种：
尖端外场致电子发射 介质薄膜（介质涂层）内场电子发射
FED发光材料
场发射显示又称真空微显示器，1986年公开， 1993年全色FED问世。作为新一代薄型电子电子显 示器件备受关注。 FED与CRT的发光机理基本一致，也是电子射线激 发发光。但CRT是热阴极，即把阴极加热后发射电 子；而FED是冷阴极，通过将强电场集中在阴极上 的圆锥形发射极上发射电子。 CRT和FED均使用电子束激发的发光材料，但加速 电子束的电压不同。CRT加速电压约15kV~30kV， FED为300V~8kV。CRT采用逐点扫描方式，寻址 时间短，约为纳秒级，而FED采用矩阵式逐行扫描 方式，寻址时间为几十微秒。 氧化物FED发光材料优于硫化物材料。在高电流密 度的激发下，ZnS基质材料表面粗糙，易老化。氧 化物材料表面导电性好，因为氧化物材料具有高浓 度的氧空位和晶格间阳离子。
进一步优化器件性能
需要对载流子的产生、电荷的运输和倍 增、碰撞激发过程、发光中心的重新复 合特性等作深入的研究；
01
02
提高器件发光效率
对器件本身设计，膜的制备方法等也需 深入研究
蓝光材料的开发研制
努力寻找新的蓝色发光材料，提高发光 效率。
03
04
新型膜材料的研究
对其他各类材料都进行探究，寻找更适 合更节能环保的新材料
02
Cold Cathode Materials
03
无机电致发光材料 有机电致发光材料
Inorganic Electroluminescent Materials
04
Organic Electroluminescent Materials
第一节
FED发光材料
FED Luminescent Material
场发射显示材料 及 电致发光材料
Field emission display material And Electroluminescent materials
演讲人：冯晓华 制作人：毕宇波 资料查询：付浩宇，薛文强，兰志强
01
FED发光材料
冷阴极材料
FED Luminescent Material
子力学的观点解释了金属的场致发射现象， 称为FN理论。半导体材料在电场中的行为比 金属更为复杂，主要是由于存在电场渗透现 象和更为复杂的表面态影响。
FED发光材料
FED Luminescent Material
电子发射的几种方式
①热电子发射
电子靠加热物体提供能量，当温度升高， 电子的无序热运动的能量随之增大，直致 电子能够克服阻碍它逸出固体表面的阻力 而逸出物体的发射。
CRT和FED的主要区别在于阴极结构和材料。前者 采用热阴极：后者采用平面阵列的微尖冷阴极，微 尖的密度为10（6次）微尖/cm（2次）~10（9） 微尖/cm（2次）（每像元对应1000多个微尖）， 平均电流密度可达10（3）A/cm（2次）。
区别
第三节
无机电致发光材料
Inorganic Electroluminescent Materials
无机电致发光材料
Inorganic Electroluminescent Materials
前景展望
由于电致发光材料出色的内在特性和研究人员的不懈努力，电致发光应用日益广泛，目前无机材料电致发光器件已应用于 工业自动化、测量测试设备、背景光源、交通安全发光标志等领域。但是由于用无机电致发光材料所制得的发光器件在亮 度和寿命上均不能达到人们的期望值，且蓝色电致发光材料发展缓慢,制约了彩色化电致发光终端显示器件的发展，因此， 无机材料电致发光今后的研究重点是:
料的需求也与日俱增。
体材料，两者的发光机理和器件的结构
都有区别。通常来说，电致发光指的是 高电场发光。
无机电致发光材料
Inorganic Electroluminescent Materials
ZnS是粉末电致发光的最佳基质材料。这种材料对ZnS纯度 要求高，特别是Fe、Co、Ni等重金属杂质含量要求低于 0.1×10-6 ~ 0.3×10-6，同时要求结晶状态好，有较好的 分散性和流动性。制备ZnS的方法有硫化氢法、均相沉淀法， 气相合成法等。制备高纯ZnS采用气相合成法。使用此法制 备的ZnS纯度高，结晶状态好，缺点是成本高。 在粉末ZnS材料里，发光特性是由激活剂和共激活剂决定的。 在交流电场下，Cu是激活剂，Al3+、Ca3+、In3+、稀土 元素和Cl、Br、I是共激活剂。发光特性与这些激活剂和共 激活剂的元素、浓度、烧结条件有关。右表为粉末发光材
阴极
的电子，这样的材料 叫冷阴极材料。这种 电极被称为冷阴极型 电极。
（1.33Pa~10（-2次）Pa）下工作，金刚石膜是最
好的微尖材料利用激光沉积法研制了纳米晶粒无定 性金刚石膜的FEA。
材料
微尖
ຫໍສະໝຸດ Baidu
热阴极
在室温下，可利用微尖形成强电场并发射电子。因
此，要求微尖材料功函数低，稳定性好，热导率高， 击穿电压高等。主要冷阴极微尖材料有金刚石薄膜， 硅单晶及金属钼等。
可以被加热到很高的 温度，电弧的阴极区 的电子可以主要依靠 阴极热发射来提供， 这样的材料叫热阴极 材料。这种电极被称 为热阴极型电极。
金刚石材料具有负的电子亲和势，有效功函数为 0.2eV~0.3eV（Si为4.5eV）。所以，金刚石表面 状态稳定，击穿电压高（10 7次V/cm），热导率 高（20W/（cm/K）），因此可在低真空度
电子发射的几种方式
①热电子发射 ②光电子发射 ③次级电子发射 ④场致电子发射
特点
场发射与其它三种电子发射有性质上的不同。
作用
外场电有两个作用：一是降低表面势垒，二
热电子发射、光电子发射、次级电子发射都
是以不同的形式给予物体内电子以能量，使 它们能越过物体表面上的势垒而逸出。
是减少势垒宽度。Fowler和Nordheim用量
料的基本特性和光度特性。
如下右图为粉末EL材料发光光谱。可见ZnS基质发光粉光谱 能覆盖可见光波段。通过显微镜观察到发光出现在颗粒局 部线条上，发光线条尾端形成彗星状。当电场极性变化时， 彗星尾端始终朝向正电极，如右图所示。
无机电致发光材料
Inorganic Electroluminescent Materials
FED发光材料
FED Luminescent Material
FED---Field Emission Display
1.是指所谓电子发射是指电子从阴极逸出进 入真空或其它气体媒质中的过程。所有物体 都含有大量的电子，常态下不逸出物体，当 电子获得足够的能量，足以克服阻碍其逸出 物体表面的力时，便产生了电子发射。