功能高分子材料在光电领域的应用

ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ见的液晶分子
早期的液晶大多是刚性棒状的分子中 中心桥键的结构与液晶性能密切相关
后期发现的无中心桥键，对光、电具有 高的稳定性，粘度特别低 的液晶分子
液晶材料的应用：
利用液晶材料的电光效应 显示器件 各种感应器 利用液晶的各向异性应用于化学 作为有序溶剂 在高分子纤维生产中的应用 气相色谱固定液
20世紀
21世紀 拟纸化
书籍档案
电致发光材料
电致发光：是指发光材料在电场作用下，受到电流和电场的 激发而发光的现象，它是一个将电能直接转化为光能的一 种发光过程。 • 电致发光材料被广泛应用于图像显示、 信息处理和通讯等领域。在过去的相当 长的一段时间里，几乎所有的电致发光 器件都是在p-n 结无机半导体发光二极 管的基础上制造的，如磷化镓（GaP） 发光二极管、磷砷化镓（GaAsP）发光 二极管、砷铝镓（GaAIAs）发光二极 管 。

液晶显示器（ Liquid Crystal Display）优点：
耗能小，一台液晶电视只需四节电池就可以使用几小时，而 普通电视50W左右。 驱动电压低，一般1-3V 电视显示管电压1.5万伏 光致显色，所以在较强光线下可以清晰显色。
液晶材料的应用
中小尺寸
大尺寸
显示器需求趋势
图像电影
高解析度
非线性光学的重要价值
• 1960年激光器诞生以来，非线性光学得到 了飞跃发展。 • 以非线性光学为背景的光信息技术有许多 优点：并行性，高频率，高带宽，高密度， 及耐电磁波杂音等。 21世纪高速度传输， 处理及运算大容量信息，有赖于非线性光 学在光技术领域的应用。 • 非线性光学效应对于发展全面固体光技术 及其他光技术有着许多非常重要的作用.
OLED的产品
有机高分子闪烁体材料
定义： 在辐射的作用下能够发出短暂荧光或者磷光的物质。 有机的闪烁体主要有蒽、联苯等有机体。 目前发展的 塑料荧光材料采用高聚物和荧光物质组成，其中高聚物在 塑料闪烁体中起着溶解荧光物质、吸收射线能量、传递能 量和基质作用。
目前塑料荧光体主要有聚苯乙烯、聚甲苯乙烯、聚二 甲基苯乙烯、聚甲基丙酸甲脂、环氧树脂等。
OLED结构原理图
OLED的分类方法：
按有机发光材料分子量大小分类： •小分子OLED： 一般用蒸镀的方法 一般用甩膜，喷墨打印等方法。
•聚合物LED（PLED）：
根据驱动电路与基板的关系分类：
•无源驱动（PMOLED）
－－与无源驱动相关的有阴极隔离柱技术 •有源驱动（AMOLED） －－与有源驱动相关的有低温多晶硅技术
高分子体系的特点
• • • • • 响应速度快，低于10皮秒 非常大的共振光学效应 低的直流介电常数，使器件要求小的驱动电压； 吸收系数低，仅为有机晶体及化合物半导体的万分之一； 优良的化学稳定性及结构稳定性；系统不需要环境保护及 低温设施； • 激光损伤阀值可高达GW/cm2； • 机械性能好且易于加工的等等。使有机高分子可加工为各 种不同的形式，例如均一的柔软的膜，液晶聚合物，聚合 物共混物及合金，分子复合物，纤维，块状物，LB膜。以 上形式有利于控制尺寸及控制上折射系数。
字段式LED
点式LED
点阵式LED
光柱式LED
白色LED照明灯
地砖灯
礼品灯
手电筒
存在的问题
1. 低发光效率 2. 不能大面积平板显示 3.发光颜色不易调节 4.较难实现全色发光，尤其是 蓝光 5.复杂的制备工艺
无机半导体
上世纪 60 年代人们开始关注有机电致发光现象， 在无数前辈们的辛苦研究的基础上，香港的美籍华裔教 授邓青云，发现了新的有机光电材料——OLED,即有机 发光二级管（Organic Light-Emitting Diode)
功能高分子材料在光电领域的 应用
主讲人：宋宽彬 指导老师：吴正颖
主要应用领域
• • • • 液晶材料 电致发光材料 闪烁体材料 有机非线性光 学材料 • 有机光导纤维 材料 • 光致变色材料
什么叫液晶？
液晶是兼具液体及晶体的相。 液体：可流动，构成之基本个体可自由活动。 晶体：分子排列有序，构成之个体几乎无法移动。
OLED的特点
OLED从理论的角度来说可以提供真正像纸一样薄的 显示器。而且是柔性的，可以嵌在衣服首饰等等。 自发光，不需背光源，发光效率高; 直流低电压驱动、低功耗；
具有快响应特性(微秒级)；
宽视角(视角超过170度)； 宽温度特性（在－40℃～70℃范围内都可正常工作）； 结构相当简单。
定义：一些物质的结晶结构熔融或溶解之后虽然变为了具有流 动性的液态物质，但结构上仍保存一维或二维有序排列，在物 理性质上呈现各向异性，形成兼有部分晶体和液体性质的过渡 状态，称为液晶态。
液晶的分类：
• 向列型液晶 棒状分子都以相同的方向排列，每个分子在长轴方向比 较自由的移动，不存在层状结构。 • 近晶型液晶 棒状分子排列成层状，分子相互平行排列与层大致垂直。 • 胆甾相液晶 分子在层面内与向列型液晶一样呈平行排列但是长轴取 向由少有些差异，整个液晶形成螺旋状。
传统的非线性光学材料
.磷酸二氢钾(KDP) 钒酸钇(YVO4) 钽酸钾(KTaO3） 磷酸二氘钾(KD*P) 白宝石(α-Al2O3) LiNbO3 近来出现新的转换效率高的优质 的非线性光学材料 钛酸钡系列晶体 KTP(KTiOPO4) BBO(BaB2O4) LBO(LiB3O4)
到目前为止,实用的非线性光学材料产品都是无机材料，主要是铁 电体及半导体。
这些高分子有机荧光材料特点：发光衰减时间短、光 自吸收小、容易加工成型等。
有机高分子闪烁体材料的应用
有机非线性光学材料
定义： 具有光学非线性特性的有机或高分子材料。具 有大的二阶非线性极化率，或在强激光作用下产生三 阶非线性极化响应等非线性光学性质。
非线性光学机理
非线性光学效应是指强相干光（如激光） 在非线性介质中传播时，光波与物质分子 相互作用，其电场引起介质产生的非线性 极化效应。
高分子非线性光学材料的历史
• 有机非线性材料始于上个世纪60年代。 • 1964年Rentzepis等人用红宝石激光器观察到苯并吡的二阶 高谐波； • 同年Heilmeir等人观察到乌洛托品晶体的二阶高谐波 • 1968年Kurtz等人提出了粉末法半定量估计二阶非线性谐波 法。 • 1976年Sauteret等人预言三次谐波