发光材料与器件基础第七章
发光材料与器件基础
2021/3/25
荧光灯即低压汞灯，它是利用低气压的汞蒸气在放电过程中辐射紫外线，从而使 荧光粉发出可见光的原理发光，因此它属于低气压弧光放电光源。荧光灯内装有 两个灯丝。灯丝上涂有电子发射材料三元碳酸盐（碳酸钡、碳酸锶和碳酸钙）， 俗称电子粉。在交流电压作用下，灯丝交替地作为阴极和阳极。灯管内壁涂有荧 光粉。管内充有400Pa-500Pa压力的氩气和少量的汞。通电后，液态汞蒸发成 压力为0.8 Pa的汞蒸气。在电场作用下，汞原子不断从原始状态被激发成激发态， 继而自发跃迁到基态，并辐射出波长253.7nm和185nm的紫外线(主峰值波长是 253.7nm，约占全部辐射能的70-80％；次峰值波长是185nm，约占全部辐射 能的10％)，以释放多余的能量。荧光粉吸收紫外线的辐射能后发出可见光。荧 光粉不同，发出的光线也不同，这就是荧光灯可做成白色和各种彩色的缘由。由 于荧光灯所消耗的电能大部分用于产生紫外线，因此，荧光灯的发光效率远比白 炽灯和卤钨灯高，是目前最节能的电光源。 荧光灯管中是压力约为0.8Pa的汞蒸 汽，在电场作用下放电，在放电过程中，汞原子的价电子不断地从原始状态被激 发成激发态，同时又激发态自发的返回到基态，将价电子的为能转化为电磁辐射 能，并辐射初3.7nm的紫外线（另外还约有10%的85nm的短波紫外线）。屠夫 载波管内壁上的荧光粉吸收353.7nm的紫外线，把它转化为可见光。
• 适用性：很小，每个单元LED小片是3-5mm的正方形，所以可 以制备成各种形状的器件，并且适合于易变的环境
• 稳定性：10万小时，光衰为初始的50%
• 响应时间：其白炽灯的响应时间为毫秒级，LED灯的响应时间为 纳秒级
• 对环境污染：无有害金属汞
• 颜色：改变电流可以变色，发光二极管方便地通过化学修饰方法， 调整材料的能带结构和带隙，实现红黄绿兰橙多色发光。如小电 流时为红色的LED，随着电流的增加，可以依次变为橙色，黄色， 最后为绿色
发光材料课件-7
发光材料主讲：刘波同济大学物理系lbo@第七章显示技术中的荧光粉提纲¾7.1 引言¾7.2 阴极射线显示¾7.3 平板显示¾7.3.1 液晶显示（LCD）¾7.3.2等离子体显示屏（PDP）¾7.2.3 有机电致发光显示（OLED）¾7.2.4 场发射显示（FED）7.2 阴极射线显示¾定义：利用发光物质在电子束激发下产生的发光显示。
¾发光过程：电子束的电子能量通常在几千至几万电子伏特，入射到发光材料中产生大量次级电子，离化和激发发光中心产生发光。
¾用途：主要用于雷达、电视、示波器和飞点扫描等方面。
其主要部件是阴极射线管。
Cutaway rendering of a color CRT:1.Three Electron guns (for red, green, and blue phosphor dots)2.Electron beams3.Focusing coils4.Deflection coils5.Anode connection6.Mask for separating beams for red, green, and blue part of displayed image7.Phosphor layer with red, green, and blue zones8.Close-up of the phosphor-coated inner side of the screen阴极射线荧光粉阴极射线荧光粉主要用于电视示波器，雷达，计算机等各种荧光屏和显示器。
要求：¾发光色调：红,绿,蓝三基色粉应具有良好的色饱和度。
¾亮度-电流和特性：亮度-电流饱和效应是指荧光粉的发光效率随电子束电流密度的增大而下降的现象。
¾温度猝灭特性：温度对阴极射线荧光粉的影响很大,特别是大功率显示器件要求高亮度。
集成光学器件的材料
7.4 聚合物材料和玻璃材料（无定形材料）
7.4.1 聚合物材料
主要材料包括： 聚异丁烯酸甲酯（PMMA)、环氧树脂（expoxy)、苯丙环丁烯（benzocy-clobutene，BCB)、氟化聚酰亚胺（polyimide）、聚碳酸酯（polycarborates，PC） 物理特性：电光和热光 特点： 价格低，制作简单 可以淀积在半导体衬底上，易于实现混合集成 光波导损耗低、与光纤的耦合损耗也低 可以有效利用折射率的变化获得强度和相位的调制 通过调节有机材料组份以强化电光或声光特性
02
亚铁磁性晶体，通过掺杂提高法拉第旋转角
03
1100~1500nm的光吸收系数很低
04
主要制作光隔离器，也可制作调制器、开关等
05
衬底---钆镓石榴石GGG（Nd3Ga5O12)等
06
薄膜制备---化学汽相淀积、溶胶-凝胶、射频溅射
07
7.5 磁性材料
表7.3 闪锌矿型GaN、AlN材料体系主要特性
特性
GaN
AlN
禁带宽度（eV）（T=300K）
3.2~3.3
5.11（理论值）
晶格常数（Å）
4.52
4.33（理论值）
折射率
n=2.5
7.3 介质材料（dielectric material ）
介质材料---介电常数比较高的材料，可分为微波介质材料、光学介质材料；按材料的状态和性质分为光学晶体、光学玻璃 等
3.54
1550 nm LD
In0.47Ga0.53As
0.75
1.67
3.56
长波长PD/APD
表7.2 纤锌矿型GaN、AlN材料体系主要特性
发光学与发光材料复习总结终极版-参考资料
第一章发光学与发光材料1、发光:当某种物质受到激发（射线、高能粒子、电子束、外电场等）后，物质将处于激发态，激发态的能量会通过光或热的形式释放出来。
如果这部分的能量是位于可见、紫外或是近红外的电磁辐射，此过程称之为发光过程。
2、单重态：一个分子中所有电子自旋都配对的电子状态三重态：有两个电子的自旋不配对而平行的状态3.振动弛豫：由于分子间的碰撞，激发态分子由同一电子能级中的较高振动能级转至较低振动能级的过程，其效率较高。
4.内转换：相同多重态的两个电子能级间，电子由高能级回到低能级的分子内过程。
5.系间窜越：激发态分子的电子自旋发生倒转而使分子的多重态发生变化的过程。
6.外转换：激发态分子与溶剂或其他溶质相互作用和能量转换而使荧光（或磷光）减弱甚至消失的过程。
7.荧光：受光激发的分子经振动驰豫、内转换、振动驰豫到达第一电子激发单重态的最低振动能级，以辐射的形式回到基态，发出荧光。
8.磷光：若第一激发单重态的分子通过系间窜跃到达第一激发三重态，再通过振动驰豫转至该激发的最低振动能级，然后以辐射的形式回到基态，发出的光线称为磷光。
9.光致发光：用光激发产生的发光叫做光致发光。
10.电致发光：用电场或电流激发产生的发光。
11.阴极射线发光：发光物质在电子束的激发下产生的发光。
荧光灯：是一种充有氩气的低气压汞蒸气的气体放电灯，在低压汞蒸气放电过程中会产生大量的波长为253.7mm的紫外线，以及少量波长为185nm的紫外线和可见光。
在灯管表面涂有荧光粉，可以将波长为253.7nm的紫外线转化为可见光。
11.激光器的基本结构包括三部分,即工作物质、激励能源和光学谐振腔。
12.等离子体：是指正负电荷共存，处于电中性的放电气体的状态。
14.晶体：有许多质点包括原子、离子、分子或原子群，在三维空间作有规则排列而成的固体物质。
单晶：整个晶格是连续的。
多晶：有大量小单晶颗粒组成的集体。
非晶：组成物质的原子或离子的排列不具有周期性。
光电材料与器件第7章
光源 晴朗星光 绿色草木反 射的辐射 满月光 标准红外光 源 晴朗星光 满月光 0.270 0.516 0.06 0.269 0.0647 0.370 0.0177 0.112 0.0148 0.130 0.0631 0.270 0.539 0.134 0.540 0.0177 0.227 0.008 0.088 0 0.045 0.27 0 0..71 0.461 0.240 0.159
3）电磁复合聚焦式像增强器 在平面光阴极和荧光屏之间设置有环形 电极，其上加有逐步升高的电压，沿管 轴建立起上升的电位；
管壳外设置有通以恒定电流的螺旋线圈，
产生的均匀磁场，由此形成纵向的均匀 电磁场该 电磁场使光阴极发射的光电子
电磁复合聚焦式像增强器 示意图
加速并聚焦到荧光屏上成像。
高分辨力 结构复杂、笨重 只在需要高性能像质的场合，如天文观察时
近贴式X射线变像管工作原理示意图
缩小型X射线变像管结构示意图
三、像管性能参数及其要求 像管既是一个辐射探测器、放大器，同时又是成像器 辐射探测器 应具有高的量子效率和信号放大能力，以提供足够的亮度 灵敏度和亮度增益 成像器 必须具有小的图像几何失真，适当的几何放大率，尽可能小的亮 度(能量)扩散能力，以提供足够的视角和对比 畸变、放大率、分辨力及调制传递函数
暗绿色涂漆 反射的辐射
标准红外光 源 标准光源
标准红外光源
P-11荧光屏 P-20荧光屏
0.273
0.217 0.395 0.914 0.427 0.877 0.583
0.0179
0.953 0.782
0.000
0.201 0.707
P-31荧光屏
0.276
0.698
0.722
发光材料与器件基础_第七章
发光材料与器件基础_第七章第七章：发光材料与器件基础概述：一、发光原理：发光是指材料在受到外界激发能量的作用下，能够发出可见光。
根据发光机理的不同，发光可以分为荧光、磷光和固体发光等几种类型。
1.荧光：当材料吸收光子后，电子会从基态跃迁到激发态，再由激发态回到基态时会发出光子。
这种发光过程称为荧光，荧光不会改变光子的能量。
2.磷光：磷光是指材料吸收光子后，电子从基态跃迁到激发态，再由激发态回到基态时发射出较长波长的光子。
这种发光过程称为磷光，磷光会改变光子的能量。
3.固体发光：固体发光是指由固体材料发出的光。
固体发光的机制复杂，可以通过激发能量改变材料的能带结构来实现。
二、发光材料的分类与性质：发光材料可以根据发光原理的不同进行分类。
1.有机发光材料：有机发光材料主要由含有π键的碳、氢、氮、氧等原子组成，具有发光强度高、发光颜色可调、易制备等优点，广泛应用于有机发光二极管（OLED）等器件中。
2.焰光材料：烧蓝色焰光材料含有含氧尖晶石结构及透明导电氧化物薄膜，可制成高亮蓝色发光二极管。
3.稀土发光材料：稀土离子能够在特定的能级跃迁过程中发出特定波长的光。
稀土发光材料具有发光效率高、发光颜色丰富、化学稳定性好等特点，广泛应用于LED照明、光通信等领域。
4.半导体发光材料：半导体发光材料具有较高的发光效率、发光波长可调、化学稳定性好等特点，被广泛应用于显示器、照明、光通信等领域。
常见的半导体发光材料有氮化镓（GaN）、磷化镓（GaP）等。
三、发光器件的结构与原理：发光器件是利用发光材料发光的装置，常见的发光器件包括发光二极管（LED）、有机发光二极管（OLED）等。
1.发光二极管（LED）：LED是一种将电能直接转化为光能的器件。
LED由正、负两极组成，正极为P型半导体，负极为N型半导体，两种半导体间形成PN结。
当外加正向电压时，电子从N型半导体向P型半导体流动，空穴从P型半导体向N型半导体流动，电子与空穴在PN结的耗尽层重新结合时会发出光子。
《光电材料与器件》课程教学大纲
《光电材料与器件》课程教学大纲一、课程名称（中英文）中文名称：光电材料与器件英文名称：Optoelectronics Materials and Devices二、课程代码及性质专业选修课程三、学时与学分总学时：32学分：2四、先修课程无五、授课对象材料及材料加工类专业本科生六、课程教学目的（对学生知识、能力、素质培养的贡献和作用）【注：教学目的要突出各项“能力”，且与表1中的某项指标点相对应】本课程是功能材料专业的选修课之一，其教学目的包括：1、掌握激光的产生机制，光纤的传导机制以及熟悉光调制的基本原理。
2、理解光电技术在信息传输，光探测以及光伏等领域的应用原理。
3、能够关注和了解光电材料与技术在日常生活中的应用。
掌握文献检索、资料查询、现代网络搜索工具的使用方法。
能够应用现代工具撰写报告、设计文稿、陈述发言、清晰表达或回应指令。
七、教学重点与难点：课程重点：（1）光电材料的工作原理和应用。
本课程重点介绍针对半导体材料的电学性能和其在激光领域的应用。
（2）在了解半导体材料相关物理理论知识的基础上，重点学习基于半导体的光电器件的种类、应用和影响性能的因素等。
（3）重点学习的章节内容包括：第2章“激光”（6学时）、第3章“波导”（6学时）、第5章“光探测器”（4学时）。
课程难点：（1）通过本课程的学习，充分理解基于半导体材料的激光基本原理，激光器的基本构造以及应用范围。
（2）通过对光电材料及其光电器件的学习，了解影响光电材料与器件性能的因素和改进策略，从而具备设计和改进光电器件响应性能的能力。
八、教学方法与手段：教学方法：（1）课程邀请相关科研工作者做前沿报告，调动学生学习积极性。
（2）课堂讲授和相关多媒体小视频相结合，提高学生听课积极性，视频与课程内容相关，加深记忆和理解概念；（3）通过期末专题报告的形式，让学生讲解生活中与课程相关的知识或技术，台下的学生听众提问，而台上的学生为自己的观点进行辩护，从而产生互动，加深记忆和理解，更主要是能激发学生的兴趣。
第七章 复合发光
• 间接跃迁光吸收系数
– 吸收一个声子
2
Ep α(hν ) = A(hν − Eg + Ep ) exp K T −1 B
−1
(5)
– 发射一个声子
− Ep α(hν ) = A(hν − Eg − Ep ) 1− exp K T B
Ei = Eg − (ED + EA )
• 终态能量
– 跃迁后：施主中心留下一个等效正电荷，受主 跃迁后：施主中心留下一个等效正电荷， 中心留下一个等效负电荷 – 终态能量即为电势能
Ef = −e2 / 4πεr
• 跃迁辐射能量
Er = Ei − Ef = Eg − (ED + EA ) + e2 / 4πεr
a： 晶格常数 ：
激发停止后， 激发停止后，D—A对的发光光谱随时间的延长应逐渐向长波方向移动 对的发光光谱随时间的延长应逐渐向长波方向移动
GaP:S,Si 的时间分辨发射光谱
为什么？ 为什么？
10 等电子中心发光
• 等电子中心 等电子中心——化合物半导体中的杂质中心，其化合价与 化合物半导体中的杂质中心， 化合物半导体中的杂质中心 所替代元素相同 – GaP:N；GaP:Bi ； • 电子亲和势不同，原子半径上有差异 电子亲和势不同， – 局域化的等电子中心 局域化的等电子中心——自由电子或空穴可以吸附到 自由电子或空穴可以吸附到 等电子原子上 • 对红色和绿色发光二极管的商品化起到了巨大的推动作用
• 一个电子被等电子中心 俘获 • 库仑力作用再吸附一个 空穴形成激子 • 电子和空穴被高度定域 化，K空间范围延伸 空间范围延伸 • GaP:N的辐射跃迁概率 的辐射跃迁概率 是GaP:S的100倍以上 的 倍以上
信息材料基础第七章_信息显示材料与器件
2014-4-11
29
CRT典型发光粉特性
2. FED发光材料
发光机理：属于电子射线激发发光（阴极发光）。 将强电场集中在阴极上面的圆锥形发射极上，通 过电场使电子发射到真空中（FED由此而来，这 种阴极称为冷阴极）。FED把无数微米尺寸的微 小阴极（发射极）配置在平面上，阴极和阳极之 间的间隔为200微米至几毫米左右，从而最终实 现平板显示。
过程发生在彼此独立的、个别的发光中心内部的发光。 特点：单分子过程，并不伴随着光电导，又称“非光电 导型”发光。
分立发光又分为自发发光和受迫发光。
2014-4-11 3
自发发光
受迫发光
自发发光：受激发的粒子（如电子）在粒子内部电场作
用下从激发态回到基态时的发光。其粒子跃迁的几率基本 上决定于发射体内的电场，而不受外界因素影响。
13
1.亮度
亮度指垂直于光束传播方向上的单位面积
上的发光强度。单位是坎德拉每平方米 （cd/m2）。
显示器件画面亮度的要求与环境光强有关。 例如，电影院中电影亮度要有30～45cd/m2； 室内电视则要大于70cd/m2；室外观看则要 求画面亮度应达到300cd/m2。所以对高质量 显示器亮度的要求应为300cd/m2。
2014-4-11
10
常用的发光材料都是二元或者多元化合物。
Ⅱ-Ⅵ：ZnS、ZnO、（Cd，Zn）S、Zn（S，Se）等 紫外光、电子束、电场、X射线或带电粒子激发 Ⅲ-Ⅴ：GaAlP、GaAlAs、GaP： 发光二极管 GaN： 结型场致发光 碱卤化合物：NaI：Tl、CsI：Tl、LiI：Eu 氧化物： Y2O3：Eu 氟化物： MgF2、ZnF2 硫氧化物：Y2O2S：Eu 钨酸盐： MgWO4 硅酸盐： CaSiO3：Pb，Mn 用于闪烁体
第七章 发光材料
图5.8 光致发光材料的吸收光谱
图5.9 发光材料的发射光谱和吸收光谱
颜色的单色性 从材料的发射光谱来看，发射谱峰的宽窄也是发 光材料的重要特性，谱峰越窄，发光材料的单色性越好，反之亦然。 我们将谱峰1/2高度时缝的宽度称作半宽度。如图5.10所示。 依照发射峰的半宽度可将发光材料还分为3种类型： 宽带材料：半宽度~100nm，如CaWO4； 窄带材料：半宽度~50nm，如Sr(PO4)2Cl：Eu3+； 线谱材料：半宽度~0.1nm，如GdVO4)：Eu3+；
（Zn,Cd）S:Al
ZnS:Cu,Al ZnS:Cu,Au,Al
0.357
0.243 0.332
0.596
0.633 0.602
535
530 535
18.4
21.8
15-30μs
15-30μs 15-30μs
蓝 ZnS:,Ag
0.146
0.057
450
20.4
5-15μs
电致发光材料：
能够在电场作用下而发光的材料。 场致发光材料也是由合适的基质材料中有 选择地掺入微量杂质作为发光中心而构成 的。
表5.2 彩色显像管用发光材料示例
颜色 红 组 成 x Zn3(PO4)2:Mn （Zn,Cd）S:Ag YVO4：Eu Y2O3:Eu Y2O3S:Eu 绿 Zn2SiO4:Mn （Zn,Cd）S:Ag 0.665 0.665 0.664 0.640 0.648 0.218 0.300 色 度 y 0.335 0.336 0.330 0.352 0.344 0.712 0.600 663 670 620 610 626 525 535 6.7 16.0 7.1 8.7 13.0 7.4 19.8 1-3ms 1-3ms 0.5-2ms 25ms 0.05-2ms 27ms 主峰波长（nm）能量效率（%）10%余辉
第七章光电材料
C
C
C
电子泵抽运造成 的 电 子 -空 穴 对
E D
A V
V
V
V
C→V过程 ：基础吸收
E→V过程 ：激子吸收
其他：缺陷吸收
DD DA
V
C
C
C
E
D
DD
电子泵抽运造成 的 电 子 -空 穴 对
DA
A V
V
V
V
V
D→V过程 松弛的束缚在中性杂质上的电子和一个价带中的空穴复
合，相应跃迁能量是Eg—ED。
激光打印机和复印机
1． 吸鼓带电
对应图中1的位置，在感光鼓〔也称吸鼓〕上用电极 对感光体表面高压电晕放电，使感光层表面带电荷。感 光鼓是在导电基体表面上涂有硒或其它光电导材料层。
2． 扫描曝光 对应图中2的位置，用受被打印内容调制的激光束对感
光层扫描曝光，受光照区域的电阻率下降（光导电），在 感光层上形成由静电荷分布构成的潜像（电荷图象）。
透射光强度：
入射
II0(1R )2e(as)x
反射 散射
I——透射光强， I0——入射光强，
R——反射率， α——吸收系数，
透射
s——散射系数， x——物体的厚度
获得高的透光率方法：
应该没有或尽量减少气孔和晶界等这样的吸收中心和散射中心。 同时还应是单相的、由均质晶体组成。 并具有较高的光洁度。
2 光致发光
半导体吸收光子后。导带中出现自由电子，价带中有空穴。 当导带中的一个电子与价带中的一个空穴复合时，就会发射 出可见光的光子，这就是光致发光现象。
3 电致发光
如果将n型半导体和p型半导体结合在一起形成一个pn结， 在pn结处施加一个正偏向压，可以将n区的导带电子注入到 p区的价带中，在那里与空穴复合，从而产生光子辐射。这 是一种电致发光。
第七章有机高分子电致发光材料和器件
第七章有机高分子电致发光材料和器件有机高分子电致发光材料和器件是一种新型的发光材料和器件，其通过在高分子材料中引入发光分子，利用电场激发和控制发光，具有较高的发光效率和较长的寿命。
有机高分子电致发光材料和器件在显示、照明、生物医学和传感器等领域具有广泛的应用前景。
有机高分子电致发光材料和器件的基本原理是电发光机理，即通过施加电场刺激分子激发态，使其经过电子跃迁释放光子，实现发光。
该技术具有以下优点：首先，有机高分子电致发光材料能够实现宽光谱范围的发光，可以通过合理设计分子结构和化学修饰来调控发光波长和颜色；其次，该材料发光效率高、亮度高，并且具有很快的响应速度；此外，材料制备相对简单，成本较低，适合大规模生产。
有机高分子电致发光材料和器件可以应用于各种显示器件，如有机发光二极管（OLED）和柔性显示器。
OLED是一种利用有机高分子电致发光材料制造的显示器件，具有自发光、高对比度、宽视角等优点。
相比传统液晶显示器，OLED显示器的亮度更高，更薄，更省电。
此外，由于有机高分子材料的柔性特点，可以实现柔性显示器，将显示器应用于可穿戴设备、曲面屏幕等。
有机高分子电致发光材料和器件还可以用于照明领域。
传统的照明设备如白炽灯和荧光灯存在能源消耗大、汞污染等问题，而有机高分子电致发光材料可以使用更低的电压获得较高的亮度，具有更好的能源效率。
同时，由于有机高分子材料的柔性特点，可以制造出柔性照明设备，使得照明方式更加多样化。
此外，由于有机高分子材料对生物相容性好，可以在生物医学领域应用。
例如，可以将有机高分子电致发光材料制备成荧光探针，用于生物分子的检测和成像。
这些探针可以灵敏地检测到病原体、癌细胞和分子信号，为生物学研究和疾病诊断提供有效的工具。
在传感器领域，有机高分子电致发光材料和器件也具有广泛的应用。
其可以制备成传感器材料，用于检测环境污染物、气体成分和生物分子等。
这些传感器可以实现高灵敏度、快速响应和实时监测，为环境监测和生命科学研究提供有效的手段。
1发光材料与器件基础.
为描述晶面族的全部特征, 只需其中一个晶面相对于基矢 的取向及该晶面族的面间距. 在晶格中任选一格点作为原 点, 以三个基矢为坐标轴, 并取基矢的长度为单位来建立 坐标系. 设某晶面在三个轴上的截距分别为r、s、t, 它 们的倒数连比可化为互质整数. 在固体物理学中用a1、a2 和a3表示基矢, 用h1、h2、h3表示这组互质整数, (h1h2h3) 称为晶面指数 .
13
2018/10/8
电信系光电工程专业
1.2 晶向和晶面
2) 晶向和晶向指数
把一族晶列的共同方向称为晶向. 设想在晶体中任取 一格点作为原点, 以a1、a2和a3为轴建立坐标系, 每条 轴上均以一个周期为单位长度. 于是任一格点A的位矢 为
R l1a1 l2a2 l3a3
其中l1、l2、l3是有理数(整数或分数)。若l1、l2、l3不 是互质整数, 则可将它们化为互质整数，用以标志晶列 的方向，称为晶向指数。
14
2018/10/8
电信系光电工程专业
1.2 晶向和晶面
晶向指数代表一族(方向相同的)晶列, 而不只是一个特 定的晶列.因而晶列指数只与坐标系的方向有关, 而与坐 标原点的位置无关. 再下 图中，[001]晶向指AB、CD、 EF、GH等一族晶列的方向.
15
2018/10/8
电信系光电工程专业
1）点缺陷的名称
1.
2. 3.
20
无机非金属材料中最重要也是最基本的结构缺陷是点缺 陷。根据点缺陷相对于理想晶格位置的偏差状态，点缺 陷具有不同的名称： 填隙原子（或离子）：指原子（或离子）进入正常格点 位置之间的间隙位置，成为填隙原子（离子）； 空位：正常结点位置出现的原子或离子空缺； 杂质原子（离子）：晶体组分以外的原子进入晶格中， 即为杂质。杂质原子可以取代晶体中正常格点位置上的 原子（离子），称为置换原子（离子）；也可进入正常 格点位置之间的间隙位置 ，成为填隙的杂质原子（离 子）。
- 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)。
10
15.02.2021
电信系光电工程专业
第七章 有机电致发光基础
7.1 电致发光发展历史
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
11
15.02.2021
电信系光电工程专业
第七章 有机电致发光基础
7.1 电致发光发展历史
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。
3
15.02.2021
电信系光电工程专业
第七章 有机电致发光基础
7.1 电致发光发展历史
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。
4
15.02.2021
电信系光电工程专业
第七章 有机电致发光基础
7.1 电致发光发展历史
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%。
电信系光电工程专业
第七章 有机电致发光基础
7.1 电致发光发展历史
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。
12
15.02.2021
电信系光电工程专业
第七章 有机电致发光基础
7.1 电致发光发展历史
图7.1 柯达L633数码相机显示屏
13
15.02.2021
电信系光电工程专业
第七章 有机电致发光基础
7.1 电致发光发展历史
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。
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。
9
15.02.2021
电信系光电工程专业
第七章 有机电致发光基础
7.1 电致发光发展历史
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。
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。
7
15.02.2021
7.1 电致发光发展历史
6
15.02.2021
电信系光电工程专业
第七章 有机电致发光基础
7.1 电致发光发展历史
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。
8
15.02.2021
电信系光电工程专业
第七章 有机电致发光基础
7.1 电致发光发展历史
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。
发光材料与器件基础第七章
单击此处添加副标题
发光材料与器件基础
西安邮电学院电信系光电工程专业
2
15.02.2021
电信系光电工程专业
第七章 有机电致发光基础
7.1 电致发光发展历史
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。
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。
5
15.02.2021
电信系光电工程专业
第七章 有机电致发光基础
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。