第七章 电致发光高分子材料-后来课件
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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。
功能高分子化学课件电致发光材料及器件
在无机电致发光化合物中，目前主要的方向是发展掺杂稀土元素的 多色显示材料。这种材料广泛应用于视频器件、音响设备和测控仪 器中，并已取得了令人瞩目的成就。
无机EL的优点是稳定性高；缺点是短波发光有待开发，作为显像管体积太大， 大面积平板显示器制作工艺上有困难，发光颜色不易改变，很难提供全色显 示等。
2020/1/17
载流于是由某种机理(如交流 电场下的碰撞电离)而产生的电子。 当电子到达绝缘体／半导体的界 面时就被捕获。
这种薄膜式ACEL器件具有非 常好的亮度、稳定性、视角和效 率，因此发展很快。
2020/1/17
典型的三层式的ACEL器件截面图8
发光亮度B和施加的电压V之间的关系为：
其中B0、C为由发光条件、元件结构和磷光材料决定的常数。
2020/1/17
16
3、稀土离子的激发机理
稀土的发光有直接激发和间接激发两种机理。
直接激发机理：
由于热载流子(一般是动能约2一10eV的电子)和掺杂的稀土离子直接相互 作用而使稀土离子的4f(5d)电子激发到激发态。 一般认为，在电致发光中主要是热载流子在绝缘体和金属界面处与掺杂稀 土离子发生电子碰撞而发生激发。这种碰撞激发可以看做热载流子与稀土 离子的非弹性碰撞。
在交流无机电致发光薄膜中，所用介电材料的ε=10~180：
例：SiO2(ε＝3.5)、Si3N4(εc＝8.5)、Y2O3(ε＝11)、Sm2O3(ε＝16)、 Ta2O3(ε＝22)、BaTiO3(ε＝55)和PbTiO3(ε＝100)。
一般而言，发光阈值电压Vth随ε的增加而降低，但这并不意味着ε越大对 电致发光越好，因为还必须保证发光层的电场强度足够大。另外，还要 考虑到它和发光材料及电极材料的相容性。
无机EL的优点是稳定性高；缺点是短波发光有待开发，作为显像管体积太大， 大面积平板显示器制作工艺上有困难，发光颜色不易改变，很难提供全色显 示等。
2020/1/17
载流于是由某种机理(如交流 电场下的碰撞电离)而产生的电子。 当电子到达绝缘体／半导体的界 面时就被捕获。
这种薄膜式ACEL器件具有非 常好的亮度、稳定性、视角和效 率，因此发展很快。
2020/1/17
典型的三层式的ACEL器件截面图8
发光亮度B和施加的电压V之间的关系为：
其中B0、C为由发光条件、元件结构和磷光材料决定的常数。
2020/1/17
16
3、稀土离子的激发机理
稀土的发光有直接激发和间接激发两种机理。
直接激发机理：
由于热载流子(一般是动能约2一10eV的电子)和掺杂的稀土离子直接相互 作用而使稀土离子的4f(5d)电子激发到激发态。 一般认为，在电致发光中主要是热载流子在绝缘体和金属界面处与掺杂稀 土离子发生电子碰撞而发生激发。这种碰撞激发可以看做热载流子与稀土 离子的非弹性碰撞。
在交流无机电致发光薄膜中，所用介电材料的ε=10~180：
例：SiO2(ε＝3.5)、Si3N4(εc＝8.5)、Y2O3(ε＝11)、Sm2O3(ε＝16)、 Ta2O3(ε＝22)、BaTiO3(ε＝55)和PbTiO3(ε＝100)。
一般而言，发光阈值电压Vth随ε的增加而降低，但这并不意味着ε越大对 电致发光越好，因为还必须保证发光层的电场强度足够大。另外，还要 考虑到它和发光材料及电极材料的相容性。
功能高分子化学课件电致发光材料及器件
信息存储与传
光电子存储
电致发光器件可以用于制造光电子存储器，利用光的读写方式实 现高速、大容量的信息存储。
光通信
在光通信领域，电致发光器件可以用于制造光发射器和接收器， 实现高速、远距离的信息传输。
光互连
在光互连技术中，电致发光器件可以用于实现高速、低能耗的光 信号互连。
05 电致发光材料及器件的挑 战与前景
电子纸
电致发光器件还可以用于制造电子纸，具有类纸的显示效果，可重复使用，环保节能。
照明应用
室内照明
利用电致发光器件的发 光特性，可以制造出高 效、环保、舒适的室内 照明设备，如LED灯具。
室外照明
电致发光器件也可以用 于制造大型户外照明设 备，如大型广告牌、道 路照明等。
装饰照明
由于电致发光器件具有 色彩丰富、可调光的特 性，可以用于装饰照明， 如节日灯饰、艺术装置 等。
效率较低
由于缺乏多层结构对电流的限制和光的多次反射， 发光效率相对较低。
颜色单一
通常只能发出单一颜色的光。
双层器件结构
增加反射层
01
增加了一个反射层，能够将出射的光反射回器件中，提高了光
的利用率。
效率较高
02
通过多层结构对电流的限制，发光效率有所提高。
可调谐颜色
03
通过改变发光层和反射层的厚度和材料，可以调谐发出的光的
重大突破
1990年代，以有机材料为基础的电致发光器件（OLED）的发明， 为电致发光材料的发展带来了重大突破。
当前发展
随着新材料和技术的不断涌现，电致发光材料在亮度、色域、寿命 等方面不断取得突破，广泛应用于各种显示和照明产品。
02 电致发光材料的种类
有机电致发光材料
《电致发光》PPT课件
致发光显示器面板，并开始量产， 同年9月，使用了先锋公司多色有机电致发光显示器件的摩托罗拉手机大批量
上市。 近年来，OEL的突破性进展，并引起产业界的高度重视，在世界范围内，已有
90多家公司在开发OEL，而且每个月都有新公司加入。 国内公司有：京东方科技集团股份有限公司、维信诺公司（南风化工集团股
份有限公司是清华大学企业集团、清华创业投资公司、咸阳彩虹集团等在北 京注册成立维信诺科技有限公司）、清华大学与彩虹集团合作已在建立1条小 试实验线、廊坊市锡丰化工有限公司、上海大学、吉林大学与有关公司合作 开发的谈判也在积极进行之中等。 这一切都表明，OLED技术正在逐步实用化，显示技术又将面临新的革命。
（4）电子在穿过发光层后，被另一侧的界面俘获。
薄膜电致发光器件一般采用交流驱动，在交流驱动情况下，
当外加电压反转时，上述4个过程重复进行，实现连续发光。
基板
透明
第 一
电极 绝
缘
层
分散型 交流电 致发光
分散型 直流电 致发光
玻璃 或柔 性塑 料板 玻璃 基板
ITO膜 ITO膜
发光层
第 二
绝
缘
层
ZnS:Cu,Cl （ 蓝 — 绿） ZnS:Cu.Al(绿) ZnS:Cu,Cl,Mn （黄 色）
膜
致发光
薄 膜 型 玻 璃 ITO膜
直流电 致发光
基板
ZnS:Mn 薄 膜
有机 电致 发光
玻璃 或柔 性塑 料板
ITO膜
空 穴 输 运 层
有机薄膜
电 子
（Alq3）
输 运
层
Al 商品化 精 细
阶段
矩阵
显示
Al 研 究 阶段
Mg Ag
上市。 近年来，OEL的突破性进展，并引起产业界的高度重视，在世界范围内，已有
90多家公司在开发OEL，而且每个月都有新公司加入。 国内公司有：京东方科技集团股份有限公司、维信诺公司（南风化工集团股
份有限公司是清华大学企业集团、清华创业投资公司、咸阳彩虹集团等在北 京注册成立维信诺科技有限公司）、清华大学与彩虹集团合作已在建立1条小 试实验线、廊坊市锡丰化工有限公司、上海大学、吉林大学与有关公司合作 开发的谈判也在积极进行之中等。 这一切都表明，OLED技术正在逐步实用化，显示技术又将面临新的革命。
（4）电子在穿过发光层后，被另一侧的界面俘获。
薄膜电致发光器件一般采用交流驱动，在交流驱动情况下，
当外加电压反转时，上述4个过程重复进行，实现连续发光。
基板
透明
第 一
电极 绝
缘
层
分散型 交流电 致发光
分散型 直流电 致发光
玻璃 或柔 性塑 料板 玻璃 基板
ITO膜 ITO膜
发光层
第 二
绝
缘
层
ZnS:Cu,Cl （ 蓝 — 绿） ZnS:Cu.Al(绿) ZnS:Cu,Cl,Mn （黄 色）
膜
致发光
薄 膜 型 玻 璃 ITO膜
直流电 致发光
基板
ZnS:Mn 薄 膜
有机 电致 发光
玻璃 或柔 性塑 料板
ITO膜
空 穴 输 运 层
有机薄膜
电 子
（Alq3）
输 运
层
Al 商品化 精 细
阶段
矩阵
显示
Al 研 究 阶段
Mg Ag
功能高分子化学课件电致发光材料及器件
功能高分子化学课件电致发光 材料及器件
在这个课件中，我们将介绍电致发光材料及器件的基础知识、性质和广泛应 用。通过这个课件，您将会了解到电致发光技术的原理和未来发展趋势。
电致发光基础知识
发光机理
电致发光是通过电流激发发光分子产生能量释放的现象。激发电子跃迁至激 发态，然后通过光致发光机制将能量以光的形式释放。
电致发光材料和器件的应用
广泛应用于
电致发光材料和器件广泛应用于手机、平板、电视等消费电子产品和照明等 领域。
未来发展趋势
未来的电致发光材料和器件将实现更高的亮度、更低的功率消耗，并进一步 应用于可穿戴设备等领域。
结语
• 电致发光材料和器件的发展前景十分广阔。 • 未来，我们有望见证更多创新的发光材料和器件应用的出现。
电致发光材料的性质
1 发光性能
衡量发光材料亮度、色彩饱和度和发光效率等方面的性能。
2 稳定性
评估材料在长时间使用中的稳定性，如寿命、耐热性和抗氧化性。
3 加工性能等
材料在制备电致发光器件时的可加工性、薄膜制备条件等方面的性能。
电致发光器件
器件种类
电致发光器件根据使用的材料不同可分为有机电致发光器件和无机电致发光器件。
发光颜色发生机制
发光颜色的发生取决于发光材料的能带结构和有机染料（用于有机电致发光 材料）的分子结构。
常见的电致发光材料
有机电致发光材料
含有有机分子的材料，可实现丰富多彩的颜色和高亮度。
无机电致发光材料
使用无机物质制备的材料，具有稳定性和长寿命的特点。
杂化电致发光材料
结合有机和无机组分的材料，优化了发光性能和稳定性。
器件构成
发光层、电子传输层、电子注入层、提取层等是组成电致发光器件的关键组成部分。
在这个课件中，我们将介绍电致发光材料及器件的基础知识、性质和广泛应 用。通过这个课件，您将会了解到电致发光技术的原理和未来发展趋势。
电致发光基础知识
发光机理
电致发光是通过电流激发发光分子产生能量释放的现象。激发电子跃迁至激 发态，然后通过光致发光机制将能量以光的形式释放。
电致发光材料和器件的应用
广泛应用于
电致发光材料和器件广泛应用于手机、平板、电视等消费电子产品和照明等 领域。
未来发展趋势
未来的电致发光材料和器件将实现更高的亮度、更低的功率消耗，并进一步 应用于可穿戴设备等领域。
结语
• 电致发光材料和器件的发展前景十分广阔。 • 未来，我们有望见证更多创新的发光材料和器件应用的出现。
电致发光材料的性质
1 发光性能
衡量发光材料亮度、色彩饱和度和发光效率等方面的性能。
2 稳定性
评估材料在长时间使用中的稳定性，如寿命、耐热性和抗氧化性。
3 加工性能等
材料在制备电致发光器件时的可加工性、薄膜制备条件等方面的性能。
电致发光器件
器件种类
电致发光器件根据使用的材料不同可分为有机电致发光器件和无机电致发光器件。
发光颜色发生机制
发光颜色的发生取决于发光材料的能带结构和有机染料（用于有机电致发光 材料）的分子结构。
常见的电致发光材料
有机电致发光材料
含有有机分子的材料，可实现丰富多彩的颜色和高亮度。
无机电致发光材料
使用无机物质制备的材料，具有稳定性和长寿命的特点。
杂化电致发光材料
结合有机和无机组分的材料，优化了发光性能和稳定性。
器件构成
发光层、电子传输层、电子注入层、提取层等是组成电致发光器件的关键组成部分。
大学材料科学与工程经典课件第七章——光敏高分子材料
本章中主要介绍 光致抗蚀材料、光致诱蚀材料 光敏涂料
材料
4
2019/11/1
光致抗蚀，是指高分子材料经过光照后，分子结 构从线型可溶性转变为网状不可溶性，从而产生了 对溶剂的抗蚀能力。而光致诱蚀正相反，当高分子 材料受光照辐射后，感光部分发生光分解反应，从 而变为可溶性。目前广泛使用的预涂感光版，就是 将感光材料树脂预先涂敷在亲水性的基材上制成的。 晒印时，树脂若发生光交联反应，则溶剂显像时未 曝光的树脂被溶解，感光部分树脂保留了下来。反 之，晒印时若发生光分解反应，则曝光部分的树脂 分解成可溶解性物质而溶解。
Ehhc (7-1)
其中，h为普朗克常数（6.62×10-34 J·s）。 在光化学中有用的量是每摩尔分子所吸收的能
量。假设每个分子只吸收一个光量子，则每摩尔分 子吸收的能量称为一个爱因斯坦（Einstein），实 用单位为千焦尔（kJ）或电子伏特（eV）。
材料
10
2019/11/1
1 Ein N st h e N iv/n h c
材料
16
2019/11/1
光化学第二定律： （ Stark—Einstein定律） 一个分子只有在吸收了一个光量子之后，才能
发生光化学反应。（吸收一个光量子的能量，只可 活化一个分子，使之成为激发态）
材料
17
2019/11/1
4 分子的光活化过程 从光化学定律可知，光化学反应的本质是分子
吸收光能后的活化。当分子吸收光能后，只要有足 够的能量，分子就能被活化。
材料
25
2019/11/1
7 电子激发态的行为 一个激发到较高能态的分子是不稳定的，除了
发生化学反应外，它还将竭力尽快采取不同的方式 自动地放出能量，回到基态。
材料
4
2019/11/1
光致抗蚀，是指高分子材料经过光照后，分子结 构从线型可溶性转变为网状不可溶性，从而产生了 对溶剂的抗蚀能力。而光致诱蚀正相反，当高分子 材料受光照辐射后，感光部分发生光分解反应，从 而变为可溶性。目前广泛使用的预涂感光版，就是 将感光材料树脂预先涂敷在亲水性的基材上制成的。 晒印时，树脂若发生光交联反应，则溶剂显像时未 曝光的树脂被溶解，感光部分树脂保留了下来。反 之，晒印时若发生光分解反应，则曝光部分的树脂 分解成可溶解性物质而溶解。
Ehhc (7-1)
其中，h为普朗克常数（6.62×10-34 J·s）。 在光化学中有用的量是每摩尔分子所吸收的能
量。假设每个分子只吸收一个光量子，则每摩尔分 子吸收的能量称为一个爱因斯坦（Einstein），实 用单位为千焦尔（kJ）或电子伏特（eV）。
材料
10
2019/11/1
1 Ein N st h e N iv/n h c
材料
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2019/11/1
光化学第二定律： （ Stark—Einstein定律） 一个分子只有在吸收了一个光量子之后，才能
发生光化学反应。（吸收一个光量子的能量，只可 活化一个分子，使之成为激发态）
材料
17
2019/11/1
4 分子的光活化过程 从光化学定律可知，光化学反应的本质是分子
吸收光能后的活化。当分子吸收光能后，只要有足 够的能量，分子就能被活化。
材料
25
2019/11/1
7 电子激发态的行为 一个激发到较高能态的分子是不稳定的，除了
发生化学反应外，它还将竭力尽快采取不同的方式 自动地放出能量，回到基态。
大学材料科学与工程经典课件第七章——光敏高分子材料
分子的活化有两种途径，一是分子中的电子受 光照后能级发生变化而活化，二是分子被另一光活 化的分子传递来的能量而活化，即分子间的能量传 递。下面我们讨论这两种光活化过程。
材料
18
2019/11/7
5 分子的电子结构 按量子化学理论解释，分子轨道是由构成分子
的原子价壳层的原子轨道线性组合而成。换言之， 当两个原子结合形成一个分子时，参与成键的两个 电子并不是定域在自己的原子轨道上，而是跨越在 两个原子周围的整个轨道(分子轨道)上的。
电材料、光电转换材料、光能储存材料、光记录
材料、光致变色材料和光致抗蚀材料等。
材料
2
2019/11/7
例如：
光交联：光敏涂料、光敏油墨、负性光刻胶 光照下发生结构异构（顺式-反式）：光致变色 材料 ………………
材料
3
2019/11/7
其中开发比较成熟并有实用价值的感光性高分 子材料主要有光致抗蚀材料和光致诱蚀材料，产 品包括光刻胶、光固化粘合剂、感光油墨、感光涂 料等。
材料
11
2019/11/7
表7-1 各种波长的能量
光线名称 波长 /nm 能量 /kJ 光线名称
微 波 106～107 10-1～10-2
红外线 103～106 10-1～102 紫外线
可见光
800
147
波长 /nm 400 300 200
能量 /kJ 299 399 599
700
171
100
1197
能 量
S0
材料
S1
S2
S3
T1
电子跃迁示意图
24
反 键 轨 道
成 键 轨 道
T2
2019/11/7
材料
18
2019/11/7
5 分子的电子结构 按量子化学理论解释，分子轨道是由构成分子
的原子价壳层的原子轨道线性组合而成。换言之， 当两个原子结合形成一个分子时，参与成键的两个 电子并不是定域在自己的原子轨道上，而是跨越在 两个原子周围的整个轨道(分子轨道)上的。
电材料、光电转换材料、光能储存材料、光记录
材料、光致变色材料和光致抗蚀材料等。
材料
2
2019/11/7
例如：
光交联：光敏涂料、光敏油墨、负性光刻胶 光照下发生结构异构（顺式-反式）：光致变色 材料 ………………
材料
3
2019/11/7
其中开发比较成熟并有实用价值的感光性高分 子材料主要有光致抗蚀材料和光致诱蚀材料，产 品包括光刻胶、光固化粘合剂、感光油墨、感光涂 料等。
材料
11
2019/11/7
表7-1 各种波长的能量
光线名称 波长 /nm 能量 /kJ 光线名称
微 波 106～107 10-1～10-2
红外线 103～106 10-1～102 紫外线
可见光
800
147
波长 /nm 400 300 200
能量 /kJ 299 399 599
700
171
100
1197
能 量
S0
材料
S1
S2
S3
T1
电子跃迁示意图
24
反 键 轨 道
成 键 轨 道
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2019/11/7
大学材料科学与工程经典课件第七章——光敏高分子材料
能 量
S0
材料
S1
S2
S3
T1
电子跃迁示意图
24
反 键 轨 道
成 键 轨 道
T2
10/5/2019
电子从基态最高占有分子轨道激发到最低空分 子轨道的能量最为有利。因此，在光化学反应中， 最重要的是与反应直接相关的第一激发态S1和T1。 S1和T1在性质上有以下的区别：
(a) 三线态T1比单线态S1的能量低。 (b) 三线态T1的寿命比单线态S1的长。 (c) 三线态T1的自由基性质较强，单线态 S1 的 离子性质较强。
(2) 能形成电荷转移络合物。
材料
35
10/5/2019
分子间的电子跃迁有三种情况。 第一种是某一激发态分子 D* 把激发态能量转 移给另一基态分子A，形成激发态 A*，而 D*本身 则回到基态，变回 D。A* 进一步发生反应生成新 的化合物。
D hv D* A D + A*
材料
36
10/5/2019
材料
29
10/5/2019
能 σ*
π*
量
π
π π*
n σ*
n π* n
σ
电子跃迁相对能量
材料
3跃迁性质比较
性质 最大吸收波长
消光系数
取代基效应
吸收光谱图形 单线态寿命 三线态寿命
n →π* 270～350nm（长）
＜100 给电子基团使吸收波长向紫
E h h c
(7-1)
其中，h为普朗克常数（6.62×10-34 J·s）。 在光化学中有用的量是每摩尔分子所吸收的能
量。假设每个分子只吸收一个光量子，则每摩尔分 子吸收的能量称为一个爱因斯坦（Einstein），实 用单位为千焦尔（kJ）或电子伏特（eV）。
大学材料科学与工程经典课件第七章——光敏高分子材料
移动 宽
＞10-6s（长） 10-3s（短）
π →π* 180nm（短）
＞1000 给电子基团使吸收波长向红移
动 窄 10-7～10-9s（短） 10-1~10s（长）
2019/8/31
材料
31
根据这些性质上的差别，可帮助我们推测化学 反应的机理。例如，甲醛分子的模式结构图为：
分子中有2个π电子和2个n电子（还有一对孤 电子处于能级较低的氧原子SP轨道上，故不包括n 电子中)。这些电子所在各轨道的能级和电子跃迁 如下图所示。一般地讲，π轨道的能级比n轨道 的低，所以π →π*跃迁比n →π*跃迁需要较高的 能量（较短的波陡）的光。
本章中主要介绍 光致抗蚀材料、光致诱蚀材料 光敏涂料
材料
4
2019/8/31
光致抗蚀，是指高分子材料经过光照后，分子结 构从线型可溶性转变为网状不可溶性，从而产生了 对溶剂的抗蚀能力。而光致诱蚀正相反，当高分子 材料受光照辐射后，感光部分发生光分解反应，从 而变为可溶性。目前广泛使用的预涂感光版，就是 将感光材料树脂预先涂敷在亲水性的基材上制成的。 晒印时，树脂若发生光交联反应，则溶剂显像时未 曝光的树脂被溶解，感光部分树脂保留了下来。反 之，晒印时若发生光分解反应，则曝光部分的树脂 分解成可溶解性物质而溶解。
SP*
E
Px
C
σ* π*
n
n
Px Py Pz
O
π
π
σ σ
cH H H
OC H
H OC
H
H OC
H
H OC
H
甲醛分子的分子轨道、能级和跃迁类型
2019/8/31
材料
21
6 三线态和单线态 根据鲍里（Pauli）不相容原理，成键轨道上的
＞10-6s（长） 10-3s（短）
π →π* 180nm（短）
＞1000 给电子基团使吸收波长向红移
动 窄 10-7～10-9s（短） 10-1~10s（长）
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材料
31
根据这些性质上的差别，可帮助我们推测化学 反应的机理。例如，甲醛分子的模式结构图为：
分子中有2个π电子和2个n电子（还有一对孤 电子处于能级较低的氧原子SP轨道上，故不包括n 电子中)。这些电子所在各轨道的能级和电子跃迁 如下图所示。一般地讲，π轨道的能级比n轨道 的低，所以π →π*跃迁比n →π*跃迁需要较高的 能量（较短的波陡）的光。
本章中主要介绍 光致抗蚀材料、光致诱蚀材料 光敏涂料
材料
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2019/8/31
光致抗蚀，是指高分子材料经过光照后，分子结 构从线型可溶性转变为网状不可溶性，从而产生了 对溶剂的抗蚀能力。而光致诱蚀正相反，当高分子 材料受光照辐射后，感光部分发生光分解反应，从 而变为可溶性。目前广泛使用的预涂感光版，就是 将感光材料树脂预先涂敷在亲水性的基材上制成的。 晒印时，树脂若发生光交联反应，则溶剂显像时未 曝光的树脂被溶解，感光部分树脂保留了下来。反 之，晒印时若发生光分解反应，则曝光部分的树脂 分解成可溶解性物质而溶解。
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甲醛分子的分子轨道、能级和跃迁类型
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材料
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6 三线态和单线态 根据鲍里（Pauli）不相容原理，成键轨道上的
有机电致发光材料ppt课件
金属配合物发光材料
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
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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。
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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
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有机电致发光二极管(OLED)
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。
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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。
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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
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有机电致发光二极管(OLED)
电致发光高分子材料
电致发光高分子材料
电致发光高分子材料（Electroluminescent Polymer Materials，简称ELP）是一类能够通过施加电场而产生发光的有机高分子材料。
它们具有以下特点：
1. 发光原理：电致发光高分子材料通过在材料中施加电场，使其电荷发生重组并释放能量，从而产生光。
一般来说，ELP材料包含有机发光分子和电荷传输分子，通过调控它们之间的能级结构和电子传输性质，实现电-光转换。
2. 发光颜色：电致发光高分子材料可实现多种发光颜色，包括红、绿、蓝等。
通过调整材料的化学结构和添加适当的发光分子，可以实现不同颜色的发光效果。
3. 柔性性质：ELP材料一般具有良好的柔性和可塑性，可用于制备柔性显示器、可穿戴设备等应用。
相比于传统的无机发光材料，ELP材料更容易实现柔性器件的制备。
4. 低功耗：电致发光高分子材料是一种低功耗的发光材料，能够以较低的电压和电流产生较高的光亮度。
这使得ELP材料在电子显示器、照明等领域具有潜在的能耗优势。
5. 制备成本较低：相较于无机发光材料，电致发光高分子材料制备成本较低，生产工艺也相对简单，有助于推动其在大规模应用中的发展。
电致发光高分子材料在有机发光二极管（OLED）和有机电激发光（OLET）等领域具有广泛的应用潜力，可以用于制造高效、柔性和多彩的显示器、照明设备和其他光电子器件。
第七章有机高分子电致发光材料和器件
然而由于大多数有机电致发光材料不是同时具有空 穴和电子传输性质，即都是单极性的，因而由这种材料 做成的单层器件，会使电子和空穴的复合偏移向某一电 极，容易导致电子或空穴被该电极猝灭，降低材料的发 光性能。发光性能优良的器件要求电子和空穴达到合适 的比例，从而去提高发光效率，于是就发展了双层 (图 1.1b, 1.1c) 、三层(图1.1d)甚至多层 (图1.1e)结构的 OELD双层器件，另外，由于大多数有机物都是绝 缘体，因此只有在高的电场强度下才能使载流子在不同 分子间传输，所以有机膜的厚度过大，将使器件的驱动 电压要求高，这将失去了 OELD的实际应用价值，为此 一般所用的有机膜的总厚度不超过几百纳米，从而限制
7.1.1 发展历史简介
电致发光材料的研究首先是从无机材料开始的。 在电致发光领域曾占主导地位的无机电致发光材料， 主要是碱金属卤化物及 ZnS [7-9] 。然而，已经多年 在工业上实际采用的无机材料普遍存在着筑成的器 件稳定性不够，材料本身的稳定性和附着性差，采 用高压集成电路，所要求的电压高，材料的发光颜 色单调，难于实现全色显示，许多材料的发光效率 低、寿命短、难加工且制作成本高，因而难以实现 大面积全色显示屏等问题。随着科学的发展人们把 研究目光转向了发光效率高的有机物质。
通常OELD 的发光过程分为 5个阶段来进行： (1) 载流子的注入 。在外加电场的作用下，电子从
阴极向有机物薄膜的最低未占据分子轨道 (LUMO )注 入，而空穴由阳极向有机物的最高占据分子轨道 (HOMO ) 迁移过程；
(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，这一过程是一 种电化学氧化 —还原过程；
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* CC *
H
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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。
《电活性高分子材料》课件
探索新型电活性高分子材料
01
开发多功能电活性高分子材料
将多种功能（如磁性、荧光性、传感性等）集成于单一材料中，实现多
功能化。
02
探索生物相容性电活性高分子材料
开发具有良好生物相容性的电活性高分子材料，用于生物医学领域。
03
探索环境友好型电活性高分子材料
研究可降解、可再生和环保的电活性高分子材料，降低对环境的负担。
《电活性高分子材料》ppt课 件
目 录
• 引言 • 电活性高分子材料的分类 • 电活性高分子材料的制备方法 • 电活性高分子材料的性能表征 • 电活性高分子材料的未来展望
01
引言
什么是电活性高分子材料
电活性高分子材料是一种能够 在电场或电流作用下发生响应 的高分子材料。
这种材料具有电导性，能够将 电能转换为机械能或化学能。
物理共混法
高分子材料的混合
01
将具有电活性的填料与高分子基体进行物理混合，制备出电活
性高分子复合材料。
相容性控制
02
为了获得良好的电性能，需要优化填料与高分子基体的相容性
，通过添加相容剂等方法提高两者的相容性。
复合材料的形态控制
03
在物理共混过程中，需要控制填料在复合材料中的分散状态和
聚集形态，以提高复合材料的电性能。
THANKS
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化学合成法
1 2 3
聚合物电活性分子设计
通过化学合成法，将具有电活性的基团引入聚合 物分子链中，制备出具有电活性的高分子材料。
聚合反应条件控制
在化学合成过程中，需要严格控制聚合反应的条 件，如温度、压力、浓度等，以确保获得具有优 异电性能的高分子材料。
聚合物的纯化与表征
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2.2. 发光亮度
• 电致发光亮度是衡量器件发光强度强弱的指标。
• PLED属电荷注入式发光，其电致发光亮度在低电流范围内 与电流密度成正比，而在高电流密度时逐渐出现亮度饱和 趋势。
• PLED亮度一般采用亮度计测量，亮度计主要是由物镜、滤 光片、硅光电池或光电倍增管以及检流计组成。
• 能量效率（功率效率）=输出的光功率/输入的电功率。
• 量子效率分为外量子效率和内量子效率。 • 外量子效率=发射出器件的光子数/注入的电子和空穴数 • 内量子效率=器件内部复合产生辐射的光子数/注入的电子
和空穴数
• 流明效率(光度效率)=发射的光通量/输入的电功率
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2.4. 发光色度
• 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象 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pn 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 。
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利用聚合物的绕曲性，可在柔韧的衬底上制作可 折叠的显示器
因此，聚合物发光材料被认为是制备质轻、 成本低、可折叠卷曲的柔性显示器的首选材 料。值得注意的是，近年来国外许多大公司 已将研究与开发的重点转向了高分子平板显 示。
2005年，韩国三星和美国 DuPont 公司联
合推出了使用喷墨打印法制备的 14.1 英寸
全彩色 PLED 显示器。
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二、 聚合物电致发光的性能评价
• 一般来讲，聚合物发光材料和器件性能的优劣可 以从发光性能、电化学性能和电学性能等方面来 评价。
• 主要包括：发射光谱、发光亮度、发光效率、发 光色度、器件寿命、材料的能级和能隙、发光阀 值电压、功耗、电流与电压的关系、发光亮度与 电压的关系等。
• 一般来说，功耗大小与器件的结构、器件所用 的材料有关，但器件环境和寿命对它也有很大 影响。
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2.9.电流密度－电压关系
• 在聚合物 EL 器件中，电流随电压而变化曲线反映了器件 的电学性质，它与二极管的电流－电压的关系类似，具有 整流效应，即只有在正向偏压下有电流通过，在低电压低 于器件导通电压时，电流密度随着电压的增加而缓慢增加， 当电压超过导通电压时，电流密度会急剧上升。
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2.7.材料的能级和能隙
• 材料的能级（包括HOMO和 LUMO 能级）对于 平衡载流子的注入和传输非常重要。通过设计合 适能级的聚合物材料使器件的效率能达到显著的 改善。
• 材料的能隙为 HOMO 和 LUMO 能级的差值。
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2.8.功耗
• 功耗（电功率）等于驱动电压与电流的乘积。 要想降低功耗提高发光效率，就需降低电流密 度和驱动电压。但功耗愈小，器件的发光亮度 越弱。一般亮度100cd/m2，电压为 10V 时，功 耗约为 10W， 与无机 EL 功耗几乎一致。
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2.1. 发光光谱
• 在有机/聚合物 EL 中，发射光谱通常有两种：光致发光光 谱和电致发光光谱。光致发光光谱需要光能的激发，电致 发光光谱需要电能的激发。
• 一般说来，光谱分散范围愈窄，其单色性愈好。
• 发射光谱一般用荧光测量仪来测量，具体的测量方法是荧 光通过发射单色器后照射于检测器上，扫描发射单色器并 检测各种波长下相应的荧光强度，然后通过记录仪记录荧 光强度对发射波长的关系曲线，就得到了发射光谱。
• 从亮度—电压的关系曲线中，还可以得到启动电 压的信息。
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三 聚合物发光二极管的结构
聚合物发光二极管（PLED）一般采用直流电场激 发模式。根据发光层的构成，PLED 器件有单层器 件、双层器件、三层器件和多层器件之分。3Fra bibliotek1.单层器件结构
典型的单层PLED 的结构是由发光聚合物 薄膜夹在透明导电玻璃（ITO）正极和 金属负极之间组成的三明治夹心结构。 1990 年首次报导的聚合物发光二极管就 是用 PPV 作发光层的单层器件。
• 通常 CRT 电视机的亮度为150坎德拉/平方米（cd/m2）左 右，液晶、等离子体显示器的最大亮度约为500 cd/m2，而 目前PLED最大亮度已超过 10 万 cd/m2 。
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2.3. 发光效率
• 发光效率是衡量器件性能的一个重要指标，常用能量效率、 量子效率和流明效率来描述。
• 由于人眼对不同颜色的感觉会有不同的心理－物 理反应，所以人眼不能用于测量颜色，仅能判断 颜色相等的程度。
• 为了对颜色有客观性的描述和测量， 1931 年国际 照明委员会（CIE）建立了标准色度系统，这种系 统推荐了标准照明物和标准观察者，通过测量物 体颜色的三刺激值（X，Y，Z）或色品坐标（x, y, z）来确定颜色。
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相比于有机小分子发光材料，聚合物发光 材料具有如下优势：
具有良好的机械加工性，其玻璃化温度高，不易 结晶，器件制作简单
可采用旋涂、喷墨打印等简单方式成膜，很容易 实现大面积显示
通过选择不同的聚合物，或通过改变共轭长度、 更换取代基、调整主、侧链结构及组成等多种途径 得到包括红、绿、蓝三基色的各种颜色的发光
• 实验中，一般用色度计来测量颜色。
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2.5.发光寿命
• 寿命定义为亮度降低到初始亮度的 50%所需的时间。
• 对于投入市场的PLED 器件要求在连续操作下使用 寿命达到10000小时以上，储存寿命要求5 年。
2.6.发光阀值电压
• 发光阀值电压定义为发光亮度为 1 cd/m2时的电压， PLED器件的发光阀值电压愈低，则器件的驱动电 压愈低。
• 此曲线能确证聚合物 EL器件是否具有半导体电学性质。
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2.10. 亮度－电压关系
• 亮度－电压的关系曲线反映的是聚合物 EL 器件的 光电性质，与器件的电流－电压关系有着相似的 曲线，即在低电压下，电流缓慢增加，亮度也缓 慢增加，在高电压驱动时，亮度伴随着电流的急 剧增加而快速增加。