电致发光(EL)——冷光的发展历程

电致发光（EL）——冷光的发展历程

1.冷光的沿革

什么是冷光(E.L, Electro Luminesence)电致发光（EL）？早在1936年，首度由Destria 博士发现，是一项已有六十年历史的技术，直到近年由于固态化学与薄膜半导体技术的发展，EL平面显示器才逐渐受到重视。

EL可依发光材料分为有机和无机两种，过去多以无机的研究为主。目前，有机电激发光材料在操作寿命达到突破后，已经达工业化价值。EL可应用致文字处理机、个人计算机、等各种OA机器，以及车辆用导航终端机等各种用途。此外，EL显示器的全彩化已达实用水准，在不久的将来，渴望提升高精细的全彩EL显示器。

由于信息科技的发展，平面显示器（Flat Panel Display；FPD）逐渐成为电子应用产品中的主流，举凡日常生活中的各种电器用品，包括；电视、汽车仪表板、手表、广告看板…..等。

目前平面显示器的技术有三种，即液晶式（Liquid Crystal Display；LCD）、电浆式（Plasma Display Panel；PDP）与电激发光式（Electron luminescent Display；ELD），液晶式由于成本低，耗电量小，已经大量使用于手提形计算机，不过，液晶式仍有许多缺点存在，像是视角不良、速度慢、结构复杂、无法大型化与生产成本高等，而电激发光式显示器所具有的视角度、发光却不发热、软屏可挠与轻薄短小等特性，使EL平面显示器在未来有极大发展潜力。

电致发光（Electron luminescence；EL），即将电能转换成光能的一种物理现象。EL在1936年被德国科学家Destria博士发现，发光现象是由一根硫化锌（ZnS）棒浸在水银电极中产生，但是当时没有透明电极的发现，所以直到1951年透明电极的发现，才间接促进EL 作为平面光源之设计，不过由于EL的发光强度与寿命的问题，EL仍无法实际应用。

1974年Inoguchi发表具有双绝缘层的薄膜EL结构，解决发光强度与及寿命的问题，才开始成为研究的新领域。表1-1为EL平面显示器之发展历史。平面显示器一词最早出现在1960年代，发展至今，种类繁多，目前有日本的Sharp 与美国的Planar systems 两家公司，后者是Tektronix于1983年成立的子公司。240′Sharp在1983年首先推出单色320 240′EL 显示器，第一代的便携式计算机就是使用这种显示器。美国Planar公司则在1988年推出全色ACTFEL (交流驱动薄膜型) 320 dots平面显示器，引起显示器业者相当大的注意力。现今Planar systems 已完成多色EL显示器商品化，并于1993年第一个全彩色EL原型样品。

EL是一种简单可靠的发光方式，是种已有六十年历史的科技，但因涉及较复杂的固态化学与材料应用，发展至今一直没有受到重视，近年来固态技术日渐成熟，EL显示器在未来将占重要市场。

2.原理

激发光平面显示器（ELD）的基本构造如图2-1，主要包含电极材料、绝缘材料与发光材料（萤光体），萤光体材料通常区分为有机与无机两种，其中以无机的研究较多。EL类似半导体，萤光体内主要有母体材料（Host）与适当的添加物（Dopant，又称为Activator ）形成的发光中心所组成。目前已经开发的母体材料多为二六族（Ⅱ-Ⅵ）的离子化合物，大致上包括Ca、Sr、Ba（ⅡA族）或是Zn、Cd、Hg（ⅡB族）搭配S、Se（Ⅵ族）作为母体材料。添加物则决定发光颜色，一般添加物多为Mn、Cu、Ag及镧系元素（Eu、Sm、Tb）等过渡金属，表2-1则是以硫化锌为母体材料加入不同的活化剂之发光颜色；由于发光机制涉及阳离子洞隙的填补，因此若添加物非二价金属，则必须加入平衡电荷用的一价或三价物质，通常为F、Br、Cl等卤素，此平衡电荷物称为共同活化剂（Co-activator）。

EL发光的形成需要大约10V/cm以上的外加电压，本文将对外加电压、EL组件的亮度

与发光效率之关系作个说明，图2-3为EL组件的亮度、发光效率与外加电压之关系图，图中可分为三个区域，第一个区域为低电压区（Ⅰ），由于外加电场很低，所以传导电子无法激发发光中心的外层电子，EL组件不会发光；当电压到达中电压区（Ⅱ），传导电子被加速为热电子，可以激发发光中心，EL组件有发光现象产生；同时在这个区域，电场的增加造成热电子的能量遽增，导致发光强度与效率亦增加；最后电压到达高电压区域（Ⅲ），发光层中的热电子将引起绝缘破坏，所以外加电场的增加不会再造成发光层中的电场上升，热电子的能量也不会增加，发光强度与发光效率也就保持一定。

有机EL与无机EL之比较

1.何谓OEL OLED有机EL是ORGANIC ELECTRO LUMINESCENT简称OEL，OLED 是ORGANIC LIGHT EMITTER DEVICE 与有机EL、OEL均是相同只是名称不一样而已

2. 有机EL与无机EL，原理都是一样，二端加电极中间发光层被激致而发光，只是无机发光层的原料及客发光体材料（DOPANT EMITTER MA TERIAL）均用无机物诸如ZnS、Cu、Mn等，而有机EL则用有机化合物做为发光材料及客发光材料诸如PPV、CN-PPV、PVK。

3. 有机EL（OLED）又分为小分子（MOLECULES）EL及高分子（POL YMER）EL 其特性请看附表一

4. 无机EL加工容易成本低但颜色的变化比较不易控制又其DRIVER的电压高，有机EL工作电压低。