电致发光
电致发光原理
电致发光原理电致发光（Electroluminescence，简称EL）是一种通过施加电场使特定材料发出光的物理现象。
这一原理被广泛应用于各种发光器件，如有机发光二极管（OLED）、有机电激发发光（OEL）和柔性显示器等。
本文将对电致发光的原理进行详细介绍，以便读者更好地理解这一现象。
电致发光的原理可以简单地概括为，当电流通过特定的发光材料时，电子和空穴会在材料内部重新组合，释放出能量并激发光子的发射。
这一过程涉及到材料的能带结构和电子激发态的转变，下面将对这些方面进行详细阐述。
首先，我们来看材料的能带结构。
在晶体中，原子的价电子会形成能带，其中价带是填满电子的能级，而导带是电子可以自由移动的能级。
在电致发光材料中，通常存在着能隙，即导带和价带之间的能量差。
当电流通过材料时，电子会从价带跃迁至导带，形成电子空穴对。
这些电子空穴对会在材料内部扩散，最终导致电子和空穴在特定区域重新结合，释放出能量。
其次，电子激发态的转变也是电致发光的关键。
在电流的作用下，电子会被激发至高能级态，这些激发态的电子在重新组合时会释放出光子。
这些光子的能量与电子跃迁的能级差有关，因此可以通过控制材料的能带结构和电子激发态的能级来实现特定波长的发光。
除了以上提到的基本原理，电致发光还涉及到材料的选择、电流的控制和发光器件的结构设计等方面。
不同的发光材料具有不同的能带结构和发光特性，因此在实际应用中需要根据具体的要求选择合适的材料。
此外，通过控制电流的大小和频率，可以调节发光器件的亮度和稳定性。
同时，发光器件的结构设计也对电致发光的效率和性能起着重要作用。
总的来说，电致发光原理是一种基于材料电子结构和激发态转变的物理现象，通过合理选择材料、控制电流和优化器件结构，可以实现高效、稳定的发光效果。
随着科学技术的不断发展，电致发光在照明、显示和光电器件等领域的应用前景将更加广阔。
希望本文能够帮助读者更好地理解电致发光的原理和应用，促进相关领域的研究和发展。
电致发光
5个阶段。
有机电致发光过程通常包括以下5个阶段。
1) 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。
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。
3) 载流子的复合：电子和空穴结合产生激子。
4) 激子的迁移：激子在电场作用下迁移，将能量传递给发
2)发光强度
发光强度的单位是cd·m-2，表示每平方 米的发光强度。发光强度一般用亮度计 来测量，通过测量被测表面的像在光电 池表面所产生的照度即可获得，因为这 个像面照度正比于物体亮度，且不随物 体距离的变化而变化。
3)发光效率
有机EL的发光效率可以用量子效率、功率效率和流明 效率三种方法表示。量子效率ηq是指输出的光子数Nf 与注入的电子空穴对数Nx之比。
光分子，并激发电子从基态跃迁到激发态。
5) 电致发光：激发态能量通过辐射失活，产生光子，释放
能量。
评价OLED的一些主要参数
一般来讲，有机EL发光材料及器件的性 能可以从发光性能和电学性能两方面来 评价。发光性能主要包括发射光谱、发 光亮度、发光效率、发光色度和寿命； 电学性能主要包括电流与电压的关系、 发光亮度与电压的关系等。这些都是衡 量有机EL材料和器件性能的重要参数， 对于发光的基础理论研究和技术应用极 为重要。
更加独特的是，OLED产品可实现软屏。
OLED还有工作温度范围宽、低压驱动、 工艺简单、成本低等优点。
在制造上，由于采用有机材料，可以通 过有机合成方法获得，与无机材料相比 较，不仅不耗费自然资源，而且还可以 通过合成新的更好性能的有机材料，使 OLED的性能不断地向前发展。
第5章_电致发光(ELD)
主动式与被动式特性相反，成本较昂贵、 制造较复杂，它在面板上增加了一层电子 底板，每个像素通过在电子底板上相应的 薄膜晶体管和电容器来进行独立的寻址。 即每个像素可连续与独立驱动，并可记忆 驱动信号，不需在高脉冲电流下操作，效 率较高，寿命也可延长，适用于大尺寸、 高分辨率之高信息容量的全彩化OLED显示 产品。
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
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。
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。 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。
5.3、OLED
图5.3 柯达L633数码相机显示屏
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。 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%。
电致发光原理
电致发光原理
电致发光是一种利用电场激发物质产生发光的原理。
当一个外加电场施加在某些特殊材料上时，这些材料中的电子会被激发到高能级，并在返回低能级时释放出能量。
这个电子从高能级跃迁到低能级的过程中，能量的差异以光的形式释放出来，造成电致发光现象。
关键的原理是在特定材料中的电子跃迁能级间存在能量差异，这样在施加电场时，电子会被激发到能量较高的激发态。
这些激发态可能是由于材料的晶格结构或材料中特殊的离子所引起的。
当电子从激发态跃迁回基态时，能量差额以光的形式释放出来。
在电致发光器件中，一般会使用发光层和两个电极。
发光层是具有发光性质的材料，当施加电场时，发光层中的电子会受到激发并发射光。
两个电极分别连接到发光层的两端，施加电压可形成电场，从而激发发光层中的电子。
电致发光的原理被广泛应用于各种发光器件，如LED（Light Emitting Diode）和OLED（Organic Light Emitting Diode）等。
这些材料具有高效的发光特性，耗电量低且寿命长，因此在照明、显示和通信等领域有着广泛的应用。
电致发光
电致发光研究目录摘要 (I)Abstract (II)前言 (1)一、电致发光分类 (1)1.1 结型电致发光 (1)1.2 粉末电致发光 (2)1.3 薄膜电致发光 (3)二、发光器件分类 (4)2.1 无机电致发光显示器。
(4)2.1.1无机电致发光器件的结构 (4)2.1.2无机电致发光应用及展望。
(6)2.2 OLED器件 (6)2.2.1 OLED器件的结构和原理 (6)2.2.2 OLED发光器件结构 (7)2.2.3 OLED发光材料的选用 (9)2.2.4 OLED的优缺点 (10)2.2.5 OLED器件的现状及展望 (10)三、总结 (10)参考文献 (12)摘要电致发光又可称电场发光，简称EL，是通过加在两电极的电压产生电场，被电场激发的电子碰击发光中心，而引致电子能级的跃进、变化、复合导致发光的一种物理现象。
本文通过介绍结型电致发光，粉末型电致发光和薄膜型电致发光，从不同发光原理上对电致发光进行了分析和研究对比了不同类型发光的优点和缺点。
而电致发光器件是基于电致发光技术的一种显示器件，本文介绍了无机电致发光和有机电致发光器件中的OLED 的发光原理，材料选用，优缺点以及电致发光器件在各方面的应用，虽然电致发光器件现在存在诸多不足，但是随着有机电致发光市场的崛起，电致发光在显示行业取得了一定的进展和市场，而且由于有机电致发光具有许多其他发光技术无法比拟的优点，OLED技术也吸引了大量的研究投入，所以技术也在不断的成熟，很多研究表明，电致发光以后将很有可能成为主流显示技术，存在于人们生产和生活的每个角落。
关键词：电致发光有机电致发光EL 器件AbstractElectroluminescent，it also can be called electric field shine，here we referred to as EL，it is a phenomenon when adding two electrodes with voltage and the electric field inspired light center which change energy level or combine hole and electron to produce light，This paper，through the introduction of the type electrol -uminescent，powder type electroluminescent and film type electroluminescent，through analysising and studying different principle to shine on electroluminescent we got advantages and disadvantages of different type. And electroluminescent devices is based on electroluminescent technology，this paper introduced inorganic and organic electroluminescent devices OLED and light emitting principle，material selection，advantages and disadvantages and different electroluminescent devices in all aspects of application，although electroluminescent devices now exist some shortcomings，but with organic electroluminescent market's rising，electroluminescent have made a certain progress and market，and because the organic electroluminescent has many advantages which other luminous technology did not have，OLED technology attracted a lot of notice and become more and more perfect，many studies say that electroluminescent will probably become mainstream display technology in future and exist in people in every corner of the production and life.Key word:: Electroluminescent organic electroluminescent EL device前言电致发光是电场作用在发光材料上，直接产生发光的现象。
电致发光
电致发光
---Schen
---14/09/26
现象：
电致发光(electroluminescent)，又可称电场发光，简称EL，是通过加在两电极的电压产生电场，被电场激发的电子碰击发光中心，而引致电子解级的跃进、变化、复合导致发光的一种物理现象。
（eg.掺杂了铜和银的硫化锌和蓝色钻石。
电致发光EL是一种直接将电能转化为光能的现象。
早在20世纪初虞瑟福就发现了SiC晶体在电场作用下的发光。
而电致发光作为一种平面光源也引起了人们的极大爱好。
经过时代的不断发展，电致发光已被广泛应用于诸多领域，并取得了令人瞩目的成就。
（发光现象发射光的颜色是由激发态到基态的能级差所决定的。
）
原理：
通过加在两极的交流电压产生交流电场，激发电子轰击荧光物质，引起电子能级的跳跃、变化、复合而发射出高效率冷光。
从发光原理分析，电致发光可分为高场电致发光和低场电致发光。
高场电致发光是一种体内发光效应。
发光材料是一种半导体化合物掺杂适当的杂质引进发光中心或形成某种介电状态。
当它与电极或其他物质接触时其势垒处于反向时来自电极或界面态的电子进入发光材料的高场区被加速并成为热电子。
它可以碰撞发光中心使之被激发或被离化或者离化晶格等。
再通过一系列的能量输送过程，电子从激发态回到基态而发光。
低场电致发光又被称为注入式发光，主要是指半导体发光二极管LED。
电致发光要点
电致发光要点
电致发光（Electroluminescent，简称EL）是一种将电能直接转换为光能的物理现象。
它通过在两电极间施加电压产生电场，激发电子与空穴复合，导致电子在能级间跃迁、变化、复合，从而发出光。
这种现象不同于热发光、化学发光、声致发光等其他发光方式，具有独特的特点和应用。
电致发光材料通常包含发光中心和基质。
发光中心是电子和空穴复合的场所，而基质则负责传输电子和空穴。
在电场作用下，电子从阴极注入并迁移到发光中心，同时空穴从阳极注入并迁移到发光中心。
当电子和空穴在发光中心复合时，释放出能量并以光的形式发出。
电致发光器件通常由多层结构组成，包括电极、绝缘层、发光层和透明电极等。
其中，发光层是电致发光的核心部分，通常采用具有高发光效率的荧光粉或半导体材料。
当外加电压作用在电极上时，电流通过绝缘层进入发光层，激发出光子并以光的形式发射出来。
电致发光具有许多优点，如高亮度、高效率、长寿命、快速响应等。
因此，它在许多领域都有广泛的应用，如平板显示器、照明、背光等。
在平板显示器方面，电致发光显示器具有高清晰度、低功耗、视角大等优点，是下一代显示技术的有力竞争者。
总之，电致发光是一种将电能直接转换为光能的物理现象，具有独特的特点和应用。
随着科学技术的不断发展，电致发光将会在更多领域发挥重要作用，并推动相关领域的
科技进步。
电致发光原理
电致发光原理
电致发光原理，简称EL（Electroluminescence），也称“电光”，是一种物质在通过电流的作用下从其本来处于非发光状态的化学结构中释放出紫外线和可见光的现象。
它是一种特殊的热发光，是电子在某种特殊条件下从低能量态向更高能量态跃迁时释放出光照而产生的现象。
电致发光原理是利用物质中的原子或分子电子系统，在其中加入电场和受到外力的作用，使电子由低能状态转移到高能状态，在转移过程中释放出可见光和紫外线，从而达到发光的效果。
电致发光原理可以分为三个步骤：
1、电子的激发：电子被激发到一个比普通状态更高的能量水平；
2、电子的放射：当电子从激发态跃迁回到基态时，会释放出具有一定波长的光；
3、电子放射所释放出的光被人眼所感知：当释放出的光被人眼所感知时，就可以达到发光的效果。
电致发光原理是一种微弱的光效应，它需要一定的电压来激发电子，才能达到发光的效果，它的发光强度比一般的热发光效应要弱得多，所以需要大量的电子来激发，
以达到发光的效果。
此外，电致发光原理可以在低温下工作，可以避免造成热损耗，保证了发光效率持续高。
电致发光原理已经在很多领域得到了广泛的应用，例如汽车照明、航天科学和科技、医学成像仪器、航空航天技术等。
目前，电致发光原理已经被广泛应用于电子行业，如LED显示屏、LCD电视机、投影仪、电脑显示器、手机屏幕等等。
电致发光原理不仅实现了发光的效果，而且具有良好的环保性能，可以有效的减少污染和节省能源，被认为是一种绿色的发光技术。
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介 电
背 面
是 否 应用
体 电 实 用 情况
层
极化
有 AL 商 品 液 晶
化 阶 背光
段
源
Al 开 发 阶段
薄 膜 型 玻 璃 ITO膜 有 ZnS:Mn 薄 有
交流电 致发光
基板
膜
薄 膜 型 玻 璃 ITO膜
直流电 致发光
基板
ZnS:Mn 薄 膜
有机 电致
玻璃 或柔
ITO膜
空 穴 输
发光
性塑 料板
同的ZnS，选择合适的发光中心。
• 发光层的形成方法： • 物理气相沉积（PVD）——电子束蒸发（EB）和多源
蒸发（MSD）以及溅射镀膜等 • 化学气相沉积（CVD）——原子层外延（ALE）有机金
属气相沉积（MOCVD），氢化物输送减压法（HT— CVD） • 3、电极材料 • 透明电极（ITO，CdSnO3，ZnO）;背电极Al。 • EB蒸发、电阻加热蒸发、溅射镀膜等物理方法；喷涂 法、CVD等化学方法。
阳离子被加速跑向阴极，而电子被加速跑向阳极。如果
阴极用金属作为电极(常称靶极)，那么在阳离子冲击其
表面时，就会将其表面的金属粒子打出，这种现象称为
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
ZnS:Cu,Cl （ 蓝 — 绿） ZnS:Cu.Al(绿)
ZnS:Cu,Cl,Mn （黄 色）
ZnS:Cu,Mn （ 黄 ） ， ZnS:Tm3+(蓝) ZnS:Tb3+,Er3+(绿) ZnS:Nd3+,Sm3+(红)
• 一般采用电子束蒸发等真空镀膜法； • 难于真空蒸发的材料采用溅射镀膜法； • 对均匀性要求高的采用原子层外延法。
电子束蒸发等真空镀膜法
电子蒸发设备的核心是偏转电子枪，偏转电子枪是利用具有 一定速度的带点粒子在均匀磁场中受力做圆周运动这一原理设计 而成的。其结构由两部分组成：一是电子枪用来射高速运动的电 子；二是使电子做圆周运动的均匀磁场。
亮度。（第二代EL）。 • 1974年，通过实验证实了二层绝缘膜结构的薄膜型EL元件可用
于电视画面显示的可能性。 • 1983年，日本开始薄膜ELD的批量生产。 • 目前，夏普等公司生产橙红色发光的ELD；
• 国内有许多公司在生产EL器件
• （1）第一阶段：ZnS:Mn（橙黄色）单色显示器的商品化； • （2）第二阶段：二色（红、绿）、三色（红、绿、蓝）、多色
显示器的商品化； • （3）第三阶段：全色显示器的商品化。 • 2、电致发光显示的特征： • （1）图象显示质量高； • （2）受温度变化的影响小； • （3）是目前唯一的全固体显示元件； • （4）有小功耗、薄型、质轻等特点。
二、电致发光的分类
• 分散型EL 交流驱动型（商品阶段）
•
直流驱动型（开发阶段）
• 2、TFEL器件的工作原理（碰撞激发）
• （1）在电场作用下，发光层与绝缘层界面能级处束缚的电子遂 穿发射至发光层；
• （2）同时，发光层中杂质和缺陷也电离一部分电子，这些电子 在电场作用下被加速;
• （3）当其能量增到足够大时，碰撞激发发光中心，从而实现发 光;
• （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
电子束蒸发对源材料的要求
１．熔点要高 ２．饱和蒸汽压要低 ３．化学性能要稳定 ４．蒸发材料对加热材料的“湿润性”
• 离子溅射镀膜法
•
在低真空(0.1～0.01 乇)状态下，在阳极与阴极两
个电极之间加上几百至上千伏的直流电压时，电极之间
会产生辉光放电。在放电的过程中，气体分子被电离成
带正电的阳离子和带负电的电子，并在电场的作用下，
承受105V/cm左右的强电场。
• 母体：ZnS、CaS、SrS等半导体材料。 • 发光中心：采用属于定域能级的元素，除Mn外，还有
许多稀土元素。 • 红 色 ： CaS:Eu ， ZnS:Sm,F ， 附 加 彩 色 滤 光 器 的
SrS:Ce ； • 绿色：ZnS:Tb,F； • 蓝色：CaGa2S:Ce或附加彩色滤光器的SrS:Ce • （2）分散型交流EL发光层材料：主要采用与薄膜型相
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
商 品 手机、
化
显示 器等
• 四、电致发光元件的各种构成材料 • 1、基板材料——一般采用玻璃 • （1）在可见光区域透明，热膨胀系数与积层材料一致 • （2）能承受EL的退火温度（500—600℃） • （3）碱金属离子含量尽量低，确保元件的长期可靠性。 • 2、发光层材料 • （1）薄膜型EL的发光材料：选择合适的发光中心；能
• 目前：溅射镀膜法，特别是磁控溅射用的最多。 • 4、绝缘层材料 • 绝缘耐压（使绝缘破坏的电场强度）高，针孔等缺陷少，
与发光层附着牢固。 • （ 1 ） 非 晶 态 氧 化 物 或 氮 化 物 ： （ Y2O3 ， Al2O3 ，
Ta2O5，SiO2，Si3N4） • （2）铁电体：BaTiO3，PbTiO3 • 溅射镀膜法是主要成膜方式。
• 薄膜型EL 交流驱动型 非存储型（商品阶段）
•
存储型（研究阶段）
•
直流型（研究阶段）
• 有机电致发光（OEL) (商品化阶段)——发光层、电子传输层、 空穴传输层构成。在低压下可以获得高亮度发光，有可能实现蓝 色发光。有机电致发光属于注入型EL，更类似于LED。
三、无机薄膜电致发光（器件结构及工作原理） 1、TFEL器件的结构
第一节 电致发光显示器（ELD）
一、全固态的电致发光显示器 二、电致发光的分类 三、无机薄膜电致发光（器件结构及工作原理） 四、电致发光元件的各种构成材料 五、ELD的用途 六、TFEL器件最新进展 七、 无机TFEL研究的一般方法
一、全固态的电致发光显示器
• 1、电致发光的发展历程： • 1936年，法国的Destriau 发现ZnS的电致发光现象。 • 1950年，发明透明导电膜，开发成功分散型EL（第一代EL） • 1968年，分散型EL元件可以实现直流驱动；薄膜型EL可实现高