电致发光材料及器件-修改..
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。
有机电致发光材料与器件导论课程设计
有机电致发光材料与器件导论课程设计一、选题背景及目的有机电致发光材料是一类新型的功能材料，其具有较高的发光效率、丰富的发光颜色和宽广的应用前景。
有机电致发光器件是利用有机电致发光材料制备的，其具有可调的发光特性、可塑性高、低成本等优点。
因此，有机电致发光材料与器件的研究在光电学、材料学、电子学等领域具有重要的应用前景。
本课程设计旨在通过对有机电致发光材料与器件的介绍，使学生对于这一新型材料以及相关器件的构成和应用进行了解，了解其研究状况和发展趋势，并通过实验来深入了解其物理机理和应用。
二、课程设计内容1.有机电致发光材料的性质及其发光机理（1）有机分子的能级结构和激发态（2）有机电致发光材料的结构、光致发光和电致发光特性（3）有机电致发光材料的分子设计和合成（4）电子注入、输运和复合的物理机理2.有机电致发光器件的结构和制备（1）有机电致发光器件的结构和性能要求（2）器件的组成和制备方法：ITO玻璃/有机电致发光材料/电极（3）器件的特性测试方法3.实验内容（1）有机电致发光材料的合成和表征（2）有机电致发光器件的制备和测试（3）测试数据的处理和分析4.课程设计要求（1）学生需要对于有机化学和电子学等方面有一定的基础（2）完成相应的阅读任务和理论学习（3）参加实验和完成实验报告三、参考文献1.Liu J, Cao Y. Organic light-emitting diodes: materials,devices, and applications[M]. Springer Science & Business Media, 2006.2.Kokubo K, Hasobe T, Araki Y, et al. Organicelectroluminescent devices: synthesis, properties, andapplications[J]. The Chemical Record, 2005, 5(2): 82-94.3.Chen Q, Wang S, Zhang X, et al. Advances in the synthesisof high-performance phosphorescent and fluorescent materials for organic light-emitting diodes[J]. Journal of Materials Chemistry C, 2019, 7(5): 1279-1304.4.Lee C Y, Kaake L G, Garces F O, et al. Electroluminescenceand electronic transport properties in organic light emittingdevices with Al and Nq or Alq3 as electron injection layers[J].Journal of Applied Physics, 2005, 98(7): 074502.5.Krames M R, Shchekin O B, Mueller-Mach R, et al. Status and future of high-power light-emitting diodes for solid-statelighting[J]. Journal of Display Technology, 2007, 3(2): 160-175.。
有机电致发光材料..
4. 亮度，效率高；
5. 直流驱动电压低，能耗少，可与集成电路驱动相匹配； 6. 制作工艺简单，成本低；
7. 可实现超薄的大面积平板显示；
8. 良好的机械加工性能,可做成柔性显示器。
聚合物电致发光二极管(PLED)
PLED,即第二种有机发光材料为高分子聚合物，也称为高分子发光 二极管(PLED)，由英国剑桥大学的杰里米伯勒德及其同事首先发现。聚 合物大多由小的有机分子以链状方式结合在一起，以旋涂法形成高分子 有机发光二极管。 作为一种发光显示材料，聚合物发光二极管(PLED)材料具有很强的 应用潜力，因为它是一种自发光的材料，并且还具有制作相对容易的优点。 因此在制作有机发光二极管器件(OLEDs)时，PLED材料是一种很好的基 本材料，因为与小分子OLED材料20 ～25的发光效率相比，PLED材料的 发光效率则为30～40。
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
3). 1987年美国Kodak 公司的邓青云等采用了夹层式的多层器件结构，开创 了有机电致发光的新的时代。
创新点：(1)多功能有机层的结构； (2)超薄的有机层厚度
75nm 60nm驱动Fra bibliotek压小于10V最大外量子效率1％
最大亮度大于1000cd/m2
4).1990年，Burroughs等人将共轭聚合物聚对苯基乙烯（PPV）制作了高 分子发光二极管，简化了制备工艺，开辟了发光器件的又一个新领域， 即聚合物薄膜电致发光器件。
有机电致发光二极管(OLED)
近十多年里,OLED作为一种新型显示技术已经取得了长足的发展， 就器件的发光亮度、发光效率和寿命而言，OLED器件已经基本达到了 实用的要求。
有机电致发光材料及器件导论
有机电致发光材料及器件导论引言：近年来，由于有机电致发光材料及器件的研究和应用取得了巨大的进展，成为光电领域的研究热点之一、有机电致发光材料及器件具有很高的发光效率、易于制备、柔性可折叠等特点，被广泛应用于平板显示、照明、生物传感等领域。
本文将介绍有机电致发光材料及器件的基本原理、制备方法以及应用前景。
一、有机电致发光材料的基本原理有机电致发光材料是一种能够通过施加电场来实现发光的材料，其基本原理是在有机半导体材料中注入载流子，通过载流子在材料中的扩散和再组合过程中释放出能量，从而产生发光。
一般来说，有机电致发光材料包括发光层、载流子注入层和电极层等。
载流子注入层用于实现载流子从电极注入到发光层，电极层用于提供足够的电场以驱动载流子在发光层中运动。
二、有机电致发光材料的制备方法1.分子设计法：有机电致发光材料的制备通常需要合成复杂的有机分子，具有特殊的分子结构和能级分布。
通过分子设计法，可以设计出具有良好光电性能的有机分子，进而制备出高效的电致发光材料。
2.整体法：整体法是一种将有机分子溶解在溶剂中，通过溶液沉积、旋涂等技术制备电致发光材料的方法。
这种方法制备的电致发光材料结构均匀、制备成本较低，但是光电转换效率较低。
3.蒸发法：蒸发法是一种将有机分子在真空条件下蒸发沉积在基板上的方法。
这种方法制备的电致发光材料具有较高的光电转换效率和较好的膜层质量，但是制备过程较为复杂。
三、有机电致发光器件的制备方法1.有机电致发光二极管（OLED）：OLED是一种采用有机电致发光材料制备的光电器件，具有高亮度、广色域、快速响应等特点。
OLED器件由ITO透明导电玻璃基板、有机电致发光层、载流子注入层和金属电极等组成。
制备OLED器件的方法主要有真空蒸发法、旋转涂敷法和喷墨印刷法等。
2.有机电致发光场效应晶体管（OFET）：OFET是一种利用有机电致发光材料制备的场效应晶体管。
OFET器件由基底、源极、漏极和门极等组成，其中源极和漏极之间的有机电致发光材料层起到了发光的作用。
电致发光及场致发光器件OLED
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%。
▪ 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。
5.1、高场交流电致发光显示
图5.1 ACEL结构图
❖ 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。
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
电致发光实验报告
一、实验名称：电致发光实验二、实验目的：1. 了解电致发光的基本原理和现象；2. 掌握电致发光器件的结构和性能；3. 通过实验验证电致发光的基本特性；4. 培养实验操作能力和数据分析能力。
三、实验原理：电致发光（Electro-Luminescence，EL）是指当电流通过某些物质时，物质会发出可见光的现象。
根据发光机理的不同，电致发光可以分为以下几种类型：1. 发光二极管（LED）：通过电子与空穴复合产生光子；2. 场致发光（EL）：在电场作用下，材料中的电子与空穴分离，产生光子；3. 热致发光：由于温度升高，材料中的电子与空穴复合产生光子。
本实验主要研究LED的电致发光特性。
四、实验器材：1. LED发光二极管（红色、绿色、蓝色各一只）2. 电流表（量程0～0.3A）3. 电压表（量程0～15V）4. 滑动变阻器（最大阻值20Ω）5. 电源（最大输出电压5.6V）6. 开关7. 导线若干五、实验步骤：1. 根据实验原理图连接电路，确保电流表、电压表、滑动变阻器、LED和电源正确连接；2. 打开电源，调节滑动变阻器，使电压表读数为3V；3. 观察LED的发光情况，记录电流表和电压表的读数；4. 逐渐增大电压，观察LED的发光情况，记录电流表和电压表的读数；5. 当LED的亮度达到最大时，记录此时的电压和电流；6. 改变LED的正负极，重复步骤3～5；7. 将红色、绿色、蓝色LED分别接入电路，重复步骤3～6；8. 整理实验器材。
六、实验数据：实验次数 | 电压（V） | 电流（A） | LED颜色------- | -------- | -------- | --------1 | 3 | 0.1 | 红色2 | 4 | 0.15 | 红色3 | 5 | 0.2 | 红色4 | 3 | 0.1 | 绿色5 | 4 | 0.15 | 绿色6 | 5 | 0.2 | 绿色7 | 3 | 0.1 | 蓝色8 | 4 | 0.15 | 蓝色9 | 5 | 0.2 | 蓝色七、实验结果分析：1. 从实验数据可以看出，LED的发光强度随着电压的增加而增加，且不同颜色的LED发光强度随电压变化的趋势基本一致；2. 当电压达到一定值时，LED的亮度达到最大，此时电流也达到最大；3. 改变LED的正负极，发光强度和电流基本不变，说明LED的发光特性与极性无关；4. 不同颜色的LED发光强度随电压变化的趋势基本一致，但最大发光强度不同，说明不同颜色的LED发光效率不同。
电致发光材料
电致发光材料
电致发光材料（Electroluminescent Materials，简称EL材料）是一种能够在电
场的作用下产生发光现象的材料。
它具有在室温下工作、发光效率高、寿命长、能耗低等优点，因此在显示、照明、生物医学、安全标识等领域有着广泛的应用前景。
EL材料的基本原理是在外加电场的作用下，通过电子和空穴的复合发生辐射
而产生光。
目前，主要的EL材料包括有机EL材料和无机EL材料两大类。
有机EL材料是指以有机化合物为基础的EL材料，其优点是制备工艺简单、
可制备成薄膜、柔性度高，适合于柔性显示器件的制备。
有机EL材料的发光颜色
丰富，可以通过不同的有机分子设计实现多种颜色的发光，因此在显示领域有着广泛的应用前景。
无机EL材料是指以无机化合物为基础的EL材料，其优点是发光效率高、寿
命长、稳定性好，适合于大面积照明和显示领域的应用。
无机EL材料的发光机理
复杂，通常包括发光中心和激活剂等组成，通过控制发光中心和激活剂的种类和浓度可以实现不同颜色的发光。
除了有机EL材料和无机EL材料，近年来还出现了混合型EL材料，即有机无
机杂化EL材料。
混合型EL材料综合了有机EL材料和无机EL材料的优点，具有
发光效率高、寿命长、制备工艺简单等特点，因此备受关注。
随着科学技术的不断发展，EL材料的研究和应用也在不断拓展。
未来，随着
新材料、新工艺的不断涌现，EL材料将会在显示、照明、生物医学等领域发挥越
来越重要的作用，为人类社会的发展和进步做出更大的贡献。
电致发光及其器件
电致发光的历史： 无机电致发光： 1936年：基于ZnS构造了第一个粉末电致发光磷光体(phosphor)；并制 造了第一个有效的掺Mn的ZnS薄膜电致发光显示装置(ELD)。
人们曾经将这种ELD和光导膜结合，用于光放大器和x射线增强器， 1960年在日本曾用于电视成像。 1962年：美国通用电气公司发明第一个无机半导体GaAsP的商 品化光发射二极管(LED)。 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。
进一步考虑LS耦合后还可以得到按光谱支项 2S+1LJ 表示的更细微的能级分 裂。其能级高低的规律是：当L、S都相同时，对于小于半充满f的电子组态， J值越小的电子组态越稳定；对于大于半充满的电子组态，则J值越大的越 稳定。前图中用光谱支项2S+1LJ(因能级太密，在图中用(2S十1)LJ表示)所标 识的各个Re3+多重态能级图，反映了这些规律，其中谱项的宽度大致表示 不同能级在晶体场中的分裂程度。
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。 间接激发机理： 在光致发光中十分重要。间接激发是一个多步骤 过程。首先，光子激发一个并不发光的中心(即光 敏剂S，这时相当于给体D)，再由该中心通过能量 传递而激发稀土离子(受体A)。右图表示了这样一 种通过激发的给体—受体对(DAP)进行能量传递而 激发稀土离子的过程。 在这种间接过程中，速率限制性步骤一般是从光敏剂激发态到稀土离子的 能量传递过程。
- 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)。
2018/10/13
1
处于激发态的分子、晶体和非晶态物质在退激过程中会产生辐射， 即发光。根据其受激的方式，这种激发态发光可以分为三种形式： 光致发光（photoluminescence，PL） 电致发光（electroluminescence，EL） 阴极发光（cathodeluminescence，CL） 电致发光的两种类型: 一种是撞击式电致发光：电压直接或间接加在电极之间而引起的发光， 如通常日光灯的发光。 另一种是电荷注入电致发光：电压加在直接固定于单晶半导体(如 GaAs)PN结的电极上，由于载流子的注入而引起发光，如通常发光二 极管(LED)的发光。 电致发光是电能转化为光能的过程。
2018/10/13Leabharlann 52018/10/13
6
一、无机电致发光器件和材料
大多数多色磷光体电致发光材料是掺有不同稀土元素或过渡元素(作为活化剂) 的II-VI族半导体。 根据磷光体(分散于透明介质的粉末或蒸镀薄膜)的激发电压的不同，一般将 EL器件分为直流电致发光(DCEL)器件和交流电致发光(ACEL)器件。 1、 无机电致发光器件结构 最简单的分散型直流电致发光器件如图。将一层 CuS(p 型半导体 ) 热敷在 ZnS(n型半导体)光发射磷光体的表面上 ( 即发绿光的掺 Cu的ZnS，记为ZnS： Cu)，从而形成一个异质pn结。发光层夹在透明的电极和金属电极之间，在 一定方向的直流电场下发光。
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。
2018/10/13 3
有机电致发光： 1963年，Pope研究了蒽单晶片（10~20微米）的电致发光，当时，需要400V 的电压才能观察到蒽的蓝色荧光；之后的研究将电压降低到100V左右，获得 5%光子/电子的外量子效率； 1982年用真空蒸镀制成了50nm厚的蒽薄膜，进一步将电压降到30V，观察到 了蓝色荧光，但外量子效率只有0.03%，这主要是电子的注入效率太低以及 蒽的成膜性不好而存在易击穿的缺点。 1983年，Partridge研究了聚合物的电致发光，但亮度太低，没有引起重视。 总之，60~80年代中期，有机EL徘徊在高电压、低亮度、低效率的水平上。
2018/10/13
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。
对这种在强电场下发生的电致发光现象的物理本质仍然不太清楚，但其 主要过程大致如下： ①由电极注入载流子(如从阴极注入电子或从阳极注入空穴)， ②在电场下载流子被加速， ③通过某种机理(如电子和稀土离子碰撞或者电子和空穴复合后将能量传 递给金属离子)激发金属活性离子， ④电子从激发态跃迁到基态而发光， ⑤从器件中输出所发射的光。 对于ACEL中的玻璃衬底、透明导电膜、绝缘膜和金属电极等材料的一般要求： ①可以在电场(110 V· cm-1)下激发而不被击穿， ②在发光的阈值电压下介电材料的行为类似于绝缘体， ③能设法将磷光体沉积成薄膜(如用溅射、蒸发、化学气相沉积和分子柬外延 法等)。 无机分散型ACEL器件中的介电材料是为了获得高的交流阻抗以建立强电场 9 2018/10/13
分子薄膜EL器件的优点： 从成分上看，多样性分子设计易于实现，因而大大地丰富了发光的颜色。 例如，8—羟基哇琳衍生物中，A1q3发光颜色为绿色(λ max＝520 nm)，Mgq2和 Znq2的发光颜色则分别是绿色(λ max ＝518nm)和黄色(λ max ＝570 nm)。 发光亮度和效率高；全固化的主动发光；视角宽，响应速度快；制备过程简单， 费用低；超薄膜，重量轻；易于实现大面积彩色显示；可以制作在柔性衬底上， 器件可以弯曲、折叠；具有与集成电路相匹配的直流低电压驱动特性。
2018/10/13
7
实用的多层结构：
通常对电致发光薄膜器件采 用多层式的金属／绝缘体／半导 体／绝缘体／金属 (MISIM) 结构。 在典型的ACEL-MISIM器件中，发 光的半导体并不和电极直接接触。 衬底为玻璃，薄膜沉积在可带有 预定花样的透明In-Sn氧化物(1TO 玻璃)上，再用后电极(A1)覆盖。 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。
2018/10/13 2
电致发光的历史： 无机电致发光： 1936年：基于ZnS构造了第一个粉末电致发光磷光体(phosphor)；并制 造了第一个有效的掺Mn的ZnS薄膜电致发光显示装置(ELD)。
人们曾经将这种 ELD 和光导膜结合，用于光放大器和 x 射线增强器， 1960年在日本曾用于电视成像。 1962 年：美国通用电气公司发明第一个无机半导体 GaAsP 的商 品化光发射二极管(LED)。 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。
蒽：结晶三环烃 [anthracene] C6H4(CH)2C6H4,其纯品为白色带紫色荧光,在蒸馏煤焦 油最后阶段得到,用作发光材料(如在闪烁计数器中),特别是用于涂层(如用于吸收紫外光)
1987年，美国柯达公司的邓青云(C.W.Tang)和VanSlyke对有机EL做了开 创性的工作。它们将具有高荧光量子效率的8-羟基喹啉铝配合物(简记为 A1q3) 作为发光层，用芳香二胺作为空穴传输层，用低功率的镁银合金 阴极，并采用蒸发镀膜法制备出多层结构器件。EL材料的激发电压已降 至10V以下，发光强度大于1000 cd· m-2，发光效率高于1.5lm· W-1。
若一个光源在一给定方向下发射出频率为540×1012Hz的单色辐射，且其辐射强度为1/683瓦 每球面度，则该光源在这方向上的光强为1cd。 荧光灯的亮度大约为8000cd/m2，显示器的亮度只要有300cd/m2就足够了。目前最亮的有机 2018/10/13 EL器件可以超过140000cd/m2。 4