电致发光及原理.docVIP

电致发光及原理 电致发光ElectroluminescenceEL是物质在一定的电场作用下被相应的电能所激发而产生的发光现象。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。电致发光作为一种平面光源引起了人们的极大爱好。人们企图实现照明光源从点光源、线光源到面光源的革命。自从无机发光板硫化锌和磷砷化镓化合物发明以来电致发光已被广泛应用在很多领域取得了令人瞩目的成就。尽管粉末电致发光现象早在1937年就被发现但直到50年代将硫化锌和有机介质涂敷在透明导电玻璃上再做上第二电极加上交流电压才实现稳定的电致发光。人们逐渐把目光投向了性能更为优良的新一代平板显示器件工艺更简单的新型有机电致发光器件OLED。 1.电致发光材料 从发光材料角度可将电致发光分为无机电致发光和有机电致发光。无机电致发光材料一般为等半导体材料。有机电致发光材料依占有机发光材料的分子量的不同 可以区分为小分子和高分子两大类。小分子OLED材料以有机染料或颜料为发光材料高分子OLED材料以共轭或者非共轭高分子聚合物为发光材料典型的高分子发光材料为PPV及其衍生物。 有机电致发光材料依据在OLED器件中的功能及器件结构的不同又可以区分为空穴注进层HIL、空穴传输层HTL、发光层EML、电子传输层ETL、电子注进层EIL等材料。其中有些发光材料本身具有空穴传输层或者电子传输层的功能这样的发光材料也通常被称为主发光体发光材料层中少量掺杂的有机荧光或者磷光染料可以接受来自主发光体的能量转移和经过载流子捕捉carriertrap的机制而发出不同颜色的光这样的掺杂发光材料通常也称为客发光体或者掺杂发光体英文用Dopant表示。从发光原理角度电致发光可以分为高场电致发光和低场电致发光。 2.电致发光的原理和器件结构 从发光原理电致发光可以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。当它与电极或其他介质接触时其势垒处于反向时来自电极或界面态的电子进人发光材料的高场区被加速并成为过热电子。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运过程电子从激发态回到基态而发光。低场电致发光又称为注人式发光主要是指半导体发光二极管LED。1960年人们发现GaAs的p-n结二极管在正向偏压下发生少数载流子注进并在p-n结四周两种载流子发生复合而发光。由于这种半导体材料禁带较窄发出的是红外光。随后利用这一原理不断开拓较宽禁带的半导体材料GaPGaInPGaAlAsGaN等等陆续研制成红色、黄色、绿色和蓝色的发光二极管。近年来在电致发光领域有机薄膜电致发光异军突起。一般以为有机电致薄膜发光过程由以下5个步骤 1载流子的注进。在外加电场的作用下电子和空穴分别从阴极和阳极向夹在电极之间的有机功能薄膜层注进。电子从阴极注进到有机物的最低未占据分子轨道LUMO而空穴从阳极注进到有机物的最高占据分子轨道HOMO。 2载流子的迁移。注进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。激子在有机固体薄膜中不断地作自由扩散运动并以辐射或无辐射的方式失活。 5电致发光。当激子由激发态以辐射跃迁的方式回到基态就可以观察到电致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。 电致发光器件的基本结构属于夹层式结构激发光层被两侧电极像三明治一样夹在中间一侧为透明电极以便获得面发光。由于阳极功函数高可以进步空穴注进效率所以一般使用的阳极多为氧化铟-氧化锡ITO。在ITO上再用蒸发蒸镀法或旋转涂层法制备单层或多层膜膜上面是金属阴电极由于金属的电子逸出功影响电子的注进效率因此要求其功函数尽可能低。现以目前研究较多较热的有机电致发光器件为例进行说明 大多数有机电致发光材料是单极性的同时具有均等的空穴和电子传输性质的有机物很少一般只具有传输空穴的性质或传输电子的性质。为了增加空穴和电子的复合几率进步器件的效率和寿命OLED的结构从简单的单层器件发展到双层器件、3层器件甚至多层器件。由于采用这种单极性的有机物作为单层器件的发光机材料会使电子与空穴的复合自然地靠近某一电极当复合区越靠近这一电极就越轻易被该电极所淬灭而这种淬灭有损 于有机物的有效发光从而使OLED发光效率降低。而采用双层、3层甚至多层结构的OLED能充分发挥各功能层的作用调节空穴和电子注进到发光层的速率只有使注进的电子和空穴在发光层复合才能进步器件的发光效率。由于大多数有机物具有尽缘性只有在很高的电场强度下才能使载流子从一个分子流向另一个分子所以有机膜的总厚度不能超过几百纳米否则器件的驱动电压太高会失往LED的实际应用价