电致发光及其研究进展讲解课件.ppt
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- 电致发光 及其 研究进展 讲解 课件
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1、电致发光及其研究进展目录一、电致发光的简介二、电致发光的发光机理三、有机电致发光四、有机电致发光的优点及性能参数五、有机电致发光材料的应用六、有机电致发光的发展及展望一、电致发光的简介 1.发光 光辐射可以分为平衡辐射和非平衡辐射两大类,即热辐射和发光。任何物体只要具有一定的温度,则该物体必定具有与此温度下处于热平衡状态的热辐射。非平衡辐射是指在某种外界作用的激发下,体系偏离原来的平衡态,如果物体在向平衡态回复的过程中,其多余的能量以光辐射方式发射,则称为发光。因此发光是一种叠加在热辐射背景上的非平衡辐射,其持续时间要超过光的振动周期。2.电致发光 电致发光(electroluminescen
2、t),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,而电场激发的电子碰击发光中心,引起电子能级的跃迁、变化、复合,而发射出高效率冷光的一种物理现象。它是一种直接将电能转换成光能的现象,电能与光能之间的转换属于非热性转换,是一种电场激励发光的电光效应。这种发光不存在像白炽灯那样先将电能转变成热能,继而使物体温度升高而发光的现象,故将这种光称之为冷光。2.1电致发光的分类 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不同可以区分为小分子和高分子两大类。目前,电致发光的研究方向主要为有机材料的应用。
3、按激发过程的不同可分为:(1)注入式电致发光:直接由装在晶体上的电极注入电子和空穴,当电子与空穴在晶体内再复合时,以光的形式释放出多余的能量。注入式电致发光的基本结构是结型二极管(LED);(2)本征型电致发光:又分为高场电致发光与低能电致发光。其中高场电致发光是荧光粉中的电子或由电极注入的电子在外加强电场的作用下在晶体内部加速,碰撞发光中心并使其激发或离化,电子在回复到基态时辐射发光。从发光原理角度电致发光可分为为低场和高场下的发光;电致发光还可以分为薄膜型电致发光和分散型电致发光。二、电致发光的发光机理 电致发光的发光机理是被加速的过热电子碰撞、激发发光中心,使发光中心被激发到高能态而发光
4、。电致发光包括四个基本过程:(1)载流子从绝缘层和发光层界面处的局域态穿过进 入发光层;(2)载流子在发光层的高电场中加速成为过热电子;(3)过热电子碰撞、激发发光中心;(4)载流子再次被束缚到定域态。电致发光的发光机理 对于交流电导致的电致发光而言,这四个过程是反复进行的。这些电子随着外电场的周期性变化,在发光层和绝缘层形成的两个界面之间振荡,同时电子加速和倍增,产生大量的过热电子碰撞发光中心,使发光中心能级上的电子处于高能态,然后这些高能态电子通过辐射跃迁发出光子。三、有机电致发光(OLED)有机材料的电致发光属于注入式的复合发光。一般认为,聚合物和小分子电致发光的机理是:在外界电压的驱动
5、下,由电极注入的载流子(电子和空穴)在有机物中复合,释放出能量,传递给有机发光物质的分子,使其从基态跃迁到激发态,当受激分子从激发态回到基态时,由辐射跃迁而产生发光现象。1.有机电致发光的机理发光过程的Jablonski能级图如图 1所示:一般认为,有机电致发光过程分为以下5 个步骤:(1)载流子的注入。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
6、子和空穴碰撞产生激子。(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。2.有机电致发光器件 电致发光器件的基本结构属于夹层式三明治结构,即有机层被两层电极夹在中间,其中一侧为透明电极以便发光。空穴和电子分别从阳极和阴极注入,并在有机层中传输,相遇之后形成激子,激子复合发光。2.1器件的结构 氧化铟-氧化锡(indium tin oxide,ITO)透明电极和低功函数的金属(Mg,Li,Ca等)常被分别用作阳极和阴极。辐射光经由I
7、TO一侧射出。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。所以为了增加空穴和电子的复合几率,提高器件的效率和寿命,OLED的结构从简单的单层器件发展到双层器件、三次器件甚至多层器件。2.2器件的分类有机电致发光器件常见的结构形式如下所示:(1)单层器件:ITO/EML(发光层)/Mg:Ag合金;单层有机薄膜被夹在ITO阳极和金属阴极之间,形成单层电致发光器件。其中有机层既作发光层,又兼做电子传输层和空穴传输层。由于常采用单极性的有机物作为单层器件的发光材料,即主要传输单种载流子,所以载流子注入很不平衡,且载流子迁移率
8、有很大差距,从而使电子与空穴的复合自然地靠近某一电极,当复合区越靠近某一电极,就越轻易被该电极所猝灭,而这种猝灭有损于有机物的有效发光,从而使OLED发光效率降低。(2)双层:ITO/HTL(空穴传输层)/EML/Mg:Ag合金或ITO/EML/ETL(电子传输层)/Mg:Ag合金;空穴传输层或电子传输层的引入在很大程度上解决了电子和空穴的不平衡注入问题,改善了电流-电压特性,极大地提高了器件发光效率。(3)多层:ITO/HTL/EML/ETL/Mg:Ag合金。在实际器件设计过程中,为了优化及平衡器件的各项性能,引入了多种不同的功能层。多层结构的OLED,能充分发挥各功能层的作用。例如,电子注
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