ch5第五章 電致發(fā)光及場(chǎng)致發(fā)光器件課件

光電子技術(shù)(2)(光電子發(fā)光與顯示技術(shù))§5電致發(fā)光及場(chǎng)致發(fā)光器件（OLED）§5電致發(fā)光及場(chǎng)致發(fā)光器件（OLED）1920年德國(guó)學(xué)者古登和波爾發(fā)現(xiàn)，某些物質(zhì)加上電壓后會(huì)發(fā)光，人們把這種現(xiàn)像稱為電致發(fā)光或場(chǎng)至發(fā)光（EL）。1936年，德斯垂將ZnS熒光粉浸入蓖麻油中，并加上電場(chǎng)，熒光粉便能發(fā)出明亮的光。1947年美國(guó)學(xué)者麥克馬斯發(fā)明了導(dǎo)電玻璃，多人利用這種玻璃做電極制成了平面光源，但由于當(dāng)時(shí)發(fā)光效率很低，還不適合作照明光源，只能勉強(qiáng)作顯示器件。70年代后，由于薄膜技術(shù)帶來的革命，薄膜晶體管（TFT）技術(shù)的發(fā)展場(chǎng)致發(fā)光（EL）在壽命、效率、亮度、存儲(chǔ)上的技術(shù)有了相當(dāng)?shù)奶岣?。使得?chǎng)致發(fā)光（EL）成為三在顯示技術(shù)中最有前途的發(fā)展方向之一。光電子技術(shù)精品課程場(chǎng)致發(fā)光（EL）按激光發(fā)過程的不同分為二大類：（1）注入式電致發(fā)光：直接由裝在晶體上的電極注入電子和空穴，當(dāng)電子與空穴在晶體內(nèi)再復(fù)合時(shí)，以光的形式釋放出多余的能量。注入式電致發(fā)光的基本結(jié)構(gòu)是結(jié)型二極管（LED）；（2）本征型電致發(fā)光：又分為高場(chǎng)電致發(fā)光與低能電致發(fā)光。其中高場(chǎng)電致發(fā)光是熒光粉中的電子或由電極注入的電子在外加強(qiáng)電場(chǎng)的作用下在晶體內(nèi)部加速，碰接發(fā)光中心并使其激發(fā)或離化，電子在回復(fù)到基態(tài)時(shí)輻射發(fā)光。光電子技術(shù)精品課程5.1、高場(chǎng)交流電致發(fā)光顯示圖5.1ACEL結(jié)構(gòu)圖光電子技術(shù)精品課程交流電致發(fā)光顯示是目前高場(chǎng)電致發(fā)光顯示的主流。ACEL結(jié)構(gòu)如圖5.1所示。它是將電致發(fā)光粉ZnS:CuCl或（ZnCd）S:CuBr混合在環(huán)氧樹脂和氰乙基醣的混合物的有機(jī)介質(zhì)中，兩端夾有電極，其中一個(gè)為透明電極。另一個(gè)是真空蒸鍍鋁或銀電極，構(gòu)成一個(gè)EL。實(shí)質(zhì)上，ACEL是大量幾微米到幾十微米的發(fā)光粉狀晶體懸浮在絕緣介質(zhì)中的發(fā)光現(xiàn)象，也稱德斯垂效應(yīng)。ACEL所加的電壓通常為數(shù)百伏。ACEL是晶體內(nèi)的發(fā)光線發(fā)光，不是體發(fā)光。線發(fā)光強(qiáng)度可達(dá)3.4×105cd/m2，總體發(fā)光亮度約40cd/m2功率轉(zhuǎn)換效率為1/%，壽命約1000小時(shí)。光電子技術(shù)精品課程高場(chǎng)電致發(fā)光的機(jī)制存在許多有趣的物理問題，最近仍在不斷的探討，它與EL材料中的電子在高電場(chǎng)下作用下的加速產(chǎn)生熱電子，熱電子碰撞ZnS格使之離化產(chǎn)生電子空穴對(duì)，當(dāng)電子重新被這些離化的施主和受主俘獲時(shí)，產(chǎn)生復(fù)合發(fā)光，也可以通過熱電子直接碰撞發(fā)光中心發(fā)光（如ZnS基質(zhì)發(fā)光材料中的施主-受主對(duì)，或摻雜的Mn2+，或一些三價(jià)稀土離子），電子空穴對(duì)的復(fù)合能量也可以直接傳遞給發(fā)光中心而發(fā)光。光電子技術(shù)精品課程記憶效應(yīng)可以解釋為：脈沖電壓產(chǎn)生強(qiáng)電場(chǎng)，使發(fā)光層中電子加速。在這些電子穿過發(fā)光層時(shí)，激發(fā)錳發(fā)光中心。已穿過發(fā)光層的電子便在發(fā)光層與絕緣層的界面上積累起來，這些電子在電場(chǎng)移去后仍將留在界面處，于是在發(fā)光層兩邊形成極化電荷。如果下一個(gè)脈沖與上一個(gè)脈沖同方向，則極化電場(chǎng)將抵消脈沖電壓產(chǎn)生的電場(chǎng)的大部分，所以發(fā)光亮度變小。反過來，如果下一脈沖方向反轉(zhuǎn)，則極化電場(chǎng)與脈沖電壓產(chǎn)生的電場(chǎng)疊加，總電場(chǎng)變大，所以發(fā)光亮度增加。利用記憶效效可以制成具有灰度級(jí)的記憶板，作為視頻顯示板用的記憶板能夠具有幀儲(chǔ)存的能力。光電子技術(shù)精品課程圖5.2ACTFEL結(jié)構(gòu)示意圖1金屬電極；2絕緣層；3發(fā)光層；4絕緣層；5透明電極；玻璃襯底光電子技術(shù)精品課程ACTFEL優(yōu)點(diǎn)是壽命長(zhǎng)（大于2萬小時(shí)），亮度高，工作溫度寬（-55℃~+125℃），缺點(diǎn)是只有摻Mn的發(fā)光效率高，且為橙黃色，對(duì)全色顯示要求三基色研制高效的發(fā)光材料是當(dāng)今研究的課題。EL器件目前已被應(yīng)用在背光源照明上，在汽車、飛機(jī)及其他設(shè)備儀器儀表、手機(jī)、手表、電子鐘、LCD模塊、筆記本電腦顯示器等方面獲得應(yīng)用。也作為交通安全標(biāo)志，公司標(biāo)志，出口通道等發(fā)光指示牌上的發(fā)光顯示器件。光電子技術(shù)精品課程有機(jī)發(fā)光顯示器（OLED）又稱有機(jī)EL，是以有機(jī)薄膜作為發(fā)光體的自發(fā)光顯示器件。它是固體自發(fā)光器件，可適應(yīng)惡劣工作環(huán)境；它響應(yīng)時(shí)間短、發(fā)光效率高、視角寬、對(duì)比度高；它可在5V~10V的低電壓下工作，功耗低，工藝簡(jiǎn)單；制造成本低、有機(jī)發(fā)光材料眾多、覆蓋發(fā)光光譜從紅外到紫外，適合全彩色顯示；價(jià)廉、易于大規(guī)模生產(chǎn)；OLED的生產(chǎn)更近似于精細(xì)化工產(chǎn)品，可在塑料、樹脂等不同的材質(zhì)上生產(chǎn)，產(chǎn)品的機(jī)械性能好，不僅可以制造出筆記本電腦、臺(tái)式機(jī)適用的顯示器，還有可能創(chuàng)造出墻壁大小的屏幕、可以彎曲折疊的屏幕。人們預(yù)言，隨著規(guī)模量產(chǎn)的到來，OLED可以比LCD成本低20%。光電子技術(shù)精品課程圖5.4可以卷起來的顯示器光電子技術(shù)精品課程圖5.5典型雙異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)光電子技術(shù)精品課程目前正進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化階段。OLED在材料與技術(shù)專利部分主要有兩大陣營(yíng)，分別為小分子及高分子材料。目前OLED量產(chǎn)的產(chǎn)品有90%以上為被動(dòng)式單色或多彩小尺寸顯示器，應(yīng)用市場(chǎng)主要為手機(jī)、PDA、手持游戲機(jī)和數(shù)字相機(jī)等。若從技術(shù)及市場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì)來看，OLED將會(huì)往主動(dòng)式、全彩和大尺寸發(fā)展，進(jìn)而直接威脅TFT-LCD和PDP等平面顯示器的市場(chǎng)。光電子技術(shù)精品課程一、OLED器件的發(fā)光機(jī)制OLED的基本原理為：加入一外加偏壓，使電子空穴分別經(jīng)過空穴傳輸層與電子傳輸層后，進(jìn)入一具有發(fā)光特性的有機(jī)物質(zhì)，在其內(nèi)部發(fā)生復(fù)合，激勵(lì)出一個(gè)激子，再將能量釋放出來回到基態(tài)，而這些釋放出來的能量中，通常由于發(fā)光材料的選擇及電子自旋的特性，只有25%（單重態(tài)到基態(tài)）的能量可以用來當(dāng)作OLED的發(fā)光，其余75%（三重態(tài)到基態(tài)）的能量以磷光或熱的形式回歸到基態(tài)。選擇不同的發(fā)光材料（帶隙不同）可得到不同顏色的發(fā)光。光電子技術(shù)精品課程圖5.5所示的典型多層OLED結(jié)構(gòu)，發(fā)光過程為：載流子注入是通過陰極和陽極注入到電極內(nèi)側(cè)有機(jī)功能薄膜層，載流子分別從電子傳輸層和空穴傳輸層向發(fā)光層遷移，電子和空穴在發(fā)光層中相，相互束縛而形成激子（Exciton），激發(fā)態(tài)能量通過輻射躍遷到基態(tài)。光電子技術(shù)精品課程利用此類單體分子便能聚合產(chǎn)生“共軛聚合物”。最早的共軛聚合物即為聚乙烯，其具有高導(dǎo)度。有機(jī)半導(dǎo)體因其導(dǎo)電程度介于導(dǎo)體與半導(dǎo)體之間，故其應(yīng)用范圍也非常廣，多用于電磁波遮蔽體、抗靜電涂布等。而應(yīng)用其摻雜及去摻雜之行為，發(fā)展了充電式電池、智能電變色窗、太陽電池、光存儲(chǔ)、非線性光學(xué)器件等。當(dāng)前最熱門的應(yīng)用則是OLED。光電子技術(shù)精品課程二、OLED器件的分類一般說來，OLED顯示器依驅(qū)動(dòng)方式分為被動(dòng)式和主動(dòng)式兩類。其電路原理如圖5.6所示。

被動(dòng)式無源矩陣主動(dòng)式有源矩陣