功能高分子材料課件 第四章 PLED.ppt

1、Chapter four Electroactive Polymers,Outline,電致發(fā)光高分子材料 Electroluminescent Polymer Materials 聚合物發(fā)光二極管 polymer light-emitting diode (PLED) 電致變色高分子材料 Electrochromic Polymer Materials 高分子駐極體 Polymeric Electret,歷史 機(jī)理 優(yōu)點(diǎn) 結(jié)構(gòu)組成 制備,Section 1 電致發(fā)光高分子材料,本征導(dǎo)電高分子 Discovery of inherent conductive polymers 1990s 聚對(duì)

2、苯乙炔的電致發(fā)光現(xiàn)象 Poly(p-phenylenevinylene) (PPV): first conjugated polymer exhibiting electroluminescence Late 1990s 發(fā)現(xiàn)發(fā)藍(lán)光的材料，全顯示成為可能 Development of blue emitting polymer materials Full color display became possible,一、電致發(fā)光高分子的歷史,載流子 激子 單線態(tài)與三線態(tài) 磷光和熒光 電致發(fā)光的量子效率 載流子注入效率,二、與發(fā)光機(jī)理相關(guān)的基本概念,載流子空穴和電子 激子處于激發(fā)態(tài)能級(jí)上的電子與

3、處于價(jià)帶的空穴通過靜電作用結(jié)合形成的高能態(tài)中性離子。,基態(tài)與激發(fā)態(tài),基態(tài)電子都處于盡可能低的能量狀態(tài)，同一能級(jí)盡量分占不同的軌道且自旋方向相同，在同一軌道成對(duì)排布時(shí)自旋方向要相反。 要使電子從低能軌道躍遷到高能軌道，必須供給能量。如果能量能滿足電子所需能量時(shí)，電子便有可能從能量較低的軌道進(jìn)入能量較高的軌道，這叫電子的躍遷。,單線態(tài)與三線態(tài),如圖所示的（2），此時(shí)分子的電子排布違反了兩條排布原則，處于單線激發(fā)態(tài)。 如圖所示的（3），此時(shí)分子的電子排布違反了一條排布原則，處于三線激發(fā)態(tài)。,激發(fā),熒光,非光 耗散,磷光,單線激發(fā)態(tài),三線激發(fā)態(tài),電致發(fā)光材料中的能量傳輸,基態(tài),磷光及熒光,物質(zhì)受到外來

4、光線、電子、高能粒子的照射時(shí)，就會(huì)發(fā)光如果照射引起物質(zhì)原子外層電子擾動(dòng)，電子受激后向低能級(jí)躍遷，就可發(fā)射包括紅外線、紫外線和可見光。 當(dāng)照射停止后，發(fā)光仍能持續(xù)一段時(shí)間，余輝在10秒以上的稱磷光。余輝在10 秒以下的稱熒光。 電致發(fā)光中磷光并不明顯，熒光構(gòu)成發(fā)光的主體。,熒光和磷光都是電子從激發(fā)態(tài)回到基態(tài)的電磁輻射（發(fā)光）現(xiàn)象。通常指壽命短的（107-108秒）為熒光，中斷供能，立即停止發(fā)光，而壽命長(zhǎng)的為磷光，中斷供能仍能持續(xù)發(fā)光。 供能方式有：（1）光頻發(fā)射（光致發(fā)光）；（2）陰極射線、X-射線及其它高能粒子的輻射；（3）電場(chǎng)引發(fā)的場(chǎng)致發(fā)光（材料？）,家用日光燈的玻璃管內(nèi)涂有鹵磷酸鈣Ca5(

5、PO4)3(F,Cl): Sb3+,Mn2+螢光粉，在汞蒸汽機(jī)輝光放電產(chǎn)生的紫外線照射下放出較寬波長(zhǎng)的可見光。（早期）彩色電視顯象管使用的熒光粉是Zn1-xCdx:AgCl，當(dāng)時(shí)發(fā)紅色熒光。,電致發(fā)光的量子效率發(fā)出熒光的能量與與激發(fā)過程總能量的比值 載流子注入效率正負(fù)極注入載流子的有效程度，與正負(fù)極材料有關(guān)。應(yīng)選用高功函的陽(yáng)極材料和低功函的陰極材料。 功函是指在0K從樣品中移走一個(gè)電子所需要的最小能量,聚合物電致發(fā)光機(jī)理,載流子的注入從陰極和陽(yáng)極注入 載流子的遷移電子和空穴分別向發(fā)光層遷移 載流子的空穴和遷移電子在發(fā)光層中相遇復(fù)合并產(chǎn)生激子 激子將能量傳遞給發(fā)光分子并激發(fā)電子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)

6、 電致發(fā)光激發(fā)態(tài)能量通過輻射耗散產(chǎn)生光子釋放出光能,從負(fù)極注入的電子與從正極注入的空穴復(fù)合成激子，激子從高能態(tài)回到低能態(tài)，發(fā)出熒光,發(fā)光機(jī)理Mechanism of light emitting,優(yōu)點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)純正的紅綠藍(lán)顯色實(shí)現(xiàn)全譜帶發(fā)光 Pure red, green, and blue emission Achieve a full color display 低壓驅(qū)動(dòng)，超薄超輕，制作簡(jiǎn)單響應(yīng)速度快,結(jié)構(gòu)Structure of PLED cell,Multi-layering OLED materials With various degrees of electron / hole m

7、obility Increase the probability of electron-hole recombination Improve electroluminescent efficiency,陰極 / 陽(yáng)極材料,陽(yáng)極Anode ITO (In-Sn2O3) Al-Al2O3 PAni,陰極Cathode Ca Al Mg Zn Cr Alloys of these metals,電子傳輸材料Electron transport materials 電子流動(dòng)性好High electron mobility Incorporation of electron deficient nit

8、rogen atoms,八羥基喹啉的金屬絡(luò)合物,空穴注入材料Hole injection materials 空穴流動(dòng)性好High hole mobility 電荷離域性強(qiáng)Facilitate charge delocalization,Poly-p-phenylenevinylene (PPV),Poly(vinylcarbazole) (PVK),Poly(aniline) (PAni),Poly(3,4-ethylene dioxy thiophene) (PEDOT),發(fā)光材料的結(jié)構(gòu) Chemical structure & composition of light emitting

9、polymers,主鏈發(fā)光材料Main chain LEPs Light-emitting groups in the main chain 側(cè)鏈發(fā)光材料Side chain LEPs Light-emitting groups in the side chains,主鏈發(fā)光材料,Substitutions R1, R2, R3 , R4, R5, R6 Tune charge-transport characteristics Adjust the color of emitted light Enhance solubility 通過調(diào)節(jié)取代基調(diào)節(jié)電荷的傳輸性質(zhì) 調(diào)節(jié)發(fā)光顏色范圍 加強(qiáng)材料

10、的溶解性,Adding electron-donating groups to the PPV chain red-shifts its light emission to orange Adding electron-accepting groups gives a blue shift 增加給電子基團(tuán)發(fā)生紅移 增加吸電子基團(tuán)發(fā)生藍(lán)移,Poly(p-phenylenevinylene) (PPV) derivatives,常見的電致發(fā)光高分子材料Light emitting polymers,彩色表示 其發(fā)光顏色,Polythiophene (PTh) derivatives,Polyphe

11、nylene & its derivatives,Main chain LEPs with light-emitting groups & flexible spacers in the main chain,Side chain LEPs with light-emitting groups in the side chains Advantages A variety of possible pendant molecules Chemical stability Ease of processability,如何調(diào)節(jié)發(fā)光性？,改變?nèi)〈?增加給電子基團(tuán)發(fā)生紅移 增加吸電子基團(tuán)發(fā)生藍(lán)移 改變共軛鏈的長(zhǎng)短 部分共軛可以獲得更大的