1、發射發光材料 何泓材電子科技大學微電子與固體電子學院課程內容第1部分 發光材料緒論及相關基礎（6學時） 發光材料概述 發光相關背景與基礎知識第2部分 發射發光材料制備與測試（6學時）第3部分 發光材料及其應用（18學時）光致發光材料及發光機理研究無機電致發光材料與器件有機電致發光材料與器件陰極射線發光材料放射線和X射線發光材料 合成原理與方法 發光測試與表征第4部分 發射材料及其應用（2學時）作業與復習 解釋發光材料的基本概念和內涵，理解發光與熱輻射的差異。 列舉發光材料的分類，并舉例說明各類材料的應用。 分別闡述白熾燈、熒光燈和節能燈的發光原理。第一章 發光材料概述 什么是發光及發光材料？發

2、光的兩個基本要素 發光材料的分類？ 發光材料有什么用？ 發光材料的發展現狀如何？一、什么是發光？1、當某種物質受到激發（射線、高能粒子、電子束、外電場等）后，物質將處于激發態，激發態的能量會通過光或熱的形式釋放出來。如果這部分的能量是位于可見、紫外或是近紅外的電磁輻射，此過程稱之為發光過程。2、發光就是物質在熱輻射之外以光的形式發射出多余的能量，這種發射過程具有一定的持續時間。發光與熱輻射的差異 熱輻射：任何絕對零度以上的物質都會發射熱輻射，大多數位于紅外區。一般500度開始輻射可見光，1500度發出白熾光，其中相當多的是紫外光。熱輻射是一種平衡輻射，基本上只與物體溫度有關，而與物質種類無關。

3、（例如：太陽光，白熾燈泡，燒熱的爐膛。）發光：是一種非平衡輻射（偏離原先的熱平衡態），是物體吸收外來能量后所發出的總輻射中超出熱輻射的部分。發光材料不需要加熱，是一種“冷光”。發光的持續性發光: 具有一定的持續時間（持續時間：激發停止以后，光發射所經歷的時間，主要決定于激發態的壽命），通常大于10-11秒。也有更慢的，這取決于躍遷的性質。余輝：在激發（Excitation）即外界作用停止后發光不是馬上消失而是逐漸變弱，這個過程也稱為余輝（afterglow）。這個延續時間長的可達幾十小時，短的也有1010sec左右。反射、散射: 幾乎無慣性，持續時間非常短，和光的振動周期差不多，約為10-14

4、秒。A表示發光中心, S表示敏化中心與前一種情況相比，這里增加了與前一種情況相比，這里增加了能量傳遞過程能量傳遞過程。敏化中心敏化中心S吸收能量進入激發態，并傳遞能量給吸收能量進入激發態，并傳遞能量給發光中心發光中心A。能量傳遞過程在發光材料中是非常普遍并且重要的過程。能量傳遞過程在發光材料中是非常普遍并且重要的過程。發光的基本過程Hg白光玻璃殼熒光粉涂層185nm254nm 日光燈的構造示意圖日光燈的構造示意圖 身邊的典型發光器件熒光燈日光燈的構造示意圖，它由一個內壁涂有熒光粉的玻璃管內充有汞蒸氣和氬氣構成，燈絲上涂有電子發射材料三元碳酸鹽（碳酸鋇、碳酸鍶和碳酸鈣），俗稱電子粉。通電后，燈絲

5、加熱，電子粉受熱發射電子（熱電子發射），汞原子受到發出電子的轟擊，被激發到較高能態。當它返回到基態時便發出波長為254 nm 和185 nm 的紫外光（陰極射線發光），涂在燈管內壁的熒光粉受到這種紫外光輻照激發，就隨之發出白光（光致發光）。 光致發光(Photoluminescence) 電致發光(Electroluminescence) 陰極射線發光(Cathodeluminescence) 射線及高能粒子發光(Radioluminescence) 化學發光(Chemical luminescence) 生物發光(Bioluminescence) 聲致發光(Sonoluminescence)

6、 摩擦發光(Triboluminescence) 氣體放電發光發光的分類我們可以按照激發方式的不同對發光進行分類：二、發光材料有什么用？ 1. 照明光源：熒光燈中的熒光粉、LED照明、OLED照明。2. 顯示與顯像：電視機（陰極射線管，等離子體平板電視）、LED顯示、OLED顯示、交通指示等等。3. 光電轉換器：集成光學、光通訊、光電耦合器等。4. 高能物理輻射探測：高能物理與核物理領域。5. 核醫學成像： 計算機CT、SPECT、PET成像。發光材料用于探測X射線或射線。6示蹤劑和標記物： 生物醫學領域，認識生命過程，例如熒光量子點。7. 其他方面：如水利堪測、X熒光分析、分子生物學、考古學

7、等等第二章 發光相關背景與基礎知識2.1 晶體結構與發光性能晶體缺陷類型，對發光材料的影響2.2 能帶理論2.3 光色度學色溫，發光能量效率與量子效率，顯色性，2.4 發光材料的主要物理量和通用名詞吸收光譜、激發光譜、發射光譜的意義以及相互關系2.5 晶態發光材料的組成與符號 空位空位 間隙原子間隙原子 異類原子異類原子 刃型位錯刃型位錯晶界晶界 點缺陷 線缺陷 面缺陷 體缺陷2.1.3 晶體缺陷1. 點缺陷及其對發光性能的影響在無機發光材料中，對發光性能起重要作用的是摻雜如晶體基質的稀土元素或者過渡金屬元素，即晶體中的點缺陷。根據缺陷的來源不同，點缺陷類型： 熱缺陷（本征缺陷）：弗蘭克爾缺陷

8、和肖特基缺陷 雜質缺陷（非本征缺陷） 非化學計量結構缺陷（非整比化合物）4、定域能級定域能級定義定域能級與發光的關系定域能級與發光過程密切相關。因為發光材料制備中一般都要摻入某些雜質原子或者基質材料本身存在某些缺陷，這些雜質原子或缺陷都會在晶體中形成定域能級，直接影響發光性能。下面以ZnS：Cu、Cl發光材料為例，討論定域能級的形成。在實際晶體中，由于存在著雜質、各種缺陷以及存在晶體表面和界面，它們的存在破壞了晶格的周期性。凡是在周期性遭到破壞的地方，就有可能在這些區域產生一些特殊的能量，在禁帶中形成某些束縛態。束縛態和電子共有化狀態的情況相反。當部分電子（或空穴）被束縛在這些區域附近時，形成

9、了一些能量值可落在禁帶中的特殊能級，稱為定域能級定域能級。通常光按兩種方式產生：溫度輻射和發光。輻射：是指電磁波能量的傳播。溫度輻射：又稱熱輻射，就是物質在一定溫度下輻射出熱能。任何物體都具有不斷輻射、吸收、發射電磁波的本領。輻射出去的電磁波在各個波段是不同的，也就是具有一定的譜分布。這種譜分布與物體本身的特性及其溫度有關，因而被稱之為熱輻射。 黑體：對某一溫度下，在所有波長上具有最大溫度輻射的物體稱為黑體，黑體輻射最大。對于黑體來說，入射的電磁波全部被吸收，既沒有反射，也沒有透射，黑體是物理學家定義的一種理想物質，現實世界不存在這種理想的黑體。黑體輻射的能量分布曲線E()可由普朗克公式計算而

10、出:dkThchcEd1)/exp(232色溫當某光源的光譜分布和溫度為T的黑體輻射的光譜分布相同時，我們就稱T為該光源的色溫。色溫是表示光源光譜質量最通用的指標。低色溫光源的特征是能量分布中，紅輻射相對說要多些，通常稱為“暖光”；色溫提高后，能量分布集中，藍輻射的比例增加，通常稱為“冷光”。一些常用光源的色溫為：標準燭光為1930K（開爾文溫度單位）；鎢絲燈為2760-2900K；熒光燈為3000K；閃光燈為3800K；中午陽光為5400K。 5）發光效率（或發光產額） 發光的過程中除了發射光子的輻射躍遷外，還存在著無輻射躍遷。兩者概率的不同使材料具有不同的發光效率。發光效率是表示激發能有效

11、的轉換成光能的物理量，根據應用場合不同，有三種表示方法。pP亮度效率（流明效率）：是指一個光源（通常指電光源）所發出的光通量與該光源所消耗的電功率P之比。即 ： 能量效率： 發射的光能量與吸收的激發能量之比，即 1100EAEE量子效率：發光物質發射的光子數N1與吸收的光子數NA之比，即 1gAN100N量子效率與能量效率的關系：LAgALEEE激發光的能量發射光的能量發射光的波長激發光的波長熒光粉的量子效率對了解熒光粉發光效率的極限是很重要的參考。2.3.3色度學三基色原理：人眼的視網膜是由三種不同感色物質鑲嵌而成的，每種感色物質的響應分別對應于藍光、綠光和紅光的特定波長。任何顏色的光都是由

12、這三種基色合成的。如：紅色+綠色+藍色=白色 紅色+綠色=黃色 紅色+藍色=紫色同一種顏色可以由不同的光譜分布來組成，人眼的彩色感覺是一樣的。因此，顏色外貌相同的光，不管其光譜組成是否一樣，只要在人眼的視覺上產生相同的效果，就可以互相代替。1）三基色原理3）顯色性顯色性是照明光源的一個重要技術指標，表示光源對于物體顏色呈現的程度，用顯色指數（ Color Rendering Index，數值0100，單位Ra ）來表示。光源的顯色指數是待測光源下物體的顏色與標準參照光源下物體的顏色相符合程度的度量。顯色指數越接近100 Ra，顯色性 越好，光源對顏色的再現越好、越自然、顏色顯示越飽滿，所看到的

13、顏色也就越接近物體的自然原色，否則顏色偏差也越大。國際照明協會CIE的八種標準色樣在一些行業如印在一些行業如印染、醫院、美術染、醫院、美術館等對光源顯色館等對光源顯色性要求較高。性要求較高。2.4 發光材料的主要物理量和通用名詞發光材料的主要物理量和通用名詞1） 吸收光譜 absorption spectrum 當一束光照射到發光材料上，一部分被反射、散射，一部分當一束光照射到發光材料上，一部分被反射、散射，一部分透射，其他的被吸收，透射，其他的被吸收，只有被吸收的這部分才能對發光材料的發只有被吸收的這部分才能對發光材料的發光性能起作用光性能起作用。材料吸收輻射能導致電子從低能級躍遷到高能級。

14、材料吸收輻射能導致電子從低能級躍遷到高能級。吸收光譜就是發光物質對光的吸收系數與波長的關系的曲線吸收光譜就是發光物質對光的吸收系數與波長的關系的曲線。這。這個特性一般只有在光致發光中才被研究。個特性一般只有在光致發光中才被研究。光子吸收滿足如下關系：光子吸收滿足如下關系：650nm833nm圖中，材料對這兩個波長的光有最大吸收系數，有可能采用這個波長的光去激發會產生好的發光效率 發光材料的吸收光譜首先決發光材料的吸收光譜首先決定于定于基質基質，其次取決于，其次取決于激活劑和激活劑和雜質雜質，它可以是吸收帶或吸收線。，它可以是吸收帶或吸收線。 據發光材料的吸收光譜，據發光材料的吸收光譜，我們可以

15、了解發光中心和非輻射我們可以了解發光中心和非輻射中心的性質，可以確定引起激發中心的性質，可以確定引起激發發光的波長，并決定各種波長的發光的波長，并決定各種波長的光被物質吸收的大小。光被物質吸收的大小。一個有效的發光材料必須有好的吸收本領并非所有被吸收的波長都能對發光有貢獻2）激發光譜 excitation spectrum 定義：定義：指發光材料在以不同波長光的激發下，該材料的某一發光譜線或譜帶的強度隨激發光波長（或頻率）的變化。 激發光譜的橫坐標是激發光的波長或頻率，縱軸代表發光的相對強弱。 激發光譜反映不同波長對材料激發的效果，根據激發光譜可以確定激發該發光材料使其發光所需的激發光波長范圍

16、，并可以確定某發光譜線強度最大時最佳的激發波長。Lu2SiO5:Ce的激發光譜激發譜與吸收譜的聯系：材料發光首先需要有效的吸收，吸收的能量如果用于發射，則表現在激發譜上。但是有吸收，未必有發射，此時吸收譜上觀察到吸收帶，但激發譜中沒有激發帶。3）發射光譜 emission spectrum定義：定義：物質發射光的能量按波長（或頻率）的分布曲線。物質發射光的能量按波長（或頻率）的分布曲線。從發射光譜可以確定各條譜線的來源，這對研究發光中心及其在晶格中的位置很有用處。（發射光譜中的每一個峰值都對應著發光材料中的特定的分子結構） 橫坐標為波長，縱坐標為相對強度或光子數。 通常發射光譜分為兩種：帶譜和

17、線譜 帶譜：在一定波長范圍內（幾十幾百nm）發射能量連續變化。 線譜：發射譜由許多很銳的譜線組成。（實際上不是絕對的線，而有一定的展寬。）主要包括三價稀土離子4f電子組態間的躍遷發射。2.5 2.5 晶態發光體的組成和符號晶態發光體的組成和符號 1、組成：晶態發光體主要由基質和激活劑組成，在某些發光體中還有共激活劑等。（1）基質：是組成發光體的主要物質，它構成晶體的點陣。能作基質的大多是堿土金屬的硫化物（如CaS，SrS，ZnS，CdS）以及這些金屬的硒化物、氧化物、硅酸鹽、磷酸鹽和硼酸鹽等。單一的化合物或兩個晶型相同的化合物的固溶體都可以作基質。（2）激活劑：摻入純凈基質晶體點陣中，形成缺陷

18、成為發光中心的雜質稱為激活劑。作為激活劑的大多是重金屬Cu，Ag，Au，Mn和某些稀土元素Ce(鈰)，Eu，La，Sm(衫)等。有的元素(如Cl, Br, Al等)能與激活劑協同作用，又稱共激活劑。 2、符號：晶態發光體的表示方法很多，一般是在基質分子式的后面加上冒號，再附上激活劑的化學符號，即基質：激活劑。若有共激活劑的存在，則在激活劑后面加逗號，再加上共激活劑，即基質：激活劑，共激活劑。若基質為固溶體時，可寫成(Zn, Cd)S: Ag 或 ZnCdS: Ag。例如：Ag激活劑，Cl共激活劑的硫化鋅可表示為 ZnS: Ag,Cl。 第三章 光致發光材料及發光機理研究利用位形坐標解釋斯托克斯

19、位移和光致發光的溫度淬滅現象。什么叫做淬滅？光之發光體中存在著哪幾種淬滅形式，分別解釋其淬滅機理。發光材料中存在著哪些方式可以實現能量的傳遞和輸運？產生白光的LED有哪些種方案？分析各方案的優缺點。列舉最常用的三基色熒光粉的成分及其發光峰波長。比較鹵粉和稀土三基色熒光粉，總結兩種熒光粉的優缺點。常見長余輝材料有哪三種體系，分別列舉一種具體的長余輝材料成分及其發光顏色。利用位形坐標模型解釋長余輝發光機理。解釋上轉換發光材料的機理。弗蘭克弗蘭克-康登康登(Franck-Condon)原理原理Ug(R)：電子處于基態時的系統能量：電子處于基態時的系統能量Ue(R)：電子處于激發態時的系統能量：電子處

20、于激發態時的系統能量UUg(R)Ue(R)RR0r0ABCDFEv1u0v0u1R0A: 光吸收過程；AB: 晶格弛豫過程， B的位置與晶格溫度有關BC: 光子發射過程；CR0: 晶格弛豫過程；l光吸收與光發射的斯托克斯位移光吸收與光發射的斯托克斯位移 從激發到發射，電子經歷兩次與離子晶格的作用，發射聲子散從激發到發射，電子經歷兩次與離子晶格的作用，發射聲子散失能量失能量(熱輻射熱輻射)，結果產生斯托克斯位移。，結果產生斯托克斯位移。 由于躍遷時間 氟化物 氧化物,這是單從材料的聲子能量方面來考慮的,前面已有談到。但是,這恰與材料結構的穩定性成反比,即氯化物 氟化物 氧化物。因此人們開展了一系

21、列的研究,希望找到既有氯化物,氟化物那樣高的上轉換效率,又兼有類似氧化物結構穩定性的新基質材料,從而達到實際應用的目的。第四章 無機電致發光材料與器件電致發光的類型如何劃分？分散型和薄膜型交流電致發光器件的基本結構以及各組成部分的作用。薄膜型無機電致發光常用材料體系是哪些？激活劑可通過哪些方式加入？無機電致發光薄膜的制備方法有哪些？闡述各自的優缺點。LED電致發光的發光機制LED的結構包括哪些部分？LED對材料有什么要求？常用的LED材料有哪幾種？他們各自有何特色？4.1.2 電致發光的類型 按材料類型分：有機電致發光材料、無機電致發光材料 從電致發光的機理考慮：體內效應的本征型發光，即靠過熱

22、電子及發光中心的碰撞，產生離化發光中心。表面或界面效應的注入型發光，即靠注入載流子，引起正(空穴)、負(電子)載流子的復合，如通常發光二極管（LED）的發光。 按材料形態分：粉末型(分散型)、薄膜型 按照工作時施加電場的不同 低壓場低壓場：半導體發光二極管(LED)為代表（所用的材料主要是-族化合物半導體 高壓場高壓場：有四種類型 ：目前，作為研究熱點的主要類型是薄膜電致發光器件。其中的AC-TFFL器件與其它類型的ELD器件相比，熒光層薄且致密，發光穩定性好，工作溫度范圍寬，并且具有實現高亮度、高對比度顯示的潛力，因而發展得較快，在技術上也更加成熟，日前己被廣泛地運用到軍用及民用領域。 交流

23、粉末電致發光(AC-PEL)型直流粉末電致發光(DC-PEL)型交流薄膜電致發光(AC-TFEL)型直流薄膜電致發光(DC-TFEL)型4.2.1分散型ELD的結構和原理1.分散型交流發光器件（分散型交流發光器件（AC-ELD）基板為ITO (In2O3:SnO2，導電：幾十，透光率：85%)玻璃板或柔性塑料板。(1) 基本結構：發光層由熒光體粉末分散在有機粘結劑中做成。熒光體粉末：ZnS:Cu,Cl, 或Mn原子等，可得到不同的發光色。粘結劑中采用介電常數比較高的有機油如氰乙基纖維素等。介電質層：防止絕緣層被破壞。背面電極：Al。起源于Sylvania公司，第一代EL代表結構形式，目前應用于

24、液晶顯示器的背照光源。(2) 分散型交流ELD發光機制：Fischer模型：ZnS熒光體粉末的粒徑:530m。通常在一個ZnS顆粒中會存在點缺陷及線缺陷。電場在ZnS顆粒內會呈非均勻分布，造成的發光狀態也不會相同。當觀察一個ZnS顆粒時，發光先從若干孤立的點開始，隨著電場增加，兩點的發光逐漸延伸，相互靠近，匯合成彗星狀的線狀發光。 在ZnS顆粒內沿線缺陷會有Cu析出，形成電導率較大的CuxS(P型或金屬電導狀態)， CuxS與ZnS形成異質結。 當施加電壓時CuxS/ZnS界面上會產生高于平均場強的電場強度(105-106 V/cm)。使位于界面能級的電子通過隧道效應向ZnS內注入，與發光中心

25、捕獲的空穴發生復合，產生發光。4.2.2 粉末電致發光材料 把發光粉混在電介質里，并夾在兩個平板電極之間，加上電流，發光粉就會發光。 兩個電極中至少有一個是透明的，常為導電玻璃，以它為基極；在玻璃的導電層上形成一層TiO2的反光耐壓層，在發光層之后再鍍上金屬膜，為第二電極。 由基極和第二個極分別引出導線，隨后圖上防潮樹脂，加蓋防潮玻璃，就制成了電致發光屏。 粉末交流電致發光基質材料中使用最多的是ZnS、ZnSe、CdS以及它們的固溶體，ZnS、ZnSe、CdS的禁帶寬度分別為3.7eV，2.6eV，2.5eV。在基質中可摻雜多種激活劑雜質，如Cu、Ag、Au和Mn等金屬元素，形成不同的發光中心

26、，可以得到不同顏色和波長的光。ZnS、ZnSe、CdS按照一定比例混合，通過改變禁帶寬度，可以得到黃色、橙紅材料。 粉末直流電致發光常用的基質材料有ZnS、CaS、SrS 等。 1.薄膜型交流ELD(ACTFELD)(1) 薄膜型交流ELD基本結構在玻璃基板上依次沉積透明電極(ITO)，第一絕緣層，發光層，第二絕緣層，背光電極(Al)等。發光層厚0.5-1m，絕緣層厚0.3-0.5m，全膜厚只有2m左右。4.2.2薄膜型ELD的結構和原理a：塑料外殼b：外封膠體（樹脂）c：金線d：芯片（PN結）e：封裝支架LED結構結構將LED芯片置于導體框架上，連接引線之后，用透明樹脂封裝，做成顯示燈。LE

27、D的缺點: LED單個元件功耗為數毫瓦到數十毫瓦，雖比白熾燈小得多，但制成高精細的大面積顯示板時，特別在與集成電路做為一體時，元件功耗的增大就不容忽視了，這時散熱也是不容易解決的問題。1、LED結構簡單、穩定（無燈絲，無玻璃外殼) ,便于生產、運輸、使用2、LED體積小便于各種布置和設計3、LED光線集中光的純度高4、LED發光指向性強亮度衰減比傳統光源低50%5、LED響應時間短在微秒級別6、LED元件壽命長為5萬-10萬小時7、LED更環保無“汞”生產8、LED可低壓直流驅動對使用環境要求較低LED的優點:當在P-N結上施加順向電壓（即P型接正，N型接負），會使能壘降低，從而使穿越能壘的電

28、子向P型區擴散，使穿越能壘的空穴向N型區擴散的量增加。通常稱此為少數載流子注入少數載流子注入，注入的少數載流子與多數載流子發生復合從而放出光。隨電壓增加，達到一定值，電流急劇增加，光發射開始。電流開始增加時對應的電壓相應于P-N結勢壘的高度，稱該電壓為起始電壓起始電壓，起始電壓隨LED材料及元件的結構不同而不同，GaAs為1.01.2V，GaAIAs為1.51.7V，GaP為1.8V，SiC為2.5V等等。2. PN結注入式電致發光機理LED材料類型p 化合物半導體 (Compound Semiconductor) 由周期表不同族元素形成的化合物 例如：II-VI, III-V及IV-IV族化

29、合物 二元化合物：光電半導體產業應用最廣泛的材料 例如：III族元素Al, Ga, In及V族元素N, P, As容易形成如GaN, GaAs, GaP, InP 等二元化合物 三元化合物：由三種元素形成之化合物 例如：AlGaAs (III,III,V)及GaAsP(III,V,V) 三族及五族總摩爾數比需為1:1 AlxGa1-xAs = x AlAs + (1-x) GaAs GaAsYP1-Y = Y GaP + (1-Y) GaAs 四元化合物：由四種元素形成的化合物 例如：AlGaInP(四元高亮度LED主要發光材料) Al1-X-YGaXInYP = (1-X-Y) AlP +

30、X GaP+ YInP白光LED的實現第五章 有機電致發光材料與器件鄧青云發明的OLED以及Friend RH發明的第一個PLED的結構以及所用的發光有機物分別是什么？簡述OLED的優點。分別闡述OLED中載流子注入和傳輸的機制。ITO薄膜作為OLED的陽極，對OLED有怎樣的影響？工藝上對ITO薄膜需要做哪些處理？OLED失效的一大現象就是出現大量的不發光區域黑斑，請問黑斑的形成機制有哪些？柔性電致發光器件是未來的一大發展趨勢，請問目前柔性OLED的制作還存在那些問題？LED和OLED均可用于照明，請問二者用于照明各有什么優缺點？驅動電壓小于驅動電壓小于10V最大外量子效率最大外量子效率1最

31、大亮度大于最大亮度大于1000cd/m2創新點：創新點： （1）多功能有機層的結構）多功能有機層的結構（2）超薄的有機層厚度）超薄的有機層厚度鄧青云博士鄧青云博士 Appl. Phys. Lett. 51 (12), 913, 21 September 19874. 19871987年年KodakKodak公司的鄧青云公司的鄧青云等以真空蒸鍍法制成多層式結構的OLED組件后，大幅提高了組件的性能，其低操作電壓與高亮度的商業應用潛力吸引了全球的目光，開創了有機電致發光的新的時代。First OLED75nm60nm+5. 英國劍橋大學Cavendish實驗室的Friend RH等人首次采用共軛聚

32、合物聚對苯撐乙烯（PPV，polyphenylene vinylene)制作了高分子發光二極管，簡化了制備工藝，開辟了發光器件的又一個新領域聚合物薄膜電致發光器件（PLED）。Nature，347，539（1990）First PLED三層OLED器件結構圖由空穴傳輸層（HTL）、電子傳輸層（ETL）和將電能轉化成光能的發光層組成。HTL負責調節空穴的注入速度和注入量, ETL負責調節電子的注入速度和注入量。優點:使三層功能層各行其職，對于選擇材料和優化器件結構性能十分方便，是目前OLED器件中最常采用的器件結構之一。（3）三層器件結構Glass SubstrateITOEMLCathodeL

33、ight outHTLETL5.3.2 OELD原理載流子的注入：在外加電場的作用下電子和空穴分別從陰極和陽極向夾在電極之間的有機功能薄膜注入。載流子的遷移：注入的電子和空穴分別從電子輸送層和空穴輸送層向發光層遷移。載流子的復合：電子和空穴復合產生激子。激子的遷移：激子在電場的作用下遷移，能量傳遞給發光分子，并激發電子從基態躍遷到激發態。發光：激發態能量通過輻射躍遷，產生光子，釋放出能量。電流方向電流方向（1）載流子注入 遂穿模型：由于有機材料LUMO能級多數情況下都比金屬的Fermi能級高，因此，金屬Fermi能級上的電子面臨一個高度為的勢壘，在沒有外加電壓的情況下電子不能跳到LUMO能級上

34、，當施加一定的正向電壓后，有機分子的LUMO能級發生傾斜，根據量子力學遂穿效應，分布在Fermi能級附近的電子有一定的幾率穿過勢壘注入到分子的LUMO能級。對于空穴的注入，情況和電子類似，只是他是從陽極注入到HOMO能級。 (2)載流子傳輸跳躍模型p 對有機半導體來說，每一個分子內的原子通過共價鍵結合在一起，而每一個分子彼此都是封閉和獨立的，相互之間只有很弱的范德華力。p 對有機小分子半導體有機小分子半導體，電子要從一個分子遷移到另一個分子，必須遂穿一個很大的勢壘，其遂穿幾率很小。在沒有電場的情況下，電子在分子之間相互遂穿的幾率相等，整體上沒有電流呈現，加上電場之后，OLED內不同位置的分子的

35、勢能不同，電子從勢能高的分子遂穿到勢能低的分子的幾率比相反過程的幾率大的多。而電子遂穿到一個分子后，由于其接著遂穿到另一個分子的幾率很小，因此只能呆在這個分子內，直到再次遂穿成功。這種歇一歇，跳一下的運動方式就是跳躍模型。p 對于聚合物半導體聚合物半導體來說，由于鍵很長，不可避免發生彎曲和折疊，使鍵分成若干段，每一段相對獨立，電子不僅能在不同分子間跳躍，還能在同一個聚合物分子不同段之間跳躍，運動方式與小分子類似。（1）分別制備紅、綠、藍三原色的發光中心，然后調節三種顏色不同程度的組合，產生彩色。（2）首先制備發白光的器件，然后通過彩色濾光膜得到三原色，重新組合三原色從而實現彩色顯示。OLED實

36、現彩色顯示的方法：（3）首先制備發藍光的器件，然后通過藍光激發其它層材料分別得到紅光和綠光，從而進一步得到彩色顯示。（4）首先制備發白光或近于白光的器件，然后通過微腔共振結構的調諧，得到不同波長的單色光，然后再獲得彩色顯示。(655nm) (470nm) (5) 采用堆疊結構，將采用透明電極的紅、綠、藍發光器件縱向堆疊，從而實現彩色顯示。3、壽命和失效機制OLEDs失效的表現形式：（1）恒定電流工作條件下，亮度、效率逐漸下降。（2）OLEDs在一定濕度、溫度的大氣環境中存放一定時間，發光亮度、效率衰減直至發光消失。這一過程體現出的是OLEDs的存貯壽命。（3）不管是存貯，還是工作，所有失效的O

37、LED都出現大量的不發光區域黑斑。（1）短路現象。 由于有機薄膜不均勻致密，從而有貫穿有機層的微型導電通道形成。（2）黑斑的形成。 熱效應有機薄層的熱不穩定性導致了黑點的形成； 有機聚合物材料的化學不穩定性有機分子易受到氧和水的侵蝕，喪失發光能力； 金屬陰極的不穩定性金屬陰極被氧化； 金屬陰極有機層界面處化學反應水、氧和鋁三者所發生的電化學反應會釋放出微量氣體，造成金屬陰極從有機層剝離開來。（3）雜質的影響 雜質是捕獲載流子和激子非輻射衰減（生熱）的中心，又可以引起內部電場的局部畸變，因而是器件老化和蛻變得重要原因。OLED失效機制1、ITO表面處理工藝 目的：ITO的不均勻性將導致有機層不均

38、勻，從而易形成局部強電場引起OLED中黑斑的產生。平整的ITO表面場強均勻，減小短路的危險，提高OLED的穩定性。 早在1987年，鄧青云就指出，在沉積有機層之前，ITO表面必須進行仔細的清洗，否則不能得到穩定的OLED器件。ITO膜表面形態對OLED器件性能的影響: 粗糙的ITO膜表面將使光線產生漫反射,減小出射光效率,降低OLED的外量子效率。 OLED加電壓時，粗糙表面會影響OLED的內電場分布。ITO表面的尖峰將導致局部高電場，高電場將使激子解離成為正負載流子，致使發光強度降低；而且高電場將加速有機材料的惡化，以至降低OLED的穩定性。ITO膜是有機物膜進行淀積的基底, ITO膜的表面

39、形態將影響有機膜的成膜的吸附性、內應力和結晶度。由于粗糙的表面將不利于有機分子之間內聚形成晶體,因而粗糙的表面易于形成不定形結構的有機物薄膜，將降低OLED器件的發光效率和能量效率。(1) 增加器件的壽命和穩定性 有機發光器件能夠長期、穩定、連續地工作是實用化的前提。目前，雖然有聚合物器件壽命超過10000 h、有機小分子器件壽命超過100000 h的報道，但在絕大多數情況下，有機發光器件的壽命距商業應用的要求仍有較大的差距，而且隨著器件的工作時間增長，其發光亮度和效率有明顯衰減的趨勢。影響OLED壽命的因素：有機發光材料本身不穩定，制備OLED時有缺陷產生；有機發光小分子材料本身晶化溫度較低

40、，工作過程中易形成結晶體；有機材料在大氣中不穩定，易老化。5.8.2 OLED發展趨勢增加OLED器件的壽命，提高其穩定性，可從以下方面加以考慮：提高器件的發光效率，降低非輻射復合幾率OLED工作時，激子退激存在輻射、非輻射兩種復合方式，輻射復合產生光，而非輻射復合產生熱，使器件發熱升溫、有機材料老化、小分子晶化，導致OLED的壽命降低。因此，提高器件的發光效率，降低熱的產生，減少熱對有機薄膜結構和性能的影響是增加其壽命的重要手段。減少器件的老化盡量避免短路現象的發生，此現象的發生主要是因為有機薄膜不均勻致密，從而有貫穿有機層的微型導電通路形成，因此，制備高質量的有機薄膜是解決此問題的關鍵。消

41、除雜質的影響，使有機材料通過升華等方法達到高純或超高純的目的。 柔性電致發光器件柔性柔性OLED與普通與普通OLED器件的不同器件的不同僅僅在于基片的不同僅僅在于基片的不同，柔性OLED器件制作中的主要問題：塑料基片的平整性通常比玻璃基片要差，基片表面的突起會給膜層結構帶來缺陷，引起器件損壞。塑料基片的水、氧透過率遠遠高于玻璃基片，而水、氧是造成器件迅速老化的主要因素。由于塑料基片的玻璃化溫度較低，只能采用低溫沉積的ITO導電薄膜，而低溫ITO性能與高溫退火處理的ITO性能差別很大。塑料基片中常用PET基片與ITO熱膨脹系數相反，在溫度升高時，PET基片收縮，而ITO導電膜膨脹，導致ITO膜剝

42、落。電流較大時，器件工作產生的焦耳熱就可能導致ITO導電層剝落。(3) 未來OLED節能燈OLED用于顯示的應用研究已有多年，近來已開始它在照明方面的應用研究。OLED: OLED: 面光源面光源；柔和光柔和光LED: LED: 點光源點光源；亮光亮光無機的LED燈能提供很高的能效和特別長的壽命，但制造成本太高，從而被限制在特殊的應用。OLED燈與LED點光源不同，它是很薄的平面分布式光源，且能大規模、大面積、低成本制造，因而可開發新的應用領域。OLED 照明除了取代現有的小燈泡的照明燈源之外，也可以取代目前正在成長的LED燈源的應用市場。OLED與LED 同屬固態照明,具有發熱量低、耗電量小

43、、反應速度快、體積小、耐震耐沖裝、易開發成輕薄短小產品等優點。OLED燈的特點及與現有光源的比較 新研發的OLED燈主要有下列幾個特點：OLED燈不是點光源，而是分布式（散布式）平面固體光源，它重量輕、超薄、柔軟、明亮、少陰影；能耗低、工作電壓低（35V），使用與維護安全；能效高、壽命長，沒有燈絲斷裂而耐用；環保，無污染，不發熱，僅有少量紫外與紅外輻射；第六章 陰極射線發光材料 6.1 陰極射線管黑白顯象管的原理、結構6.2 陰極射線發光原理陰極射線發光基本過程，與光致發光的差別，能量效率低的原因6.3 陰極射線發光特性發光屏涂層厚度對發光亮度的影響，發光穩定性6.4 陰極射線發光材料 ZnS

44、:Ag1.陰極射線發光與光致發光的差別。2.陰極射線激發發光體產生發光的基本過程。3.陰極射線發光的能量效率比光致發光效率低，其原因是什么？ 黑白顯像管是通過電光轉換重現電視圖像的一種窄束強流電子束管，是單色CRT。主要用途是在電視機中顯示圖像。黑白顯像管由電子槍、偏轉系統、熒光屏和錐體外殼組成。熒光屏錐體外殼基本工作原理：電子槍發射出電子束，電子槍受陰極或柵極所加的視頻信號電壓的調制，電子束經過加束極的加速，聚焦極的聚焦，偏轉磁場的偏轉掃描到屏幕前面的熒光涂層上，產生復合發光，最終形成滿足人眼視覺特性要求的光學圖像。6.1.1 黑白顯像管6.2 陰極射線發光機理 陰極射線發光與光致發光的差別

45、 p 發射光譜的相對強度改變。例如ZnS:Cu的藍色譜帶，在陰極射線激發下變得較強，而在光致發光下不出現。p 陰極射線發光效率比光致發光低，前者的功率效率一般在525之間，后者的功率效率可達4050，甚至更高。p 陰極射線發光的余輝比光致發光短的多，一般長余輝的光致發光材料在陰極射線激發下不再出現長余輝。p 有的材料在光激發下不發光，但在陰極射線激發下卻發光，許多材料在陰極射線激發下都容易發光。用陰極射線激發發光時，電子能量很大，一般在幾千eV以上，甚至上萬eV，其能量是光致發光的幾千倍以上，由于激發能量大小不同，導致陰極射線發光的激發機制、發光性能與光致發光不同。 激發與發光過程 陰極射線激

46、發發光體產生發光的基本過程有3個： 1）內次級電子和發光中心的激發2）內次級電子再次激發發光中心，或者使發光中心離化產生電子空穴對3）受激或離化中心躍回發光中心基態產生發光。二、發光效率 陰極射線發光的能量效率比光致發光效率低，其原因在于： 1電子反向散射2產生二次電子空穴對3一次電子的能量部分轉變晶格的振動能，使屏溫度增高 4. 產生次級發射帶走了一部分能量5、發光粉層對光的折射和發出的光向屏背面發射6、跟發光體的本性，激發條件和溫度，屏的制造工藝和使用情況有關3發光屏工藝影響p 由于需要使用粘結劑（偏硅酸鹽），會使屏的亮度下降。p 涂層厚度對亮度也有一定影響。 如果涂層太厚，發光粉產生的發

47、光有一部分射出發光屏內部，被發光粉涂層吸收，使從前面射出光的亮度減弱。 如果涂層太薄，電子又會穿透涂層，產生一部分能量損失，也會導致發光亮度下降。 熒光粉層的最佳厚度應等于電子在熒光粉層內的穿透深度。p 粒度小的發光粉一般是經過磨細的，會產生破碎淬滅效應，因此一般選用耐磨的發光粉，或者直接制造出細顆粒的發光粉。例如硅酸鹽和鎢酸鹽發光粉耐磨、球磨10至60小時，亮度只降低30；而硫化物發光粉球磨僅10至60分鐘，亮度就降低10到30，若再增加球磨時間，則亮度會急劇下降。因此制備細顆粒或耐磨的發光粉是急待解決的問題。 2提高熒光屏穩定性的途徑 p 材料晶格結構，粉末的分散性、合成溫度、基質、助溶劑

48、和原料的純度都直接影響穩定性。p 制好的材料還必須對表面進一步處理，使其在表面形成各種保護膜。作保護膜的材料有Zn2P2O7 、SiO2、TiO2、Al2O3或某些硅酸鹽類等。（1）在粉表面形成保護膜。例如磷酸鹽或亞磷酸鹽表面膜，對提高雜質穩定性有利，特別可以提高抗Cu、Ni的污染敏感性。（2）低溫熱處理。（3）在發光材料的配料中加入Si、Ge、Sn、As、Sb、Bi或P的化合物，可以增加抗疲勞和灼燒的能力。（4）去除灼燒后材料的多余化合物。對灼燒后的發光粉，可采用以下措施提高穩定性： 舉例說明射線發光材料的應用，并簡單介紹相關原理。說明發光材料對高能粒子射線吸收過程。什么是永久性發光材料？常

49、見體系有哪些？主要應用在那些地方？放射性發光材料受到放射性的激發有哪些特點？第七章 放射線和X射線發光材料 用波長為0.2 的光激發某種發光材料，其發光的平均波長是400 nm，假定這種材料的能量效率為4，試問這種發光材料的量子效率為多少？閃爍：隨著作用在發光材料上的射線強度的不同，有時發光是不連續的閃光，這種現象稱為閃爍。 應用： 永久性發光材料，在特殊顯示和指示中應用。 閃爍體用于輻射場的探測和輻射劑量的記錄。 X射線發光材料在醫療透視，工業探傷以及X光熒光分析中得到廣泛應用。 7.2 射線激發發光過程 一、發光材料對射線吸收 1、帶電粒子的減速 帶電粒子經過發光材料時，與原子發生碰撞，引

50、起原子（或分子）的激發或離化。與此同時，帶電粒子的能量逐漸降低，以致經過多次碰撞后，帶電粒子的全部能量就消耗在這些過程中。 高能粒子包括帶電粒子（如、粒子）和不帶電的粒子（如 光子和X光子）。它們穿過發光材料時，其能量被材料吸收的過程也不相同，能引起發光材料激發的過程有：帶電粒子的減速和高能光子的吸收。2、高能光子的吸收 X 射線和 射線是不帶電的粒子流，又稱為高能光子流。假定一束高能光子入射到厚度為d的發光材料上，材料吸收掉一部分能量Ea： 式中：k是材料對高能光子的吸收系數，它與射線能量，發光材料的密度，組成元素的原子序數和原子量有關。 引起吸收的基本過程有三種：光電效應kg，康普頓效應

51、kb，形成電子正電子對 kd。總吸收系數可以寫成kkgkbkd Ea = 1-e-kd光子束與物質中電子作用引起光子的能量損失和方向偏轉。因此，光子束穿過吸收體后，能量降低。光子要么不受相互作用,要么經一次相互作用后就從射線束中消失。當光子能量大于電子靜止能量的兩倍（即1.02MeV）時，光子在原子核附近轉化為一對正負電子。光子與物質的三種相互作用E/MeVZ光電效應為主康普頓效應為主電子對效應為主一般來說，x光子主要產生光電效應，比x光子能量更大的光子，三種效應都能發生。這些效應都能產生大量的次級電子，這些次級電子又可以進一步激發或離化發光材料，引起材料的發光。 二、激發過程的特點 當帶電粒

52、子或高能光子經過發光材料時，將從這些粒子那里獲得能量，使發光材料的原子（或分子）受到激發或離化，這就是激發過程，主要有三個特點： 1. 激發密度高 例：波長為0.03nm的光激發，發光平均波長為450nm，能量效率5，計算其量子效率。15%0.037501450p這時屬于x光發光，其量子效率高達750，這樣大的數字，是由于更大量的次級電子所發生的，所以激發密度高。 2.激發不均勻 在放射線和x射線等高能粒子的作用下，激發只發生在粒子經過的軌跡附近，激發是不均勻的，在材料的微觀區域，形成若干激發帶，這是由于次級電子的擴散而造成的，至于帶的形狀和大小，與所使用的射線的強度有關。 3.激發無選擇性

53、激發無選擇性包含兩種意思：它可以同時引起材料的所有組成部分的直接激發（包括晶格和雜質中心等），甚至引起材料性能的長期改變。 分子可以從基態躍遷到任一激發態，或者引起離化。 7.3.1 永久性發光材料 如果在發光材料中加入一定量的放射性物質，就能產生均勻的發光。它是由無數閃爍組成的。這種發光不需要外加能源，就可以持續不斷的發光。發光的時間長短取決于所加的放射性同位素的半衰期，所以這種發光材料被稱為永久性發光材料。其中最有價值和廣泛應用的是 H3（氚）和 Pm147（钷）。 永久性發光材料主要用來涂復羅盤、各種測量儀表的刻度指針和鐘表的字盤等，以保證這些儀表能夠在夜間或暗處進行工作。在軍事上，用永

54、久性發光材料作為航空儀表，大炮準星，標尺、望遠鏡等的指示照明，以適用夜戰的需要。 7.3 射線發光材料 第八章 發光材料的合成原理與方法 高溫固相法 水熱合成法 溶膠凝膠法 沉淀法 微波合成法 噴霧熱解法發光材料中存在哪些雜質？他們對發光材料性能的起什么作用？發光粉在灼燒過程中發生哪些變化?發光粉常用制備方法的基本過程及特點。1. 雜質及其對發光材料的影響u原材料包括基質、激活劑、敏化劑、助熔劑以及提純這些原料過程中附加的材料等。u在發光材料中，把除基質以外附加的物質統稱為雜質雜質的分類按雜質作用的性質不同，可以分為：按雜質作用的性質不同，可以分為：激活劑、敏化劑、淬滅劑和激活劑、敏化劑、淬滅

55、劑和惰性雜質惰性雜質。每種雜質對發光材料的影響與它的性質和含量有關。每種雜質對發光材料的影響與它的性質和含量有關。 激活劑 對某種特定基質起激活作用，使原來不發光或發光很微弱的材料產生發光的雜質，稱為這種基質的激活劑。激活劑是發光中心的重要組成部分。 一種發光材料可以同時含有兩種激活劑; 對某一基質激活劑濃度只能限制在一定的范圍內，超出某一濃度，激活劑也會使發光亮度下降。 共激活劑 與激活劑協同激活基質，加強激活劑引起的發光，稱為共激活劑。敏化劑 對一定的發光材料來說，某種雜質的摻入有助于增強激活劑引起的發光，并使發光亮度增加，這類雜質稱為敏化劑。 敏化劑對發光增強作用的效果與共激活劑一樣，但

56、作用原理不一樣。敏化劑只是吸收能量的中心，不產生發光譜線；激活劑形成發光中心，會產生相應的發光譜線。惰性雜質 對發光性能影響較小，不使發光亮度和顏色直接改變的雜質。 例如堿土金屬，堿金屬，硅酸鹽，硫酸鹽等，分離它們比較復雜，所以不必象對淬滅劑那樣嚴格去除。 淬滅劑 在發光材料中損害發光性能，使發光亮度大大降低，甚至完全不發光的雜質，稱為淬滅劑。較典型的有Fe，Ni，Co和Cr等。8.1.4 發光粉的灼燒 （1）灼燒及其作用灼燒就是將配好的粉料，在一定的溫度下加高溫，到一定時間，形成發光粉的過程。 灼燒是形成發光粉的一個不可缺少的重要階段。未經灼燒的某些材料，雖然也有一定的發光能力，但發光強度都很小。為了要獲得高亮度、高效率的晶態發