稀土電致發(fā)光材料

1、稀土電致發(fā)光材料張寄東概述1.1固體發(fā)光相關知識固體發(fā)光是物體不經(jīng)過熱階段而將其內部以某種方式吸收的能量直接轉換為非平衡輻射的現(xiàn) 象。某一固體化合物受到光子、帶電粒子、電場或電離輻射的激發(fā)，會發(fā)生能量的吸收、存儲、傳 遞和轉換過程。如果激發(fā)能量轉換為可見光區(qū)的電磁輻射，這個物理過程稱為固體的發(fā)光。世界上 有許多發(fā)光物質，包括天然的礦物和人工合成的化合物，人工合成的發(fā)光材料己廣泛地用于照明、 顯示和檢測。發(fā)光材料是由基質和激活劑所組成，在一些材料中還攙入另一種雜質離子來改善發(fā)光 性能。發(fā)光時一種宏觀現(xiàn)象，但它和晶體內部的缺陷結構、能帶結構、能量傳遞、載流子遷移等微 觀性質和過程密切相關。1.2電

2、致發(fā)光的概念及研究現(xiàn)狀發(fā)光材料在電場作用下的發(fā)光稱為電致發(fā)光(electroluminescence，簡稱EL)也叫場致發(fā)光。 電致發(fā)光不產(chǎn)生熱，它是直接將電能轉換成光能的一種發(fā)光形式，電致發(fā)光為主動發(fā)光。1936年 法國學者GDestrian發(fā)現(xiàn)懸浮于介質中的粉末狀摻銅硫化鋅在交流電場作用下可發(fā)射出可見光。這 種發(fā)光現(xiàn)象被稱為Destrian效應，通常所說的電致發(fā)光大多指的也是這種。20世紀50年代世界各 國競相研發(fā)電致發(fā)光顯示板，70年代電致發(fā)光板的研究進入高潮，在眾多平板顯示技術中，電致 發(fā)光由于全固體化、體積小、質量輕、響應速度快、視角大、適用溫度寬、工作電壓低、功耗小、 制作工藝簡單

3、等優(yōu)點，已引起廣泛關注，發(fā)展迅速，但也面臨著液晶顯示和等離子顯示的強有力的 競爭。隨著各類電致發(fā)光顯示研究的不斷深入，稀土發(fā)光材料在電致發(fā)光領域占有越來越重要的地 位。電致發(fā)光原理電致發(fā)光機理一般認為是在外界電壓的驅動下，由電極注入的電子和空穴在有機物中復合而釋 放出能量,并將能量傳遞給有機發(fā)光分子，使其受到激發(fā)，從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，當受激發(fā)分子從 激發(fā)態(tài)回到基態(tài)時輻射躍遷而產(chǎn)生發(fā)光現(xiàn)象。見圖1 1。AnodeErr i tting Materi al CathodeKl-1電致發(fā)光iS程示意圖發(fā)光過程通常有以下5個階段完成：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

4、極之間的有 機功能薄膜層注入。電子從陰極注入到有機物中即認為電子向有機物的最低未占據(jù)分子軌道 (LUMO )注入的過程。而空穴從陽極注入到有機物中即認為空穴由陽極向有機物的最高占據(jù)分子軌 道(HOMO )遷移的過程；載流子的遷移。注入的電子和空穴分別從電子傳輸層和空穴傳輸層向發(fā)光層遷移。載流子 在有機薄膜層中的遷移被認為是跳躍運動和隧穿運動，并認為這兩種運動是在能帶中進行的。當載 流子一旦從兩極注入到有機分子中，有機分子就處在離子基狀態(tài)，并與相鄰的分子通過傳遞的方式 向對面電極運動。此種跳躍運動是靠電子云的重疊來實現(xiàn)的。而對多層有機結構來講，在層與層之 間的注入過程被認為是隧道效應使載流子跨越

5、一定的勢壘而進入復合區(qū)；（3）載流子的復合。電子和空穴結合產(chǎn)生激子。 正負載流子相遇就形成了載流子對，它們 之間有一定的相互作用，作用能在0.4eV左右，壽命約在皮秒至納秒數(shù)量級，這個過程叫做載流子 的復合。這樣的載流子對叫做激子，激子形成是電致發(fā)光中的一個重要過程。激子的形成和發(fā)光分 子在光激發(fā)下時的激發(fā)態(tài)是相同的，因為在光激發(fā)下，一般認為形成了激子，而且有機/聚合物發(fā) 光材料的光致發(fā)光和電致發(fā)光往往是相同的，所以人們都接受了激子的概念。（4）激子的遷移。激子在有機固體薄膜中不斷地作自由擴散運動，并以輻射或無輻射的方式失 活。激子回到基態(tài)的過程主要分為輻射躍遷和非輻射躍遷。激子從高能態(tài)回到基

6、態(tài)，將能量以光的 形式釋放，這一過程稱為輻射躍遷；而以光子的形式把能量傳給周圍的分子轉變成熱能的形式稱為 非輻射躍遷。根據(jù)量子理論自旋統(tǒng)計計算的結果，單重態(tài)和三重態(tài)激子的形成比率是1:3，即單重 態(tài)占激子的25%，而三重態(tài)占激子75%。只有單重態(tài)激子的躍遷才能發(fā)射出熒光，也就是說，在 理論上有機/聚合物電致發(fā)光的最大量子效率為25%。但在實際發(fā)光過程中，由于存在各種非輻射 衰減，外量子效率一般都遠遠低于25%。基于以上發(fā)光的基本原理，人們已經(jīng)從器件的結構和 制備技術，以及電極材料、發(fā)光材料、載流子傳輸材料出發(fā)，來選擇材料的匹配和優(yōu)化器件的結構， 提高了發(fā)光效率。（5）電致發(fā)光。當激子由激發(fā)態(tài)以

7、輻射躍遷的方式回到基態(tài)，就可以觀察到電致發(fā)光現(xiàn)象，發(fā)射 光的顏色是由激發(fā)態(tài)到基態(tài)的能級差所決定的。為了提高器件的效率和壽命，研究工作者們不僅進行宏觀的器件結構改造，制作出從單層到 多層的OLED，而且近年來將研究熱點集中在從微觀上對構成OLED層與層內表面的相互作用進行 研究，提高有機EL功能層與無機ITO玻璃表面的附著性，使得來自陽極和陰極的載流子更容易注 入到有機功能薄膜中。電致發(fā)光器件的結構和制備3.1 EL器件的結構EL器件的基本結構屬于夾層式結構，激發(fā)光層被兩側電極像三明治一樣夾在中間，一側為透 明電極以便獲得面發(fā)光。由于陽極功函數(shù)高可以提高空穴注入效率，所以一般使用的陽極多為氧化

8、銦-氧化錫（ITO ）。在ITO上再用蒸發(fā)蒸鍍法或旋轉涂層法制備單層或多層有機膜，膜上面是金屬 陰電極，由于金屬的電子逸出功影響電子的注入效率，因此要求其功函數(shù)盡可能低。大多數(shù)有機電 致發(fā)光材料是單極性的，同時具有均等的空穴和電子傳輸性質的有機物很少，一般只具有傳輸空穴 的性質或傳輸電子的性質。為了增加空穴和電子的復合幾率，提高器件的效率和壽命，EL器件的 結構從簡單的單層器件（圖1a）發(fā)展到雙層器件（圖1b，1c）、三層器件（圖1d）甚至多層器件（圖1e）。因 為采用這種單極性的有機物作為單層器件的發(fā)光材料，會使電子與空穴的復合自然地靠近某一電 極，當復合區(qū)越靠近這一電極，就越容易被該電極所

9、淬滅，而這種淬滅有損于有機物的有效發(fā)光， 從而使發(fā)光效率降低。而采用雙層、三層甚至多層結構，充分發(fā)揮各功能層的作用，調節(jié)空穴和電 子注入到發(fā)光層的速率，使注入的電子和空穴在發(fā)光層處發(fā)生復合，提高器件的發(fā)光效率。由于大 多數(shù)有機物具有絕緣性，只有在很高的電場強度下才能使載流子從一個分子流向另一個分子，所以 有機膜的總厚度不超過幾百納米，否則器件的驅動電壓太高失去了器件的實際應用價值。只有使注 入的電子和空穴在發(fā)光層處復合，才能提高器件的發(fā)光效率。這主要與EL器件的發(fā)光機理有關。圖1-2有機電致發(fā)光器件結構圖e多層a單層；b DL-A型雙層；c DL-A型雙層；de多層EL-發(fā)光；HTL-空穴傳輸

10、層；LEL-發(fā)光層；ETL電子傳輸層；HL-空穴注入層；EL-電子注入層3.2 EL器件的制備我們知道在發(fā)光層中存在的缺陷能捕獲載流子和激子，降低激子復合的幾率，所以提高器件的 制備工藝、改善成膜質量對提高器件的效率和壽命都十分重要。有機小分子和金屬絡合物通常都采 用真空蒸鍍的方法成膜，聚合物材料多采用旋涂或浸涂的方法成膜。為了防止在器件制作過程中， 氧、水和灰塵等對材料的老化和成膜質量產(chǎn)生影響，小分子蒸鍍要保證高的真空，聚合物成膜一般 在惰性氣氛下進行，金屬電極一般都是蒸鍍在有機層上。也有其他的方法使有機/聚合物成膜。等 離子體聚合方法可以直接在襯底上使單體聚合，消除了聚合物膜中針孔的存在，

11、但此法制備的聚合 物結構復雜，發(fā)色團數(shù)目和形態(tài)很難控制。采用LB技術制備的器件壽命和膜的質量都有了很大 的提高，這種方法所用的材料主要集中在材料本身具有兩親性的物質，如具有兩親性的PPV前聚 體、帶有柔性或烷氧基側基的聚合物，以及金屬絡合物，LB方法在有機/聚合物電致發(fā)光中有一定 的潛在優(yōu)勢。分子自組裝（SA）技術也可用來制備有機發(fā)光層的薄膜，具有成膜均勻，可以精確 控制膜厚、分子取向和分子結構的特點，近來被用于制備有機/聚合物電致發(fā)光器件的發(fā)光層。總 之，單層器件要比多層器件容易制備，旋涂方法要比蒸鍍方法簡單易做。電致發(fā)光材料的分類電致發(fā)光材料可作如下分類：L交流粉末型l直流交流 薄膜型l直

12、流1有機電致發(fā)光稀土無機電致發(fā)光材料無機電致發(fā)光是指發(fā)光層及介質均為無機材料的電致激勵發(fā)光現(xiàn)象。這類發(fā)光材料又可分為無 機粉末電致發(fā)光材料和無機薄膜電致發(fā)光材料等幾種類型。5.1稀土無機粉末電致發(fā)光材料5.1.1稀土無機粉末交流電致發(fā)光材料粉末交流電致發(fā)光依靠交變電場激發(fā)，發(fā)光體從交變電場吸收能量。ZnS是其最主要的也是最 優(yōu)異的基質材料，激活劑除Cu、Al、Ga、In外還有部分稀土元素，摻雜離子的種類和濃度不同， 發(fā)光顏色不同ZnS系列發(fā)光材料的發(fā)射光譜覆蓋整個可見光，發(fā)光效率高，但亮度、壽命和顏色 等不令人滿意。以稀土離子為激活劑的發(fā)光材料的色純度好，例如ZnS： Er3+,Cu3+的譜帶

13、寬度小于 10nm。但是，稀土離子半徑比鋅離子大得多，在ZnS中溶解度很小，往往得不到好的電致發(fā)光效 果。粉末電致發(fā)光模擬顯示常用于計量儀器和汽車儀表盤，如以稀土材料ZnS： TbF2為發(fā)光層、 BaTiO3為絕緣層的綠色電致發(fā)光板，交流驅動電壓為80V,1kHz時，顯示亮度可達400500cd/m2, 使用壽命在500h以上5.1.2稀土無機粉末直流電致發(fā)光材料與前者不同，直流發(fā)光要求電流通過發(fā)光體顆粒，因此發(fā)光體與電極之間必須具有良好的接觸。 粉末直流電致發(fā)光板的亮度與外加電壓呈非線性關系。這類發(fā)光材料也是以ZnS為基質材料，使 用不同的激活劑，可以得到不同顏色的發(fā)光。ZnS： Mn2+,

14、Cu+在直流電流的激發(fā)下能產(chǎn)生很強的發(fā) 光。是目前最好的粉末直流電致發(fā)光材料。開發(fā)稀土激活的堿土硫化物熒光粉，可以獲得多種顏色 的發(fā)光，如綠色CaS:Ce3+,Cl-、紅色CaS:Eu3+，Cl-和藍色SrS:Ce3+，Cl-等熒光粉，盡管它們在性 能上不能盡如人意，但業(yè)已表明，它們是很有希望實現(xiàn)彩色粉末直流電致發(fā)光的材料。5.2稀土無機薄膜電致發(fā)光材料20世紀70年代薄膜電致發(fā)光（TFEL）器件的出現(xiàn)給無機電致發(fā)光的研究帶來生機，TFEL器 件具有主動發(fā)光、視角大、響應速度快、壽命長、平板化、全固化、環(huán)境適應性強等優(yōu)點，備受人 們關注。80年代，高精細、信息容量大的TFEL顯示器件已實現(xiàn)商業(yè)

15、化，90年代已用于汽車等領 域。目前，雙絕緣層單色TFEL器件亮度可達8000cd/m2，壽命達上萬小時，日本、美國和芬蘭等 國已將其用于計算機終端顯示。由于TFEL器件的全固化，在軍事和航天領域顯示出獨特的優(yōu)勢。目前，薄膜電致發(fā)光器件一般采用交流驅動。其絕緣層具有高介電常數(shù)，主要是Si3N4、SiO2、 Y2O3、BaTiO3等材料。其發(fā)光層則要求能覆蓋整個可見光區(qū)，禁帶寬度大于3.5eV的發(fā)光材料（主 要是稀土 TFEL材料）。發(fā)光材料的基質中摻雜不同的雜質，可得到不同的發(fā)光。基質材料主要有 ZnS、CaS、SrS、ZnSiO4和ZnGa2O4等，它們的禁帶寬度大于3.83eV，在可見光區(qū)

16、透明。在這些 基質材料中摻雜過渡元素Mn或稀土元素Eu、Tb、Ce等，構成發(fā)光中心。主要有以下幾種類型。 5.2.1稀土硫化鋅系列一 1968年貝爾實驗室首先研制出稀土摻雜的ZnS電致發(fā)光薄膜，ZnS： TbF3已用于計算機終端顯 示，ZnS： Tb3+器件綠色發(fā)光亮度高達6000cd/m2。綠色ZnS： Er3+亮度超過1000cd/m2、發(fā)紅光 的ZnS： Sn3+和ZnS： Tm3+的亮度尚達不到實際應用水平。在ZnS或ZnSe基質中摻三價稀土氟化 物的電致發(fā)光材料的發(fā)射光譜分布于整個可見光區(qū)。摻雜NdF3、SmF3和EuF3發(fā)射紅光，摻雜TbF ErF發(fā)射綠光，摻雜TmF3發(fā)射藍光。3

17、 335.2.2稀土堿土金屬硫化物系列在CaS基質中摻雜Eu2+和在SrS基質中摻雜Ce3+的薄膜器件分別發(fā)射紅光和藍光，其電致發(fā)光 是Eu2+和Ce3+離子5d-4f躍遷的結果。對于交流薄膜電致發(fā)光（ACTFEL）來說，紅色和綠色發(fā)光 材料已能滿足實用化的要求，而藍色發(fā)光材料亮度很低，離實用相距甚大。藍光波長短，需要寬禁 帶的基質材料。ZnS難以滿足這個要求，CaS和SrS與ZnS性質相似，但禁帶比它寬。SrS： Ce3+ 是發(fā)現(xiàn)最早而且目前仍然是性能較好的藍色ACTFEL材料，但它的缺點是色純度差，基質SrS易 發(fā)生潮解，目前采用共蒸法Se的方法制備的SrS1-xSex:Ce3+薄膜，隨著

18、摩爾分數(shù)x的增大，器件的 亮度提高（最高可達10倍左右），x的增大還可使發(fā)射長藍移到480nm處。5.2.3稀土堿土硫化鎵系列如前所述，盡管SrS： Ce3+亮度高，但因其最大發(fā)射波長位于480500nm范圍內，發(fā)光顏色為 藍綠，色牢度差，需經(jīng)濾光后才可得到彩色顯示所要求的藍色，既增加了器件結構的復雜性，又會 降低發(fā)光亮度。研究發(fā)現(xiàn)，在SrS中加AGa，可使禁帶加寬，有利于Ce3+發(fā)射光譜藍移。人們研 究了一系列Ce3+激活的堿土硫化鉉MGaS :Ce/M=Ca,Sr,Ba），在實驗條件得到了 60Hz電壓驅動下 10cd/m2的發(fā)光亮度，而且不易潮解，但缺點是制備較困難，發(fā)光效率。此外，人們

19、還研究開發(fā)了 稀土激活的硅酸鹽，如Y2|3+，氟化物，如ZnF2：Gd3+、CaF2:Eu2+;氧化物，如ZnO:Tm3+,Ce3+等。 稀土無機薄膜電致發(fā)光材料主要用于顯示器件，由于具有主動發(fā)光、全固體化、耐沖擊、視角 寬、適應溫寬、工藝簡單等優(yōu)點使其成平板顯示的最佳發(fā)光材料。平板顯示即將成顯示技術的主體， 目前已在計算機終端，尤其是便攜式計算機等方面得到了廣泛的應用。稀土無機電致發(fā)光顯示器件 在科學儀器、便攜式微機、航天航空和軍事領域具有廣闊的應用前景。傳統(tǒng)的飛機座艙儀表顯示屏 大多采用熒光照明顯示，其缺點是使用壽命短，需要外照明，要保持亮度則需定期補充熒光劑，而 且熒光射線對人體有害，外

20、照明不利于飛機夜航。而燈珠照明抗震能力弱，在飛機起降時的強烈 振動下故障率高。無機電致發(fā)光屏直接將電能轉化為光能進行顯示，成功地解決了上述問題。已經(jīng) 用于J8、Y12、K8、J10等飛機座艙儀表照明顯示等方面。此外，近年來稀土無機電致發(fā)光顯示器 件在軍事上的應用也引起了人們的關注。海灣戰(zhàn)爭中，世界上最先進的MZ-1型坦克裝備的計算機 終端是薄膜電致發(fā)光器件。它的優(yōu)良特性使它成為各類平板顯示器中最適用于軍事目的首選器件。 據(jù)說，英國國防部下屬的皇家雷達及信號中心和PPC公司等主要是為軍事目的而研制開發(fā)和生產(chǎn) 這類發(fā)光器件的機構。我國在核潛艇和炮兵射擊指揮系統(tǒng)中也應用這類器件?？梢灶A言，一旦藍色

21、發(fā)光材料的問題得到解決，無機薄膜電致發(fā)光必將成為平板顯示技術的主流，稀土發(fā)光材料也將為 無機薄膜電致發(fā)光實現(xiàn)全色顯示顯現(xiàn)它獨特的優(yōu)勢稀土有機電致發(fā)光材料6.1概念及研究現(xiàn)狀有機電致發(fā)光(organic electroluminescence, OEL)是指發(fā)光層為有機材料，而且屬于在電場 作用下結型的激光所產(chǎn)生的發(fā)光現(xiàn)象。它是一種主動發(fā)光型FPD。20世紀80年代末發(fā)展起來的有 機電致發(fā)光是惟一被公認能同時擁有低壓直流驅動功能、優(yōu)良的發(fā)光性能及寬視角的近代顯示技 術。OLE器件可與集成電路匹配，易實現(xiàn)彩色平板大面積顯示等優(yōu)點。與無機EL器件相比，OEL 器件具有加工簡便、力學性能好、成本低廉、

22、發(fā)光波長易于調節(jié)；與液晶顯示器相比，OEL器件 響應速度快、視角寬、對比度高等特點。因此，OLE材料是目前國際上的一個熱點研究課題，被 譽為“21世紀的平板顯示技術”。有機電致發(fā)光材料主要有兩類。6.2小分子化合物小分子化合物包括金屬螯合物和有機小分子化合物。它們各具特色，互為補充。但是這些材料 的一個普遍特點是利用共軛結構n-n*躍遷產(chǎn)生發(fā)射，光譜譜帶寬(100200nm)，發(fā)光的單色性 不好，難于滿足顯示對于色純度的要求。6.3稀土配合物其發(fā)射光譜譜帶尖銳，半峰寬度窄(不超過10nm)，色純度高，這一獨特優(yōu)點是其他發(fā)光材料 所無法比擬的，因而有可能作為OEL器件的發(fā)光層材料，用以制作高色純

23、度的彩色顯示器；作為 OEL器件的發(fā)光材料，稀土配合物還具有內量子效率高、熒光壽命長和熔點高等優(yōu)點。1993年Kido 等人首先報道了具有窄發(fā)射的稀土 OEL器件。目前，彩色顯示器件所需紅色、綠色、藍色三基色 的稀土配合物及相應的OEL器件的研究和開發(fā)應用均有報道。6.4稀土配合物的組成及研究現(xiàn)狀在稀土配合物的材料中，Sm3+、Eu3+、Tb3+、Dy3+四種配合物具有強的發(fā)光現(xiàn)象，這類配合物 作為OEL材料的最顯著優(yōu)勢是EL光譜為窄帶發(fā)射。屬于這類發(fā)光的OEL材料，以Eu3+和 Tb3+ 的配合物為主。前者發(fā)紅光，最大發(fā)射波長大約在615nm附近，相應于Eu3+ 5D0-7F2躍遷。在OEL

24、 材料中，紅色發(fā)光材料最為薄弱，Eu (III)配合物發(fā)光效率高，色純度也高，受到人們極大的重 視。此外，Pr3+、Nd3+、Ho3+、Nd3+、Er3+、Tm3+和Yb3+也有著豐富的4f能級，當稀土離子和配體 的選擇適當時，能發(fā)射其他顏色的光，但強度較弱。作為OEL材料，人們研究較多的稀土配合物 其配件主要是B-二酮類化合物，如乙酰丙酮、二苯甲酰丙酮、a噻吩甲酰三氟丙酮(TTA)等。 Tb (AcAc) 3、Tb (AcAc) 3Phen、Eu (DBM) 3Phen、Eu (TTA) 3、Eu (TTA) 3Phen 和 Eu (TTA) 3Bath等都是常見的稀土配合物OEL材料；羧酸

25、類化合物的稀土配合物OEL材料，如磷氨基-4 -十六烷基鋅苯甲酸(AHBA)的邛(I)配合物Tb (AHBA) 3。乙酰水楊酸(aspirin)、鄰菲咯啉 的Tb (III)三元化合物Tb (aspirin) 3Phen等。在稀土發(fā)光配合物結構中引入第二配體(如Phen 等)，可以明顯地提高稀土OEL材料的發(fā)光純度。此外，人們對稀土離子電致發(fā)光增強作用、稀土 高分子配合物OEL材料以及OEL材料的成膜性能等也進行了廣泛深入的研究。20世紀90年代后 期以來，我國科技工作在稀土 OEL材料研究方面取得了令人矚目的成果，如李文蓮等對Eu(DBM) 3Bath配合物的研究，徐敘瑢和吳瑾光對Tb (a

26、spirin) 3Phen/Al器件的研究等。其中部分成果已 位居世界前列。由于稀土配合物的窄帶發(fā)射和很高的量子效率，在作為發(fā)射層制備高色純度的全彩 色OEL顯示器件方面極為有利，因此稀土配合物OEL材料的開展和應用研究具有重要而深遠的意 義。6.5有機電致發(fā)光材料的應用有機電致發(fā)光(OEL)材料的應用領域很廣，包括彩色電視機、各種背光源、鐘表、裝飾品、 移動電話、BP機、車載顯示器、娛樂器材等，可以說人們一直期盼的掛壁式電視機甚至折疊式電 視機正向我們招手。當今隨著電視等媒體的迅速發(fā)展，迫切需要超薄的單色或全色大屏幕顯示器， 以取代陰極射線管顯示。在這方面，OEL材料受到國外科學界的廣泛而高

27、度的重視，其主要原因 是：OEL驅動電壓(530V)可與集成電路匹配；有機材料具有廣泛的選擇性和高熒光效率；尤其 是在全色性方面，有機分子具有可隨意“組裝”和“剪裁”的性質，通過對化合物進行化學修飾改 變發(fā)射波長，能夠協(xié)調發(fā)光顏色，這是無機電致發(fā)光材料無法做到的，也可以通過“摻雜”，提供 各種顏色的發(fā)光，其中包括無機電致發(fā)光材料中很難得到的、至今仍是一個大難題的藍色發(fā)光。為 了獲得驅動電壓低且發(fā)光效率高的器件，人們針對發(fā)光材料、器件結構以及制作技術等方面作了許 多努力，一些稀土 OEL器件在亮度和效率方面已能滿足實際應用的要求，可以相信不遠的將來將 會實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。若在穩(wěn)定性和使用壽命上有所突破

28、，將會使顯示技術進入一個全新的時代。稀土電致發(fā)光材料存在的問題及發(fā)展趨勢由于無機半導體材料發(fā)光效率高，在過去幾十年里占據(jù)了發(fā)光器件的應用領域，但無機電致發(fā) 光器件不易加工，做成大面積顯示器有困難；發(fā)光材料品種少，特別是藍光材料較稀少；無機薄膜 EL器件的驅動電壓高、響應速度慢等缺點阻礙了無機薄膜EL器件在彩色平板顯示器中的應用。 自從1987年Tang等制備了以8-羥基哇啉鋁(Alq3)為發(fā)光材料的多層器件，使有機電致發(fā)光研 究取得了突破性進展，進而使此領域的研究異?；钴S。有機電致發(fā)光器件(Organic Light Emitting Diode, OLED)具有以下特點：(1)采用有機物，材

29、料可選擇范圍寬，可實現(xiàn)從藍光到紅光的任何顏 色顯示；驅動電壓低，只需要310V的直流電壓；視角寬，響應速度快；(4)制作過程簡 單，費用低；(5)超薄膜，重量輕；(6)可制作在柔軟的襯底上，器件可彎曲、折疊。因此,OLED可 應用在室內和野外照明；可制成光電耦合器，用于光通信;可制成可折疊的“電子報紙”；可應用于 數(shù)字、圖像處理和移動通信裝置的顯示，尤其在彩色大屏幕顯示技術方面已經(jīng)顯示出了廣闊的應用 前景。面向實際商品的原型機也已經(jīng)出現(xiàn)，相信不久我們就可以在市場上見到以OLED為顯示屏 的電子產(chǎn)品。隨著科學技術的飛速發(fā)展，人類社會已經(jīng)邁進了信息時代，當前在全球范圍內興起的 “信息高速公路”的建

30、設是信息時代的重要標志。以計算機為代表的微電子技術和以光通訊為代表 的光子技術的發(fā)展推動了信息高速公路的發(fā)展，而信息高速公路的發(fā)展也必將促進微電子技術和光 電子技術的發(fā)展。通過信息高速公路將信息傳至終端用戶，信息主要以圖像或文字的形式(有時要 配以聲音)顯示出來。因此，在信息網(wǎng)絡中，人們在接收、傳送和處理各種信息時，顯示裝置是不 可缺少的。除了要求進一步提高顯示器的分辨率、亮度與色度豐滿外，還要求體積小、重量輕、功 耗小、價格便宜和易實現(xiàn)大屏顯示等，以使顯示器件能夠廣泛地進入千家萬戶，顯然下一代個人計 算機將是便攜帶式的。因此，平板顯示器件無疑是最佳的選擇。雖然電致發(fā)光材料與器件的研究已取得了

31、很大的成就，但還存在許多需要解決的問題。這些問 題主要表現(xiàn)在：a.器件的發(fā)光效率低，遠遠沒有達到其理論最大值(25%) b.器件的穩(wěn)定性差、壽 命短c.發(fā)光機理尚不清楚d.色度不純。其中壽命問題是最主要的問題。與無機材料相比，有機 材料的壽命要短得多。雖然有些文獻報道有機小分子LED的壽命已達到5000-35000小時，但這 些數(shù)值都是在無水無氧條件下獲得的，如果在室溫和與空氣接觸條件下，器件的壽命只有幾百小時。 而且有些材料易結晶，玻璃化轉變溫度低，引起器件退化，影響器件的穩(wěn)定性，這些也影響器件的 壽命。只有解決了這些問題，才能使有機/聚合物電致發(fā)光器件達到實用化的要求。所以科研工作 者仍在

32、從電極材料、發(fā)光材料和載流子傳輸材料的選擇上開展工作，來尋找提高器件效率和穩(wěn)定性 的可能性，并取得了一定的成果。有機/聚合物半導體材料作為新一代的信息功能材料正以其光電性能優(yōu)良、生產(chǎn)成本低廉、加 工工藝簡單、選材范圍寬廣、機械性能好、能和傳統(tǒng)硅基工藝兼容(易于集成)等顯著優(yōu)點，吸引世 界范圍的目光，成為越來越多研究機構競相研究和開發(fā)的對象。123456789101112131415161718192021222324252627282930313233參考文獻國家自然科學基金委員會工程與材料科學部。學科發(fā)展戰(zhàn)略研究報告(20062010)一金屬材 料科學.北京：科學出版社，2006國家新材料行

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