新材料概论课件ppt 第7章 信息功能材料

第7章信息功能材料辽宁石油化工大学机械工程学院金属材料工程系连景宝主要内容7.1信息储存材料

（略）7.2信息显示材料7.3信息传输材料（略）7.4信息处理材料（略）CompanyLogo7信息功能材料

21世纪是数字化和多媒体化的世纪！！！信息材料是指信息技术所用的材料。根据材料在信息技术中的功能分类：①信息储存材料②信息显示材料③信息传输材料④信息处理材料CompanyLogo7.2信息显示材料显示材料是指将电信号转化为可见光信号的材料。显示材料分为主动显示材料和被动显示材料。①主动显示材料中象元在某种方式激发下发出可见光来，常见的激发方式主要有：电子束激发，如阴极射线发光材料；光激发，如等离子体显示材料；电场激发，如电致发光材料、发光二极管等。CompanyLogo②被动显示中必须有环境光，同时利用某些功能材料在信号作用下光学性质（如折射率、吸收率等）或其他性质的变化，使环境光与功能材料相互作用后的输出光发生了与信号相应的变化而显示出来。目前最主要的受光显示材料是液晶。CompanyLogo7.2.1阴极射线（CRT）显示材料CRT中的主要发光材料是荧光粉，荧光粉的特性直接决定显示器的性能。目前CRT中较常用的蓝色荧光粉是ZnS:Ag+，常用的绿色荧光粉是ZnS:Cu,Cl（或Al）,常用的红色发光粉是Y2O3:Eu3+，Y2O2S:Eu3+。CompanyLogo7.2.2液晶（LCD）显示材料液晶：在一定的温度范围内，既具有晶体特有的双折射特性，又具有液体的流动性的物质，称为液晶。CompanyLogo20世纪70年代初，利用扭曲向列相液晶的电光效应和集成电路相结合，将其制成显示器件，实现了液晶材料的产业化。80年代中期，开发成功超扭曲向列相液晶显示材料，主要应用在BP机、移动电话和笔记本电脑上。近年来，随着薄膜晶体管阵列驱动液晶显示材料（TFT-LCD）的飞速发展，TFT-LCD不仅占据了笔记本等高档显示器市场，而且已开始大规模应用于台式显示器。CompanyLogo7.2.3等离子体（PDP）显示材料PDP技术是在驱动电路控制下，利用其内充的惰性气体离子化放电，产生出紫外线，激发其荧光粉像素发光来实现显示的。CompanyLogo7.2.3等离子体（PDP）显示材料

与CRT相比，它具有外形轻薄等优点，是一种能实现壁挂式电视的平板显示技术；与LCD相比，PDP具有视角与亮度方面的优势，并且PDP采用的是厚膜技术，因而其尺寸容易做大，这与采用薄膜技术难以做成20英寸以上大尺寸显示器件的LCD相比又是一个优势，在20-60英寸的大屏幕显示领域更上PDP的用武之地。CompanyLogo根据组成基质的不同，PDP荧光粉大致分为以下几类①硅酸盐荧光粉Y2SiO5:Eu（红）、Zn2SiO4:Mn（绿）、Y2SiO5:Ce（蓝）等；其中Zn2SiO4:Mn是目前PDP生产中应用最多的绿色荧光粉。CompanyLogo②铝酸盐荧光粉Y3Al5O12:Eu（红）、BaAl12O19:Mn（绿）、SrAl12O19:Mn（绿）、CaAl12O19:Mn（绿）、ZnAl12O19:Mn（绿）等，其中BaAl12O19:Mn也是应用较为广泛的绿色荧光粉。CompanyLogo③硼酸盐荧光粉YBO3:Eu（红）(Y,Gd)BO3:Eu（红）GdBO3:Eu（红）YBO3:Tb（绿）LuBO3:Tb（绿）等。目前应用较多的是(Y,Gd)BO3:Eu红色荧光粉。CompanyLogo④磷酸盐荧光粉(Y,Gd)PO4:Eu（红）Zn3(PO4)2:Mn（红）YPO4：Tb（绿）LaPO4:Tm（蓝）等CompanyLogo⑤其他荧光粉Y2O3:Eu（红）CaWO4:Pb（蓝）BaMgAl14O23:Mn（绿）BaMgAl14O23:Eu（蓝）CompanyLogo

目前使用的PDP荧光粉仍存在一些问题，主要是:①发光效率（量子效率）和流明效率低②绿色及蓝色荧光粉工序劣化及历时劣化严重③影响PDP性能，制约了工业化和商业化的推广CompanyLogoLED简介LightEmittingDiode（LED）即发光二极管，是一种可以将电能转变成光能的半导体器件。它是利用固体半导体芯片作为发光材料，当两端加上正向电压，半导体中的载流子发生复合产生光。CompanyLogoCompanyLogoGaN基蓝光和白光LED1989年日本Nichia公司中村修二研制出世界上第一只GaN基蓝光LED，1991年开始商业化生产。1994年该公司通过蓝光激发黄光荧光粉的方法，推出世界上第一只白光LED，并提出半导体照明的概念。CompanyLogo7.2.4发光二极管（LED）显示材料发光二极管是把电能转化为光能的电致发光器件，其核心部分是由p型和n型半导体组成的PN结。发光过程包括三部分：正向偏压下的载流子注入、复合辐射和光能传输，从而把电能直接转换为光能。CompanyLogoLED衬底简介LED芯片结构主要包括衬底、PN结以及导电层。其中衬底材料主要是外延层生长的基板，是决定LED颜色、亮度、寿命等性能指标的主要因素。CompanyLogo衬底材料的选择主要基于以下几点：CompanyLogo衬底材料的选择主要基于以下几点：CompanyLogoLED衬底的分类和特点红黄光LED（GaP基）衬底包括砷化镓和磷化镓。蓝绿光LED（GaN基）目前市场上常用的衬底包括蓝宝石（Al2O3）、硅（Si）、碳化硅（SiC）。此外AlN和ZnO也可以作为衬底材料。CompanyLogoLED衬底的分类和特点CompanyLogo材料工艺-衬底材料对比CompanyLogo材料工艺-外延片CompanyLogo材料工艺-芯片CompanyLogo材料工艺-封装CompanyLogoCompanyLogo（3）白光LED由于照明主要采用白光，因此白光LED是当前的研究热点。以LED为基板实现白光照明有多种方案，其中三种主流技术路线如下：①基于三基色原理，利用红、绿、蓝三基色LED组成白光②利用紫外LED激发三基色荧光粉，由荧光粉发出光组合成白光。③采用蓝光LED激发黄色荧光粉，实现二元混色白光，目前最普遍的技术路线。CompanyLogo对白光LED用涂覆荧光粉而言，必须满足两个条件：①荧光粉的激发光谱必须与所选择的发光二极管的发射光谱相匹配，这样可以确保获得更高的光转换效率；②荧光粉的发射光谱在紫外激发下能发出白光，或者在蓝光激发下与发光二极管发射出的黄光能够复合形成白光。CompanyLogo由于目前国际上通常采用波长为350-370nm的GaInN基发光二极管作为激发光源，因此要求荧光粉的激发光谱也在此范围之内。同时优质荧光粉还应该满足以下特点：①发光峰集中在某些合适的波长范围内；②有较好的热稳定性；③高量子效率和激发光吸收率；④粉末颗粒细小均匀等等。CompanyLogo应用领域CompanyLogoLED的商品化应用是从1962年开始的，经过40多年的发展，LED的发光范围逐渐扩大到绿光、黄光，光效也逐渐从早期的0.1lm/W提高到50lm/W以上，并广泛应用于工业设备、仪器仪表、交通信号灯、汽车、背光源以及各种照明等领域。LED车灯在上海大众途朗、安徽奇瑞瑞虎等新车型上使用CompanyLogoCompanyLogo7.2.5有机电致发光（OLED，OrganicLightEmittingDiode）材料目前全球有100多家公司正在投资开发OLED产品，包括IBM、NEC、Intel、柯达、东芝、菲利普、杜邦等电子产品巨头。CompanyLogoOLED技术简介OLED（OrganicLightingEmittingDiode）：有机电致发光二极管。OLED技术指在电场的驱动下，空穴和电子经阳极和阴极在有机半导体材料中复合发光的现象。CompanyLogoCompanyLogoOLED的结构CompanyLogoOLED发光原理OLED属于载流子双注入型发光器件，其发光机理为：在外界电压的驱动下，由电极注入的电子和空穴在有机材料中复合而释放出能量，并将能量传递给有机发光物质的分子，后者受到激发，从基态跃迁到激发态，当受激分子回到基态时辐射跃迁而产生发光现象。CompanyLogoOLED的发光过程通常有以下5个阶段：1.在外加电场的作用下载流子的注入：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注入。2.载流子的迁移：注入的电子和空穴分别从电子输送层和空穴输送层向发光层迁移。3.载流子的复合：电子和空穴复合产生激子。4.激子的迁移：激子在电场的作用下迁移，能量传递给发光分子，并激发电子从基态跃迁到激发态。5.电致发光：激发态能量通过辐射跃迁，产生光子，释放出能量。CompanyLogoOLED的主要优势CompanyLogoCompanyLogoCompanyLogoOLED的应用领域CompanyLogoOLED材料的发展概况

热致延迟荧光材料（TADF），利用分子设计手段，在没有重金属原子辅助的情况下，同样实现了单重态和三重态激子同时发光，成为了OLED材料领域新的热点。CompanyLogoOLED材料的分类CompanyLogoCompanyLogo国内OLED材料企业名录国内OLED材料目前正处于起步阶段，目前没有一家OLED材料企业能够稳定的量产OLED材料，国内面板厂商目前依赖国外进口材料；《中国制造2025》、《十三五新材料产业规划》等政府政策红利，促使OLED材料产业创业公司遍地开花。CompanyLogo国内OLED材料主要科研单位CompanyLogo7.2.6场发射（FED）显示材料场发射显示器（FEDs）是阴极射线管的平板化。FEDs的发光原理与CRT基本相同，利用冷阴极发出的电子打在荧光屏上引起发光来显示图像。因此既能保持优良的像质，又具有超薄结构，其目前较优秀的一种显示技术。CRTFED电子源热阴极电子源冷阴极电子源偏转线圈有无工作电压30kV＜10kV荧光粉ZnS、Zn2SiO4、Y2SiO4、Y2O3ZnS、Zn2SiO4