（光学专业论文）有机固态阴极射线发光中基本参数的表征及改进.pdf

中文摘要 摘要：发光是鸯然界的一种基本现象，是物理学科审的一个重要分支，已经 被应用到各种不同领域的研究中，如光学、化学、矿物学、考古学、医学、生物 学。发光有五个重要豹基本特征需要研究：光谱、强度、衰减、效率及偏振。另 一方面，测定动力学参数是对发光学中基本问题的研究，将有助于更好的研究发 光中的基本特征。在这种背景下，本文从固态阴极射线发光入手，对其发光的重 要特征进行了理论和实验研究，包括光谱、强度，并利用新的结构对它进行了改 进，最后对载流子迁移率测量的新方法进行了探索。 论文的主要研究内容和取得的成果如下： a 固态阴极射线发光中光谱、强度的表征 露态麓极菇线发光是一种崭新的发光方式，它的发现是在理论上的创薪，是 在源头上的创新。 l 。利用有栅无帆复合电致发光的方法证实，在较低的电压下z n o 、z n s 相对 于s i 0 2 具有较好的一次特性( 传导特性) ，在较高的电压下s i 0 2 较z n o 、z n s 有 更好的二次特性( 倍增及加速特性) 。把z n o 及z n s 引入到有机电致发光中，通 过电场强度和注入势垒的协同作用，使得发光效率得以提高。 2 固态阴极射线发光具有两个特征：第一个是具有长波及短波两个发光峰， 并且这两个发光峰的发光强度随着电压的不圈丽变讫，第二个是短波峰翳增加幅 度大于长波峰的增加幅度。这两个特征的形成和初电子的来源以及发光机制相联 系。低电压下的长波发光来源于碰撞激发后激予的发光，高电压下的短波发光则 来源于电场作用下激子离化后的带带间的复合发光以及巍接的碰撞离化。在较低 的电压下初电子来源予界面态，丽当电压较高的时则来源予隧穿。 3 激子解离的动力学分析表明理论计算和实验结果能够吻合的比较好，在电 场较低的情况下，电场是激子解离的主要因素，在电场较高的情况下，除电场外 直接的碰撞离化也是一个不可忽略的因素。经过理论计算，激子形成静截西是带 带辐射复合截面的6 倍。 b 固态麓极射线发光中发光弛豫时闻及初电子源的改进 利用阱结构及场发射阴极阵列对固态阴极射线发光进行了改进，这属于在器 件结构上的创新。 1 频域内不同发光寿命发光的研究表明，可以通过改变频率来提高效率，尤 其是短寿命的发光。单重态激子与三重态激子形成截面的研究表明，激予的形成 截面对于发光效率有重要的影响。以此为基础，结合固态阴极射线所固有的一些 北京交通人学博士学位论文 优势，提出了在频域内通过抑制三线态激子的发光而提高发光效率的方法。 2 光激发下阱结构的能量转移的研究表明，阱结构中阱层的发光能够通过改 变垒层的材料、阱的数目和厚度、激发波长来调整和提高。光激发下的阱结构中， 随阱层厚度的变化而出现的蓝移是由于光谱的重叠造成的。利用电场调制的光致 发光对掺杂和未掺杂的器件进行了研究，结果证明阱结构能够降低激子的猝灭。 电激发下的阱结构中可以提高器件的发光效率。固态阴极射线激发下的阱结构， 实现了固态阴极射线发光强度的提高，短波峰出现的电压降低，并出现了新的物 理现象，如电荷转移激子峰的出现，短波峰的蓝移。 3 利用水热法在较低的温度下生长了具有比较好的形貌和晶型的z n o 纳米 棒，并表现出了较好的场发射特性，当电流密度为l # a c m 2 时，开路电场是2 8 v # m ，当电场为6 4v # m 时，电流密度可以达到0 6 7m a c m 2 ，场增强因子为3 3 6 0 。 稳定性测试表明，在5 小时内，4 5v # m 的电场下，其波动不超过2 5 。s i 0 2 薄 膜的场发射特性表明z n o 纳米棒的场发射性能远远强于s i 0 2 薄膜的场发射性能， 能够提供更多的初电子。将z n o 纳米棒应用到有机电致发光器件中，实现了z n o 的可见区发光( 5 7 0n m ) 以及紫外区的发光( 3 4 2n m ) ，相对z n o 带间发射( 3 3 7 e v ) ，紫外发光有大约4 0n m 的蓝移，这是由于器件能级结构对电子的积累造成的。 c 载流子迁移率测量的新方法探索 突破传统的测量方法的限制，从新的角度进行审视，对载流子迁移率进行了 研究，并提出了新的方法，这部分内容属于方法及原理上的创新。 在频域内利用电致发光的方法得到在电场为8 3 x1 0 5v c m 时，m e h p p v 的迁 移率为1 6 4 x 1 0 击t i n 2 v s ，利用交流阻抗谱的方法，得到在电场强度为7 5 1 0 5 v c m 时，m e h p p v 的迁移率为1 0 8 x 1 0 七c m 2 v s 。这与用飞行时间方法测得的 结果( 电场为1 0 5v c m 时，载流子的迁移率为1 9 9 x 1 0 西c m 2 v s ) 能够相吻合。 关键词：无机电致发光：有机电致发光；固态阴极射线发光；载流子迁移率 分类号：0 4 3 v l a bs t r a c t a b s t r a c t ：l u m i n e s c e n c e ak i n do fb a s i cp h e n o m e n o ni nt h en a t u r e ，i sa n e m b r a n c h r n e n to fp h y s i c sa n di tc a nb ea p p l i e dt om a n yk i n d so fr e s e a r c ha r e a s ，s u c ha s o p t i c s ，c h e m i s t r y , m i n e r a l o g y , a r c h a e o l o g y , m e d i c i n ea n db i o l o g y i nt h el u m i n e s c e n c e ， t h e r ea r ef i v eb a s i ci m p o r t a n tp a r a m e t e r s ，s p e c t r u m ，i n t e n s i t y , d e c a y , e f f i c i e n c ya n d p o l a r i z a t i o n ，a n dt h ei n v e s t i g a t i o no nt h ed y n a m i c sp a r a m e t e r si s t h eb a s i cp r o b l e mi n l u m i n e s c e n c e s o ，i nt h i sp a p e r , t h es o l i ds t a t ec a t h o d o l u m i n e s c e n c ea n di t si m p o r t a n t p a r a m e t e r s ( s p e c t r u m ，i n t e n s i t y ) a r ei n v e s t i g a t e d a d d i t i o n l y , t h em e t h o d t oi m p r o v et h e s o l i ds t a t ec a t h o d o l u m i n e s c e n c e ，a n dm e a s u r ec a r r i e rm o b i l i t ya r e s t u d i e d a ，t h ec h a r a c t e r i z a t i o no fs p e c t r u m ，i n t e n s i t yi ns o l i ds t a t ec a t h o d o l u m i n e s c e n c e s o l i ds t a t ec a t h o d o l u m i n e s c e n c ei sab r a n d n e wk i n do fl u m i n e s c e n c em e c h a n i s m ， a sw e l la sa no r i g i n a li n n o v a t i o nt h e o r y 1 t h ef i r s t ( c o n d u c t i o n ) a n ds e c o n d a r y ( a c c e l e r a t i o na n dm u l t i p l i c a t i o n ) p r o p e r t y o fs i 0 2 ，z n oa n dz n sa r ei n v e s t i g a t e du s i n go r g a n i c i n o r g a n i ce l e c t r o l u m i n e s c e n c e m e t h o d t h ec o n c l u s i o ni st h a tz n oa n dz n sh a v eb e a e rc o n d u c t i o np r o p e r t yc o m p a r e d t os i 0 2u n d e rl o w e rv o l t a g e ，a n ds i 0 2p o s s e s s e sb e t t e rs e c o n d a r yp r o p e r t yu n d e rm 曲e r v o l t a g e t h ei n t r o d u c t i o no fz n oa n dz n sm a k e st h ee f f i c i e n c ye n h a n c e d ，a n dt h e r e a s o ni st h es y n e r g i e so fe l e c t r i cf i e l da n di n je c t i o nb a r r i e r 2 t h es o l i ds t a t ec a t h o d o l u m i n e s c e n c ei sc h a r a c t e r i z e db yt w op r o p e r t i e s t h ef i r s t i st h a ti tp r e s e n t st w ol u m i n e s c e n c ep e a k ，t h el o n gw a v e l e n g t he m i s s i o na n ds h o r t w a v e l e n g t he m i s s i o n ，a n dt h ei n t e n s i t yo ft w oe m i s s i o n sc h a n g e s w i t hd i f f e r e n ta p p l i e d v o l t a g e t h eo t h e ri st h ei n c r e a s i n gi n t e n s i t yo f s h o r tw a v e l e n g t he m i s s i o ni sq u i c k e r t h a nt h a to fl o n gw a v e l e n g t h t h et w op r o p e r t i e sa r ec o n n e c t e dw i t ht h el u m i n e s c e n c e m e c h a n i s ma n dt h eo r i g i no fp r i m a r ye l e c t r o n t h el o n gw a v e l e n g t he m i s s i o ni sf r o m e x c i t o nc a u s e df r o mi m p a c te x c i t a t i o n a n dt h es h o r tw a v e l e n g t he m i s s i o ni sf r o mt h e d i r e c tb a n d b a n dr a d i a t i v er e c o m b i n a t i o no fc a r r i e r sc a u s e df r o me l e c t r i cf i e l di n d u c e d e x c i t o nd i s s o c i a t i o na n dd i r e c ti m p a c td i s s o c i a t i o n t h eo r i g i no fp r i m a r ye l e c t r o ni s f r o mi n t e r f a c es t a t eu n d e rt h el o w e rv o l t a g e ，a n da f t e rt h ev o l t a g ei si n c r e a s e d ，i ti sf r o m t u n n e l i n g 3 t h em a t h e m a t i c a la n a l y s i si n d i c a t e st h a te x c i t o nd i s s o c i a t i o nu n d e rt h ee l e c t r i c f i e l di st h em a i nm e c h a n i s mf o rt h es h o r tw a v e l e n g t he m i s s i o n a f t e rt h ev o l t a g ei s i n c r e a s e d ，t h ed i r e c ti m p a c td i s s o c i a t i o ni sp o s s i b l e t h em a t h e m a t i c a la n a l y s i ss h o w s 北京交通火学博士学位论文 t h a tf o r m a t i o nc r o s s ，s e c t i o no fe x c i t o ni sl a r g e rt h a nt h a to fb a n d b a n dr a d i a t i v e r e c o m b i n a t i o n ，a n dt h er a t i oi s6 b i m p r o v e m e n t o f d e c a y + t i m e a n d p r i m a r y e l e c t r o ni ns o l i ds t a t e o a t h i o d o l u m i n e s c e n c e t h e r ea r et w od e f i c i e n c i e si ns o l i ds t a t ec a t h o d o l u m i n e s c e n c e , o n ei sl o n g e rd e c a y t i m ea n dt h eo t h e ri st h el a c ko fp r i m a r ye l e c t r o n i nt h i sc h a p t e r , t h e ya r ei m p r o v e d u s i n gw e l ls t r u c t u r ea n df i e l de m i s s i o nc a t h o d ea r r a y t h i si st h ei n n o v a t i o no f s t r u c t u r e _ 1 t h el u m i n e s c e n c ew i t hd i f f e r e n tl u m i n e s c e n c el i f e t i m ei ss t u d i e di nf r e q u e n c y d o m a i n , a n dt h er e s u l t ss h o wt h a tt h ef r e q u e n c yh a se f f e c to nt h ee f f i c i e n c y , a n ds h o r t l u m i n e s c e n c el i f e t i m ec a l lh e l pt oi m p r o v et h ee f f i c i e n c y t h es t u d yo nf o r m a t i o n c r o s s ，s e c t i o no ft r i p l e te x c i t o na n ds i n g l e te x c i t o ni n d i c a t e st h a tt h ef o r m a t i o no f e x c i t o nh a se f f e c to nt h el u m i n e s c e n c ee f f i c i e n c yt h ew a y t oi m p r o v et h ee f f i c i e n c yi n f r e q u e n c yd o m a i nu s i n gt h ep r o h i b i t i o no ft r i p l e te x e i t o nl u m i n e s c e n c ei sb r o u g h t f o r w a r db a s e do nt h ei n v e s t i g a t i o no nl u m i n e s c e n c eo fs i n g l e ta n dt r i p l e ta n dt h e a d v a n t a g eo fs o l i ds t a t ec a t h o d o l u m i n e s c e n c e 2 。强ee n e r g yt r a n s f e ri nw e l ls t r u c t u r ei ss t u d i e du n d e rt h el i g h te x c i t a t i o n ，a n dt h e r e s u l t ss h o wt h a tt h ep h o t o l u m i n e s c e n c ei n t e n s i t yf r o mw e l ll a y e ri n a l l o r g a n i c m u l t i l a y e rw e l ls t r u c t u r ec a l lb ee n h a n c e da n da d j u s t e db yc h a n g i n gt h eb a r r i e rl a y e r m a t e r i a l ，t h ew e l ln u m b e r , t h ew a v e l e n g t ho fe x c i t a t i o nl i g h ta n dt h et h i c k n e s so ft h e w e l ll a y e r 强eb l u es h i f tw i t ht h ec h a n g i n go fw e l lt h i c k n e s si sc a u s e df r o mt h eo v e r l a p o fs p e c t r u mi nt h ew e l ls t r u c t u r e ，弧ed o p e da n du n d o p e do r g a n i cl i g h t - e m i t t i n gd i o d e s a r ei n v e s t i g a t e di nd e t a i lb ym e a n so fe l e c t r i c f i e l d i n d u c e df l u o r e s c e n c eq u e n c h i n g r e s u l t ss h o wt h a tt h ew e l ls t r u c t u r ec a nd e c r e a s e 氇oe x c i t o nq u e n c h i n g 。t h e e l e c t r o l u m i n e s c e n e ei nw e l ls t r u c t u r ei si n v e s t i g a t e d 。t h er e s u l t ss h o wt h a tt h ew e l l s t r u c t u r ec a l li m p r o v et h ee l e e t r o l u m i n e s c e n c ee f f i c i e n c y 。u n d e rt h ee x c i t a t i o no fs o l i d s t a t ec a t h o d o l u m i n e s c e n c e ，t h ee m i s s i o ni n t e n s i t yi se n h a n c e d ，a n dt h et u r n - o nv o l t a g e f o rt h es h o r tw a v e l e n g t he m i s s i o ni sl o w e r e d s o m en e wp h e n o m e n a , s u c ha st h e a p p e a r a n c eo fc h a r g et r a n s f e re x e i t o ne m i s s i o na n db l u es h i f t o fs h o r tw a v e l e n g t h e m i s s i o n , a l ea c h i e v e d 。 3 。髓ez n on a n o r o d sw h i c hp r e s e n tg o o dm o r p h o l o g ya n dc r y s t a l l i n eh a v eb e e n f a b r i c a t e db yt h eh y d r o t h e r m a ld e c o m p o s i t i o nm e t h o d t h ez n on a n o r o d sp o s s e s sg o o d f i e l de m i s s i o np r o p e r t y t h et u r n o nf i e l di s2 8v l # ma tac u r r e n td e n s i t yo fl 努a c m 。 t h ee m i s s i o nc u r r e n td e n s i t yc a l lr e a c h0 6 7n l a c m 2u n d e rt h ea p p l i e de l e c t r i cf i e l d6 4 v m a 到kf i e l de m i s s i o ne n h a n c e m e n tf a c t o ri s3 6 6 0 ，f l u c t u a t i n g o fc u r r e n td e n s i t yi s v i i i a b s t r a c t n om o r et h a n2 5 u n d e re l e c t r i c4 5v 上mi n5h o u r s t h ef i e l de m i s s i o np r o p e r t yo f s i 0 2t h i nf i l mi n d i c a t e st h a tt h ef i e l de m i s s i o np r o p e r t yo fz n on a n o r o d si sm u c hb e t t e r t h a nt h a to fs i 0 2t h i nf i l m t h eo r g a n i c i n o r g a n i ch e t e r o s t r u c t u r el e db a s e do nz n o n a n o r o d sp r e s e n t st h eb r o a d e rd e f e c t r e l a t e dv i s i b l ee m i s s i o no fz n oc e n t e r e da t5 7 0 m na sw e l la sa l le x c i t o n i cu l t r a v i o l e te m i s s i o na t3 4 2n m t h eu l t r a v i o l e te m i s s i o nd o e s n o tc o r r e s p o n dt ot h ez n ob a n d g a pe n e r g y ( 3 。3 7e v ) a n di tb l u e s h i f t s ，w h i c ha l e i n t e r p r e t e db ye l e c t r o na c c u m u l a t i o nc a u s e df r o me n e r g yl e v e ls t r u c t u r e c t h ee x p l o r a t i o no nn e ww a yt om e a s u r ec a r r i e rm o b i l i t y i nt h i sc h a p t e rt h en o v e lm e t h o di sb r o u g h tf o r w a r d ，a n di ti st h ei n n o v a t i o no n m e t h o d o l o g ya n dt h e o r y t h em e a s u r e m e n to ft h ei m p o r t a n td y n a m i cp a r a m e t e r s ， c a r r i e rm o b i l i t y , i si n v e s t i g a t e di nt h i sc h a p t e r t h ee l e c t r o l u m i n e s c e n c ei nf r e q u e n c yd o m a i na n dt h ee l e c t r o c h e m i c a li m p e d a n c e s p e c t r o s c o p y a r e a p p l i e d t om e a s u r et h ec a r t i e r m o b i l i t y i nt h i nf i l m e l e c t r o l u m i n e s c e n c ed e v i c e t h ec a r r i e rm o b i l i t yo fm e h p p vi s1 6 4 10 击c m 2 v s u n d e rt h ee l e c t r i cf i e l d8 3x10 v c mm e a s u r e db ye l e c t r o l u m i n e s c e n c ei nf r e q u e n c y d o m a i n ，a n di ti s1 0 8 x l o c m 2 v su n d e rt h ee l e c t r i cf i e l d7 5 x 1 0 5v c mu s i n g e l e c t r o c h e m i c a li m p e d a n c es p e c t r o s c o p ym e a s u r e m e n t t h er e s u l t sa lei na c c o r d a n c e w i t ht h er e s u l tm e a s u r e db yt i m eo ff l i g h t ( 1 9 9 x10 奄c m 2 v su n d e r10 5v c m ) k e y w o r d s ：i n o r g a n i ce l e c t r o l u m i n e s c e n c e ；o r g a n i ce l e c t r o l u m i n e s c e n c e ；s o l i d s t a t ec a t h o d o l u m i n e s c e n c e ；c a r r i e rm o b i l i t y c l a s sn o ：0 4 3 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特 授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：盘汉嗣弓 签字日期：洲年多月j ，日 缴滁 新戤：j 鳓 签字日期：劲挥f 月 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除 了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也 不包含为获得北京交通大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的 同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：覆墨、如 签字日期：洲年月 日 致谢 本论文的工作是在我的导师徐叙珞院士的悉心指导下完成的，包括论文的选 题、技术路线的采用、实验结果的分析等多方面。徐先生渊博的学识、严谨的治 学态度、科学的工作方法、锐意进取的创新精神和朴实无华的生活作风以及虚怀 若谷的高尚情操，是我一生学习的榜样。在此衷心感谢三年来徐先生对我的关心 和指导。 徐征研究员、中国科学院电工所王文静教授、赵谡玲副教授、张福俊博士和 冀国蕊老师、中国科学院电工所李海玲老师、北京市太阳能研究所亢国虎工程师 在科研工作和生活上都给予了我很大的关心和帮助，在此向他们表示衷心的谢意。 黄世华教授、王永生教授、张希清教授、何志群教授、邓振波教授、何大伟 教授、侯延冰教授、滕枫教授、杨盛谊副教授、梁春军副教授、衣立新副教授、 娄志东副教授、由芳田副教授、姚志刚老师对我的科研工作和论文都提出了许多 的宝贵意见，在此表示衷心的感谢。 在实验室工作及撰写论文期间，刘德昂、姜薇薇、王丽伟、袁广才、师全民、 穆林平、朱海娜、宋丹丹、岳丽青、卢丽芳、徐登辉、唐爱伟、王申伟等博士， 李远、赵德威、王勇、宋林、祝诗扬、刘军、许洪华、刘然、贾晓昀等硕士对我 论文中的研究工作给予了热情帮助，在此向他们表达我的感激之情。 感谢新加坡南洋理工大学a s s o c p r o f x i a o w e is u n 、王健雄博士、陈佰军博士 等对我科研和生活的帮助。 感谢在身后默默支持我的家人，他们的理解和支持使我能够在学校专心完成 我的学业。 另外，本论文得到了国家9 7 3 ，8 6 3 ，国家自然科学基金重点项目，国家自然 科学基金，北京市自然科学基金，北京交通大学优秀博士生科技创新基金，北京 交通大学研究生出国访学基金( 新加坡南洋理工大学) 的资助。 在此，向所有指导、关心、帮助过我的人们表示我最真诚的谢意! 1 1 显示技术的平板化 1 绪论 当前世界已进入信息化时代，信息技术主要包括信息的采集、传输、存储和 显示。显示是整个信息技术的重要组成部分，是信息系统与人进行交互的不可逾 越的环节。科学技术的日新月异以及社会信息化的蓬勃发展促使显示技术进入了 全新的环境，显示器作为信息产业的重要构成部分，正在加速推进平板化的进程。 目前，主要的显示器件有c r t ( c a t h o d er a yt u b e ) 阴极射线管【1 - 3 1 、l c d ( l i q u i d c r y s t a ld i s p l a y ) 液晶显示器【4 8 】、p d p ( p l a s m ad i s p l a yp a n e l ) 等离子体显示器f 9 ，l0 1 、 f e d ( f i e l de m i s s i o nd i s p l a y ) 场发射显示器，1 2 】、v f d ( v a c u u mf l u o r e s c e n td i s p l a y ) 真空荧光显示器、e l d ( e l e c t r o l u m i n e s c e n c ed i s p l a y ) 电致发光显示器【1 3 1 4 】、l c o s ( l i q u i dc r y s t a lo ns i l i c o n ) 单晶硅液晶显示器【1 5 】、d l p ( d i g i t a ll i g h tp r o c e s s o r ) 数字光处理裂1 6 1 、e p d ( e l e c t r o n i cp a p e rd i s p l a y ) 电子纸显示器【1 7 , 1 8 1 等。除c r t 外，其它显示器件都属于f p d ( f l a tp a n e ld i s p l a y ) 平板显示器。在上个世纪，c r t 曾经一枝独秀，但在2 1 世纪，各类显示器将各领风骚，总的趋势是c r t 将被f p d 所 替代【1 9 之。 c r t 作为成像器件，已有1 0 0 多年的发展历史，它是实现最早、应用最为广 泛的一种显示技术，具有图像色彩丰富、还原性好、全彩色、高清晰度和成本较 低等优点。但庞大的体积是其无法逾越的鸿沟。 l c d 包括t n s t n l c d ( t w i s t e dn e m a t i c s u p e rt w i s t e dn e m a t i c l i q u i dc r y s t a l d i s p l a y ) 扭曲超扭曲液晶向列显示器、t f t l c d ( t h i nf i l mt r a n s i s t o rl i q u i dc r y s t a l d i s p l a y ) 薄膜晶体管液晶显示器。其中t f t l c d 是l c d 发展的主要方向，是目前 唯一在亮度、对比度、色彩、功耗、寿命、体积、质量等综合性能方面与c r t 相 媲美的平板显示器件。但l c d 也有不足之处，它属于被动发光，对比度和亮度受 环境的影响较大，且工艺复杂。 p d p 显示技术具有厚度薄、体积小、重量轻、屏幕亮度均匀、色彩还原性好、 响应速度快、宽视角、高亮度、高对比度、大屏幕显示等优点而得到广泛应用， 缺点是功耗大、光效低、成本高。 f e d 技术把c r t 阴极射线管的明亮清晰与液晶显示的轻薄结合起来，结果是 具有液晶显示器的厚度、c r t 显示器般快速的响应速度和比液晶显示器大得多的 亮度。这种技术需要的电量大，很难被应用于便携式设备，而且在尺寸上受限制。 北京交通大学博士学位论文 v f d 具有亮度高、显示清晰、图形设计自由度大、广视角、环境适应性强等 优点，并且它可以做彩色显示、低压驱动、易与集成电路配套。 e l d 主要包括i e l ( i n o r g a n i ce l e c t r o l u m i n e s c e n c e ) 无机电致发光、o e l ( o r g a n i c e l e c t r o l u m i n e s c e n c e ) 有机电致发光以及有机无机复合电致发光。无机电致发光又 包括注入型l e d ( l i g h te m i t t i n gd i o d e ) 发光二极管以及碰撞型电致发光。对于这 几种发光形式将在1 2 、1 3 、1 4 中详细介绍。 l c o s 是一种新型的微显示技术，它是液晶技术和半导体技术相结合的产物， 具备高亮度、高分辨率、节能、可实现大屏幕等诸多优势，可用于各类投影机、 背投电视机等。 d l p 是一种全数字反射式投影技术，其重要特点是数字优势，数字技术的采用 使图像灰度等级提高、图像噪声消失、画面质量稳定、数字图像非常精确、清晰 度高、画面均匀、色彩锐利等优点。 e p d 技术的最大意义在于环保。电子纸显示具有对比度较高、文字清晰、耗电 量极小、制造成本较低、能够折叠弯曲、携带方便、内容可以反复更新等优点。 另一特点是，一旦色彩和图案固定下来，即使切断电源也能保持所显示的内容。 对于电子纸显示来说，最大的缺陷是无法表达足够连贯的视频画面。 各种显示技术都根据自己的特点，找到了自己的应用领域和市场定位，都在 处于不断的发展和完善中。基于平板显示技术已经取得的重大成就，二十一世纪 将是平板显示的舞台。 1 2 无机电致发光 电致发光( e l e c t r o l u m i n e s c e n c e ，简称e l ) 是指材料在电场作用下发光的现象， 与其他生活中常见的发光现象不同的是，实现这种电光转换时不经过任何其它( 如 热、紫外线或电子束等) 中间物理过程。e l 并不是一种罕见的物理现象，有许多 种材料具有这种发光特性，它是于1 9 3 6 年由法国物理学家g d e s t r i a u l 2 2 。2 4 】首先发 现的。电致发光材料可分为无机和有机两大类，特别是上世纪9 0 年代后飞速发展 的有机电致发光材料将电致发光的研究和应用又推向了一个新的历史阶段。无机 电致发光历史较久，并早已进入实用阶段。从材料的形态上可分为单晶型、薄膜 型和粉末型三种。从工作方式上又可分为交流型、直流型和交直流型三种。按激 发条件又可分为高场型和低场型两种。还可按发射光谱分成红、黄、绿、蓝等多 种。但从物理本质上来讲，有两类电致发光，一类是注入式的电致发光，又称发 光二极管，它的发光来源于电子空穴对在p n 结附近的复合。另一类则为高场电 致发光，它是通过在高电场( m v c m ) 中加速的电子碰撞激发发光中心来实现发 绪论 光的。无机电致发光显示具有全固化、主动发光、视角大、分辨率高、响应速度 快、功耗低、体积小、成本低、寿命长以及抗震能力强和使用温度范围宽等优点， 是一种理想的平板显示器件，在科学仪器、医疗设备、便携式微机、航空航天和 军事领域具有广阔的应用前景。 对于无机e l 的研究，最初主要集中在粉末型电致发光器件上【2 耻6 1 。但由于粉 末电致发光屏是高电场电致发光器件，由于其具有不稳定、寿命短、发光不均匀、 效率低及对比度差等缺点，使人们将研究转向了另一种类型的电致发光低电压、 低电场的发光二极管上。但是人们很快就认识到发光二极管只能发出红、绿光。 对蓝光器件的探索使人们重新认识到高场下电致发光的重要性。同时，薄膜制备 技术的发展也为研究和开发薄膜电致发光器件提供了技术基础。这样，研究和开 发的重点就转移到了薄膜电致发光显示器件上【27 捌。 虽然无机薄膜电致发光器件的发展非常迅速，但它存在着一些问题。目前无 机薄膜电致发光领域所面临的主要问题是实现彩色化中蓝光的问题。 无机薄膜电致发光是一个比较复杂的物理现象，它包括界面发射、电子输运、 碰撞激发、场致离化等多个过程，其物理过程如图1 一l 所示。 界面发射：电子从绝缘层与发光层的界面发射到发光层的导带是整个电致 发光过程的开始。，这一过程的实质是界面能级中束缚的电子在电场作用下向导带 的隧穿。界面能级的分布情况对于电子发射过程具有决定性的影响。 电子在发光层中的输运：电致发光是靠高电场加速电子，然后碰撞激发发 光中心来实现发光的。电子输运过程决定了电子所获得的能量，是整个电致发光 过程的关键。它的实质是电子被电场加速与各种散射机制散射相互制约的过程。 电子对发光中心的碰撞激发与碰撞离化：在输运过程中获得了高能量的电 子可通过碰撞将能量传递给发光中心，引起发光中心的激发或离化，导致发光的 产生。发光中心在碰撞中可能被激发，也可能被离化。这是由发光中心以及基质 的性质决定的。这两种过程将导致不同的发光过程：碰撞激发后的发光中心直接 跃迁发光；离化了的发光中心则需通过俘获电子而复合发光【2 乒3 2 j 。 发光中心的场致离化：上面讨论了发光中心碰撞激发与碰撞离化，事实上， 在一些情况下，虽然实验上观察到的现象是碰撞离化( 复合发光) ，但实际上发光 中心也可首先被电子碰撞激发，然后激发态上的电子在高场作用下隧穿到导带， 从而实现发光中心的离化。发光中心的场致离化对发光过程有较大的影响。离化 到导带的电子可以参加复合，导致发光，也可能被其它非发光中心所俘获，使发 光减弱，称为猝灭现象。特别是由于蓝光中心激发态距离导带底很近，更容易被 离化，造成蓝光亮度的降低。 北京交通人学博士学位论文 图1 - 1 无机电致发光示意图 f i g 1 - 1s c h e m a t i cd i a g r a mo f i n o r g a n i ce l e c t r o l u m i n e s c e n c e 以上只是无机电致发光中的几个主要物理过程，事实上，整个电致发光过程 非常复杂，除了上述互相交织的几个过程外，还存