大学材料科学与工程经典课件第四章——PLED

ChapterfourElectroactivePolymers第四章PLED,Outline,电致发光高分子材料ElectroluminescentPolymerMaterials聚合物发光二极管polymerlight-emittingdiode(PLED)电致变色高分子材料ElectrochromicPolymerMaterials高分子驻极体PolymericElectret,历史机理优点结构组成制备,Section1电致发光高分子材料,本征导电高分子Discoveryofinherentconductivepolymers1990s聚对苯乙炔的电致发光现象Poly(p-phenylenevinylene)(PPV):firstconjugatedpolymerexhibitingelectroluminescenceLate1990s发现发蓝光的材料，全显示成为可能DevelopmentofblueemittingpolymermaterialsFullcolordisplaybecamepossible,一、电致发光高分子的历史,载流子激子单线态与三线态磷光和荧光电致发光的量子效率载流子注入效率,二、与发光机理相关的基本概念,载流子空穴和电子激子处于激发态能级上的电子与处于价带的空穴通过静电作用结合形成的高能态中性离子。,基态与激发态,基态电子都处于尽可能低的能量状态，同一能级尽量分占不同的轨道且自旋方向相同，在同一轨道成对排布时自旋方向要相反。要使电子从低能轨道跃迁到高能轨道，必须供给能量。如果能量能满足电子所需能量时，电子便有可能从能量较低的轨道进入能量较高的轨道，这叫电子的跃迁。,单线态与三线态,如图所示的（2），此时分子的电子排布违反了两条排布原则，处于单线激发态。如图所示的（3），此时分子的电子排布违反了一条排布原则，处于三线激发态。,激发,荧光,非光耗散,磷光,单线激发态,三线激发态,电致发光材料中的能量传输,基态,磷光及荧光,物质受到外来光线、电子、高能粒子的照射时，就会发光如果照射引起物质原子外层电子扰动，电子受激后向低能级跃迁，就可发射包括红外线、紫外线和可见光。当照射停止后，发光仍能持续一段时间，余辉在10秒以上的称磷光。余辉在10秒以下的称荧光。电致发光中磷光并不明显，荧光构成发光的主体。,荧光和磷光都是电子从激发态回到基态的电磁辐射（发光）现象。通常指寿命短的（107-108秒）为荧光，中断供能，立即停止发光，而寿命长的为磷光，中断供能仍能持续发光。供能方式有：（1）光频发射（光致发光）；（2）阴极射线、X-射线及其它高能粒子的辐射；（3）电场引发的场致发光（材料？）,家用日光灯的玻璃管内涂有卤磷酸钙Ca5(PO4)3(F,Cl):Sb3+,Mn2+萤光粉，在汞蒸汽机辉光放电产生的紫外线照射下放出较宽波长的可见光。（早期）彩色电视显象管使用的荧光粉是Zn1-xCdx:AgCl，当时发红色荧光。,电致发光的量子效率发出荧光的能量与与激发过程总能量的比值载流子注入效率正负极注入载流子的有效程度，与正负极材料有关。应选用高功函的阳极材料和低功函的阴极材料。功函是指在0K从样品中移走一个电子所需要的最小能量,聚合物电致发光机理,载流子的注入从阴极和阳极注入载流子的迁移电子和空穴分别向发光层迁移载流子的空穴和迁移电子在发光层中相遇复合并产生激子激子将能量传递给发光分子并激发电子从基态跃迁到激发态电致发光激发态能量通过辐射耗散产生光子释放出光能,从负极注入的电子与从正极注入的空穴复合成激子，激子从高能态回到低能态，发出荧光,发光机理Mechanismoflightemitting,优点可以实现纯正的红绿蓝显色实现全谱带发光Purered,green,andblueemissionAchieveafullcolordisplay低压驱动，超薄超轻，制作简单响应速度快,结构StructureofPLEDcell,Multi-layeringOLEDmaterialsWithvariousdegreesofelectron/holemobilityIncreasetheprobabilityofelectron-holerecombinationImproveelectroluminescentefficiency,阴极/阳极材料,阳极AnodeITO(In-Sn2O3)Al-Al2O3PAni,阴极CathodeCaAlMgZnCrAlloysofthesemetals,电子传输材料Electrontransportmaterials电子流动性好HighelectronmobilityIncorporationofelectrondeficientnitrogenatoms,八羟基喹啉的金属络合物,空穴注入材料Holeinjectionmaterials空穴流动性好Highholemobility电荷离域性强Facilitatechargedelocalization,Poly-p-phenylenevinylene(PPV),Poly(vinylcarbazole)(PVK),Poly(aniline)(PAni),Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)(PEDOT),发光材料的结构Chemicalstructure&compositionoflightemittingpolymers,主链发光材料MainchainLEPsLight-emittinggroupsinthemainchain侧链发光材料SidechainLEPsLight-emittinggroupsinthesidechains,主链发光材料,SubstitutionsR1,R2,R3,R4,R5,R6Tunecharge-transportcharacteristicsAdjustthecolorofemittedlightEnhancesolubility通过调节取代基调节电荷的传输性质调节发光颜色范围加强材料的溶解性,Addingelectron-donatinggroupstothePPVchainred-shiftsitslightemissiontoorangeAddingelectron-acceptinggroupsgivesablueshift增加给电子基团发生红移增加吸电子基团发生蓝移,Poly(p-phenylenevinylene)(PPV)derivatives,常见的电致发光高分子材料Lightemittingpolymers,彩色表示其发光颜色,Polythiophene(PTh)derivatives,Polyphenylene&itsderivatives,MainchainLEPswithlight-emittinggroups&flexiblespacersinthemainchain,SidechainLEPswithlight-emittinggroupsinthesidechainsAdvantagesAvarietyofpossiblependantmo