（光學(xué)專業(yè)論文）有機固態(tài)陰極射線發(fā)光中基本參數(shù)的表征及改進.pdf

中文摘要 摘要：發(fā)光是鴦然界的一種基本現(xiàn)象，是物理學(xué)科審的一個重要分支，已經(jīng) 被應(yīng)用到各種不同領(lǐng)域的研究中，如光學(xué)、化學(xué)、礦物學(xué)、考古學(xué)、醫(yī)學(xué)、生物 學(xué)。發(fā)光有五個重要豹基本特征需要研究：光譜、強度、衰減、效率及偏振。另 一方面，測定動力學(xué)參數(shù)是對發(fā)光學(xué)中基本問題的研究，將有助于更好的研究發(fā) 光中的基本特征。在這種背景下，本文從固態(tài)陰極射線發(fā)光入手，對其發(fā)光的重 要特征進行了理論和實驗研究，包括光譜、強度，并利用新的結(jié)構(gòu)對它進行了改 進，最后對載流子遷移率測量的新方法進行了探索。 論文的主要研究內(nèi)容和取得的成果如下： a 固態(tài)陰極射線發(fā)光中光譜、強度的表征 露態(tài)麓極菇線發(fā)光是一種嶄新的發(fā)光方式，它的發(fā)現(xiàn)是在理論上的創(chuàng)薪，是 在源頭上的創(chuàng)新。 l 。利用有柵無帆復(fù)合電致發(fā)光的方法證實，在較低的電壓下z n o 、z n s 相對 于s i 0 2 具有較好的一次特性( 傳導(dǎo)特性) ，在較高的電壓下s i 0 2 較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 引入到有機電致發(fā)光中，通 過電場強度和注入勢壘的協(xié)同作用，使得發(fā)光效率得以提高。 2 固態(tài)陰極射線發(fā)光具有兩個特征：第一個是具有長波及短波兩個發(fā)光峰， 并且這兩個發(fā)光峰的發(fā)光強度隨著電壓的不圈麗變訖，第二個是短波峰翳增加幅 度大于長波峰的增加幅度。這兩個特征的形成和初電子的來源以及發(fā)光機制相聯(lián) 系。低電壓下的長波發(fā)光來源于碰撞激發(fā)后激予的發(fā)光，高電壓下的短波發(fā)光則 來源于電場作用下激子離化后的帶帶間的復(fù)合發(fā)光以及巍接的碰撞離化。在較低 的電壓下初電子來源予界面態(tài)，麗當(dāng)電壓較高的時則來源予隧穿。 3 激子解離的動力學(xué)分析表明理論計算和實驗結(jié)果能夠吻合的比較好，在電 場較低的情況下，電場是激子解離的主要因素，在電場較高的情況下，除電場外 直接的碰撞離化也是一個不可忽略的因素。經(jīng)過理論計算，激子形成靜截西是帶 帶輻射復(fù)合截面的6 倍。 b 固態(tài)麓極射線發(fā)光中發(fā)光弛豫時聞及初電子源的改進 利用阱結(jié)構(gòu)及場發(fā)射陰極陣列對固態(tài)陰極射線發(fā)光進行了改進，這屬于在器 件結(jié)構(gòu)上的創(chuàng)新。 1 頻域內(nèi)不同發(fā)光壽命發(fā)光的研究表明，可以通過改變頻率來提高效率，尤 其是短壽命的發(fā)光。單重態(tài)激子與三重態(tài)激子形成截面的研究表明，激予的形成 截面對于發(fā)光效率有重要的影響。以此為基礎(chǔ)，結(jié)合固態(tài)陰極射線所固有的一些 北京交通人學(xué)博士學(xué)位論文 優(yōu)勢，提出了在頻域內(nèi)通過抑制三線態(tài)激子的發(fā)光而提高發(fā)光效率的方法。 2 光激發(fā)下阱結(jié)構(gòu)的能量轉(zhuǎn)移的研究表明，阱結(jié)構(gòu)中阱層的發(fā)光能夠通過改 變壘層的材料、阱的數(shù)目和厚度、激發(fā)波長來調(diào)整和提高。光激發(fā)下的阱結(jié)構(gòu)中， 隨阱層厚度的變化而出現(xiàn)的藍移是由于光譜的重疊造成的。利用電場調(diào)制的光致 發(fā)光對摻雜和未摻雜的器件進行了研究，結(jié)果證明阱結(jié)構(gòu)能夠降低激子的猝滅。 電激發(fā)下的阱結(jié)構(gòu)中可以提高器件的發(fā)光效率。固態(tài)陰極射線激發(fā)下的阱結(jié)構(gòu)， 實現(xiàn)了固態(tài)陰極射線發(fā)光強度的提高，短波峰出現(xiàn)的電壓降低，并出現(xiàn)了新的物 理現(xiàn)象，如電荷轉(zhuǎn)移激子峰的出現(xiàn)，短波峰的藍移。 3 利用水熱法在較低的溫度下生長了具有比較好的形貌和晶型的z n o 納米 棒，并表現(xiàn)出了較好的場發(fā)射特性，當(dāng)電流密度為l # a c m 2 時，開路電場是2 8 v # m ，當(dāng)電場為6 4v # m 時，電流密度可以達到0 6 7m a c m 2 ，場增強因子為3 3 6 0 。 穩(wěn)定性測試表明，在5 小時內(nèi)，4 5v # m 的電場下，其波動不超過2 5 。s i 0 2 薄 膜的場發(fā)射特性表明z n o 納米棒的場發(fā)射性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)強于s i 0 2 薄膜的場發(fā)射性能， 能夠提供更多的初電子。將z n o 納米棒應(yīng)用到有機電致發(fā)光器件中，實現(xiàn)了z n o 的可見區(qū)發(fā)光( 5 7 0n m ) 以及紫外區(qū)的發(fā)光( 3 4 2n m ) ，相對z n o 帶間發(fā)射( 3 3 7 e v ) ，紫外發(fā)光有大約4 0n m 的藍移，這是由于器件能級結(jié)構(gòu)對電子的積累造成的。 c 載流子遷移率測量的新方法探索 突破傳統(tǒng)的測量方法的限制，從新的角度進行審視，對載流子遷移率進行了 研究，并提出了新的方法，這部分內(nèi)容屬于方法及原理上的創(chuàng)新。 在頻域內(nèi)利用電致發(fā)光的方法得到在電場為8 3 x1 0 5v c m 時，m e h p p v 的遷 移率為1 6 4 x 1 0 擊t i n 2 v s ，利用交流阻抗譜的方法，得到在電場強度為7 5 1 0 5 v c m 時，m e h p p v 的遷移率為1 0 8 x 1 0 七c m 2 v s 。這與用飛行時間方法測得的 結(jié)果( 電場為1 0 5v c m 時，載流子的遷移率為1 9 9 x 1 0 西c m 2 v s ) 能夠相吻合。 關(guān)鍵詞：無機電致發(fā)光：有機電致發(fā)光；固態(tài)陰極射線發(fā)光；載流子遷移率 分類號：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 北京交通火學(xué)博士學(xué)位論文 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 。強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 強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 氌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 擊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 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解北京交通大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定。特 授權(quán)北京交通大學(xué)可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索， 并采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編以供查閱和借閱。同意學(xué)校向國 家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤。 ( 保密的學(xué)位論文在解密后適用本授權(quán)說明) 學(xué)位論文作者簽名：盤漢嗣弓 簽字日期：洲年多月j ，日 繳滁 新戤：j 鰳 簽字日期：勁揮f 月 獨創(chuàng)性聲明 本人聲明所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進行的研究工作和取得的研究成果，除 了文中特別加以標(biāo)注和致謝之處外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也 不包含為獲得北京交通大學(xué)或其他教育機構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。與我一同工作的 同志對本研究所做的任何貢獻均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。 學(xué)位論文作者簽名：覆墨、如 簽字日期：洲年月 日 致謝 本論文的工作是在我的導(dǎo)師徐敘珞院士的悉心指導(dǎo)下完成的，包括論文的選 題、技術(shù)路線的采用、實驗結(jié)果的分析等多方面。徐先生淵博的學(xué)識、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹?學(xué)態(tài)度、科學(xué)的工作方法、銳意進取的創(chuàng)新精神和樸實無華的生活作風(fēng)以及虛懷 若谷的高尚情操，是我一生學(xué)習(xí)的榜樣。在此衷心感謝三年來徐先生對我的關(guān)心 和指導(dǎo)。 徐征研究員、中國科學(xué)院電工所王文靜教授、趙謖玲副教授、張?？〔┦亢?冀國蕊老師、中國科學(xué)院電工所李海玲老師、北京市太陽能研究所亢國虎工程師 在科研工作和生活上都給予了我很大的關(guān)心和幫助，在此向他們表示衷心的謝意。 黃世華教授、王永生教授、張希清教授、何志群教授、鄧振波教授、何大偉 教授、侯延冰教授、滕楓教授、楊盛誼副教授、梁春軍副教授、衣立新副教授、 婁志東副教授、由芳田副教授、姚志剛老師對我的科研工作和論文都提出了許多 的寶貴意見，在此表示衷心的感謝。 在實驗室工作及撰寫論文期間，劉德昂、姜薇薇、王麗偉、袁廣才、師全民、 穆林平、朱海娜、宋丹丹、岳麗青、盧麗芳、徐登輝、唐愛偉、王申偉等博士， 李遠(yuǎn)、趙德威、王勇、宋林、祝詩揚、劉軍、許洪華、劉然、賈曉昀等碩士對我 論文中的研究工作給予了熱情幫助，在此向他們表達我的感激之情。 感謝新加坡南洋理工大學(xué)a s s o c p r o f x i a o w e is u n 、王健雄博士、陳佰軍博士 等對我科研和生活的幫助。 感謝在身后默默支持我的家人，他們的理解和支持使我能夠在學(xué)校專心完成 我的學(xué)業(yè)。 另外，本論文得到了國家9 7 3 ，8 6 3 ，國家自然科學(xué)基金重點項目，國家自然 科學(xué)基金，北京市自然科學(xué)基金，北京交通大學(xué)優(yōu)秀博士生科技創(chuàng)新基金，北京 交通大學(xué)研究生出國訪學(xué)基金( 新加坡南洋理工大學(xué)) 的資助。 在此，向所有指導(dǎo)、關(guān)心、幫助過我的人們表示我最真誠的謝意! 1 1 顯示技術(shù)的平板化 1 緒論 當(dāng)前世界已進入信息化時代，信息技術(shù)主要包括信息的采集、傳輸、存儲和 顯示。顯示是整個信息技術(shù)的重要組成部分，是信息系統(tǒng)與人進行交互的不可逾 越的環(huán)節(jié)?？茖W(xué)技術(shù)的日新月異以及社會信息化的蓬勃發(fā)展促使顯示技術(shù)進入了 全新的環(huán)境，顯示器作為信息產(chǎn)業(yè)的重要構(gòu)成部分，正在加速推進平板化的進程。 目前，主要的顯示器件有c r t ( c a t h o d er a yt u b e ) 陰極射線管【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 ) 液晶顯示器【4 8 】、p d p ( p l a s m ad i s p l a yp a n e l ) 等離子體顯示器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 ) 場發(fā)射顯示器，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 ) 真空熒光顯示器、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 ) 電致發(fā)光顯示器【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 ) 單晶硅液晶顯示器【1 5 】、d l p ( d i g i t a ll i g h tp r o c e s s o r ) 數(shù)字光處理裂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 ) 電子紙顯示器【1 7 , 1 8 1 等。除c r t 外，其它顯示器件都屬于f p d ( f l a tp a n e ld i s p l a y ) 平板顯示器。在上個世紀(jì)，c r t 曾經(jīng)一枝獨秀，但在2 1 世紀(jì)，各類顯示器將各領(lǐng)風(fēng)騷，總的趨勢是c r t 將被f p d 所 替代【1 9 之。 c r t 作為成像器件，已有1 0 0 多年的發(fā)展歷史，它是實現(xiàn)最早、應(yīng)用最為廣 泛的一種顯示技術(shù)，具有圖像色彩豐富、還原性好、全彩色、高清晰度和成本較 低等優(yōu)點。但龐大的體積是其無法逾越的鴻溝。 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顯示器、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 ) 薄膜晶體管液晶顯示器。其中t f t l c d 是l c d 發(fā)展的主要方向，是目前 唯一在亮度、對比度、色彩、功耗、壽命、體積、質(zhì)量等綜合性能方面與c r t 相 媲美的平板顯示器件。但l c d 也有不足之處，它屬于被動發(fā)光，對比度和亮度受 環(huán)境的影響較大，且工藝復(fù)雜。 p d p 顯示技術(shù)具有厚度薄、體積小、重量輕、屏幕亮度均勻、色彩還原性好、 響應(yīng)速度快、寬視角、高亮度、高對比度、大屏幕顯示等優(yōu)點而得到廣泛應(yīng)用， 缺點是功耗大、光效低、成本高。 f e d 技術(shù)把c r t 陰極射線管的明亮清晰與液晶顯示的輕薄結(jié)合起來，結(jié)果是 具有液晶顯示器的厚度、c r t 顯示器般快速的響應(yīng)速度和比液晶顯示器大得多的 亮度。這種技術(shù)需要的電量大，很難被應(yīng)用于便攜式設(shè)備，而且在尺寸上受限制。 北京交通大學(xué)博士學(xué)位論文 v f d 具有亮度高、顯示清晰、圖形設(shè)計自由度大、廣視角、環(huán)境適應(yīng)性強等 優(yōu)點，并且它可以做彩色顯示、低壓驅(qū)動、易與集成電路配套。 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 ) 無機電致發(fā)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 ) 有機電致發(fā)光以及有機無機復(fù)合電致發(fā)光。無機電致發(fā)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 ) 發(fā)光二極管以及碰撞型電致發(fā)光。對于這 幾種發(fā)光形式將在1 2 、1 3 、1 4 中詳細(xì)介紹。 l c o s 是一種新型的微顯示技術(shù)，它是液晶技術(shù)和半導(dǎo)體技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物， 具備高亮度、高分辨率、節(jié)能、可實現(xiàn)大屏幕等諸多優(yōu)勢，可用于各類投影機、 背投電視機等。 d l p 是一種全數(shù)字反射式投影技術(shù)，其重要特點是數(shù)字優(yōu)勢，數(shù)字技術(shù)的采用 使圖像灰度等級提高、圖像噪聲消失、畫面質(zhì)量穩(wěn)定、數(shù)字圖像非常精確、清晰 度高、畫面均勻、色彩銳利等優(yōu)點。 e p d 技術(shù)的最大意義在于環(huán)保。電子紙顯示具有對比度較高、文字清晰、耗電 量極小、制造成本較低、能夠折疊彎曲、攜帶方便、內(nèi)容可以反復(fù)更新等優(yōu)點。 另一特點是，一旦色彩和圖案固定下來，即使切斷電源也能保持所顯示的內(nèi)容。 對于電子紙顯示來說，最大的缺陷是無法表達足夠連貫的視頻畫面。 各種顯示技術(shù)都根據(jù)自己的特點，找到了自己的應(yīng)用領(lǐng)域和市場定位，都在 處于不斷的發(fā)展和完善中?；谄桨屣@示技術(shù)已經(jīng)取得的重大成就，二十一世紀(jì) 將是平板顯示的舞臺。 1 2 無機電致發(fā)光 電致發(fā)光( e l e c t r o l u m i n e s c e n c e ，簡稱e l ) 是指材料在電場作用下發(fā)光的現(xiàn)象， 與其他生活中常見的發(fā)光現(xiàn)象不同的是，實現(xiàn)這種電光轉(zhuǎn)換時不經(jīng)過任何其它( 如 熱、紫外線或電子束等) 中間物理過程。e l 并不是一種罕見的物理現(xiàn)象，有許多 種材料具有這種發(fā)光特性，它是于1 9 3 6 年由法國物理學(xué)家g d e s t r i a u l 2 2 。2 4 】首先發(fā) 現(xiàn)的。電致發(fā)光材料可分為無機和有機兩大類，特別是上世紀(jì)9 0 年代后飛速發(fā)展 的有機電致發(fā)光材料將電致發(fā)光的研究和應(yīng)用又推向了一個新的歷史階段。無機 電致發(fā)光歷史較久，并早已進入實用階段。從材料的形態(tài)上可分為單晶型、薄膜 型和粉末型三種。從工作方式上又可分為交流型、直流型和交直流型三種。按激 發(fā)條件又可分為高場型和低場型兩種。還可按發(fā)射光譜分成紅、黃、綠、藍等多 種。但從物理本質(zhì)上來講，有兩類電致發(fā)光，一類是注入式的電致發(fā)光，又稱發(fā) 光二極管，它的發(fā)光來源于電子空穴對在p n 結(jié)附近的復(fù)合。另一類則為高場電 致發(fā)光，它是通過在高電場( m v c m ) 中加速的電子碰撞激發(fā)發(fā)光中心來實現(xiàn)發(fā) 緒論 光的。無機電致發(fā)光顯示具有全固化、主動發(fā)光、視角大、分辨率高、響應(yīng)速度 快、功耗低、體積小、成本低、壽命長以及抗震能力強和使用溫度范圍寬等優(yōu)點， 是一種理想的平板顯示器件，在科學(xué)儀器、醫(yī)療設(shè)備、便攜式微機、航空航天和 軍事領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。 對于無機e l 的研究，最初主要集中在粉末型電致發(fā)光器件上【2 恥6 1 。但由于粉 末電致發(fā)光屏是高電場電致發(fā)光器件，由于其具有不穩(wěn)定、壽命短、發(fā)光不均勻、 效率低及對比度差等缺點，使人們將研究轉(zhuǎn)向了另一種類型的電致發(fā)光低電壓、 低電場的發(fā)光二極管上。但是人們很快就認(rèn)識到發(fā)光二極管只能發(fā)出紅、綠光。 對藍光器件的探索使人們重新認(rèn)識到高場下電致發(fā)光的重要性。同時，薄膜制備 技術(shù)的發(fā)展也為研究和開發(fā)薄膜電致發(fā)光器件提供了技術(shù)基礎(chǔ)。這樣，研究和開 發(fā)的重點就轉(zhuǎn)移到了薄膜電致發(fā)光顯示器件上【27 捌。 雖然無機薄膜電致發(fā)光器件的發(fā)展非常迅速，但它存在著一些問題。目前無 機薄膜電致發(fā)光領(lǐng)域所面臨的主要問題是實現(xiàn)彩色化中藍光的問題。 無機薄膜電致發(fā)光是一個比較復(fù)雜的物理現(xiàn)象，它包括界面發(fā)射、電子輸運、 碰撞激發(fā)、場致離化等多個過程，其物理過程如圖1 一l 所示。 界面發(fā)射：電子從絕緣層與發(fā)光層的界面發(fā)射到發(fā)光層的導(dǎo)帶是整個電致 發(fā)光過程的開始。，這一過程的實質(zhì)是界面能級中束縛的電子在電場作用下向?qū)?的隧穿。界面能級的分布情況對于電子發(fā)射過程具有決定性的影響。 電子在發(fā)光層中的輸運：電致發(fā)光是靠高電場加速電子，然后碰撞激發(fā)發(fā) 光中心來實現(xiàn)發(fā)光的。電子輸運過程決定了電子所獲得的能量，是整個電致發(fā)光 過程的關(guān)鍵。它的實質(zhì)是電子被電場加速與各種散射機制散射相互制約的過程。 電子對發(fā)光中心的碰撞激發(fā)與碰撞離化：在輸運過程中獲得了高能量的電 子可通過碰撞將能量傳遞給發(fā)光中心，引起發(fā)光中心的激發(fā)或離化，導(dǎo)致發(fā)光的 產(chǎn)生。發(fā)光中心在碰撞中可能被激發(fā)，也可能被離化。這是由發(fā)光中心以及基質(zhì) 的性質(zhì)決定的。這兩種過程將導(dǎo)致不同的發(fā)光過程：碰撞激發(fā)后的發(fā)光中心直接 躍遷發(fā)光；離化了的發(fā)光中心則需通過俘獲電子而復(fù)合發(fā)光【2 乒3 2 j 。 發(fā)光中心的場致離化：上面討論了發(fā)光中心碰撞激發(fā)與碰撞離化，事實上， 在一些情況下，雖然實驗上觀察到的現(xiàn)象是碰撞離化( 復(fù)合發(fā)光) ，但實際上發(fā)光 中心也可首先被電子碰撞激發(fā)，然后激發(fā)態(tài)上的電子在高場作用下隧穿到導(dǎo)帶， 從而實現(xiàn)發(fā)光中心的離化。發(fā)光中心的場致離化對發(fā)光過程有較大的影響。離化 到導(dǎo)帶的電子可以參加復(fù)合，導(dǎo)致發(fā)光，也可能被其它非發(fā)光中心所俘獲，使發(fā) 光減弱，稱為猝滅現(xiàn)象。特別是由于藍光中心激發(fā)態(tài)距離導(dǎo)帶底很近，更容易被 離化，造成藍光亮度的降低。 北京交通人學(xué)博士學(xué)位論文 圖1 - 1 無機電致發(fā)光示意圖 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 以上只是無機電致發(fā)光中的幾個主要物理過程，事實上，整個電致發(fā)光過程 非常復(fù)雜，除了上述互相交織的幾個過程外，還存