电致发光又称场致发光,电致发光现象是指电能直接转换为光能的一类发光现象,它包括注入式电致发光和本征型电致发光。
(1)注入式电致发光:直接由装在晶体上的电极注入电子和空穴,当电子与空穴在晶体内再复合时,以光的形式释放出多余的能量。注入式电致发光的基本结构是结型二极管(LED);
(2)本征型电致发光:又分为高场电致发光与低能电致发光。其中高场电致发光是荧光粉中的电子或由电极注入的电子在外加强电场的作用下在晶体内部加速,碰接发光中心并使其激发或离化,电子在回复到基态时辐射发光。
从发光原理电致发光可以分为高场电致发光和低场电致发光。高场电致发光是一种体内发光效应。发光材料是一种半导体化合物,掺杂适当的杂质引进发光中心或形成某种介电状态。当它与电极或其他介质接触时,其势垒处于反向时,来自电极或界面态的电子,进人发光材料的高场区,被加速并成为过热电子。它可以碰撞发光中心使之被激发或被离化,或者离化晶格等。再通过一系列的能量输运过程,电子从激发态回到基态而发光。低场电致发光又称为注人式发光,主要是指半导体发光二极管(LED)。1960 年人们发现GaAs的p-n结二极管,在正向偏压下,发生少数载流子注入,并在p-n结附近,两种载流子发生复合而发光。由于这种半导体材料禁带较窄,发出的是红外光。随后,利用这一原理,不断开拓较宽禁带的半导体材料GaP,GaInP,GaAlAs,GaN等等,陆续研制成红色、黄色、绿色和蓝色的发光二极管。近年来,在电致发光领域,有机薄膜电致发光异军突起。一般认为,有机电致薄膜发光过程由以下5 个步骤:
(1) 载流子的注入。在外加电场的作用下,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层注入。电子从阴极注入到有机物的最低未占据分子轨道(LUMO ),而空穴从阳极注入到有机物的最高占据分子轨道(HOMO) 。
(2) 载流子的迁移。注入的电子和空穴分别从电子传输层和空穴传输层向发光层迁移。
(3) 载流子的复合。电子和空穴结合产生激子。
(4) 激子的迁移。激子在有机固体薄膜中不断地作自由扩散运动,并以辐射或无辐射的方式失活。
(5) 电致发光。当激子由激发态以辐射跃迁的方式回到基态,就可以观察到电致发光现象,发射光的颜色是由激发态到基态的能级差所决定的。