２０１１年２月 第２７卷第１期 江苏教育学院学报（自然科学） Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｊｉａｎｇｓｕ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ） Ｆｅｂ．，２０１１ ＶｏＩ＿２７ Ｎｏ．１
有机电致发光材料的发展及其发光机理
胡志新
（江苏省梅村高级中学，江苏无锡２１４１１２）
［摘要］ 有机电致发光器件（ＯＬＥＤ）具有低压直流驱动、高亮度、高效率、响应速度快，适合于动态图像显示， 以及易实现全彩色大面积显示等优点，在平板显示领域引起了广泛的关注．本文介绍了近年来有机电致发光材料的发
展及其发光机理． ［关键词］ 有机电致发光；金属配合物；发光性能；发光效率 ［中图分类号］０７３４ ［文献标识码］ Ａ ［文章编号］ １６７１—１６９６（２０１１）０１—００２７—０３
一、有机电致发光材料的发展
自从Ｔａｎｇ等１９８７年研制出高亮度、高性能的有
机电致发光材料与器件（Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔ Ｄｉｏｄｅ， ＯＬＥＤ）¨ 以来，有机电致发光器件引起了科学界的
广泛关注，被普遍认为是新一代显示技术中最具竞
争力的技术之一．
与无机材料的电致发光相比，有机薄膜具有许
多优越性：（１）有机材料可获得在可见光谱范围内的
全色发光；（２）可以直接用几十伏甚至几伏的直流低
压驱动，可以和集成电路直接相匹配；（３）有机电致
发光器件制作工艺简单，可以低成本制成超薄平板
显示器件．因此，ＯＬＥＤ与当前已处于普及应用的其
它ＬＥＤ显示技术包括无机电致发光器件相比，具有
低压直流驱动、高亮度、高效率、响应速度快，适合于
动态图像显示以及易实现全彩色大面积显示等优
点．但是ＯＬＥＤ的全彩色显示目前还存在较多问题，
其中一个关键问题就是缺乏性能优异的电致发光材
料．
与其它显示技术相同，ＯＬＥＤ也采用基于红、绿、
蓝的三原色的全色显示方案．这种显示方案要求材
料具有高的荧光量子效率、饱和的色纯度、窄的发射 谱带、均匀致密的成膜和良好的热稳定性等．ＯＬＥＤ
镧系离子掺杂半导体上转换材料的简要概述
1. 引言
1.1 概述
本文旨在对镧系离子掺杂半导体上转换材料进行简要概述。随着科学技术的不断进步，上转换材料在光电领域中扮演着至关重要的角色。上转换过程是指通过吸收辐射能量并将其转化为更高能量的光，在太阳能电池、荧光显示器和生物成像等领域具有广泛的应用前景。而镧系离子掺杂半导体作为一种重要的上转换材料，因其特殊的发光性质和较大的位移交叉截面而备受研究者关注。
1.2 背景
随着人们对节能环保和可再生资源利用需求的不断增长，绿色新能源和高效光电器件的研究得到了广泛关注。而太阳能电池作为目前最常见和最具潜力的新能源发电方式之一，其效率提升是解决能源问题中的重要课题。然而，现有太阳能电池往往无法有效利用来自太阳或其他辐射源中低能量光线。此时，上转换材料就成为了解决该问题的一种有效途径。
1.3 目的
本文旨在对镧系离子掺杂半导体上转换材料进行简要概述，通过深入了解离子掺杂技术、镧系离子特性和半导体基础知识，从而揭示上转换原理及其应用领域。同时，我们将着重介绍合成及性能调控技术，并展望未来发展方向。通过本文的阐述，希望读者能够全面了解镧系离子掺杂半导体上转换材料的研究进展与前景，为相关领域的科学家和工程师提供参考和启示。
2. 镧系离子掺杂半导体
2.1 离子掺杂简介
离子掺杂是指将外源性离子引入晶格中的一种技术，在半导体材料中特别常见。其中，镧系离子是一类广泛应用于半导体的离子掺杂物种。通过离子掺杂，可以有效地改变半导体的电学、磁学和光学性质，以满足不同领域的需求。
2.2 镧系离子特性
镧系元素是指周期表中镧系元素La至Lu。这些元素具有独特的电学和光学性质，使其成为半导体上转换材料的理想选择。镧系离子在激发态下能够较长时间地保持其能级，因此可以实现高效率的荧光发射。
另外，镧系离子还具有丰富的跃迁能级和较窄的共振吸收峰，并且相互之间存在强耦合效应。这些特性使得镧系离子在上转换过程中具有很大优势，从而提高了上转换效率并降低了能量损失。
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关于上转换发光材料的报告
上转换发光，即:反-斯托克斯发光(Anti-Stokes)，由斯托克斯定律而来。斯托克斯定律认为材料只能受到高能量的光激发，发出低能量的光，换句话说，就是波长短的、频率高的材料激发出波长长的、频率低的光。比如紫外线激发发出可见光，或者蓝光激发出黄色光，或者可见光激发出红外线。但是后来人们发现，其实有些材料可以实现与上述定律正好相反的发光效果，于是我们称其为反斯托克斯发光，又称上转换发光。其原理有激发态吸收(ESA)、能量传递上转换(ETU)和光子雪崩(PA)三种。
一、上转换材料的组成
上转换纳米颗粒通常由无机基质及镶嵌在其中的稀土掺杂离子组成。尽管理论上大多数稀土离子都可以上转换发光，而事实上低泵浦功率(10W/cm2)激发下，只有和作为激活离子时才有可见光被观察到，原因是这些离子具有较均匀分立的能级可以促进光子吸收和能量转移等上转换所涉及的过程。为了增强上转换效率，通常作为敏化剂与激活剂一同掺杂，因其近红外光谱显示其有较宽的吸收域。作为一条经验法则，为了尽量避免激发能量因交叉弛豫而造成的损失，在敏化剂-激活剂体系中，激活剂的掺杂浓度应不超过2%。
上转换过程的发生主要依赖于掺杂的稀土离子的阶梯状能级。然而基质的晶体结构和光学性质在提高上转换效率方面也起到重要作用，因而基质的选择至关重要。用以激发激活离子的能量可能会被基质振动吸收。基质晶体结构的不同也会导致激活离子周围的晶体场的变化，从而引起纳米颗粒光学性质的变化。优质 2
的基质应具备以下几种性质:在于特定波长范围内有较好的透光性，有较低的声子能和较高的光致损伤阈值。此外，为实现高浓度掺杂基质与掺杂离子应有较好的晶格匹配性。综上考虑，稀土金属、碱土金属和部分过渡金属离子的无机化合物可以作为较理想的稀土离子掺杂基质。
尽管目前UC颗粒已有许多合成方法，为了得到高效的UC发光产品，许多研究仍致力于探寻合成高晶化度的UC颗粒。具有较好晶体结构的纳米颗粒，其掺杂离子周围有较强的晶体场，且因晶体缺陷而导致的能量损失较少。考虑到生物领域的应用，为与生物(大)分子结合，纳米颗粒应同时具备小尺寸和良好分散性的特点。传统的合成上转换纳米颗粒的方法中，为了得到高晶化度、高分散度、特定的晶相和尺寸的产物，总体上对反应条件有较高的要求，如高温和长反应时间，而这可能导致颗粒的聚集或颗粒尺寸变大。对此，我们最近研究找到了较温和的反应条件，在此条件下合成的纳米颗粒有小尺寸和较好的光学性质。严格控制掺杂浓度，还可以得到不同晶相和尺寸的纳米颗粒。
一、背景
早在1959年就出现了上转换发光的报道，Bloemberge在Physical Review Let— ter上发表的一篇文章提出，用960nm的红外光激发多晶ZnS，观察到了525nm绿色发光。1966年，Auzel在研究钨酸镱钠玻璃时，意外发现，当基质材料中掺入Yb3+离子时，Er3+、H03+和Tm3+离子在红外光激发时，可见发光几乎提高了两个数量级，由此正式提出了“上转换发光”的观点。
二、优点
上转换发光具有如下优点：①可以有效降低光致电离作用引起基质材料的衰退；②不需要严格的相位匹配，对激发波长的稳定性要求不高；③输出波长具有一定的可调谐性。
三、稀土上转换材料的应用
随着频率上转换材料研究的深入和激光技术的发展，人们在考虑拓宽其应用领域和将已有的研究成果转换成高科技产品。上转换发光在上转换激光器、光纤放大器、三维立体显示和防伪领域都具有很好的应用前景。上转换研究的一个主要应用，是以它作为泵浦机制来实现篮、绿和紫波段的激光器。上转换激光器以其体积小、可产生可见光波长的激光倍受重视。
随着80年代半导体激光器的迅速发展和稀土离子掺杂的玻璃光纤质量的提高，以半导体激光器作共振泵浦的上转换光纤激光器的研究以其转换效率高、激光阈值低、体积小、结构简单可靠等优良性引起了重视。随着科学技术的发展，人们已经不满足于现有的信息成果。在显示领域中，由于经济、科技、教育、交通等领域的需要，以实现逼真及大容量信息显示的三维立体显示越来越适应人们的要求，并要求显示器能够显示更多、更快和更复杂的立体图像。上转换三维立体显示器正是适应这种要求而产生的，它
不仅可以再现各种实物的立体图像，而且可以随心所欲的显示各类计算机处理的高速动态立体图像。
四、目前存在的问题
稀土离子上转换发光材料的研究是发光材料研究中的一个热点。就目前而言，其上转换发光的机理、稀土离子的掺杂方案、基质材料、上转换发光效
