新材料概論課件ppt 第7章 信息功能材料

第7章信息功能材料遼寧石油化工大學機械工程學院金屬材料工程系連景寶主要內(nèi)容7.1信息儲存材料

（略）7.2信息顯示材料7.3信息傳輸材料（略）7.4信息處理材料（略）CompanyLogo7信息功能材料

21世紀是數(shù)字化和多媒體化的世紀！??！信息材料是指信息技術(shù)所用的材料。根據(jù)材料在信息技術(shù)中的功能分類：①信息儲存材料②信息顯示材料③信息傳輸材料④信息處理材料CompanyLogo7.2信息顯示材料顯示材料是指將電信號轉(zhuǎn)化為可見光信號的材料。顯示材料分為主動顯示材料和被動顯示材料。①主動顯示材料中象元在某種方式激發(fā)下發(fā)出可見光來，常見的激發(fā)方式主要有：電子束激發(fā)，如陰極射線發(fā)光材料；光激發(fā)，如等離子體顯示材料；電場激發(fā)，如電致發(fā)光材料、發(fā)光二極管等。CompanyLogo②被動顯示中必須有環(huán)境光，同時利用某些功能材料在信號作用下光學性質(zhì)（如折射率、吸收率等）或其他性質(zhì)的變化，使環(huán)境光與功能材料相互作用后的輸出光發(fā)生了與信號相應(yīng)的變化而顯示出來。目前最主要的受光顯示材料是液晶。CompanyLogo7.2.1陰極射線（CRT）顯示材料CRT中的主要發(fā)光材料是熒光粉，熒光粉的特性直接決定顯示器的性能。目前CRT中較常用的藍色熒光粉是ZnS:Ag+，常用的綠色熒光粉是ZnS:Cu,Cl（或Al）,常用的紅色發(fā)光粉是Y2O3:Eu3+，Y2O2S:Eu3+。CompanyLogo7.2.2液晶（LCD）顯示材料液晶：在一定的溫度范圍內(nèi)，既具有晶體特有的雙折射特性，又具有液體的流動性的物質(zhì)，稱為液晶。CompanyLogo20世紀70年代初，利用扭曲向列相液晶的電光效應(yīng)和集成電路相結(jié)合，將其制成顯示器件，實現(xiàn)了液晶材料的產(chǎn)業(yè)化。80年代中期，開發(fā)成功超扭曲向列相液晶顯示材料，主要應(yīng)用在BP機、移動電話和筆記本電腦上。近年來，隨著薄膜晶體管陣列驅(qū)動液晶顯示材料（TFT-LCD）的飛速發(fā)展，TFT-LCD不僅占據(jù)了筆記本等高檔顯示器市場，而且已開始大規(guī)模應(yīng)用于臺式顯示器。CompanyLogo7.2.3等離子體（PDP）顯示材料PDP技術(shù)是在驅(qū)動電路控制下，利用其內(nèi)充的惰性氣體離子化放電，產(chǎn)生出紫外線，激發(fā)其熒光粉像素發(fā)光來實現(xiàn)顯示的。CompanyLogo7.2.3等離子體（PDP）顯示材料

與CRT相比，它具有外形輕薄等優(yōu)點，是一種能實現(xiàn)壁掛式電視的平板顯示技術(shù)；與LCD相比，PDP具有視角與亮度方面的優(yōu)勢，并且PDP采用的是厚膜技術(shù)，因而其尺寸容易做大，這與采用薄膜技術(shù)難以做成20英寸以上大尺寸顯示器件的LCD相比又是一個優(yōu)勢，在20-60英寸的大屏幕顯示領(lǐng)域更上PDP的用武之地。CompanyLogo根據(jù)組成基質(zhì)的不同，PDP熒光粉大致分為以下幾類①硅酸鹽熒光粉Y2SiO5:Eu（紅）、Zn2SiO4:Mn（綠）、Y2SiO5:Ce（藍）等；其中Zn2SiO4:Mn是目前PDP生產(chǎn)中應(yīng)用最多的綠色熒光粉。CompanyLogo②鋁酸鹽熒光粉Y3Al5O12:Eu（紅）、BaAl12O19:Mn（綠）、SrAl12O19:Mn（綠）、CaAl12O19:Mn（綠）、ZnAl12O19:Mn（綠）等，其中BaAl12O19:Mn也是應(yīng)用較為廣泛的綠色熒光粉。CompanyLogo③硼酸鹽熒光粉YBO3:Eu（紅）(Y,Gd)BO3:Eu（紅）GdBO3:Eu（紅）YBO3:Tb（綠）LuBO3:Tb（綠）等。目前應(yīng)用較多的是(Y,Gd)BO3:Eu紅色熒光粉。CompanyLogo④磷酸鹽熒光粉(Y,Gd)PO4:Eu（紅）Zn3(PO4)2:Mn（紅）YPO4：Tb（綠）LaPO4:Tm（藍）等CompanyLogo⑤其他熒光粉Y2O3:Eu（紅）CaWO4:Pb（藍）BaMgAl14O23:Mn（綠）BaMgAl14O23:Eu（藍）CompanyLogo

目前使用的PDP熒光粉仍存在一些問題，主要是:①發(fā)光效率（量子效率）和流明效率低②綠色及藍色熒光粉工序劣化及歷時劣化嚴重③影響PDP性能，制約了工業(yè)化和商業(yè)化的推廣CompanyLogoLED簡介LightEmittingDiode（LED）即發(fā)光二極管，是一種可以將電能轉(zhuǎn)變成光能的半導體器件。它是利用固體半導體芯片作為發(fā)光材料，當兩端加上正向電壓，半導體中的載流子發(fā)生復合產(chǎn)生光。CompanyLogoCompanyLogoGaN基藍光和白光LED1989年日本Nichia公司中村修二研制出世界上第一只GaN基藍光LED，1991年開始商業(yè)化生產(chǎn)。1994年該公司通過藍光激發(fā)黃光熒光粉的方法，推出世界上第一只白光LED，并提出半導體照明的概念。CompanyLogo7.2.4發(fā)光二極管（LED）顯示材料發(fā)光二極管是把電能轉(zhuǎn)化為光能的電致發(fā)光器件，其核心部分是由p型和n型半導體組成的PN結(jié)。發(fā)光過程包括三部分：正向偏壓下的載流子注入、復合輻射和光能傳輸，從而把電能直接轉(zhuǎn)換為光能。CompanyLogoLED襯底簡介LED芯片結(jié)構(gòu)主要包括襯底、PN結(jié)以及導電層。其中襯底材料主要是外延層生長的基板，是決定LED顏色、亮度、壽命等性能指標的主要因素。CompanyLogo襯底材料的選擇主要基于以下幾點：CompanyLogo襯底材料的選擇主要基于以下幾點：CompanyLogoLED襯底的分類和特點紅黃光LED（GaP基）襯底包括砷化鎵和磷化鎵。藍綠光LED（GaN基）目前市場上常用的襯底包括藍寶石（Al2O3）、硅（Si）、碳化硅（SiC）。此外AlN和ZnO也可以作為襯底材料。CompanyLogoLED襯底的分類和特點CompanyLogo材料工藝-襯底材料對比CompanyLogo材料工藝-外延片CompanyLogo材料工藝-芯片CompanyLogo材料工藝-封裝CompanyLogoCompanyLogo（3）白光LED由于照明主要采用白光，因此白光LED是當前的研究熱點。以LED為基板實現(xiàn)白光照明有多種方案，其中三種主流技術(shù)路線如下：①基于三基色原理，利用紅、綠、藍三基色LED組成白光②利用紫外LED激發(fā)三基色熒光粉，由熒光粉發(fā)出光組合成白光。③采用藍光LED激發(fā)黃色熒光粉，實現(xiàn)二元混色白光，目前最普遍的技術(shù)路線。CompanyLogo對白光LED用涂覆熒光粉而言，必須滿足兩個條件：①熒光粉的激發(fā)光譜必須與所選擇的發(fā)光二極管的發(fā)射光譜相匹配，這樣可以確保獲得更高的光轉(zhuǎn)換效率；②熒光粉的發(fā)射光譜在紫外激發(fā)下能發(fā)出白光，或者在藍光激發(fā)下與發(fā)光二極管發(fā)射出的黃光能夠復合形成白光。CompanyLogo由于目前國際上通常采用波長為350-370nm的GaInN基發(fā)光二極管作為激發(fā)光源，因此要求熒光粉的激發(fā)光譜也在此范圍之內(nèi)。同時優(yōu)質(zhì)熒光粉還應(yīng)該滿足以下特點：①發(fā)光峰集中在某些合適的波長范圍內(nèi)；②有較好的熱穩(wěn)定性；③高量子效率和激發(fā)光吸收率；④粉末顆粒細小均勻等等。CompanyLogo應(yīng)用領(lǐng)域CompanyLogoLED的商品化應(yīng)用是從1962年開始的，經(jīng)過40多年的發(fā)展，LED的發(fā)光范圍逐漸擴大到綠光、黃光，光效也逐漸從早期的0.1lm/W提高到50lm/W以上，并廣泛應(yīng)用于工業(yè)設(shè)備、儀器儀表、交通信號燈、汽車、背光源以及各種照明等領(lǐng)域。LED車燈在上海大眾途朗、安徽奇瑞瑞虎等新車型上使用CompanyLogoCompanyLogo7.2.5有機電致發(fā)光（OLED，OrganicLightEmittingDiode）材料目前全球有100多家公司正在投資開發(fā)OLED產(chǎn)品，包括IBM、NEC、Intel、柯達、東芝、菲利普、杜邦等電子產(chǎn)品巨頭。CompanyLogoOLED技術(shù)簡介OLED（OrganicLightingEmittingDiode）：有機電致發(fā)光二極管。OLED技術(shù)指在電場的驅(qū)動下，空穴和電子經(jīng)陽極和陰極在有機半導體材料中復合發(fā)光的現(xiàn)象。CompanyLogoCompanyLogoOLED的結(jié)構(gòu)CompanyLogoOLED發(fā)光原理OLED屬于載流子雙注入型發(fā)光器件，其發(fā)光機理為：在外界電壓的驅(qū)動下，由電極注入的電子和空穴在有機材料中復合而釋放出能量，并將能量傳遞給有機發(fā)光物質(zhì)的分子，后者受到激發(fā)，從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，當受激分子回到基態(tài)時輻射躍遷而產(chǎn)生發(fā)光現(xiàn)象。CompanyLogoOLED的發(fā)光過程通常有以下5個階段：1.在外加電場的作用下載流子的注入：電子和空穴分別從陰極和陽極向夾在電極之間的有機功能薄膜注入。2.載流子的遷移：注入的電子和空穴分別從電子輸送層和空穴輸送層向發(fā)光層遷移。3.載流子的復合：電子和空穴復合產(chǎn)生激子。4.激子的遷移：激子在電場的作用下遷移，能量傳遞給發(fā)光分子，并激發(fā)電子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)。5.電致發(fā)光：激發(fā)態(tài)能量通過輻射躍遷，產(chǎn)生光子，釋放出能量。CompanyLogoOLED的主要優(yōu)勢CompanyLogoCompanyLogoCompanyLogoOLED的應(yīng)用領(lǐng)域CompanyLogoOLED材料的發(fā)展概況

熱致延遲熒光材料（TADF），利用分子設(shè)計手段，在沒有重金屬原子輔助的情況下，同樣實現(xiàn)了單重態(tài)和三重態(tài)激子同時發(fā)光，成為了OLED材料領(lǐng)域新的熱點。CompanyLogoOLED材料的分類CompanyLogoCompanyLogo國內(nèi)OLED材料企業(yè)名錄國內(nèi)OLED材料目前正處于起步階段，目前沒有一家OLED材料企業(yè)能夠穩(wěn)定的量產(chǎn)OLED材料，國內(nèi)面板廠商目前依賴國外進口材料；《中國制造2025》、《十三五新材料產(chǎn)業(yè)規(guī)劃》等政府政策紅利，促使OLED材料產(chǎn)業(yè)創(chuàng)業(yè)公司遍地開花。CompanyLogo國內(nèi)OLED材料主要科研單位CompanyLogo7.2.6場發(fā)射（FED）顯示材料場發(fā)射顯示器（FEDs）是陰極射線管的平板化。FEDs的發(fā)光原理與CRT基本相同，利用冷陰極發(fā)出的電子打在熒光屏上引起發(fā)光來顯示圖像。因此既能保持優(yōu)良的像質(zhì)，又具有超薄結(jié)構(gòu)，其目前較優(yōu)秀的一種顯示技術(shù)。CRTFED電子源熱陰極電子源冷陰極電子源偏轉(zhuǎn)線圈有無工作電壓30kV＜10kV熒光粉ZnS、Zn2SiO4、Y2SiO4、Y2O3ZnS、Zn2SiO4