摘要：分散型電致發(fā)光(EL)是將無機熒光體粒子分散于有機聚合物中的熒光體層，并將功能性的膠體層疊積成基本單元，通過印刷加工實現(xiàn)器件化的新光源。但色純度和亮度低，新開發(fā)的混合式EL器件融合了色純度優(yōu)的有機色素，是具有高亮度、高顯色性和高附加值的新型面光源發(fā)光器件。

敘詞：電致發(fā)光(EL) 分散型 有機色素 亮度 顯色性 新光源

Abstract： The dispersion-type EL is the new light source resulting from the following process: the inorganic phosphor particles dispersed in the phosphor layer of organic polymers, and then pile functional colloid cascading into basic unit; finally, become components by printing process. With this process, the lighting has low color purity and brightness. The newly-designed mixed EL component is a new lighting component with high brightness, high color rendering and high value-added, which combines organic pigment with excellent color purity

Keyword：Dispersed type, Organic pigment, Brightness, Color rendering, New light source

1前言

分散型電致發(fā)光EL(Electro Luminescence)，具有一個將無機熒光體粒子分散于有機聚合物中的熒光體層，把功能性的膠體層疊積起來制成基本單元、以極其單純的印刷加工工藝即可實現(xiàn)器件化的新光源。構(gòu)成分散型EL的各個功能層，因使用了微粒子狀的熒光物質(zhì)和電介質(zhì)，故別名又稱粉狀(Powder)EL。分散型EL由于具有結(jié)構(gòu)簡單、可低成本制作的這一特點，與其它的發(fā)光器件比較，存在亮度低、色純度低等問題。為了擴大其應(yīng)用范圍，必須解決這些課題。迄今已實用化的分散型EL，僅限于單色LCD(液晶顯示)的背照光，移動電話的鍵控背光，配有背面光源的POP廣告等較低亮度的單色背光用途。目前處于研究水平的報導(dǎo)有：關(guān)于矩陣顯示單元;關(guān)于新型結(jié)構(gòu)的兩面發(fā)光器件等。

此外，考慮在平面發(fā)光操控盤的照明應(yīng)用場合，迄今對點光源與線光源均要求有不同的設(shè)計。為將光源擴展到2維的平面光源，不言而喻，亮度降低了，可由面積來補償。新型設(shè)計的照明伴隨有光的陰影等，期望能以這種平面發(fā)光作為前所未有的新光源。

本文，將分散型EL的單純結(jié)構(gòu)與色純度優(yōu)的有機色素融合在一起，形成有機色素分散型混合EL單元，對該單元的高亮度化和針對白色照明用的高顯色性，也即色彩還原能力佳(high colour rendition )等問題進行了探討，現(xiàn)將有關(guān)內(nèi)容介紹如下。

2 分散型EL與薄膜型EL

分散型EL是將底板上的透明電極、熒光體層、電介質(zhì)層、背面電極依次堆疊起來形成極其簡單的單純結(jié)構(gòu)，透明的底板側(cè)為發(fā)光面(圖1)。另一方面，對于薄膜型EL，是在熒光體層的兩側(cè)夾入電介質(zhì)層，形成電介質(zhì)/熒光體/電介質(zhì)的雙重絕緣結(jié)構(gòu)。這一薄膜型EL的電介質(zhì)層，利用了光透性優(yōu)越的薄膜。

在分散型EL中，‘在發(fā)光面?zhèn)鹊耐该麟姌O與熒光體層之間配置中間絕緣層的雙重絕緣結(jié)構(gòu)的例子’也有報導(dǎo)，在達到800cd/m2(cd—發(fā)光強度單位：坎德拉)的高亮度領(lǐng)域，耗電量下降了，發(fā)光效率提高了。

此外，在分散型EL與薄膜型EL的電流電壓(IV)特性上也有很大差別。在分散型EL的IV特性上，未發(fā)現(xiàn)薄膜型EL所見到的發(fā)光起始電壓，即閾值(臨界點)電壓Vth。在薄膜型EL中達到Vth之前，電壓上升，流過的電流小，超過Vth以后，電流才一起急劇增加，與此同時，開始發(fā)光。從而，在Vth以下的低電壓區(qū)，因施加于熒光體層的電場低，不發(fā)光。與此對應(yīng)，在分散型EL器件中，從低電壓到高電壓均有阻抗層那樣的電流流過，這就是，構(gòu)成分散型EL器件所有功能層含有機聚合物，以及各功能層厚度變比的原因。特別是分散型所用的熒光體，其粒子直徑大的約20um，因其粒徑不均勻，即使電極間的距離相同，加在熒光體上的電場強度也會產(chǎn)生偏差，故發(fā)光起始電壓Vth會因熒光體的不同而變化。其結(jié)果就是：電壓上升時電場強度高的熒光體開始發(fā)光。這樣一來，即使相同的無機EL，薄膜型和分散型的器件結(jié)構(gòu)不同，電氣特性也不同，在下述的亮度-電壓(LV)特性中，說明這一分散型EL的亮度上升特點。

下面介紹有關(guān)分散型EL的各功能層。

⑴ 熒光體層

以硫化鋅(ZnS)作為母材，將添加了非活性劑的熒光體粒子分散于有機聚合物中而形成熒光體層。對有機聚合物而言，如同有效電場施加于熒光體上一樣，利用了高電容率(高介電常數(shù))的氰化乙基纖維(CyanoAthylcellulose)等。熒光體的發(fā)光顏色，可通過非活性劑的組合而改變。ZnS:Cu.Cl系的發(fā)光，是將Cu作為受主(受體Acceptor)，cl作為施主(發(fā)送體 Donor)，基于這種D—A偶(pair)之間的再結(jié)合遷移。藉助cl量的改變，可由蘭色發(fā)光(460nm)得到綠色發(fā)光(510nm)。ZnS:Cu.Cl.Al系顯示綠色發(fā)光。ZnS:Cu.Cl.Mn系顯示黃色發(fā)光。這些熒光體粒子，在由印刷加工工藝制作的器件上，作為提供的粒子，大的粒徑為20um左右。而且每個熒光體粒子在有機聚合物中相互不接觸，呈分離狀態(tài)。熒光體粒子的填充密度增加，具有半導(dǎo)體特性的熒光體粒子一旦直接接觸則會形成電流路徑，因絕緣耐壓的降低難于施加高電位的電場。

⑵ 電介質(zhì)層

熒光體層中的各個熒光體粒子，在電容率高的有機聚合物中不接觸呈分散狀的場合下，不一定需要電介質(zhì)層。但在形成至熒光體電荷供給源的同時，提高了絕緣耐壓，具有將高電場穩(wěn)定施加于熒光體的功能。對于這一電介質(zhì)層來說，一般是使用BaTiO3粒子分散于有機聚合物中。因BaTiO3是具有2000～3000高電容率的材料，故有利于發(fā)光，適用于電荷充放電的材料。

⑶ 背面電極

從材料成本的觀點看，多以石墨(碳)為主要成分，利用了導(dǎo)電膠的碳精電極，或者使用導(dǎo)電性優(yōu)的銀電極作為背面電極。而且在底板側(cè)由于使用了有機系的電極材料，可以制作將所有功能層通過印刷工藝堆迭而成的器件。

3 綠色有機色素分散型混合式EL器件[!--empirenews.page--]

原來的分散型EL，因為結(jié)構(gòu)簡單，是用簡單工藝就可制作的器件。但與其它發(fā)光器件比較，亮度低，發(fā)光顏色也不充分，旨在改進這些缺點而開發(fā)的有機色素分散型混合式EL(以下稱混合式EL)，是在原來分散型EL的熒光體層涂敷了有機色素的發(fā)光器件，由于亮度和色純度的提高而引人注目。

作為一個例子，500nm附近具有發(fā)光峰值波長的蘭綠色發(fā)光ZnS系熒光體，在由此形成的熒光體層上，涂敷了綠色有機色素—香豆素(Coumarin)C6，這種混合式EL，其發(fā)光光譜如圖2所示。在熒光體層上涂敷了有機色素的混合式EL器件，一旦施加電壓，首先是無機熒光體發(fā)光，其光被有機色素吸收，有機色素被激勵而又自身發(fā)光。作為這一結(jié)果是：EL光譜的峰值向高波長側(cè)偏移，而且，伴隨著這一EL光譜向高波長側(cè)的偏移，相對能見度提高，故可望提高亮度。涂敷了C6的情況下，峰值波長由500nm移向520nm，對應(yīng)于峰值波長的偏移量，相對可見度約增大到1.7倍。

圖3為薄膜底板上制作混合式EL的亮度-電壓(LV)特性。混合式EL的亮度與原來分散型EL比較，顯示出亮度約增大1倍。綠色發(fā)光ZnS系熒光體與綠色有機色素C6的組合后，無機熒光體的發(fā)光幾乎全部為有機色素所吸收，其結(jié)果導(dǎo)致激勵的有機色素高效率的發(fā)光。加之，因相對可見度提高，亮度也提高。這樣一來，在結(jié)構(gòu)及其單純的混合式EL中，由無機熒光體的光激勵起有機色素的光，就可高效率地從外部取出來。

4 高顯色性白色發(fā)光有機色素分散型混合式EL器件

考慮到推向照明應(yīng)用時，一般白色發(fā)光是不可缺少的。目前，分散型EL，紅色波長領(lǐng)域不充分僅限于模擬(仿真)的白色發(fā)光，故可見光領(lǐng)域缺乏平衡良好的成分，可見光譜成分單一，與其它光源比較，顯色性低，也即色彩的還原能力不高，人眼不易辨別遠方物體形狀和顏色。

原來的長波長發(fā)光分散型EL，作為基于白色光源的紅色域發(fā)光，因短波長過多，故對較長波長發(fā)光的紅色發(fā)光器件有關(guān)問題進行了研討，因而制作了在紅色有機色素中摻雜質(zhì)的混合式EL器件。結(jié)果，實現(xiàn)了紅色發(fā)光混合式EL元件在長波長區(qū)的發(fā)光，這一有效手段也得到了確認(rèn)。此外，其紅色發(fā)光混合式EL元件在其開發(fā)過程中，還發(fā)現(xiàn)了包含RGB(紅綠蘭)3波長的元素。

圖4所示為白色發(fā)光混合式EL元件的EL發(fā)光光譜。由于在蘭色發(fā)光ZnS系的熒光體層上，涂敷了綠色有機色素的C6和紅色有機色素的DCJIB，故可實現(xiàn)具有RGB 3波長領(lǐng)域發(fā)光峰值的白色發(fā)光器件。對C6和DCJIB的摻雜比率進行調(diào)整，蘭色發(fā)光波長區(qū)ZnS系熒光體的光和綠色發(fā)光波長區(qū)C6的光，以及紅色發(fā)光波長區(qū)DCJIB的光，則可從外部取出構(gòu)成白色光的各波長領(lǐng)域的光。首先ZnS系熒光體，借助電場作用下被激勵，其一部分為蘭色發(fā)光，與此同時，為C6+DCJIB激勵的光。接著C6由ZnS系熒光體的光激勵，形成本身的綠色發(fā)光同時，又形成激勵DCJIB的光。最后，DCJIB被ZnS系熒光體的光和C6的光所激勵，形成紅色發(fā)光。通過這一系列的授予，RGB 3波長型的白色發(fā)光器件即能實現(xiàn)。在這一器件中，有利于發(fā)光顏色的只是無機熒光體和2種有機色素。這一白色發(fā)光混合式EL器件中，通過對ZnS系熒光體和C6、DCJIB混合比的調(diào)整，現(xiàn)正開發(fā)著平均顯色評價指數(shù)Ra=89和高顯色性的發(fā)光器件。由此，由低成本印刷加工工藝可制作的混合式EL，并附加高顯色性這一特點的分散型EL就已經(jīng)形成。

5 結(jié)束語

原來的分散型EL器件，是用印刷加工工藝可以制作，并能使面發(fā)光的控制盤實現(xiàn)低成本化的器件，但與其它的器件相比，色純度和亮度均低，作為照明應(yīng)用尚未達到實用化程度。新近開發(fā)的混合式EL器件，是克服了原來分散型EL器件缺點(顯色性不高)的新發(fā)光器件。作為新型面光源，能提高產(chǎn)品的品位和質(zhì)量，在今后的研究進程中不可缺少，可望成為具有高附加值面光源的新型發(fā)光器件。

參考文獻

佐藤利文，分散型ELデバィスの開發(fā)照明へのァプローチ，《太陽工ネルキー》2010，No5,P41-43■