有机高分子材料在光电中的应用解析资料.ppt
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1、功能高分子材料在光电领域的功能高分子材料在光电领域的应用应用概论随着新一代显示技术的普及,LCD、PDP、OLED等这些新兴的名词逐渐被人们所熟悉。这也标志有机高分子功能材料有机高分子功能材料在光电领域中有着不可替代的地位。当然,以激光器的诞生、光纤的普及,使得通信进入了光的时代。在这场革命中有机高分子材料同样不甘寂寞,塑料光纤、非线性光学有机材料说明这些。光电功能有机高分子材料主要应用领域光电显示领域的应用光电显示领域的应用液晶材料:电致发光材料:闪烁体材料:光通信领域的应用光通信领域的应用有机非线性光学材料有机光导纤维材料 信息存储领域的应用信息存储领域的应用光致变色材料 微电子领域的应用
2、微电子领域的应用光刻胶其它领域的应用其它领域的应用光电子显示技术光显示技术集电子、通信和信息处理技术于一身,是电子信息工业继微电子、计算机之后的又一重大发展机会。而这个领域也是光电功能有机高分子材料应用最为成熟的领域。以液晶材料和有机电致发光材料为基础的LCD和OLED将成为这个领域的主导者。液晶材料什么叫液晶?液晶液晶(liquidcrystal)是一种在一定温度范围内呈现不同于固态、液态的特殊物质形态,是一种介于固是一种介于固体与液体之间,具有规则性分子排列的有机化合物体与液体之间,具有规则性分子排列的有机化合物。液晶的历史。1888奥地利植物学家莱尼兹尔发现。1889德国物理学家Lehm
3、ann观察到了液晶现象,并正式命名。1922法国人菲利德尔将液晶分为三种基本类型也就是现在人们所熟知的,向列型,近晶型及胆笫村1963威廉姆斯发现向列液晶中的畴结构1968美国的RCA公司发现了向列型液晶通电后动态散射模式,并正式提出液晶的电子显示的概念。1985出现了STN液晶目前:广泛采用的TFT驱动的STN液晶。液晶的分类:向列型液晶棒状分子都以相同的方向排列,每个分子在长轴方向比较自由的移动,不存在层状结构近晶型液晶棒状分子排列成层状,分子相互平行排列与层大致垂直胆甾相液晶分子在层面内与向列型液晶一样呈平行排列但是长轴取向由少有些差异,整个液晶形成螺旋状。常见的液晶分子早期的液晶大多是
4、刚性棒状的分子早期的液晶大多是刚性棒状的分子 中心桥键的结构与液晶性能密切相关中心桥键的结构与液晶性能密切相关无中心桥键,对光、电具有很高的稳定无中心桥键,对光、电具有很高的稳定性,粘度特别低性,粘度特别低液晶材料的基本特性液晶具有和光学单轴晶体同样的各向异性的折射率,具有两个不相同的主折射率。施加电场后,液晶的排列方向随之改变,并改变了液晶光学性质。液晶的扭曲效应常见的液晶显示器件液晶显示器的原理图垂直线性偏光器玻璃薄片透明X电极校准层液态晶体流校准层透明Y电极玻璃薄片水平线性偏光器DSTN(dual-scantwistednematic,双扫描交错液晶显示),被动矩阵(无源矩阵)TFT(t
5、hinfilmtransistor,薄膜晶体管显示),积极矩阵(有源矩阵)液晶着色原理图液晶工作原理图液晶材料在其它光电领域应用高速光功能器件高速光功能器件光快门非线性光功能器件非线性光功能器件特殊的液晶材料DOMAMBC也存在倍频效应,与YAG激光产生了2阶非线性效应。分立元器件分立元器件部分液晶材料具有较大的介电常数,可以被用来制作大容量小型的电容。电致发光材料及OLEDOLED的市场前景电致发光效应电致发光效应电致发光效应是指在功能材料(主要是荧光体)在外加电场作用下的自发光现象。电致发光就方式而言可以分为两种:注入型和本征型。就材料而言可以分为:有机性和无机性两大类。OLED的结构原理
6、图OLED的原理示意图陰極陰極陰極陰極陽極陽極陽極陽極电电电电子子子子传输层传输层传输层传输层保保保保护层护层护层护层玻璃基板玻璃基板玻璃基板玻璃基板紅光紅光紅光紅光緑光緑光緑光緑光藍光藍光藍光藍光白色光白色光白色光白色光白色光白色光白色光白色光白光白光白光白光发发发发光光光光层层层层空穴空穴空穴空穴传输层传输层传输层传输层蓝滤蓝滤蓝滤蓝滤色色色色层层层层绿滤绿滤绿滤绿滤色色色色层层层层红滤红滤红滤红滤色色色色层层层层OLED的特点OLED从理论的角度来说可以提供真正像纸一样薄的显示器。而且是柔性的,可以嵌在衣服首饰等等。低功耗、光视角、响应速度(亚微秒级),以实现大面积全彩显示。结构相当简单
7、。日本2002年政府启动政府基金支持开始60英寸OLED研发OLED的产品常用的OLED材料柯达公司采用的有机小分子结构材料。采用的工艺流程是蒸镀的方式。剑桥所采用的有机大分子结构。采用的工艺流程是甩胶的方式。除了光致发光层外,电流注入层和空穴注入层都广泛采用高分子有机化合物有机高分子闪烁体材料闪烁体材料在辐射的作用下能够发出短暂荧光或者磷光的物质荧光和磷光材料主要区别在于跃迁辐射的机理不同。有机闪烁体有机的闪烁体主要有蒽、联苯等有机体。目前发展的塑料荧光材料采用高聚物和荧光物质组成,其中高聚物在塑料闪烁体中起着溶解荧光物质、吸收射线能量、传递能量和基质作用。有机荧光材料的特点目前塑料荧光体主
8、要有聚苯乙烯、聚甲苯乙烯、聚二甲基苯乙烯、聚甲基丙酸甲脂、环氧树脂等。这些高分子有机荧光材料特点:发光衰减时间短、光自吸收小、容易加工成型。闪烁体材料的基本原理。是个比较复杂的基础理论问题。不经与闪烁体本身有关还和激发物质(各种辐射,电子射线)。目前还没有统一完善的理论。通常的解释,按照分子轨道理论,原子间形成的分子时可以组成若干个分子轨道,其中有成健轨道和反健轨道。基态分子的成健电子运动在成健轨道中。当受到激发的时候,成健轨道中的一个电子就可能跃迁到反健轨道上,这样的分子称为激发态分子。量子力学中指出,激发态分子中,跃迁到反健轨道上的电子,其自旋可以有两种状态。自旋方向相同的称为单线态,自旋
9、方向相同成为三态线,两种态都是激发态但是能级不同。通常认为单线态跃迁到基态发出荧光,三线态跃迁到基态发出磷光,其发光是在一段的时间内衰减的。荧光体主要应用闪烁探测器利用闪烁体发出的荧光,经过光电倍增管在阳极等到了电压脉冲,测定其脉冲变化,就可以设计出闪烁计数器,闪烁能谱仪等多种闪烁探测器。闪烁探测中的荧光材料卢瑟福第一次用肉眼x粒子撞击荧光屏产生了闪烁光,但是那是有机闪烁体;震惊世界的弱相互作用宇称不守恒定律的实验证明,就是由华裔吴健雄女士利用闪烁实验而完成的。光导塑料纤维普通光纤的简介芯芯芯芯包层包层包层包层树脂被覆层树脂被覆层树脂被覆层树脂被覆层传统光纤是一种高度透明的玻璃丝,由纯石英经复
10、杂传统光纤是一种高度透明的玻璃丝,由纯石英经复杂传统光纤是一种高度透明的玻璃丝,由纯石英经复杂传统光纤是一种高度透明的玻璃丝,由纯石英经复杂的工艺拉制而成。的工艺拉制而成。的工艺拉制而成。的工艺拉制而成。光纤光纤光纤光纤中心部分中心部分中心部分中心部分(芯芯芯芯Core)Core)同心圆状包裹层同心圆状包裹层同心圆状包裹层同心圆状包裹层(包层包层包层包层Clad)Clad)涂覆层涂覆层涂覆层涂覆层特点:特点:特点:特点:ncorencore ncladnclad 光在芯和包层之间的光在芯和包层之间的光在芯和包层之间的光在芯和包层之间的界面上反复进行全反射,并在光纤中传递下去。界面上反复进行全反
11、射,并在光纤中传递下去。界面上反复进行全反射,并在光纤中传递下去。界面上反复进行全反射,并在光纤中传递下去。19701970年激光器和低损耗光纤这两项关键技术的重大突破,使光纤通年激光器和低损耗光纤这两项关键技术的重大突破,使光纤通年激光器和低损耗光纤这两项关键技术的重大突破,使光纤通年激光器和低损耗光纤这两项关键技术的重大突破,使光纤通信开始从理想变成可能。信开始从理想变成可能。信开始从理想变成可能。信开始从理想变成可能。19741974年美国贝尔研究所发明了低损耗光纤制作法年美国贝尔研究所发明了低损耗光纤制作法年美国贝尔研究所发明了低损耗光纤制作法年美国贝尔研究所发明了低损耗光纤制作法CV
12、DCVD法(气相沉积法(气相沉积法(气相沉积法(气相沉积法),使光纤损耗降低到法),使光纤损耗降低到法),使光纤损耗降低到法),使光纤损耗降低到1 1分贝公里。分贝公里。分贝公里。分贝公里。19771977年,贝尔研究所和日本电报电话公司几乎同时研制成功寿命达年,贝尔研究所和日本电报电话公司几乎同时研制成功寿命达年,贝尔研究所和日本电报电话公司几乎同时研制成功寿命达年,贝尔研究所和日本电报电话公司几乎同时研制成功寿命达100100万小时(实用中万小时(实用中万小时(实用中万小时(实用中1010年左右)的半导体激光器,从而有了真正实年左右)的半导体激光器,从而有了真正实年左右)的半导体激光器,从
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