本文研究了介质对交流粉末电致发光器件的发光老化性的影响，用具有特殊性能的水溶性苯丙乳胶作为介质制备的交流粉末电致发光器件，其发光老化性能得到较大幅度提高；并分析了这种发光器件老化的主要原因和机制，提出防止发光老化应注意的问题。The eFFect of the mediums on agening perFormence of AC powder electroluminescent deviCe is tesearched,the special water-soluble phenylpropioniC emulsion used as a medium is introduced into AC powder electroluminescent davids and the ageing perFormence of the device is raised.The main cause and mechanism For the ageing of,lectroluminescent device is analoged and the problems on avoidins ageing is also given as well.国家自然科学基

林爱清

林秀森

胡启富

邓彩玲

Journal of Applied Optics

Xiamen University Institutional Repository

第 17卷19 9 6应 用 光 学Vo l,17,N o.61 9 96交流粉末电致发光器件的介质对老化性能的影响`胡启 富 林秀森 邓彩玲 林爱清(厦 门大学物理系 厦门 36 1 00 5 )【摘要】 本文研究了介质对交流粉末电致发光器件的发光老化性的影响,用具有特殊性能的水溶性苯丙乳胶作为介质制备的交流粉末电致发光器件,其发光老化性能得到较大幅度提高 ; 并分析 了这种发光器件老化的主要原因和机制,提出防止发光老化应注意的问题。关键词 电致发光器件 介质 苯丙乳胶E F F E C T O F M E D I U M S O N A G E IN G P E R P O R M E N C EO F A C P O 丫V D E R E L E C T R O L U M I N E S C E N T D E V I C EH u Q if u L in X iu s e n D e n g C a i l i n g L i n A i q i n g( P h ys ics De P ar t m e n t o f X ai m e n U n i v e r s i t y,X ia m e n,36 1 00 5 )A b s t r a e t:T l l e e f介 e t o f t h e m e d iu m s o n a s e n 坑8 P e r of r n l e n ec o f A C P o w d e r e le e t r o lu-m ni e s e e n t d e vi e e 15 r e s e a r e h e d, th e s P e e ia l w a t e r一s o lu b le P h e n y lP r o P i o n i e emu l s i o n u s e d a s ame d iu m 15 in t r o d u ec d in t o A C P o w d e r e l e e t r o lu m in e s e e n t d e v i ec a n d t h e a s e ni s P e r f o r m e n e e o ft h e d e v ie e 15 r a i s e d.T h e ma in acu s e a n d m e e h a n i s nl of r th e a g e ni s o f e le c t r o lu m in e s e e n r d e v ie e15 a n a l邓e d a n d t h e P r o b l e ms o n a v o id ni s a s e in s 15 a l s o s i v e n a s w e l l·K e y w o r d s: e le e t r 0 1u m in e s c e n t d e v 沁 e,m e d iu m,P h e n y lP r o P i o n i e e n l u l s io n目前,交流粉末 电致发光器件在显示技术和特殊照明等方 面已有广泛的应用。发光寿命 (即老化性能 ) 是发光器件最重要的指标之一,现水平还不高,多年来一直是国内外科学家研究 的重点之一,L e h m a n n w〔幻早在 1 9 6 6 年就研究 出一种长 寿命的交流电致发光粉 (荧光体 ),他认为发光体本身的发光寿命是足够长的,交流粉末电致发光器件的发光寿命关键在于制屏工艺。选择性能 良好的介质 (粘合剂 ) 和采用合理的工艺配方,对提高交流粉末电致发光器件的发光亮度和寿命是至关重要的。为了寻找新的介质和探索新的工艺条件,近年来,我们进行了大量的实验研究。1 实验. 国家 自然科学基金资助项 目3 4为了研究介质对交流粉末 电致发光器件的发光老化性能的影响,分别用水溶性苯丙乳胶、醇酸树脂 Ps 35一70 三种不同的介质制备交流粉末电致发光器件。制屏工艺均采用喷涂法。这种发光器件的具体制备工艺和结构与文献②所述类似,这里不再重述。同时,为了便于比较,把上面所制备的三种介质的发光屏,每一块都分成 2 小块,其中的一小块在严格的干燥气氛中用高温脱水处理过的分子筛进行防潮密封,另一小块不密封,把他们都做成发光器件。在室温下用同样的激发条件 (即 1 6 0V。8 0 0H z ) 进行连续老化实验(测试前,每一种发光器件均未经老化试验 ),测试其发光亮度 Jt与连续工作时间 t 的关系(JI t 、 JZ t 、J 3t分别代表以水溶性苯丙乳胶、醇酸 树 脂 和 P 535一” 。 为 介质 的器 件的发 光亮度 )。测试结果见表 1。为了便于比较,对上面各种发光器件所测得的发光亮度数据,都用它的初始亮度进行归一化。另外,因未防澎 密封的三种发光器件的测试结果一样,都是衰减得非常之快,表中只列出 P S” 一70 的这种发光器件的实验数据 (J4 t)。表 l 交流粉末电致发光器件的发光亮度 (J.)与工作时间 (t ) 的关系致发光器件的 J:~ t 特性曲线; 曲线 d 代表未经防潮密封 的以 P 53 一 7 。为介 质的发光器件的 Jt~ t 特性 曲线。比较 图中的 a, b , e , d 各曲线,一 目了然,经防潮密封的以水溶性苯丙乳胶为介质的交流粉末 电致发光器件的 Jt~ t 特性最好;其次是 以 P 53一70 为介质的发光器件 ; 第三是 以醇酸树脂为介质的发光器件 ; 最差 的是未经防潮密封的发光器件。图 1 交流粉末电致发光器件的 J一 t 曲线a ) 苯丙乳胶 ; b ) 醇酸树脂; e ) P , 3卜 ” 。 ; d )未封装的 P 53_70 发光器件t (h ) O 1 5 1O 巧 30 50 75 100 12 5J i:(J lo ) 1 0.94 1 0.778 0.73 1 0.694 让幻1 让豹 8 0 539 0.5肠 0.4名3J盏 (J加 ) 1 0.94 2 0.8伪 0.7乃 0.676 0.576 0.见5 0.450 0.4铭 0.375J, (J, ) 1 0.948 0.8 17 0 746 0.695 0.602 0.52 6 0.4铭 0 4乃 0.393J如 (场 ) 1让 459 0.205 0.148 0.132 住侧 7 佳价 3 0.0哭 0.052 0.0502 结果与讨论根据表 1的数据,分别作出以水溶性苯丙乳胶、醇酸树脂和 P 535一 7 。为介质制备的交流 粉 末 电致 发 光器 件 在 外 加 电压 1 6 0 v,80 0Hz 激发下连续工作 时的发 光亮度 Jt与时间 t 的关系特性曲线,如图 1所示,曲线 a,b, c 分别代表经防 潮密封的以水溶性苯丙乳胶、醇酸树脂和 P *一 7 。为介质的交流粉末电利用文献③提供的方法 即用拟合公式:L o g ( J。/ J:) 一 a L o g 忿一 C和双对数坐标,根据表 1 的实验数据分别作出经防潮密封的以水溶性苯丙乳胶、醇梭树脂 和 P 5 3 5一二0为介 质的三种交流粉末 电致发光器件的老化特性曲线,见 图 2。在图 2 中,直线 a, b , c 分别代表以水溶性苯丙乳胶、醇梭树脂和 P 5 3 5一”。为介 质的发 光器件 的发 光老化特性。从图 2 我们可 以分别估算得到以水溶性苯丙乳胶、醇酸树脂和 P5 35 一 7 。为介质的各种粉末交流电致发光器件的半 寿命 ( 即J。,2/ 寿命 )、J。3/ 寿命 (即发光器件的亮度下降到初始亮度的三分之一时的工作时间 ) 和0J 4/ 寿命,见表 2。从表 2 可知,用水溶性苯3 5丙乳胶为介质制备的交流粉末电致发 光器件的老化性能最好,它的半 寿命 比以醇酸树脂和 P 53 一 70为介质的发 光器件的约提 高一倍;而 JO/ 3 寿命和 JO4/ 寿命 ( 对于亮度高 的发光器件, J O 4/ 亮度还可继续使用 ) 却提高好几倍,所以用不同介质制备的交 流粉末电致发光器件,其老化性能的好坏差别很大,用水溶性苯丙乳胶为介质制备的这种发光器件老化性能得到较大幅度提高,说明介质 对器件的发光老化性能起 着非常重要的作用。了声夕`- - - - 一 一 一 一 一 一 一 一 一 - 一 一云叮一 ) 》 了- - - - - - - - - -一奋叮瑞十价一十-布拼一万1 . 时。 4/, 1 .趁 J 。 : / 3 . 色 , I内|、之.、J 。 : /2 1J o. 2】0J, 吧图 2 交流粉末电致发光器件的老化特征)a 苯 丙乳胶;b) 醇酸树脂;e ) P 5 3 5一 77 0表 2 各种粉末 A c E L 器件的 J。2/ 寿命、J。 / 3寿命和 J。4/ 寿命器件种类 苯丙乳 醇酸树 P53 5一 , , 。器件胶器件 脂器件J。 / 2寿命 (小时 ) 一 0 5 1 59J。 / 3寿命 (小时 ) 5 2 0 164 1 90J。 / 4寿命 (小时 ) 1 3 6〔) 3 2 2 3 7 5这种水溶性苯丙 乳胶 是由丙烯酸丁脂、甲基丙烯 酸、苯乙烯、丙烯酸等原料,添加一些醇类或醚类物质,共 聚反应形成 的一种水溶性乳液。它本身含水量约 5 2 %。其成膜最主要 的是 水分挥发 而形 成高分 子凝聚成膜。这种材料还加有流平剂,它具有独特的物理化学性能:硬结前是乳白色的完全混溶3 6于水的溶液 ; 硬结后形成的膜不但是透 明柔软,而且是致密光亮,抗氧化、耐光、耐热性能好,抗水性能强。大概这就是用水溶性苯丙乳胶作介质做成的粉末交流电致发光老化性能.得到较大辐度提高的主要原因。另外,我们把这种材料配成喷液,经测试它的介质常数。 约为 14,比醇酸树脂 (。 ~7 ) 和 P 5 3卜二。 (。 二 1 0 ) 的介电常数大得多,用它作介质制备 的粉末 A C E L 器件 不仅 有 良好的发光老化性能,而且发光亮度也比我们以前用醇酸树脂作介质的发光器件高 得多。另外,水溶性苯丙乳胶价格便宜、配方简单,又可用水作稀释液和用水清洗喷涂用具,不仅节约大量有机溶剂,降低成本,而且大大减少环境污染。因此,一旦把水溶性苯丙乳胶用在生产粉末交流电致发光器件的制屏工艺上,对提高经济效益和社会效益都将很有意义。在图 1 中,曲线 c 和 d 分别代表在用同一种介质制备的同一块发光屏上做成的经在严格的干燥气氛中用脱水处理过的分子筛进行防潮密封的和未密封的两种发光器件的 Jt~ t 特性曲线。比较这两条 曲线,可非常明显地看出这两种发光器件的老化性能差别非常大。经防潮密封的发光器件工作一小时后,其发光亮度为初始亮度的 95 %; 工作 24 小时后,它是初始亮度的 6 3 %左右。而未防潮密封的同样发光器件工作一小时后,其发 光亮度还没有初始亮度的一半 (见表 1 ) ; 工作 24小时后,它只有初始亮度的十分之一左右。为什么没有防潮密封的粉齐交流 电致发光器件的发光亮度会衰减得那么快,而经防潮密封的同样发光器件却好 得多 ? 显然,这主要是空气中水汽的作用。由于在发光粉和介质内渗透进水份,使 z n s: C u 发光材料 电解,破坏了发光体的结构〔们 。 它的化学反应过程如下:电解Z x1 5 十 H Z O一Z n` 甲十 S` 一这些离子在电场作用下,分别向阴极和阳极移动,并获得和失去电子,反应结果如下:Z n Z+ + Ze 一一 Zn5 2一 + Ze +一 SZ n 原子的析出,潮解的发光屏在表面形成黑斑。由于发光材料 Zn S 基质受破坏,使器件的发光亮度下降。为了防止水汽潮解Z n S , 在电场中产生 电解而引起发光老化,应尽量避免水份的侵人,必须分别在发光粉、粘结剂 (介质 )、制屏和防潮密封工艺上严格采用各种有效的脱水和防潮措施,使发光器件发光老化速度缓慢,从而延长器件的使用寿命。除了水汽原因外,对于在干燥气氛中工作的粉末交流电致发光器件 (例如把它们放在干燥盒里 或进行严格的防潮密封 ),它们的发光老化机制又是如何呢 ? K.H 一r a b a y a 、 h i等人凶把粉末 A c E L 器件放在干燥盒里,通过实验证明:发光老化后的器件经过热处理后,其发光亮度得到恢复,其发光亮度恢复的时间关系与发光老化的时间关系类似,并且计算出老化和恢复的激发能都是 0.3 e v 左右,说明发光亮度恢复是发光老化的完全相反的过程。由此得出结论:老化是由于在发光区域内而不是在整个发光体范围内 cu 离子向硫化铜尖端的电迁移引起的,而恢复是由于 C u 离子的热扩散得到的。根据这个结论,我们能够较好地解释在干燥气氛中工作的粉末 A c E L 器件的发光老化现象。对于这种发光器件,老化机制与发光机制是紧密相连的。在对粉末发光器件施加一定交流电压时,缀饰缺陷线 (位错线 ) 的硫化铜导电线尖端形成 比外加平均电场高得多 (约大二百倍 ) 的局部场,在这局部场强的作用下,光就以发光线形式发射出来。而在干燥气氛中工作的这种发光器件的发光老化是 由于在发光区域 内而不是在整个整个发光体范围内的铜离子在电场作用下向缀缺陷线的硫化铜导电线尖端迁移,使此尖端钝化,减少了局部电场,由此引起发光线的强度降低,致使发光器件的发光亮度减弱。3 结论通过对水 溶性 苯丙 乳胶、醇 酸树脂和P 53 一70 三种不 同介质制备粉末交 流电致发光器件的老化性能的研究,说明介质对交流粉末 电致发光器件的老化性能有很大影响。未防潮密封的发光器件的发光亮度衰减比有防潮的同样器件快得多,说明水汽是这种发光器件老化的主要原因,它使发光材料电解,破坏发光体的结构。在干燥气氛中工作的这种发光器件的老化是 由于在发光区 域内的 Cu离子向硫化铜尖端的迁移引起 的。我们用水溶性苯丙乳胶为介质制备的交流粉末 电致发光器件的老化性能得较大幅度提高。因此,寻找性能良好的介质,对提高发光器件的使用寿命很有现实意义。参考文献L e h m a n n W.J.E l e e t r o e h e m.S o e. ,1 9 66,1 1 3( 1 ):4 ()一 4 1胡 启富等.厦 门大学学报 ` 自然科学 版 ),19 4,33 ( 5 ):6 2 ()一 6 2 4胡 启富.厦 门大 学学报 ( 自然科学 版 ),1 99 3,3 2( 4 ):4 3 ()一 4 3 3葛葆王圭.电致发 光原理 及应用.北 京:测绘 出版社,1 9 8 5,1 2 2H i r a b a y a s lz i K e r a l.J.E l e e t r o e h e n l.S o e. ,1 9 8 2,1 2 9 ( 2 ):3 6 2一 36 5

EFFECT of MEDIUMS ON AGEING PERPORMENCE of AC POWDER ELECTROLUMINESCENT DEVICE

http://dspace.xmu.edu.cn/bitstream/handle/2288/121479/%e4%ba%a4%e6%b5%81%e7%b2%89%e6%9c%ab%e7%94%b5%e8%87%b4%e5%8f%91%e5%85%89%e5%99%a8%e4%bb%b6%e7%9a%84%e4%bb%8b%e8%b4%a8%e5%af%b9%e8%80%81%e5%8c%96%e6%80%a7%e8%83%bd%e7%9a%84%e5%bd%b1%e5%93%8d.pdf?sequence=1&isAllowed=y

EFFECT of MEDIUMS ON AGEING PERPORMENCE of AC POWDER ELECTROLUMINESCENT DEVICE

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Xiamen University Institutional Repository