S0表示的是基态能级,S1、S2和T1表示的是激发态能级,有机材料发光的过程,就是电子从高能级跃迁到低能级释放能量的过程(S1-->S0或T1-->S0),这个释放出的能量,就是可见光;
所以OLED发光的整个过程如下:
1. 电子和空穴在发光层中相遇时,会产生复合效应;
2. 复合的过程中产生激子,激子在电场的作用下迁移,将能量转移给发光层中的掺杂材料;
3. 掺杂材料中的电子吸收能量后,从基态跃迁到激发态;
4. 因为激发态是不稳定的,电子会从激发态再次跃迁回基态,同时释放出能量,产生光子。
根据发光材料激发态能级的不同,电子在跃迁回基态的过程中释放出不同能量的光子,根据公式E=hv,能量决定光的波长,而波长意味着光的颜色。
有机发光层的发光机理(来源:网络)
前面讲到了OLED材料发光的大致原理,下面我们来看一下OLED材料的分类。
在讲解之前,我们必须学习两个概念: 电子自旋量子数和电子激发态多重度。
首先是电子自旋量子数:
如果把原子比作太阳系的话,原子核是太阳,电子就是行星。
与行星类似,电子在围绕原子核运动的时候(并不是公转哦,而是随机的位置闪现,形成云状),本身也在自转(严格讲也不是自转,其产生的效果等同于自转)。
根据史特恩-格拉赫实验测量得出,电子自旋量子数的值为1/2或-1/2(单位是h/2Pi,h是普朗克常量)
注:括号里的话看看就行,不要试图深入理解,因为这些属于大杀器《量子力学》的内容。
电子自旋示意图(来源:百度百科)
然后是电子激发态多重度:
电子激发态的多重度用M=2s+1表示,s为电子自旋量子数的代数和(代数和没有负数),即ms1+ms2,数值为0(1/2+负1/2)或1(1/2+1/2)。
根据泡利不相容原理,分子中同一轨道所占据的两个电子必须具有相反的自旋方向,即自旋配对。
假如分子中全部轨道里的电子都是自旋配对的(1/2配负1/2),即s=0,分子的多重度M=1,该分子体系便处于单重态,用符号S表示,大多数有机物分子的基态处于单重态。
电子跃迁时如果还伴随自旋方向的改变,分子便有了两个自旋不配对的电子,即s=1(1/2+1/2),分子的多重度M=3,该分子体系处于三重态,用符号T表示。
多重态示意图,上下箭头表示电子自旋方向 (上图摘自网络,下图摘自OFweek)
根据洪德定则,处于分立轨道上的非成对电子,平行自旋要比成对自旋更稳定些,因此三重态能级总是比相应的单重态略低(可从能级图上看出来)。
能级图全貌,不用理解里面全部内容(来源:网络)
单重态和三重态指的是两个自旋电子不同的耦合状态,是通过复杂的计算得出的。详细的就不讲了,下面是三重态的耦合状态公式,你们体验一下。