变色电致发光器件的新型交通灯设计

摘要：介绍了一种基于变色电致发光器件的新型交通灯设计。目前交通灯大多采用红黄绿三色LED灯组来实现交通管制功能，本设计采用能够伴随其正向偏压改变颜色的电致发光器件做交通灯灯组，且使用单片机控制，其结构相对简单，能有效降低制造成本，方便架设与维护。
关键词：变色；电致发光器件；LED；交通灯；单片机

引言
电致发光是一种使电能直接转变为光能的过程。与传统的阴极射线管(CRT)、等离子体显示(PDP)、液晶显示(LCD)相比，电致发光显示具有响应速度快、显示精度高、视角大(接近180°)等优点。电致发光器件结构简单，易实现商品化。基于电致发光效应的器件目前以有机EL(有机聚合物电致发光器件)和LED(光发射二极管)为主，大有取代传统的广泛用于电信及PC领域的CCFL背光的趋势。两者在激发和发光机制上没有本质的不同，都是在电激发下分别从2个电极注入的空穴和电子复合形成单重态激子，激子经过衰减后发光，只是制作器件的方法和材料的玻璃化温度有明显的差异。
交通在人们的日常生活中占有重要的地位，交通信号灯的出现使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行能力、减少交通事故有明显效果。近年来，随着技术的不断成熟和成本的不断下降，电致发光器件也广泛应用于交通灯的设计和制造。目前使用较多的是无机单色LED，需用红、黄、绿3种颜色的LED灯组才能完整地制造出交通灯。本文提出一种基于变色电致发光器件的新型交通灯设计方案，能有效地提高交通灯的效率和可靠性，降低制造和架设成本。

1 变色电致发光器件及工作原理
一般EL结构如图1所示。1990年，J．H．Burroughes等人以共轭高分子PPV聚合物为发光材料制成了第1个聚合物电致发光器件，之后大量的聚合物发展成为电致发光材料，例如以含铽络合物单体(Tb(acac)2(AA)pllen)为发射层，芳香族二胺类衍生物TPD为空穴传输层(结构式如图2所示)，IT0(铟2锡氧化物)导电玻璃为阳极，金属铝为阴极制作的电致发光器件(结构如图3所示)。聚合物用作电致发光材料有颜色可调，易通过旋涂、浸涂等制成大面积薄膜等优点。

结构为IT0／TPD／Tb(acac)2(AA)phen／Al的有机薄膜电致发光器件具有变色电致发光的特征。以IT0接电源正极，Al接负极，加正向直流偏压时，随电压增加，开始时电流增加缓慢，近乎线性，此时器件不发光。电压增至6 V时，电流开始显著增大，此时器件发出微弱的光，在暗处才能观察到。随电压进一步加大，电流急剧上升，发出的光数米之外均清晰可见。而加反向偏压时，器件不发光。随着正向偏压的加大，EL器件发出的光颜色也跟着变化。电压为14 V时，观察到的是蓝紫光；当电压升高到20 V时，观察到的是蓝绿光；当电压最后达到23 V时，观察到的是绿光。通过测定不同电压下的电致发光谱，得知该器件变色发光是由于空穴传输层较厚，使得TPD和Tb(acac)2(AA)phen都出现电致发光。电压不同，它们发光的强度比发生变化，故可观察到电致发光颜色变化。在此基础上，荷兰飞利浦公司提出了具有EL结构的LED的设计思想，Osram公司设计了一系列变色电致发光LED，其中LW_A6SG_Pb型为红黄蓝三色型，改变正向偏压即可实现红黄蓝三色的渐变。