第7章新型光電顯示技術(shù)

1、v7.1 電致變色顯示技術(shù)電致變色顯示技術(shù)v7.2 場致發(fā)射顯示技術(shù)場致發(fā)射顯示技術(shù)v7.3 電致發(fā)光顯示技術(shù)電致發(fā)光顯示技術(shù)v7.4 電泳顯示技術(shù)和鐵電陶瓷顯示技術(shù)電泳顯示技術(shù)和鐵電陶瓷顯示技術(shù)v習(xí)題七習(xí)題七 第第7章章 新型光電顯示技術(shù)新型光電顯示技術(shù)7.1 電致變色顯示技術(shù)電致變色顯示技術(shù) 7.1.1 電致變色（電致變色（electro chromism，EC）現(xiàn)象）現(xiàn)象v 有許多物質(zhì)在受到外界各種刺激，例如受熱、光照、流有許多物質(zhì)在受到外界各種刺激，例如受熱、光照、流過電流的時(shí)侯，其顏色會(huì)發(fā)生變化，即產(chǎn)生過電流的時(shí)侯，其顏色會(huì)發(fā)生變化，即產(chǎn)生著色現(xiàn)象著色現(xiàn)象。所謂。所謂電致變色現(xiàn)象，是

2、指電致著色和發(fā)光現(xiàn)象，從電致變色現(xiàn)象，是指電致著色和發(fā)光現(xiàn)象，從顯示的角度看顯示的角度看則是專門指施加電壓后物質(zhì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)使顏色發(fā)生可則是專門指施加電壓后物質(zhì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)使顏色發(fā)生可逆性的電致變色現(xiàn)象。逆性的電致變色現(xiàn)象。 電致變色顯示器件（電致變色顯示器件（Electro Chromism Device，ECD）在諸多領(lǐng)域的巨大應(yīng)用潛力吸引了世界上許多國家不）在諸多領(lǐng)域的巨大應(yīng)用潛力吸引了世界上許多國家不僅在應(yīng)用基礎(chǔ)研究，而且更在實(shí)用器件的研究上投入了大量僅在應(yīng)用基礎(chǔ)研究，而且更在實(shí)用器件的研究上投入了大量的人員和資金，以求在這方面取得突破。的人員和資金，以求在這方面取得突破。 電

3、致變色材料v 電致變色材料能在外加較低的驅(qū)動(dòng)電壓或電流作用下，電致變色材料能在外加較低的驅(qū)動(dòng)電壓或電流作用下，發(fā)生可逆的顏色變化發(fā)生可逆的顏色變化，是材料的價(jià)態(tài)和組分發(fā)生可逆的變化，是材料的價(jià)態(tài)和組分發(fā)生可逆的變化，使材料的光學(xué)性能發(fā)生改變或者保持改變，同時(shí)電致變色材使材料的光學(xué)性能發(fā)生改變或者保持改變，同時(shí)電致變色材料還需要有很好的離子導(dǎo)電性，較高的對(duì)比度、變色效率和料還需要有很好的離子導(dǎo)電性，較高的對(duì)比度、變色效率和循環(huán)周期等電色性能。電致變色材料分為無機(jī)電致變色材料循環(huán)周期等電色性能。電致變色材料分為無機(jī)電致變色材料和有機(jī)電致變色材料。和有機(jī)電致變色材料。無機(jī)電致變色材料無機(jī)電致變色材料

4、的典型代表是三氧的典型代表是三氧化鎢，目前，以化鎢，目前，以WO3為功能材料的電致變色器件已經(jīng)產(chǎn)業(yè)為功能材料的電致變色器件已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化。而化。而有機(jī)電致變色材料有機(jī)電致變色材料主要有聚噻吩類及其衍生物、紫羅主要有聚噻吩類及其衍生物、紫羅精類、四硫富瓦烯、金屬酞菁類化合物等。以紫羅精類為功精類、四硫富瓦烯、金屬酞菁類化合物等。以紫羅精類為功能材料的電致變色材料已經(jīng)得到實(shí)際應(yīng)用。能材料的電致變色材料已經(jīng)得到實(shí)際應(yīng)用。v在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，尤其是制備電致變色器件，電致變色材料在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，尤其是制備電致變色器件，電致變色材料一般來說應(yīng)滿足以下要求：一般來說應(yīng)滿足以下要求：v(1)具有良好的電化學(xué)氧化還原

5、可逆性；具有良好的電化學(xué)氧化還原可逆性；v(2)快速的變色響應(yīng)；快速的變色響應(yīng)；v(3)顏色的可逆變化；顏色的可逆變化；v(4)顏色變化的高度靈敏；顏色變化的高度靈敏；v(5)有較高的循環(huán)壽命；有較高的循環(huán)壽命；v(6)有一定的存貯記憶功能；有一定的存貯記憶功能；v(7)穩(wěn)定的化學(xué)特性。穩(wěn)定的化學(xué)特性。v電致變色主要有電致變色主要有3種形式：種形式：（1）離子通過電解液進(jìn)入材料引起變色。）離子通過電解液進(jìn)入材料引起變色。（2）金屬薄膜電沉積在觀察電極上。）金屬薄膜電沉積在觀察電極上。（3）彩色不溶性有機(jī)物析出在觀察電極上。）彩色不溶性有機(jī)物析出在觀察電極上。v電致變色顯示有以下電致變色顯示有以

6、下突出的優(yōu)點(diǎn)突出的優(yōu)點(diǎn)：（1）顯示鮮明、清晰，優(yōu)于液晶顯示板。）顯示鮮明、清晰，優(yōu)于液晶顯示板。（2）視角大，無論從什么角度看都有較好的對(duì)比度。）視角大，無論從什么角度看都有較好的對(duì)比度。（3）具有存儲(chǔ)性能，如寫電壓去掉且電路斷開后，顯示信）具有存儲(chǔ)性能，如寫電壓去掉且電路斷開后，顯示信號(hào)仍可保持幾小時(shí)到幾天，甚至一個(gè)月以上，存儲(chǔ)功能不影號(hào)仍可保持幾小時(shí)到幾天，甚至一個(gè)月以上，存儲(chǔ)功能不影響壽命。響壽命。（4）在存儲(chǔ)狀態(tài)下不消耗功率。）在存儲(chǔ)狀態(tài)下不消耗功率。（5）工作電壓低，僅為）工作電壓低，僅為0.520 V，可與集成電路匹配。，可與集成電路匹配。（6）器件可做成全固體化。）器件可做成全固

7、體化。 電致變色顯示也有一些不容忽視的缺點(diǎn)，電致變色顯示也有一些不容忽視的缺點(diǎn)，如響應(yīng)慢，響如響應(yīng)慢，響應(yīng)速度（約應(yīng)速度（約500 ms）接近秒的數(shù)量級(jí)，對(duì)頻繁改變的顯示，）接近秒的數(shù)量級(jí)，對(duì)頻繁改變的顯示，功耗大致是液晶功耗的數(shù)百倍；往復(fù)顯示的壽命不高（只有功耗大致是液晶功耗的數(shù)百倍；往復(fù)顯示的壽命不高（只有106107次）。次）。7.1.2 電致變色顯示器件（電致變色顯示器件（ECD） 電致變色器件是一種典型的光學(xué)薄膜和電子學(xué)薄膜相結(jié)電致變色器件是一種典型的光學(xué)薄膜和電子學(xué)薄膜相結(jié)合的合的光電子薄膜器件光電子薄膜器件，能夠在外加低壓驅(qū)動(dòng)的作用下實(shí)現(xiàn)，能夠在外加低壓驅(qū)動(dòng)的作用下實(shí)現(xiàn)可可逆的色

8、彩變化逆的色彩變化，可以應(yīng)用在被動(dòng)顯示、靈巧變色窗等領(lǐng)域。，可以應(yīng)用在被動(dòng)顯示、靈巧變色窗等領(lǐng)域。v 目前，已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化的電致變色器件有一下幾類：電致變目前，已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化的電致變色器件有一下幾類：電致變色智能調(diào)光玻璃、電致變色顯示器、汽車自動(dòng)防眩目后視鏡。色智能調(diào)光玻璃、電致變色顯示器、汽車自動(dòng)防眩目后視鏡。v 電致變色智能玻璃電致變色智能玻璃在電場作用下具有光吸收透過的可調(diào)在電場作用下具有光吸收透過的可調(diào)節(jié)性，可選擇性地吸收或反射外界的熱輻射和內(nèi)部的熱的擴(kuò)節(jié)性，可選擇性地吸收或反射外界的熱輻射和內(nèi)部的熱的擴(kuò)散，減少辦公大樓和民用住宅在夏季保持涼爽和冬季保持溫散，減少辦公大樓和民用住宅在夏季保持涼

9、爽和冬季保持溫暖而必須消耗的大量能源。同時(shí)起到改善自然光照程度、防暖而必須消耗的大量能源。同時(shí)起到改善自然光照程度、防圖圖1調(diào)光玻璃調(diào)光玻璃(電致變色玻璃電致變色玻璃)圖圖2自動(dòng)防眩目后視鏡自動(dòng)防眩目后視鏡 用電致變色材料制備的自動(dòng)防眩目后視鏡，可以通過電用電致變色材料制備的自動(dòng)防眩目后視鏡，可以通過電子感應(yīng)系統(tǒng)，根據(jù)外來光的強(qiáng)度調(diào)節(jié)反射光的強(qiáng)度，達(dá)到防子感應(yīng)系統(tǒng)，根據(jù)外來光的強(qiáng)度調(diào)節(jié)反射光的強(qiáng)度，達(dá)到防眩目的作用，使駕駛更加安全。眩目的作用，使駕駛更加安全。窺的目的。解決現(xiàn)代不斷惡化的城市光污染問題，是節(jié)能窺的目的。解決現(xiàn)代不斷惡化的城市光污染問題，是節(jié)能建筑材料的一個(gè)發(fā)展方向。建筑材料的一

10、個(gè)發(fā)展方向。 電致變色材料具有雙穩(wěn)態(tài)的性能，用電電致變色材料具有雙穩(wěn)態(tài)的性能，用電致變色材料做成的電致變色顯示器件不僅不致變色材料做成的電致變色顯示器件不僅不需要背光燈，而且顯示靜態(tài)圖象后，只要顯需要背光燈，而且顯示靜態(tài)圖象后，只要顯示內(nèi)容不變化，就不會(huì)耗電，達(dá)到節(jié)能的目示內(nèi)容不變化，就不會(huì)耗電，達(dá)到節(jié)能的目的。電致變色顯示器與其它顯示器相比具有的。電致變色顯示器與其它顯示器相比具有無視盲角、對(duì)比度高等優(yōu)點(diǎn)。無視盲角、對(duì)比度高等優(yōu)點(diǎn)。 圖圖7.1 ECD結(jié)構(gòu)及顯示原理結(jié)構(gòu)及顯示原理u電致變色顯示器件結(jié)構(gòu)：電致變色器件一般由電致變色顯示器件結(jié)構(gòu)：電致變色器件一般由5層結(jié)構(gòu)組層結(jié)構(gòu)組成，包括兩層透

11、明導(dǎo)電層、電致變色層、離子導(dǎo)電層、離成，包括兩層透明導(dǎo)電層、電致變色層、離子導(dǎo)電層、離子存儲(chǔ)層的夾層結(jié)構(gòu)如圖子存儲(chǔ)層的夾層結(jié)構(gòu)如圖7.1（a）所示，其顯示原理如圖）所示，其顯示原理如圖7.2（b）所示。）所示。u 根據(jù)電致變色層材料的不同，根據(jù)電致變色層材料的不同，ECD又可分為以又可分為以下下2種類型。種類型。1. 全固態(tài)塑料電致變色器件全固態(tài)塑料電致變色器件 全固態(tài)塑料電致變色器件采用低壓反應(yīng)離子全固態(tài)塑料電致變色器件采用低壓反應(yīng)離子鍍工藝，在鍍工藝，在ITO塑料襯底上制備塑料襯底上制備WO3和和NiO 電致變電致變色薄膜，采用色薄膜，采用MPEO-LiClO4高分子聚合物作電解高分子聚合

12、物作電解質(zhì)，制備透射型全固態(tài)塑料電致變色器件，變色質(zhì)，制備透射型全固態(tài)塑料電致變色器件，變色調(diào)制范圍達(dá)到調(diào)制范圍達(dá)到30%左右。左右。2. 混合氧化物電致變色器件混合氧化物電致變色器件 混合氧化物可以改善單一氧化物電致變色的性混合氧化物可以改善單一氧化物電致變色的性能能, 引起人們的關(guān)注。引起人們的關(guān)注。TiO2具有適宜的離子輸運(yùn)的具有適宜的離子輸運(yùn)的微觀結(jié)構(gòu)、高的力學(xué)性能和化學(xué)穩(wěn)定性，它與微觀結(jié)構(gòu)、高的力學(xué)性能和化學(xué)穩(wěn)定性，它與WO3混合制作電致變色器件，加快了響應(yīng)時(shí)間及延長了混合制作電致變色器件，加快了響應(yīng)時(shí)間及延長了器件的壽命。器件的壽命。7.2 場致發(fā)射顯示技術(shù)場致發(fā)射顯示技術(shù)7.2.

13、1 場致發(fā)射顯示器件的構(gòu)成及工作原理場致發(fā)射顯示器件的構(gòu)成及工作原理 1. 場致發(fā)射顯示技術(shù)場致發(fā)射顯示技術(shù) 場致發(fā)射顯示（場致發(fā)射顯示（Field Emission Display，F(xiàn)ED）與）與真空熒光顯示（真空熒光顯示（VFD）和）和CRT有許多相似之處，它們都以有許多相似之處，它們都以高能電子轟擊熒光粉。與高能電子轟擊熒光粉。與VFD 不同的是，它用冷陰極微尖不同的是，它用冷陰極微尖陣列場發(fā)射代替了熱陰極的電子源，用光刻的柵極代替了陣列場發(fā)射代替了熱陰極的電子源，用光刻的柵極代替了金屬柵網(wǎng)，這種新型的自發(fā)光型平板顯示器件實(shí)際是金屬柵網(wǎng)，這種新型的自發(fā)光型平板顯示器件實(shí)際是CRT的平板化

14、，兼有的平板化，兼有CRT和固體平板顯示器件的優(yōu)點(diǎn)，不需要和固體平板顯示器件的優(yōu)點(diǎn)，不需要傳統(tǒng)偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)，可平板化，無傳統(tǒng)偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)，可平板化，無X射線，工作電壓低，比射線，工作電壓低，比TFT-LCD更節(jié)能，可靠性高。更節(jié)能，可靠性高。 FED（Field Emission Display)與與CRT的相同點(diǎn)：的相同點(diǎn)： 利用陰極電子經(jīng)電場加速而轟擊熒光材料發(fā)光的主動(dòng)發(fā)利用陰極電子經(jīng)電場加速而轟擊熒光材料發(fā)光的主動(dòng)發(fā)型顯示器件。型顯示器件。因此，因此，F(xiàn)ED具有與具有與CRT相似的顯示品質(zhì)，如相似的顯示品質(zhì)，如高亮度、高對(duì)比度、全彩色、高顯示容量及低功耗等性能。高亮度、高對(duì)比度、全彩色、高顯示容

15、量及低功耗等性能。典型場典型場發(fā)射發(fā)射顯示結(jié)構(gòu)原理顯示結(jié)構(gòu)原理CRT發(fā)射發(fā)射顯示結(jié)構(gòu)原理顯示結(jié)構(gòu)原理FED與與CRT的區(qū)別點(diǎn)：的區(qū)別點(diǎn)：(1) CRT采用熱陰極采用熱陰極，通過加熱陰極材料使其表面電子，通過加熱陰極材料使其表面電子獲得克服表面勢壘的能量從而發(fā)射出來；而獲得克服表面勢壘的能量從而發(fā)射出來；而FED采采用冷陰極用冷陰極，采用表面功函數(shù)較低、電子勢很小甚至，采用表面功函數(shù)較低、電子勢很小甚至為負(fù)值的材料，使之在外加電場作用下逸出。因此，為負(fù)值的材料，使之在外加電場作用下逸出。因此，F(xiàn)ED不但降低了功耗，而且可以瞬時(shí)發(fā)射電子。不但降低了功耗，而且可以瞬時(shí)發(fā)射電子。（2）CRT的熱陰極為

16、點(diǎn)發(fā)射源或線發(fā)射源的熱陰極為點(diǎn)發(fā)射源或線發(fā)射源，需要通過，需要通過偏轉(zhuǎn)磁場的作用，才能在顯示屏幕上進(jìn)行掃描而產(chǎn)偏轉(zhuǎn)磁場的作用，才能在顯示屏幕上進(jìn)行掃描而產(chǎn)生顯示。因此，生顯示。因此，CRT難以實(shí)現(xiàn)平板化；而難以實(shí)現(xiàn)平板化；而FED的冷的冷陰極為面發(fā)射源陰極為面發(fā)射源，可以十分方便地實(shí)現(xiàn)平板化和矩，可以十分方便地實(shí)現(xiàn)平板化和矩陣驅(qū)動(dòng)，無論重量還是體積都大大降低。陣驅(qū)動(dòng)，無論重量還是體積都大大降低。（3）CRT的加速電場電壓通常在的加速電場電壓通常在13 30kV之間；而采之間；而采用平板結(jié)構(gòu)的用平板結(jié)構(gòu)的FED一般加速電壓一般加速電壓小于小于10kV。另一方面，。另一方面，CRT的的消耗電流很小

17、消耗電流很小，因此其功耗控制在可接受的范，因此其功耗控制在可接受的范圍內(nèi)；而圍內(nèi)；而FED的加速電壓較低，要達(dá)到與的加速電壓較低，要達(dá)到與CRT相當(dāng)?shù)叵喈?dāng)?shù)亓炼?，必然需要亮度，必然需要較高的消耗電流較高的消耗電流。（4）陰陽極距離陰陽極距離也是兩者的主要區(qū)別之一。也是兩者的主要區(qū)別之一。CRT的陰的陰陽極距離至少在陽極距離至少在1cm以上，大尺寸以上，大尺寸CRT甚至達(dá)到幾十甚至達(dá)到幾十厘米；而厘米；而FED的陰陽極距離小于的陰陽極距離小于3mm。FED的優(yōu)點(diǎn)：的優(yōu)點(diǎn)： （1）冷陰極發(fā)射；）冷陰極發(fā)射； （2）低的工作電壓；）低的工作電壓； （3）自發(fā)光和高亮度；）自發(fā)光和高亮度； （4）寬視

18、角；）寬視角； （5）高速響應(yīng)；）高速響應(yīng)； （6）很寬的環(huán)境溫度變化范圍。）很寬的環(huán)境溫度變化范圍。 1968年斯坦福國際研究所的年斯坦福國際研究所的C. A. Spindt研制成功微尖研制成功微尖陰極發(fā)射結(jié)構(gòu)的陰極發(fā)射結(jié)構(gòu)的FED ，后法國政府實(shí)驗(yàn)室，后法國政府實(shí)驗(yàn)室LETI對(duì)對(duì)Spindt的的方法作了改進(jìn)并于方法作了改進(jìn)并于1990年研制出第一個(gè)年研制出第一個(gè)15cm單色顯示器。單色顯示器。 在溫度在溫度T0K時(shí)，為了使金屬中具有最大能量的時(shí)，為了使金屬中具有最大能量的電子能夠克服表面勢壘而逸出，必須提供的最小能電子能夠克服表面勢壘而逸出，必須提供的最小能量叫做逸出功。量叫做逸出功。電子

19、發(fā)射方式：電子發(fā)射方式： （1）熱電子發(fā)射；）熱電子發(fā)射； （2）光電子發(fā)射；）光電子發(fā)射； （3）二次電子發(fā)射；）二次電子發(fā)射； （4）場致發(fā)射。）場致發(fā)射。場發(fā)射理論場發(fā)射理論 2. 場致發(fā)射顯示器件的構(gòu)成場致發(fā)射顯示器件的構(gòu)成 場致發(fā)射顯示器件，即場致發(fā)射陣列平板顯示器，場致發(fā)射顯示器件，即場致發(fā)射陣列平板顯示器，或稱為真空微尖平板顯示器（或稱為真空微尖平板顯示器（Mini Flat Panel，MFP），），是一種新型的自發(fā)光平板顯示器件，它實(shí)際上是一種很是一種新型的自發(fā)光平板顯示器件，它實(shí)際上是一種很薄的薄的CRT顯示器，其顯示器，其單元結(jié)構(gòu)是一個(gè)微型真空三極管單元結(jié)構(gòu)是一個(gè)微型真空

20、三極管（圖（圖7.2），包括一個(gè)作為陰極的），包括一個(gè)作為陰極的金屬發(fā)射尖錐金屬發(fā)射尖錐，孔狀的，孔狀的金屬金屬柵極柵極以及有透明導(dǎo)電層形成的以及有透明導(dǎo)電層形成的陽極陽極，陽極表面涂有，陽極表面涂有熒光粉熒光粉。由于柵極和陽極間距離很小，但在柵極和陰極。由于柵極和陽極間距離很小，但在柵極和陰極間加上不高的電壓（小于間加上不高的電壓（小于100 V）時(shí)，）時(shí)， 在陰極的尖端會(huì)在陰極的尖端會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的電場，當(dāng)電場強(qiáng)度大于產(chǎn)生很強(qiáng)的電場，當(dāng)電場強(qiáng)度大于5107 V/cm時(shí)，電時(shí)，電子由于隧道效應(yīng)從金屬內(nèi)部穿出進(jìn)入真空中，并受陽極子由于隧道效應(yīng)從金屬內(nèi)部穿出進(jìn)入真空中，并受陽極正電壓加速，轟擊熒光粉

21、層實(shí)現(xiàn)發(fā)光顯示。正電壓加速，轟擊熒光粉層實(shí)現(xiàn)發(fā)光顯示。 圖圖7.1 微型真空三極管結(jié)構(gòu)微型真空三極管結(jié)構(gòu) 真空器件真空器件. 列陰極，行柵極列陰極，行柵極. 行列電極交叉點(diǎn)行列電極交叉點(diǎn)有多于有多于4500個(gè)微尖個(gè)微尖, 微尖直徑微尖直徑150 nm. 電流電流0.1 1 A/microtip.微尖陣列場發(fā)射陰極微尖陣列場發(fā)射陰極微尖陣列場發(fā)射陰極（微尖陣列場發(fā)射陰極（FEA） 場致發(fā)射是在金屬尖端上進(jìn)行的。如果尖端曲率半徑場致發(fā)射是在金屬尖端上進(jìn)行的。如果尖端曲率半徑為為1 m，尖端與陽極距離為，尖端與陽極距離為1 m左右，則當(dāng)極間加上幾左右，則當(dāng)極間加上幾十伏的電壓，就會(huì)在尖端表面上產(chǎn)生十

22、伏的電壓，就會(huì)在尖端表面上產(chǎn)生109V/cm數(shù)量級(jí)的強(qiáng)數(shù)量級(jí)的強(qiáng)電場。電場。 在忽略極間空間電荷的情況下，陰極發(fā)面尖端處場強(qiáng)在忽略極間空間電荷的情況下，陰極發(fā)面尖端處場強(qiáng) 與陽極電壓與陽極電壓Ua成正比。即成正比。即 aU幾種典型的尖端形狀幾種典型的尖端形狀微尖電子發(fā)射微尖電子發(fā)射 場發(fā)射陰極陣列面積場發(fā)射陰極陣列面積240mm 240mm，包含，包含1.4x106個(gè)微尖。個(gè)微尖。金屬微尖的伏安特性金屬微尖的伏安特性 FED的制造過程與的制造過程與LCD很類似，采用的玻璃平板相同，很類似，采用的玻璃平板相同，薄膜沉積和光刻技術(shù)也很相似。制作陣列狀的微尖錐結(jié)構(gòu)時(shí)，薄膜沉積和光刻技術(shù)也很相似。制作

23、陣列狀的微尖錐結(jié)構(gòu)時(shí)，采用兩步光刻工藝，首先對(duì)微孔陣列光刻，這一步有很高的采用兩步光刻工藝，首先對(duì)微孔陣列光刻，這一步有很高的光刻精度（小于光刻精度（小于1.5 m），可用紫外光步進(jìn)曝光來實(shí)現(xiàn)，然），可用紫外光步進(jìn)曝光來實(shí)現(xiàn)，然后用蒸發(fā)和刻蝕制造微尖。用上述方法制造的陰極必須滿足后用蒸發(fā)和刻蝕制造微尖。用上述方法制造的陰極必須滿足3點(diǎn)要求：點(diǎn)要求：（1）在整個(gè)表面上具有均勻的電子發(fā)射。）在整個(gè)表面上具有均勻的電子發(fā)射。（2）提供充分的電流，以便在低電壓下獲得高亮度。）提供充分的電流，以便在低電壓下獲得高亮度。（3）在微尖和柵極之間沒有短路。）在微尖和柵極之間沒有短路。 為了滿足以上要求，采用了

24、下面兩項(xiàng)技術(shù)：為了滿足以上要求，采用了下面兩項(xiàng)技術(shù)：（1）在導(dǎo)通的陰極和選通的微尖之間利用一個(gè)電阻層來控制）在導(dǎo)通的陰極和選通的微尖之間利用一個(gè)電阻層來控制電流，使每一選通的像素含有大量的微尖，可保證發(fā)射的均電流，使每一選通的像素含有大量的微尖，可保證發(fā)射的均勻性。勻性。（2）高發(fā)射密度（）高發(fā)射密度（104微尖微尖mm2）和小尺寸（直徑小于）和小尺寸（直徑小于1.5 m），使得在），使得在100 V激勵(lì)電壓下獲得激勵(lì)電壓下獲得l mA/mm2的電流密度，的電流密度，從而實(shí)現(xiàn)高亮度。從而實(shí)現(xiàn)高亮度。采用上述方法制造的一種采用上述方法制造的一種15cm FED單色顯示器的性能如下：單色顯示器的性

25、能如下：v激勵(lì)面積（激勵(lì)面積（mm2） 11090v行列數(shù)行列數(shù) 256256v光點(diǎn)尺寸（光點(diǎn)尺寸（mm2） 0.12v微尖密度（微尖密度（/mm2） 104v陽極陽極-陰極空間（陰極空間（m） 200v陰極陰極-柵極電壓（柵極電壓（V） 80v陰極陰極-陽極電壓（陽極電壓（V） 400v輝度（輝度（cd/m2） 150300v對(duì)比度對(duì)比度 1001v響應(yīng)時(shí)間（響應(yīng)時(shí)間（s） 5000v平均功率耗散（屏）（平均功率耗散（屏）（W/cm2） 1 2. FED工作原理工作原理 FED工作原理如圖所示，兩塊平板玻璃之間有工作原理如圖所示，兩塊平板玻璃之間有200m的間隙，的間隙，底板上有一個(gè)排氣管可

26、抽氣，顯示器件的陰極由交叉金屬電極網(wǎng)底板上有一個(gè)排氣管可抽氣，顯示器件的陰極由交叉金屬電極網(wǎng)組成，一層金屬帶連接陰極，另一層正交的金屬帶連接?xùn)艠O，兩組成，一層金屬帶連接陰極，另一層正交的金屬帶連接?xùn)艠O，兩層金屬帶之間由層金屬帶之間由l m厚的絕緣層分開，每一個(gè)像素由相交的金屬厚的絕緣層分開，每一個(gè)像素由相交的金屬帶行列交叉點(diǎn)所選通，涂有熒光粉的屏對(duì)應(yīng)于像素安放。每個(gè)像帶行列交叉點(diǎn)所選通，涂有熒光粉的屏對(duì)應(yīng)于像素安放。每個(gè)像素有數(shù)千個(gè)微電子管，即使有一些發(fā)射尖錐失效也不會(huì)影響像素素有數(shù)千個(gè)微電子管，即使有一些發(fā)射尖錐失效也不會(huì)影響像素顯示，這一特點(diǎn)非常有利于提高成品率。如果在這些微尖錐發(fā)射顯示，

27、這一特點(diǎn)非常有利于提高成品率。如果在這些微尖錐發(fā)射陣列上加上矩陣選址電路，就構(gòu)成了陣列上加上矩陣選址電路，就構(gòu)成了FED。FED基本結(jié)構(gòu)和原理基本結(jié)構(gòu)和原理結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：由陽極基板和陰極基板構(gòu)成，陽極基板為紅綠藍(lán)三色熒光粉粉條由陽極基板和陰極基板構(gòu)成，陽極基板為紅綠藍(lán)三色熒光粉粉條為了保證色純度，之間用黑矩陣隔開，為了保證色純度，之間用黑矩陣隔開，陰極基板由可以行列尋址的發(fā)射陣列和柵極組成。陰極基板由可以行列尋址的發(fā)射陣列和柵極組成。兩基板之間有支撐以抵抗大氣壓力，基板之間用低熔點(diǎn)玻璃封接兩基板之間有支撐以抵抗大氣壓力，基板之間用低熔點(diǎn)玻璃封接原理原理：在柵極和陰極之間有一個(gè)電壓差形成電場，使得

28、微尖釋在柵極和陰極之間有一個(gè)電壓差形成電場，使得微尖釋出電子，再經(jīng)過陽極和陰極之間的高壓電場加速電子使之轟擊出電子，再經(jīng)過陽極和陰極之間的高壓電場加速電子使之轟擊熒光粉而發(fā)光熒光粉而發(fā)光。7.2.2 FED發(fā)展?fàn)顩r發(fā)展?fàn)顩rvFED本質(zhì)上是由許多微型本質(zhì)上是由許多微型CRT組成的平板顯示器，組成的平板顯示器，其具備下列優(yōu)點(diǎn)：其具備下列優(yōu)點(diǎn)：（1）冷陰極發(fā)射。）冷陰極發(fā)射。（2）低工作電壓。）低工作電壓。（3）自發(fā)光和高亮度。）自發(fā)光和高亮度。（4）寬視角和高速響應(yīng)。）寬視角和高速響應(yīng)。（5）很寬的環(huán)境溫度變化范圍。）很寬的環(huán)境溫度變化范圍。v FED是是20世紀(jì)世紀(jì)80年代末問世的真空微電子學(xué)的

29、產(chǎn)物，兼年代末問世的真空微電子學(xué)的產(chǎn)物，兼有有源矩陣液晶顯示器（有有源矩陣液晶顯示器（AM-LCD）和傳統(tǒng)）和傳統(tǒng)CRT的主要優(yōu)點(diǎn)，的主要優(yōu)點(diǎn)，顯示出強(qiáng)大的市場潛力。其工作方式與顯示出強(qiáng)大的市場潛力。其工作方式與CRT類似，但厚度僅類似，但厚度僅為幾毫米，亮度、灰度、色彩、分辨率和響應(yīng)速度可與為幾毫米，亮度、灰度、色彩、分辨率和響應(yīng)速度可與CRT相媲美；且工作電壓低、功耗小、無相媲美；且工作電壓低、功耗小、無X射線輻射，成為射線輻射，成為CRT的理想替代品。另外，的理想替代品。另外，F(xiàn)ED不需背光、視角大、工作溫度范不需背光、視角大、工作溫度范圍寬等優(yōu)點(diǎn)也對(duì)目前平板顯示器的主流產(chǎn)品圍寬等優(yōu)點(diǎn)也

30、對(duì)目前平板顯示器的主流產(chǎn)品AM-LCD提出了提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。v FED已經(jīng)被認(rèn)為是未來起重要作用的一種平板顯示器件已經(jīng)被認(rèn)為是未來起重要作用的一種平板顯示器件和技術(shù)，甚至有可能在辦公設(shè)備和家用顯示器件方面取代和技術(shù)，甚至有可能在辦公設(shè)備和家用顯示器件方面取代CRT顯示器，當(dāng)然，從商品化角度考慮，顯示器，當(dāng)然，從商品化角度考慮，F(xiàn)ED還需要一定的還需要一定的時(shí)間對(duì)工藝和制造技術(shù)進(jìn)一步完善。時(shí)間對(duì)工藝和制造技術(shù)進(jìn)一步完善。 FED的用途的用途v儀器儀表的監(jiān)視器儀器儀表的監(jiān)視器v手提式計(jì)算機(jī)顯示屏手提式計(jì)算機(jī)顯示屏v壁掛電視壁掛電視v攝像機(jī)的取景器攝像機(jī)的取景器v電子照相機(jī)的顯示屏等娛

31、樂用途電子照相機(jī)的顯示屏等娛樂用途v炮瞄定位顯示等軍事用途炮瞄定位顯示等軍事用途v汽車工業(yè)及航空工作中的導(dǎo)向系統(tǒng)監(jiān)視器等汽車工業(yè)及航空工作中的導(dǎo)向系統(tǒng)監(jiān)視器等FED的研究概況及發(fā)展前景的研究概況及發(fā)展前景1999 年年P(guān)ixTech公司制公司制造的造的12英寸英寸FED用于美用于美軍裝備軍裝備FED目前面臨的問題目前面臨的問題壽命不長，這是一個(gè)關(guān)鍵因素壽命不長，這是一個(gè)關(guān)鍵因素由于玻殼和工藝問題由于玻殼和工藝問題, FED難于實(shí)現(xiàn)大屏幕化難于實(shí)現(xiàn)大屏幕化 陰極大面積發(fā)射的一致性不好陰極大面積發(fā)射的一致性不好陰極發(fā)射的穩(wěn)定性需要繼續(xù)研究陰極發(fā)射的穩(wěn)定性需要繼續(xù)研究結(jié)構(gòu)復(fù)雜，支撐結(jié)構(gòu)布局困難，真空

32、封接還不完善結(jié)構(gòu)復(fù)雜，支撐結(jié)構(gòu)布局困難，真空封接還不完善 7.3電致發(fā)光顯示技術(shù)電致發(fā)光顯示技術(shù)（ELD）發(fā)展歷程發(fā)展歷程1最早的發(fā)現(xiàn)最早的發(fā)現(xiàn)1963年，法國的年，法國的Destriau （德（德斯特里奧）發(fā)現(xiàn)，將斯特里奧）發(fā)現(xiàn)，將ZnS熒光粉末浸入油性溶熒光粉末浸入油性溶液中，使其封于兩塊電極之間，施加交流電壓液中，使其封于兩塊電極之間，施加交流電壓就會(huì)產(chǎn)生發(fā)光現(xiàn)象，這就是就會(huì)產(chǎn)生發(fā)光現(xiàn)象，這就是EL。第一代第一代ELD1950年，發(fā)明了以年，發(fā)明了以SnO2為主為主要成分的透明導(dǎo)電膜，要成分的透明導(dǎo)電膜，Sylvania公司利用這種公司利用這種電極，成功開發(fā)了電極，成功開發(fā)了分散型分散型

33、EL元件，作為平面型元件，作為平面型發(fā)光源發(fā)光源.發(fā)展歷程發(fā)展歷程2第二代第二代ELDVecth等人發(fā)表了一篇文章，闡明等人發(fā)表了一篇文章，闡明分散型分散型EL元件熒光體表面通過元件熒光體表面通過Cu的處理可以實(shí)現(xiàn)的處理可以實(shí)現(xiàn)直流驅(qū)動(dòng)；直流驅(qū)動(dòng)；Kahng等人發(fā)表了另一篇文章，闡明等人發(fā)表了另一篇文章，闡明在薄膜型在薄膜型EL中導(dǎo)入作為發(fā)光中心的稀土氟化物，中導(dǎo)入作為發(fā)光中心的稀土氟化物，可實(shí)現(xiàn)高輝度?？蓪?shí)現(xiàn)高輝度。成為研究課題之一成為研究課題之一Inoguchi等人于等人于1974年發(fā)年發(fā)表了關(guān)于高輝度、長壽命的二層絕緣膜結(jié)構(gòu)的薄表了關(guān)于高輝度、長壽命的二層絕緣膜結(jié)構(gòu)的薄膜型膜型EL元件的

34、文章，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了元件的文章，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了EL用于電用于電視面顯示的可能性。視面顯示的可能性。發(fā)展歷程發(fā)展歷程3批量生產(chǎn)批量生產(chǎn)1983年，日本開始了薄膜年，日本開始了薄膜ELD的批的批量生產(chǎn)。目前橙紅色的量生產(chǎn)。目前橙紅色的ELD可由可由Sharp等公司供等公司供應(yīng)。應(yīng)。引起廣泛注意引起廣泛注意近年來，對(duì)近年來，對(duì)ELD的研究更集中的研究更集中于全彩色顯示和更大容量的顯示方面。實(shí)現(xiàn)全彩于全彩色顯示和更大容量的顯示方面。實(shí)現(xiàn)全彩色顯示，高質(zhì)量的紅、綠、藍(lán)三基色熒光體必不色顯示，高質(zhì)量的紅、綠、藍(lán)三基色熒光體必不可少。最近，采用由發(fā)光層及電子輸送層，空穴可少。最近，采用由發(fā)光層及電子輸送

35、層，空穴輸送層構(gòu)成有機(jī)薄膜型電致發(fā)光（輸送層構(gòu)成有機(jī)薄膜型電致發(fā)光（OLED）器件）器件研制成功，它成功在低電壓下獲得高輝度發(fā)光，研制成功，它成功在低電壓下獲得高輝度發(fā)光，并有可能實(shí)現(xiàn)藍(lán)色發(fā)光。并有可能實(shí)現(xiàn)藍(lán)色發(fā)光。ELD的分類的分類按結(jié)構(gòu)上又可分：按結(jié)構(gòu)上又可分：按發(fā)光層材料分：按發(fā)光層材料分：從驅(qū)動(dòng)方式上：從驅(qū)動(dòng)方式上：無機(jī)和有機(jī)電致發(fā)光組合出的無機(jī)和有機(jī)電致發(fā)光組合出的3種種EL顯示器件顯示器件有薄膜型交流有薄膜型交流EL分散型交流分散型交流EL薄膜型交流驅(qū)動(dòng)薄膜型交流驅(qū)動(dòng)EL實(shí)用性達(dá)到實(shí)用化達(dá)到實(shí)用化達(dá)到實(shí)用化達(dá)到實(shí)用化未達(dá)到實(shí)用化未達(dá)到實(shí)用化特性高輝度高輝度高可靠性高可靠性價(jià)格低價(jià)格

36、低易實(shí)現(xiàn)多彩色易實(shí)現(xiàn)多彩色性能可靠性能可靠壽命長壽命長用作發(fā)橙黃色光的平板發(fā)橙黃色光的平板顯示器顯示器平面光源，如液晶顯平面光源，如液晶顯示器的背光源示器的背光源平板顯示領(lǐng)域平板顯示領(lǐng)域 母體材料硫化鋅為主體硫化鋅為主體硫化鋅為主體硫化鋅為主體聚對(duì)苯撐乙烯聚對(duì)苯撐乙烯v電致發(fā)光顯示器與其它電子顯示器件相比電致發(fā)光顯示器與其它電子顯示器件相比突出的特點(diǎn)突出的特點(diǎn):（1）圖像顯示質(zhì)量高。）圖像顯示質(zhì)量高。自發(fā)光型，具有顯示精度高，精細(xì)柔和，對(duì)眼睛的刺激小等優(yōu)點(diǎn)。特別由于是自發(fā)光型，視角大，對(duì)于顯示精細(xì)度要求高的漢字顯示十分有利。 （2）受溫度變化的影響小。）受溫度變化的影響小。EL的發(fā)光閾值決定于

37、隧道效應(yīng)，因此對(duì)溫度變化不敏感。這在溫度變化劇烈的車輛等中的應(yīng)用有明顯優(yōu)勢。（3）EL是目前所知唯一的全固體顯示元件，耐振動(dòng)沖擊的特性極是目前所知唯一的全固體顯示元件，耐振動(dòng)沖擊的特性極好，適合坦克、裝甲車等軍事應(yīng)用。好，適合坦克、裝甲車等軍事應(yīng)用。（4）具有小功耗、薄型、質(zhì)量輕等特征。）具有小功耗、薄型、質(zhì)量輕等特征。一般厚25mm,重約500g。（5）快速顯示響應(yīng)時(shí)間小于）快速顯示響應(yīng)時(shí)間小于1 ms （6）低電磁泄漏（）低電磁泄漏（Electro Magnetic Interference，EMI）。）。 起源于起源于SylvaniaSylvania公司，是第一代公司，是第一代ELEL代

38、表結(jié)構(gòu)形式，目前代表結(jié)構(gòu)形式，目前廣泛用于液晶顯示的背景光源。廣泛用于液晶顯示的背景光源。 7.3.2 ELD的基本結(jié)構(gòu)及工作原理的基本結(jié)構(gòu)及工作原理 熒光體粉末的母體材料熒光體粉末的母體材料是是ZnS，其中添加了作為發(fā)光中心的活化其中添加了作為發(fā)光中心的活化劑和劑和Cu、Cl、I及及Mn原子等，由原子等，由此可得到不同的發(fā)光顏色。黏接此可得到不同的發(fā)光顏色。黏接劑中采用介電常數(shù)較高的有機(jī)物，劑中采用介電常數(shù)較高的有機(jī)物，如氰乙基纖維素等。發(fā)光層與背如氰乙基纖維素等。發(fā)光層與背電極間設(shè)有介電體層以防止絕緣電極間設(shè)有介電體層以防止絕緣層被破壞，背電極用層被破壞，背電極用Al膜做成。膜做成。分散型

39、交流分散型交流EL元件的基本結(jié)構(gòu)元件的基本結(jié)構(gòu) 基板為玻璃或柔性塑料板。透明電極采用基板為玻璃或柔性塑料板。透明電極采用ITO膜，發(fā)光膜，發(fā)光層由熒光體粉末分散在有機(jī)黏接劑中做成。層由熒光體粉末分散在有機(jī)黏接劑中做成。機(jī)理：在機(jī)理：在ZnS顆粒內(nèi)沿線缺陷會(huì)有顆粒內(nèi)沿線缺陷會(huì)有Cu析出，形成電導(dǎo)率較大的析出，形成電導(dǎo)率較大的CuxS，CuxS與與ZnS形成異質(zhì)結(jié)。由此可以形成異質(zhì)結(jié)。由此可以認(rèn)為其形成電導(dǎo)率極高的認(rèn)為其形成電導(dǎo)率極高的P型或金屬型或金屬電導(dǎo)態(tài)。圖電導(dǎo)態(tài)。圖(b)表示這種狀態(tài)的能帶表示這種狀態(tài)的能帶圖。當(dāng)施加電壓時(shí)，在上述圖。當(dāng)施加電壓時(shí)，在上述CuxS/ZnS界面上會(huì)產(chǎn)生高于平均

40、場界面上會(huì)產(chǎn)生高于平均場強(qiáng)的電場強(qiáng)度。在這種高場強(qiáng)的作強(qiáng)的電場強(qiáng)度。在這種高場強(qiáng)的作用下，位于界面能級(jí)的電子會(huì)通過用下，位于界面能級(jí)的電子會(huì)通過隧道效應(yīng)向隧道效應(yīng)向ZnS內(nèi)注入，與發(fā)光中內(nèi)注入，與發(fā)光中心捕獲的孔穴發(fā)生復(fù)合，產(chǎn)生發(fā)光。心捕獲的孔穴發(fā)生復(fù)合，產(chǎn)生發(fā)光。當(dāng)發(fā)光中心為當(dāng)發(fā)光中心為Mn時(shí)，如上所述發(fā)生時(shí)，如上所述發(fā)生的電子與這些發(fā)光中心碰撞使其激的電子與這些發(fā)光中心碰撞使其激發(fā)，引起發(fā)，引起EL發(fā)光。發(fā)光。 發(fā)光機(jī)制可用右圖的發(fā)光機(jī)制可用右圖的Fischer模型來解釋。因?yàn)槟Ｐ蛠斫忉尅Ｒ驗(yàn)閆nS熒光體粒徑為熒光體粒徑為530m，通常，通常在一個(gè)在一個(gè) ZnS顆粒中會(huì)存在點(diǎn)缺顆粒中會(huì)存在

41、點(diǎn)缺陷及線缺陷。電場在陷及線缺陷。電場在ZnS內(nèi)非內(nèi)非均勻分布，所以發(fā)光狀態(tài)也不均勻分布，所以發(fā)光狀態(tài)也不相同。相同。 當(dāng)觀察一個(gè)當(dāng)觀察一個(gè)ZnS顆粒時(shí)，如顆粒時(shí)，如圖（圖（a）所示，發(fā)光先從若干孤）所示，發(fā)光先從若干孤立點(diǎn)開始，隨著電場增加，兩立點(diǎn)開始，隨著電場增加，兩點(diǎn)的發(fā)光逐漸延伸，相互靠近，點(diǎn)的發(fā)光逐漸延伸，相互靠近，匯成彗星狀的發(fā)光。匯成彗星狀的發(fā)光。分散型交流電致發(fā)光 發(fā)光發(fā)光色通過活化劑和共活化劑的組合可以在藍(lán)色到黃色色通過活化劑和共活化劑的組合可以在藍(lán)色到黃色之間的范圍內(nèi)變化。之間的范圍內(nèi)變化。 在在ZnS：Cu，Cl系中，通過調(diào)節(jié)系中，通過調(diào)節(jié)Cl的含量，可以獲得的含量，可以

42、獲得從藍(lán)色從藍(lán)色(460nm)到綠色到綠色(510nm)的發(fā)光。這種發(fā)光是由于的發(fā)光。這種發(fā)光是由于以以Cu為受主，為受主，Cl為施主的為施主的I)D-A對(duì)之間的復(fù)合遷移而產(chǎn)生對(duì)之間的復(fù)合遷移而產(chǎn)生的。此外，由的。此外，由ZnS：Cu，Al系可得到綠色，由系可得到綠色，由ZnS：Cu，Cl，Mn系可得到黃色發(fā)光等。系可得到黃色發(fā)光等。圖圖7.5 分散型交流分散型交流EL元件輝度元件輝度-電壓（電壓（L-V）和發(fā)光效率）和發(fā)光效率-電壓電壓（-V）特性）特性由此圖可以看出：由此圖可以看出：在工作電壓為在工作電壓為300 V、頻率為、頻率為400 Hz時(shí)，可獲得約時(shí)，可獲得約100 cd/m2的輝

43、度。的輝度。輝度與頻率有關(guān)，在低于輝度與頻率有關(guān)，在低于100 kHz的范圍內(nèi)，輝度與頻率成正比的范圍內(nèi)，輝度與頻率成正比變化。變化。發(fā)光效率隨電壓的增加，先是增發(fā)光效率隨電壓的增加，先是增加后是減小，其最大值一般可以從加后是減小，其最大值一般可以從輝度出現(xiàn)飽和趨勢的電壓區(qū)域得到。輝度出現(xiàn)飽和趨勢的電壓區(qū)域得到。發(fā)光效率正在不斷地得到改善，發(fā)光效率正在不斷地得到改善，目前可以達(dá)到目前可以達(dá)到15 lm/W。 上述上述分散型交流分散型交流ELEL元件的最大問題是穩(wěn)定性差元件的最大問題是穩(wěn)定性差( (壽命短壽命短) )。 當(dāng)然當(dāng)然，穩(wěn)定性與使用環(huán)境和驅(qū)動(dòng)條件相關(guān)。，穩(wěn)定性與使用環(huán)境和驅(qū)動(dòng)條件相關(guān)。

44、 對(duì)于對(duì)于環(huán)境來說，此元件的耐濕度性很弱，需要鈍化保護(hù)。環(huán)境來說，此元件的耐濕度性很弱，需要鈍化保護(hù)。 對(duì)于對(duì)于驅(qū)動(dòng)條件來說，當(dāng)電壓一定時(shí)，隨工作時(shí)間加長，驅(qū)動(dòng)條件來說，當(dāng)電壓一定時(shí)，隨工作時(shí)間加長，其發(fā)光亮度下降，尤其是驅(qū)動(dòng)周波數(shù)高時(shí)，在高輝度下工作其發(fā)光亮度下降，尤其是驅(qū)動(dòng)周波數(shù)高時(shí)，在高輝度下工作會(huì)更快地劣化。會(huì)更快地劣化。 可可定義亮度降到初期值一半的時(shí)間為壽命，又稱為定義亮度降到初期值一半的時(shí)間為壽命，又稱為半半衰期衰期 第第一代一代ELEL的開發(fā)初期，其壽命最長為的開發(fā)初期，其壽命最長為100h100h。最近，隨。最近，隨著熒光體粉末材料處理?xiàng)l件的改善，為防濕，采用了樹脂著熒光體粉

45、末材料處理?xiàng)l件的改善，為防濕，采用了樹脂模注入以及改良驅(qū)動(dòng)條件等措施，在驅(qū)動(dòng)參數(shù)為模注入以及改良驅(qū)動(dòng)條件等措施，在驅(qū)動(dòng)參數(shù)為200V200V，400Hz400Hz條件下，其壽命已能達(dá)到條件下，其壽命已能達(dá)到2500h2500h。 2. 分散型直流電致發(fā)光結(jié)構(gòu)原理分散型直流電致發(fā)光結(jié)構(gòu)原理 分散型直流分散型直流EL元件的基本結(jié)構(gòu)元件的基本結(jié)構(gòu)如如7.6所示。在玻璃基板上形成透明所示。在玻璃基板上形成透明電極，將電極，將ZnSCu、Mn熒光體粉末熒光體粉末與少量黏接劑的混合物均勻涂布于與少量黏接劑的混合物均勻涂布于上，厚度為上，厚度為3050 m。由于是。由于是直流直流驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)，應(yīng)選擇具有導(dǎo)電性的

46、熒光體，應(yīng)選擇具有導(dǎo)電性的熒光體層，為此選用粒徑為層，為此選用粒徑為0.51 m的較的較細(xì)的熒光粉末。將細(xì)的熒光粉末。將ZnS熒光體浸在熒光體浸在Cu2SO4溶液中進(jìn)行熱處理，使其表溶液中進(jìn)行熱處理，使其表面產(chǎn)生具有導(dǎo)電性的面產(chǎn)生具有導(dǎo)電性的CuxS層，這種層，這種工藝叫做工藝叫做包銅處理包銅處理。最后再蒸鍍。最后再蒸鍍Al，形成背電極，從而得到形成背電極，從而得到EL元件。元件。圖圖7.6 分散型直流分散型直流EL元件的基本結(jié)構(gòu)元件的基本結(jié)構(gòu)分散型直流分散型直流EL元件制成之后，先不使其馬上發(fā)光，而是在透元件制成之后，先不使其馬上發(fā)光，而是在透明電極一側(cè)接電源正極，明電極一側(cè)接電源正極，Al

47、背面電極一側(cè)接負(fù)極，在一定的背面電極一側(cè)接負(fù)極，在一定的電壓作用下，經(jīng)長時(shí)間放置后，再讓其正式發(fā)光。在這一定電壓作用下，經(jīng)長時(shí)間放置后，再讓其正式發(fā)光。在這一定形化形化(forming)處理過程中，處理過程中，Cu2+離子會(huì)從透明電極附近的離子會(huì)從透明電極附近的熒光體粒子向熒光體粒子向Al電極一側(cè)遷移。電極一側(cè)遷移。結(jié)果，如圖結(jié)果，如圖 (a)所示，在透明電極一側(cè)會(huì)出現(xiàn)沒有所示，在透明電極一側(cè)會(huì)出現(xiàn)沒有CuxS包覆包覆的、電阻率高的的、電阻率高的ZnS層層(脫銅層脫銅層)。這樣，外加電壓的大部分。這樣，外加電壓的大部分會(huì)作用在脫銅層上，在該層中形成會(huì)作用在脫銅層上，在該層中形成106Vcm的強(qiáng)

48、電場。如的強(qiáng)電場。如圖圖(b)所示，在此強(qiáng)電場作用下，會(huì)使電子注入到所示，在此強(qiáng)電場作用下，會(huì)使電子注入到ZnS層中，層中，經(jīng)加速，成為發(fā)光中心。例如，直接碰撞經(jīng)加速，成為發(fā)光中心。例如，直接碰撞Mn2+會(huì)引起其激發(fā)，會(huì)引起其激發(fā)，引發(fā)引發(fā)EL發(fā)光。發(fā)光。關(guān)于發(fā)光色，在關(guān)于發(fā)光色，在ZnS：Mn，Cu系中，由錳離子可獲得橙黃系中，由錳離子可獲得橙黃色光。色光。SrS：Ce，Cl系發(fā)藍(lán)光，系發(fā)藍(lán)光，CaS：Ce，Cl系發(fā)綠光，系發(fā)綠光，CaS：Eu，Cl系發(fā)紅光。但發(fā)光效率都不高。系發(fā)紅光。但發(fā)光效率都不高。 圖圖 分散型直流分散型直流EL的發(fā)光機(jī)制的發(fā)光機(jī)制圖圖7.7 分散型直流分散型直流EL

49、元件輝度元件輝度-電壓（電壓（L-V）和發(fā)光效率和發(fā)光效率-電壓（電壓（-V）特性）特性 在在100 V左右的電壓下可左右的電壓下可獲得大獲得大500 cd/m2的輝度。的輝度。即使采用占空比為即使采用占空比為l%左右左右的脈沖波形來驅(qū)動(dòng)，也能得的脈沖波形來驅(qū)動(dòng)，也能得到與交流驅(qū)動(dòng)相同程度的輝到與交流驅(qū)動(dòng)相同程度的輝度。此時(shí)元件發(fā)光效率一般度。此時(shí)元件發(fā)光效率一般在在0.51 lm/W的范圍內(nèi)，的范圍內(nèi)，且經(jīng)嚴(yán)格防濕處理后可延長且經(jīng)嚴(yán)格防濕處理后可延長其壽命。直流驅(qū)動(dòng)的壽命大其壽命。直流驅(qū)動(dòng)的壽命大約為約為1000 h，脈沖驅(qū)動(dòng)可達(dá)，脈沖驅(qū)動(dòng)可達(dá)5000 h。 3. 薄膜型交流電致發(fā)光薄膜型交

50、流電致發(fā)光 薄膜型交流薄膜型交流EL元件是將發(fā)光層薄膜夾于兩層元件是將發(fā)光層薄膜夾于兩層絕緣膜之間組成三明治結(jié)構(gòu)形式，其基本結(jié)構(gòu)如圖絕緣膜之間組成三明治結(jié)構(gòu)形式，其基本結(jié)構(gòu)如圖7.8所示。在玻璃基板上依次沉積透明電極、第一絕所示。在玻璃基板上依次沉積透明電極、第一絕緣層、發(fā)光層、第二絕緣層、背電極（緣層、發(fā)光層、第二絕緣層、背電極（A1）等。發(fā)）等。發(fā)光層厚為光層厚為0.5l m，絕緣層厚，絕緣層厚0.30.5 m，全膜厚，全膜厚只有只有2 m左右。在左右。在EL元件電極間施加元件電極間施加200 V左右的左右的電壓，即可使電壓，即可使EL發(fā)光。發(fā)光。 1974年高輝度、長壽命的薄膜交流型年高

51、輝度、長壽命的薄膜交流型EL元件被制成，該元元件被制成，該元件是將發(fā)光層薄膜夾于兩層絕緣膜之間組成三明治結(jié)構(gòu)。此件是將發(fā)光層薄膜夾于兩層絕緣膜之間組成三明治結(jié)構(gòu)。此后，人們又對(duì)這種形式的后，人們又對(duì)這種形式的EL元件進(jìn)行了廣泛的研究開發(fā)。目元件進(jìn)行了廣泛的研究開發(fā)。目前已將其投入商品市場。前已將其投入商品市場。其基本結(jié)構(gòu)如圖所其基本結(jié)構(gòu)如圖所示，在玻璃基板上依次積層透明電極示，在玻璃基板上依次積層透明電極(ITO)、第一絕緣層、發(fā)光層、第二絕緣層、背面電極、第一絕緣層、發(fā)光層、第二絕緣層、背面電極(A1)等。發(fā)光層厚等。發(fā)光層厚0.51 m，絕緣層厚，絕緣層厚0.30.5 m。全膜厚只。全膜厚

52、只有有2 m左右，是非常薄的。左右，是非常薄的。在在EL元件電極間施加元件電極間施加200V左右的電壓，可獲得左右的電壓，可獲得EL發(fā)光。由發(fā)光。由于發(fā)光層夾在兩絕緣層之間，可防止元件的絕緣被破壞，于發(fā)光層夾在兩絕緣層之間，可防止元件的絕緣被破壞，故在發(fā)光層中可以形成穩(wěn)定的故在發(fā)光層中可以形成穩(wěn)定的106Vcm以上的強(qiáng)電場。而以上的強(qiáng)電場。而且，由于致密的絕緣膜保護(hù)，可防止雜質(zhì)及濕氣對(duì)發(fā)光層且，由于致密的絕緣膜保護(hù)，可防止雜質(zhì)及濕氣對(duì)發(fā)光層的損害。的損害。圖圖7.8 二層絕緣膜結(jié)構(gòu)薄膜型交流二層絕緣膜結(jié)構(gòu)薄膜型交流EL元件元件薄膜型交流電致發(fā)光 ZnS：Mn系的發(fā)光機(jī)制，系的發(fā)光機(jī)制，可按圖示

53、的碰撞激發(fā)來解可按圖示的碰撞激發(fā)來解釋。即，當(dāng)施加的電壓大釋。即，當(dāng)施加的電壓大于閾值電壓于閾值電壓Vth時(shí)，由于隧時(shí)，由于隧道效應(yīng)，從絕緣層與發(fā)光道效應(yīng)，從絕緣層與發(fā)光層間的層間的界面能級(jí)飛出的電界面能級(jí)飛出的電子，被子，被106Vcm的強(qiáng)電場的強(qiáng)電場加速，使其熱電子化，并加速，使其熱電子化，并碰撞激發(fā)碰撞激發(fā)Mn等發(fā)光中心。等發(fā)光中心。被激發(fā)的內(nèi)殼層電子從被激發(fā)的內(nèi)殼層電子從激發(fā)能級(jí)向原始能級(jí)返激發(fā)能級(jí)向原始能級(jí)返回時(shí)，產(chǎn)生回時(shí)，產(chǎn)生EL發(fā)光。激發(fā)光。激發(fā)發(fā)光中心的熱電子，發(fā)發(fā)光中心的熱電子，在發(fā)光層與絕緣層的界在發(fā)光層與絕緣層的界面停止移動(dòng)，產(chǎn)生極化面停止移動(dòng)，產(chǎn)生極化作用。這種極化電場

54、與作用。這種極化電場與外加電場相重疊，在交外加電場相重疊，在交流驅(qū)動(dòng)施加反極性脈沖流驅(qū)動(dòng)施加反極性脈沖電壓時(shí)，會(huì)使發(fā)光層中電壓時(shí)，會(huì)使發(fā)光層中的電場強(qiáng)度增強(qiáng)。的電場強(qiáng)度增強(qiáng)。圖圖7.9 ZnSMn薄膜型交流薄膜型交流EL元件輝度元件輝度-電電壓（壓（L-V）和發(fā)光效率）和發(fā)光效率-電壓（電壓（-V）特性）特性 輝度輝度在在Vth處急速上升，此處急速上升，此后出現(xiàn)飽和傾向，后出現(xiàn)飽和傾向，發(fā)光效率發(fā)光效率在在輝度急速上升的電壓范圍內(nèi)達(dá)輝度急速上升的電壓范圍內(nèi)達(dá)到最大值。到最大值。EL發(fā)光的上升沿約發(fā)光的上升沿約數(shù)微秒，下降沿約數(shù)毫秒量級(jí)，數(shù)微秒，下降沿約數(shù)毫秒量級(jí)，輝度輝度在千赫茲范圍內(nèi)與電壓頻

55、在千赫茲范圍內(nèi)與電壓頻率成正比增加。率成正比增加。薄膜型交流電致發(fā)光 關(guān)于兩層絕緣膜結(jié)構(gòu)的關(guān)于兩層絕緣膜結(jié)構(gòu)的ZnS：Mn的穩(wěn)定性，制成之的穩(wěn)定性，制成之后在開始工作的一段時(shí)間內(nèi)，輝度后在開始工作的一段時(shí)間內(nèi)，輝度-電壓特性會(huì)發(fā)生變電壓特性會(huì)發(fā)生變化，此后便會(huì)漸漸達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。這化，此后便會(huì)漸漸達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。這并非性能的劣化，并非性能的劣化，而是制作過程中導(dǎo)入的各種變形、不穩(wěn)定因素及電荷分而是制作過程中導(dǎo)入的各種變形、不穩(wěn)定因素及電荷分布的不均勻性等逐漸趨向穩(wěn)定的過程，該過程又稱作布的不均勻性等逐漸趨向穩(wěn)定的過程，該過程又稱作老老化化。 老化老化充分的元件，其性能極為穩(wěn)定，工作充分的元件，其性

56、能極為穩(wěn)定，工作20000h以上，未發(fā)現(xiàn)輝度明顯降低。以上，未發(fā)現(xiàn)輝度明顯降低。 元件的結(jié)構(gòu)很簡單，元件的結(jié)構(gòu)很簡單，在薄膜發(fā)光層的兩側(cè)直接形成電極在薄膜發(fā)光層的兩側(cè)直接形成電極即可即可。迄今為止，已試做過各種各樣的元件，但由于其穩(wěn)。迄今為止，已試做過各種各樣的元件，但由于其穩(wěn)定性不能解決，所以至今未達(dá)到實(shí)用化，元件的發(fā)光機(jī)制定性不能解決，所以至今未達(dá)到實(shí)用化，元件的發(fā)光機(jī)制為碰撞激發(fā)型，需要為碰撞激發(fā)型，需要105106V/cm的強(qiáng)電場來驅(qū)動(dòng)。由于的強(qiáng)電場來驅(qū)動(dòng)。由于沒有絕緣膜保護(hù)，很難保證不發(fā)生絕緣破壞，因此難以穩(wěn)沒有絕緣膜保護(hù)，很難保證不發(fā)生絕緣破壞，因此難以穩(wěn)定地維持電場。從而需要導(dǎo)入

57、限制電流層。定地維持電場。從而需要導(dǎo)入限制電流層。 最近，通過將最近，通過將MnO2粉末電阻體夾在發(fā)光層與背面電極粉末電阻體夾在發(fā)光層與背面電極之間，制成了穩(wěn)定的之間，制成了穩(wěn)定的ZnS：Mn系系EL元件，這稱為元件，這稱為直流薄直流薄膜膜-粉末混成型粉末混成型EL元件元件，其發(fā)光效率可達(dá)，其發(fā)光效率可達(dá)0.8lmW，壽命，壽命可達(dá)可達(dá)20000h以上。以上。 4.薄膜型直流電致發(fā)光5、有機(jī)薄膜電致發(fā)光 以上討論的以上討論的EL元件的發(fā)光層等都是由無機(jī)材料做成的，元件的發(fā)光層等都是由無機(jī)材料做成的，最近已經(jīng)制成以有機(jī)薄膜為發(fā)光層及空穴輸送層的注入型薄最近已經(jīng)制成以有機(jī)薄膜為發(fā)光層及空穴輸送層的

58、注入型薄膜膜EL元件。下圖表示元件。下圖表示這種元件的結(jié)構(gòu)及所使用材料的分子結(jié)這種元件的結(jié)構(gòu)及所使用材料的分子結(jié)構(gòu)。構(gòu)。發(fā)光層由鋁喹啉絡(luò)合物發(fā)光層由鋁喹啉絡(luò)合物(Alq3)形成，空穴輸送層由二胺系化合形成，空穴輸送層由二胺系化合物真空蒸鍍形成，將二者夾在物真空蒸鍍形成，將二者夾在ITO電極與電極與MgAg電極之間便構(gòu)電極之間便構(gòu)成成EL元件。發(fā)光色為綠色。若施加元件。發(fā)光色為綠色。若施加10V左右的直流脈沖電壓，左右的直流脈沖電壓，其輝度可達(dá)其輝度可達(dá)1000cd/m2以上，發(fā)光效率可達(dá)以上，發(fā)光效率可達(dá)1.5 lm/w。圖圖7.10 OEL元件的結(jié)構(gòu)元件的結(jié)構(gòu) 此后此后，又發(fā)現(xiàn)了發(fā)光層與，又

59、發(fā)現(xiàn)了發(fā)光層與電子輸送層相分離從而具有三電子輸送層相分離從而具有三層結(jié)構(gòu)的有機(jī)薄膜層結(jié)構(gòu)的有機(jī)薄膜EL元件。元件。電子輸送層采用而萘嵌苯，空電子輸送層采用而萘嵌苯，空穴輸送采用二胺系化合物，從穴輸送采用二胺系化合物，從而提高了載流子的輸送功能以而提高了載流子的輸送功能以及從電極向載流子的注入效應(yīng)，及從電極向載流子的注入效應(yīng)，這種元件的有機(jī)材料的熒光本這種元件的有機(jī)材料的熒光本身即是其發(fā)光色。身即是其發(fā)光色。 因此可通過材料化學(xué)結(jié)因此可通過材料化學(xué)結(jié)構(gòu)的變化很方便地選擇發(fā)光色，構(gòu)的變化很方便地選擇發(fā)光色，如圖所示，從而獲得從藍(lán)色到如圖所示，從而獲得從藍(lán)色到紅色的紅色的EL發(fā)光。發(fā)光。有機(jī)薄膜電致

60、發(fā)光 有機(jī)薄膜發(fā)光層及空穴輸送層的注入型薄膜有機(jī)薄膜發(fā)光層及空穴輸送層的注入型薄膜EL元件，稱為元件，稱為OLED。 目前有機(jī)目前有機(jī)EL的研究重點(diǎn)是：研制高穩(wěn)定性的的研究重點(diǎn)是：研制高穩(wěn)定性的R、G、B3基色和白色器件已向?qū)嵱没~進(jìn)，并在此基基色和白色器件已向?qū)嵱没~進(jìn)，并在此基礎(chǔ)上研究用于動(dòng)態(tài)顯示的矩陣屏及實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量動(dòng)態(tài)礎(chǔ)上研究用于動(dòng)態(tài)顯示的矩陣屏及實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量動(dòng)態(tài)顯示的驅(qū)動(dòng)電路。顯示的驅(qū)動(dòng)電路。v 表表7.1 有機(jī)有機(jī)EL和無機(jī)和無機(jī)EL比較比較OLED能提供真正像能提供真正像紙一樣薄的顯示器，紙一樣薄的顯示器，它又薄（總厚度不到它又?。偤穸炔坏?m）又輕，具有低）又輕，具有低功耗（驅(qū)動(dòng)