第7章-電光轉(zhuǎn)換現(xiàn)象與發(fā)光及圖像顯示器件ppt課件

1、第7章 電光轉(zhuǎn)換景象與發(fā)光及圖像顯示器件光電子技術(shù)根底厚德博學(xué) 務(wù)虛創(chuàng)新.目前主要的平板顯示器包括: 陰極射線管CRT (Cathode ray tube) 等離子體顯示板PDP (Plasma display panel) 液晶顯示器LCD (Liquid crystal displays)屬于被動(dòng)顯示也就是非輻射顯示 場(chǎng)發(fā)射顯示器FED (Field emission displays) 有機(jī)電致發(fā)光顯示器OLED (Organic light-emitting diode displays ) 平板顯示器的種類.平板顯示器的種類.7.1 發(fā)光二極管.7.1.1 發(fā)光二極管的任務(wù)原理及構(gòu)造

2、 LED的全稱Light Emitting Diode,即發(fā)光二極管，是一種半導(dǎo)體固體發(fā)光器件，它是利用固體半導(dǎo)體芯片作為發(fā)光資料，當(dāng)兩端加上正向電壓，半導(dǎo)體中的載流子發(fā)生復(fù)合引起光子發(fā)射而產(chǎn)生光。LED可以直接發(fā)出紅、黃、藍(lán)、綠、青、橙、紫、白色的光。.LED任務(wù)原理內(nèi)容 LEDLight Emitting Diode就是發(fā)光二極管，屬于一種固態(tài)的半導(dǎo)體器件。它由兩個(gè)半導(dǎo)體P型和N型半導(dǎo)體和中間一個(gè)有源層組成。當(dāng)它兩端加上正負(fù)電壓時(shí)，電子開(kāi)場(chǎng)挪動(dòng)并和空穴帶正電的離子結(jié)合產(chǎn)生輻射光，即直接把電轉(zhuǎn)化為光。.LED器件構(gòu)造.優(yōu)點(diǎn)高光效高節(jié)能光源快速呼應(yīng)光源方向性好光色多，運(yùn)轉(zhuǎn)本錢低壽命長(zhǎng)，燈具構(gòu)造

3、合理平安性高環(huán)保7.1.2 發(fā)光二極管的特性及技術(shù).LED驅(qū)動(dòng)電源技術(shù)1. 低電壓驅(qū)動(dòng)2. 過(guò)度電壓驅(qū)動(dòng)3. 高電壓驅(qū)動(dòng)4. 市電驅(qū)動(dòng) 無(wú)論是哪一種驅(qū)動(dòng)，LE照明主要是有恒壓和恒流的區(qū)別，目前恒壓設(shè)計(jì)會(huì)危害LED的未來(lái)開(kāi)展，恒壓方式也是暫時(shí)的過(guò)渡，很快會(huì)被恒流技術(shù)取代。.LED的配光技術(shù)LED的配光技術(shù)主要是指LED的光學(xué)設(shè)計(jì)，包括LED的初次光學(xué)設(shè)計(jì)和二次光學(xué)設(shè)計(jì)。二次光學(xué)設(shè)計(jì)涉及的配光器件分為聚光和反射兩類。聚光器件包括：聚光透鏡和聚光杯。反射鏡繼續(xù)沿用傳統(tǒng)光源燈具的設(shè)計(jì)。.散熱技術(shù)不斷是LED的主要關(guān)注問(wèn)題之一，光源的任務(wù)溫度與其任務(wù)壽命親密相關(guān)。大功率LED散熱封裝技術(shù)分為：高散熱封裝

4、構(gòu)造和覆晶式封裝構(gòu)造。 LED廠商在散熱封裝上的詳細(xì)做法包括降低封裝的熱阻抗、改善晶片外形、采用小型晶粒、改用矽質(zhì)封裝資料與陶瓷資料、改善LED的封裝方法等。LED的散熱技術(shù).7.1.3 LED的運(yùn)用領(lǐng)域.LED的運(yùn)用領(lǐng)域.7.2 液晶顯示器LCD什么是液晶？. 液晶態(tài)物質(zhì)既具有液體的流動(dòng)性和延續(xù)性，又保管了晶體的有序陳列性， 物理上呈現(xiàn)各向異性。液晶顯示器LCD.液晶的開(kāi)展歷史1850年 普魯士醫(yī)生魯?shù)婪蚍茽柦BRudolf Virchow等人就發(fā)現(xiàn)神經(jīng)纖維的萃取物中含有一種不尋常的物質(zhì)。 1877年 德國(guó)物理學(xué)家?jiàn)W拓雷曼Otto Lehmann運(yùn)用偏光顯微鏡初次察看到了液晶化的景象。 188

5、3年3月14日 植物生理學(xué)家斐德烈萊尼澤Friedrich Reinitzer察看到膽固醇苯甲酸酯在熱熔時(shí)有兩個(gè)熔點(diǎn)。 1888年 萊尼澤反復(fù)確定他的發(fā)現(xiàn)后，向德國(guó)物理學(xué)家雷曼討教。當(dāng)時(shí)雷曼建造了一座具有加熱功能的顯微鏡去討論液晶降溫結(jié)晶之過(guò)程，而從那時(shí)開(kāi)場(chǎng)，雷曼的精神完選集中在該物類物質(zhì)。 .1888年 出版，特別值得一提的是，在書中初次提出了顯微鏡學(xué)研討方法，經(jīng)過(guò)對(duì)晶體顯微鏡和用它所作的察看。 20世紀(jì) 化學(xué)家伏蘭德D. Vorlander的努力由聚集閱歷使他能預(yù)測(cè)哪一類的化合物最能夠呈現(xiàn)液晶特性，然后合成獲得該等化合物質(zhì)，于是雷曼關(guān)于液晶的實(shí)際被證明。 1922年 法國(guó)人弗里德G. Fr

6、iedel仔細(xì)分析當(dāng)時(shí)知的液晶，把他們分為三類：向列型nematic、層列型smectic、膽固醇cholesteric。 1930-1960年 在弗里德之后，液晶研討暫時(shí)進(jìn)入低谷。主要是由于當(dāng)時(shí)沒(méi)有發(fā)現(xiàn)液晶的實(shí)踐運(yùn)用。但是，在此期間，半導(dǎo)體電子工業(yè)卻獲得了長(zhǎng)足的開(kāi)展。為使液晶能在顯示器中的運(yùn)用，透明電極的圖形化以及液晶與半導(dǎo)體電路一體化的微細(xì)加工技術(shù)必不可缺。隨著半導(dǎo)體工業(yè)的提高，這些技術(shù)已趨向成熟。 液晶的開(kāi)展歷史.20世紀(jì)60年代，隨著半導(dǎo)體集成電路integrated circuit技術(shù)的開(kāi)展，電子設(shè)備實(shí)現(xiàn)了進(jìn)一步的小型化。上述技術(shù)的提高，對(duì)于在液晶顯示安裝display中的運(yùn)用是必不

7、可少的，隨著資料科學(xué)和資料加工技術(shù)的進(jìn)一步開(kāi)展，以及新型顯示方式和驅(qū)動(dòng)技術(shù)的開(kāi)發(fā)，液晶顯示技術(shù)獲得了快速開(kāi)展。 液晶的開(kāi)展歷史.20世紀(jì)60年代 隨著半導(dǎo)體集成電路integrated circuit技術(shù)的開(kāi)展，電子設(shè)備實(shí)現(xiàn)了進(jìn)一步的小型化。 1968年任職美國(guó)RCA公司的G.H.Heilmeier發(fā)表采用DSdynamic scattering，動(dòng)態(tài)散射方式的液晶顯示安裝。在此之后，美國(guó)企業(yè)最早開(kāi)場(chǎng)了數(shù)字式液晶手表適用化的嘗試。 1971年 一家瑞士公司制造出了第一臺(tái)液晶顯示器。液晶的開(kāi)展歷史.7.2.1 液晶的分類和特性近晶相液晶S型近晶相液晶由棒狀或條狀分子組成，分子陳列成層狀，層內(nèi)分子

8、長(zhǎng)軸相互平行，其方向垂直于層面，或與層面傾斜陳列。因分子陳列整齊，其規(guī)整性接近晶體，具有二維有序，層內(nèi)分子之間作用力大，層間分子作用力小，每層厚度約23。近晶液晶粘度大，分子不易轉(zhuǎn)動(dòng)，即呼應(yīng)速度慢，普通不宜作顯示器件。.向列相液晶N型向列相液晶由長(zhǎng)、徑比很大的棒狀分子組成，分子質(zhì)心沒(méi)有長(zhǎng)程有序性，具有類似于普通液體的流動(dòng)性，分子不能陳列成層，能上下、左右、前后滑動(dòng)，只在分子長(zhǎng)軸方向上堅(jiān)持相互平行或近似平行。.膽甾相液晶CH這是一種分子成扁平層狀陳列的液晶資料，層內(nèi)分子相互平行，分子長(zhǎng)軸平行于層平面，不同層的分子長(zhǎng)軸方向稍有變化，沿層的法線方向陳列成螺旋狀構(gòu)造。向列相液晶與膽甾相液晶可以相互轉(zhuǎn)換

9、，在向列相液晶中參與旋光資料，會(huì)構(gòu)成膽甾相，在膽甾相液晶中參與消旋光向列相資料，能將膽甾相轉(zhuǎn)變成向列相。膽甾相液晶在顯示技術(shù)中很有用，TN、STN、相變(Pc)顯示都是在向列相液晶中參與不同比例的膽甾相液晶而獲得的。.膽甾相液晶CH.扭曲向列型液晶顯示器(TN-LCD)液晶分子沿面陳列，分子長(zhǎng)軸在上下基板之間延續(xù)扭曲90，夾入兩電極基板之間，制成液晶盒，自然光經(jīng)起偏器變成直線偏振光，入射到液晶盒內(nèi)，被扭曲90，并經(jīng)過(guò)下基板外的偏光軸與起偏器垂直的檢偏器，透光；當(dāng)兩電極之間加上一定的電壓時(shí)，液晶分子轉(zhuǎn)動(dòng)，最終成與基板成垂直陳列，入射到液晶盒內(nèi)的偏振光，未被扭曲，不能經(jīng)過(guò)檢偏器，不透光。.TN分子

10、排布與經(jīng)過(guò)光表示圖.扭曲向列型液晶顯示器(TN-LCD)由于TN利用的是旋光特性，入射線偏振光經(jīng)過(guò)液晶層后也必需是線偏振光，因此，光程差應(yīng)滿足： dn/2 普通d=10um n=0.20.4 dn=24um0.380.76um(可見(jiàn)光范圍).扭曲向列型液晶顯示器(TN-LCD)TN-LCD是目前最普通的一種液晶顯示器，構(gòu)造簡(jiǎn)單，工藝成熟，性能、壽命極其穩(wěn)定，價(jià)錢非常廉價(jià)。但由于它的不陡的電光特性，在點(diǎn)陣顯示方式下交叉效應(yīng)嚴(yán)重，普通只適用于靜態(tài)或四路以下的動(dòng)態(tài)段式顯示中，目前最好的TN液晶器件也只能實(shí)現(xiàn)816路驅(qū)動(dòng)顯示。此外，呼應(yīng)速度慢、視角窄也是它的主要缺陷。由于以上缺陷，TN-LCD普通只能

11、用于液晶手表、計(jì)算器、電子鐘、數(shù)字儀表等低檔電子產(chǎn)品中。.超扭曲向列液晶顯示器件STNLCD超扭曲液晶顯示器件的電光特性非常峻峭，這大大提高了它的多路驅(qū)動(dòng)才干，當(dāng)扭曲角270時(shí)，曲線的陡度趨于無(wú)限大，實(shí)際上可以驅(qū)動(dòng)無(wú)數(shù)路，實(shí)踐上任務(wù)于1/480占空比下沒(méi)有問(wèn)題。STNLCD這種優(yōu)良的特性大大擴(kuò)展了液晶顯示器件的運(yùn)用領(lǐng)域，自1984年發(fā)明這種顯示器件以來(lái)，STNLCD在初期的筆記本電腦、文字處置機(jī)、復(fù)印機(jī)、高檔儀表及其他需求漢字、圖形顯示的領(lǐng)域被廣泛的采用。目前運(yùn)用領(lǐng)域最大的是手機(jī)和PDA等通訊產(chǎn)品，大部分手機(jī)都采用了單色或彩色STNLCD。.液晶的光學(xué)及電學(xué)特性1. 介電系數(shù) ：2. 折射率系

12、數(shù)：3. 其他特性：液晶除了上述兩個(gè)主要特性外，還包含彈性常數(shù)、黏性系數(shù)、磁化率、電導(dǎo)系數(shù)等電學(xué)特性。.7.2.2 TFT液晶顯示器的物理構(gòu)造和任務(wù)原理.TFT液晶顯示器的物理構(gòu)造和任務(wù)原理.7.2.3 液晶顯示器的制造工藝.彩色濾光器組件玻璃基板加工工藝.彩色濾光器組件玻璃基板加工工藝.模塊裝配工藝.TAB和COG銜接方式.ACF的銜接方式.7.2.4 液晶的性能及光學(xué)特性液晶的雙折射和光學(xué)性質(zhì)：液晶的主要特征之一是呈現(xiàn)光學(xué)單軸晶體性能。在給定一個(gè)波法線方向后，可以有兩種折射率不同、振動(dòng)方向相互垂直的光波，即o光和e 光，他們都是線偏振光。在向列相液晶及近晶相液晶中 n0= n ne= n

13、nen0 n = ne- no 0.液晶顯示器的主要性能電光特性在TN液晶顯示器中，假設(shè)在液晶盒兩面放置相互正交的偏振片，在不加電壓時(shí)，透光強(qiáng)度最大，隨著電壓添加，透光強(qiáng)度減弱，此特性稱為正性電光特性；假設(shè)兩面放置的偏振片相互平行時(shí)，那么電光曲線正好相反，此特性稱為負(fù)性電光特性。1閾值電壓Vth ：透光強(qiáng)度變化10時(shí)的電壓，TN的Vth普通為13V2飽和電壓VS ：透光強(qiáng)度變化90時(shí)的電壓，飽和電壓越低，越易獲得好的顯示效果，功耗也可以降低.3對(duì)比度： Tmax/Tmin TN、STN對(duì)比度 5：120：1 TFT對(duì)比度 250：1300：14陡度和 VS/VTH = VTH/ (VS-VTH

14、)=1/(1-) VS越接近VTH，電光曲線越陡，趨于1，掃描線數(shù)可以越多， TN 1.41.6，只能實(shí)現(xiàn)816路驅(qū)動(dòng)， STN 1.021.2，可以實(shí)現(xiàn)128240路驅(qū)動(dòng)。液晶顯示器的主要性能電光特性.對(duì)比度與視角如下圖,液晶的對(duì)比度隨視角變化很厲害,當(dāng)Cr=2時(shí),圖象勉強(qiáng)可辨, Cr=5時(shí), 圖象就很明晰了。.7.3 等離子體顯示器PDP 什么是等離子顯示器？是利用惰性氣體稀有氣體在一定電壓的作用下產(chǎn)生氣體放電，構(gòu)成等離子體，而直接發(fā)射可見(jiàn)光?；蛘甙l(fā)射真空紫外線VUV進(jìn)而激發(fā)光致發(fā)光熒光粉而發(fā)射可見(jiàn)光的一種自動(dòng)發(fā)光型平板顯示器。.1972年，Burroughs公司又研發(fā)出具有自掃描功能的D

15、C-PDP板1995年NHK與松下公司協(xié)作，采用內(nèi)置電阻構(gòu)造制造出107cm的高清DC-PDP7.3.1 等離子體的開(kāi)展史DC-PDP.美國(guó)伊利諾斯大學(xué)Bitzer教授等人研制出了AC-PDP等離子體的開(kāi)展史.彩色PDP的研討開(kāi)場(chǎng)于70年代中期，直到90年代，才突破了彩色化、亮度和壽命等問(wèn)題，進(jìn)入到適用化階段。其緣由在于放電產(chǎn)生的離子轟擊熒光粉導(dǎo)致其老化速度快，壽命短，直到90年代末，共有3種主流的PDP放電方式，對(duì)向放電ACM、外表放電型ACC、脈沖存儲(chǔ)式直流驅(qū)動(dòng)型。等離子體的開(kāi)展史.7.3.2 PDP的分類直流型(DC-PDP)：電極與氣體直接接觸的。交流型(AC-PDP)：電極用覆蓋介質(zhì)

16、層與氣體相隔離。對(duì)向放電型外表放電型.AC-PDP根本構(gòu)造對(duì)向放電型：兩組電極分別制造在前后基板上，且彼此正交，每個(gè)交叉點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)放電單元，維持放電在前后基板間進(jìn)展。外表放電型(以三電極外表放電AC-PDP為例)：顯示電極含透明電極和匯流電極制造在前基板上，尋址電極制造在后基板上并與顯示電極正交，一對(duì)顯示電極與一條尋址電極的交叉區(qū)域就是一個(gè)放電單元，維持放電在兩組顯示電極間進(jìn)展。介質(zhì)維護(hù)膜：用于延伸顯示器壽命，添加任務(wù)電壓穩(wěn)定性，降低器件的著火電壓。.AC-PDP根本原理.PDP的子場(chǎng)驅(qū)動(dòng)波形.AC-PDP單元的放電過(guò)程.7.3.3 等離子體顯示器的特性及運(yùn)用.PDP的特性：易于實(shí)現(xiàn)薄型大屏幕

17、：前后基板間隙不到200m，PDP屏本身厚度不到1cm。具有高速呼應(yīng)特性：氣體放電的物理過(guò)程，“開(kāi)、“關(guān)速度在s量級(jí)，故掃描線數(shù)和像素?cái)?shù)幾乎不受限制，特別適宜大屏幕高分辨力和運(yùn)動(dòng)圖像的顯示?？蓪?shí)現(xiàn)全彩色顯示：VUV鼓勵(lì)紅、綠、藍(lán)三基色熒光粉發(fā)光，并采用時(shí)間調(diào)制灰度控制，可獲得與CRT同樣寬的色域。視角寬，可達(dá)160：與CRT一樣的寬視角。伏安特性非線性強(qiáng)，具有很陡的閾值特性：非尋址單元幾乎不發(fā)光，故對(duì)比度高。具有存儲(chǔ)功能：可使掃描線數(shù)到達(dá)1000線以上也不會(huì)引起屏幕亮度顯著下降。無(wú)圖像畸變，不受磁場(chǎng)干擾：精細(xì)制造的放電單元在全屏各處一致。運(yùn)用的環(huán)境范圍寬：構(gòu)造整體性好，抗震才干強(qiáng)，可在寬溫度濕

18、度范圍內(nèi)任務(wù)，且有電磁干擾、沖擊等惡劣條件下均可正常任務(wù)。任務(wù)于全數(shù)字化方式：提高了彩色圖像的穩(wěn)定性，利于數(shù)字化電視、多媒體終端的要求。長(zhǎng)壽命。.PDP的運(yùn)用領(lǐng)域當(dāng)屏幕壁掛電視、高明晰度電視和多媒體顯示器商業(yè)和公共信息顯示軍事指揮、工業(yè)控制等方面的運(yùn)用PDP的開(kāi)展情況和市場(chǎng)展望產(chǎn)業(yè)開(kāi)展情況市場(chǎng)展望PDP技術(shù)的開(kāi)展趨勢(shì).7.4 有機(jī)電致發(fā)光顯示器 OLED，即有機(jī)發(fā)光二極管Organic Light-Emitting Diode，又稱為有機(jī)電激光顯示Organic Electroluminesence Display, OELD。.7.4.1 OLED開(kāi)展史 荷蘭Philips、美國(guó)Uniax、

19、杜邦、Sharp、Motorola等也都把有機(jī)電致發(fā)光顯示器作為下一代適用化平板顯示器加以開(kāi)發(fā)。.OLED開(kāi)展史1963年，Pope等人以電解質(zhì)溶液為電極，在蒽單晶的兩側(cè)加400V直流電壓時(shí)，察看到了蒽的藍(lán)色電致發(fā)光。.1969年，Dresner等人在有機(jī)EL器件中引入了固體電極1973年，Vityuk等人以真空堆積的蒽薄膜替代了單晶1982年，P.S.Vincett等人運(yùn)用鋁和金作為陰極和陽(yáng)極，0.6的蒽薄膜作為發(fā)光層制造了有機(jī)EL器件，驅(qū)動(dòng)電壓大大降低(30V左右)，但是這時(shí)的器件壽命還很短，發(fā)光效率很低OLED開(kāi)展史.1987年，美國(guó)Eastman Kodak公司的C.W.Tang等人研

20、制出綠光1990年，英國(guó)劍橋大學(xué)J.H.Burroughs等人研制出黃綠光1993年，N.C.Greenham等人在兩層聚合物間插入另一層聚合物實(shí)現(xiàn)載流子匹配注入，發(fā)光量子效率提高了20倍，這不僅拓寬了對(duì)OLED器件機(jī)制的了解且預(yù)示著OLED開(kāi)場(chǎng)走向產(chǎn)業(yè)化1995年，日本先鋒公司率先報(bào)道了單色綠光256x64點(diǎn)陣的OLED顯示器，并于1997年勝利用于汽車顯示面板OLED開(kāi)展史.1995年，日本先鋒公司率先報(bào)道了單色綠光256x64點(diǎn)陣的OLED顯示器，并于1997年勝利用于汽車顯示面板先鋒公司于1999年展現(xiàn)了有源矩陣驅(qū)動(dòng)5.2 全彩色1/4VGA AM-OLED，2000年，柯達(dá)與其協(xié)作同

21、伴日本三洋公司采用低溫多晶硅薄膜驅(qū)動(dòng)有機(jī)電致發(fā)光顯示器，制成了5.5 全彩色VGA AM-OLED，該器件僅有一個(gè)硬幣厚2001年，Sony又推出13 全彩色AM-OLED，東芝公司初次采用噴墨印刷技術(shù)制造勝利2.8全彩色聚合物AM-OLEDOLED開(kāi)展史.7.4.2 有機(jī)電致發(fā)光顯示器的任務(wù)原理 .有機(jī)電致發(fā)光顯示器的發(fā)光原理.7.4.3 有機(jī)電致發(fā)光顯示器資料 制備OLED的資料種類很多，主要分為陽(yáng)極資料、陰極資料、緩沖層資料、載流子傳輸資料和發(fā)光資料等幾大類。 運(yùn)用在有機(jī)電致發(fā)光器件中的有機(jī)染料應(yīng)滿足以下四個(gè)條件：(l)具有較高的熒光量子效率；(2)有紅、綠、藍(lán)色的發(fā)射峰且發(fā)射峰要盡能夠

22、的窄，以便可以獲得較好的色純度；(3)穩(wěn)定性好，可以進(jìn)展熱蒸發(fā)；(4)染料的吸收光譜與主體資料的發(fā)射光譜要有很好的重疊性，即主體資料與染料的能量適配，從主體資料到染料可以有效地進(jìn)展能量的傳送。 .有機(jī)電致發(fā)光顯示器資料.7.4.4 OLED性能參數(shù)亮度與電壓關(guān)系發(fā)射光譜發(fā)光亮度發(fā)光效率發(fā)光色度壽命電流與電壓關(guān)系.國(guó)際照明委員會(huì)規(guī)范色度坐標(biāo)圖OLED光學(xué)參數(shù).7.4.5 有機(jī)電致發(fā)光顯示器的制備過(guò)程.有機(jī)電致發(fā)光顯示器的制備過(guò)程.7.5 其他顯示器7.5.1 場(chǎng)發(fā)射顯示器 固體內(nèi)的電子由于遭到原子核的吸引作用而被束縛在固體內(nèi)部。在經(jīng)典物理實(shí)際中，只需當(dāng)外電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)到達(dá)10的8次方，才干讓電子抑制原子核的吸引而發(fā)射出固體外表。但是，按照量子力學(xué)，電子會(huì)發(fā)生隧穿效應(yīng)，也就是，電子可以穿過(guò)比它的動(dòng)能更高的勢(shì)壘。因此，當(dāng)外電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)到達(dá)10的6次方時(shí)，曾經(jīng)有很明顯的電子發(fā)射景象了。這種利用外界強(qiáng)電場(chǎng)，把電子拉出