平板顯示技術(shù)：第九章 ELD+VFD+E-paper

第九章其它顯示(xiǎnshì)技術(shù)

9.1無(wú)機(jī)電致發(fā)光顯示（ELD）電致發(fā)光元件的結(jié)構(gòu)(jiégòu)原理電致發(fā)光元件的材料與制作1共八十七頁(yè)處于激發(fā)態(tài)的分子、晶體和非晶態(tài)物質(zhì)(wùzhì)在退激過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生輻射，即發(fā)光。根據(jù)其受激的方式，這種激發(fā)態(tài)發(fā)光可以分為三種形式：光致發(fā)光（photoluminescence，PL）電致發(fā)光（electroluminescence，EL）陰極(yīnjí)發(fā)光（cathodeluminescence，CL）一種是撞擊式電致發(fā)光：電壓直接或間接加在電極之間而引起的發(fā)光，如通常日光燈的發(fā)光。另一種是電荷注入電致發(fā)光：電壓加在直接固定于單晶半導(dǎo)體(如GaAs)PN結(jié)的電極上，由于載流子的注入而引起發(fā)光，如通常發(fā)光二極管(LED)的發(fā)光。電致發(fā)光的兩種類型:電致發(fā)光是電能轉(zhuǎn)化為光能的過(guò)程。2共八十七頁(yè)9.1.1電致發(fā)光元件的結(jié)構(gòu)(jiégòu)原理電致發(fā)光(electroluminescent，EL)是指半導(dǎo)體，主要是熒光體，在外加電場(chǎng)作用下的自發(fā)光(fāɡuānɡ)現(xiàn)象。在EL中分注入型發(fā)光和本征發(fā)光兩大類。注入型EL的典型器件是發(fā)光二極管(LED)，在外加電場(chǎng)作用下使P－N結(jié)產(chǎn)生少數(shù)載流子注入，進(jìn)而產(chǎn)生發(fā)光；本征型EL是不伴隨少數(shù)載流子注入而發(fā)光，即把ZnS等類型的熒光粉混入纖維素之類的電介質(zhì)中，直接地或間接地夾在兩電極之間，施加電壓后使之發(fā)光。3共八十七頁(yè)1920年德國(guó)學(xué)者古登和波爾發(fā)現(xiàn)，某些物質(zhì)加上電壓后會(huì)發(fā)光，人們把這種現(xiàn)像稱為電致發(fā)光或場(chǎng)至發(fā)光（EL）。1936年，德斯垂將ZnS熒光粉浸入蓖麻油中，并加上電場(chǎng)，熒光粉便能發(fā)出明亮的光。1947年美國(guó)學(xué)者麥克馬斯發(fā)明了導(dǎo)電玻璃，多人利用這種玻璃做電極制成了平面光源，但由于當(dāng)時(shí)發(fā)光效率很低，還不適合作照明光源，只能勉強(qiáng)作顯示器件。1950年，Sylvania公司利用Sn02透明(tòumíng)導(dǎo)電膜電極，開(kāi)發(fā)成功分散型EL元件，作為平面型發(fā)光源，稱為第一代EL。研究(yánjiū)歷史4共八十七頁(yè)1968年，Vecth和Kahng等人發(fā)表了兩篇文章，被認(rèn)為是第二代EL開(kāi)始的標(biāo)志。在此基礎(chǔ)上，Inoguchi等人于1974年發(fā)表了關(guān)于高輝度、長(zhǎng)壽命的二層絕緣膜結(jié)構(gòu)的薄膜型EL元件的文章，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了EL用于電視(diànshì)畫(huà)面顯示的可能性。70年代后，由于薄膜技術(shù)帶來(lái)的革命，薄膜晶體管（TFT）技術(shù)的發(fā)展,EL在壽命、效率、亮度、存儲(chǔ)上的技術(shù)有了相當(dāng)?shù)奶岣?使得EL成為在顯示技術(shù)中最有前途的發(fā)展方向之一。1983年，日本開(kāi)始了薄膜ELD的批量生產(chǎn)。近年，研究集中于全彩色顯示和更大容量的顯示方面。主要是從材料的角度進(jìn)行研究。EL冷光片是一種簡(jiǎn)單可靠的發(fā)光方式，因其具有輕、薄、抗震、耐沖擊、低耗電、冷光等特性，早期在軍事及航天有廣泛的應(yīng)用。到目前為止，EL冷光片已在液晶背光、汽車工業(yè)、標(biāo)示牌、建筑及室內(nèi)設(shè)計(jì)、廣告、禮品玩具等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。5共八十七頁(yè)國(guó)內(nèi)研究(yánjiū)我國(guó)于二十世紀(jì)60年代以中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春物理研究所為主體，正式確立研究及開(kāi)發(fā)。1982年中科院長(zhǎng)春物理所成功的研制了4X4米的矩陣式超大型塑料發(fā)光屏幕，并在北京人民大會(huì)堂大禮堂懸掛應(yīng)用10年之久。九十年代中期我國(guó)EL器件逐步開(kāi)始進(jìn)入民用領(lǐng)域，同時(shí)與其相關(guān)配套電子驅(qū)動(dòng)部分也迅猛發(fā)展，目前生產(chǎn)與市場(chǎng)均已十分成熟。粉末AC電致發(fā)光器件技術(shù)目前主體分為：EL玻璃屏（在玻璃上實(shí)施）、EL搪瓷屏（在金屬板上實(shí)施）、EL塑料屏、EL線性器件（在電線上實(shí)施。電致發(fā)光(EL)片又稱冷光片、霓虹晶片、彩虹片等。其主要優(yōu)點(diǎn)為薄，輕，動(dòng)態(tài)閃動(dòng)，面發(fā)光均勻，生產(chǎn)(絲網(wǎng)印刷)及裝配(zhuāngpèi)使用工藝實(shí)施簡(jiǎn)單。EL發(fā)光片主要應(yīng)用于超薄廣告燈箱，儀器儀表照明、發(fā)光顯示指示等6共八十七頁(yè)EL冷光片電激發(fā)光是一種由電能轉(zhuǎn)為光能的現(xiàn)象，因其在工作的過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生熱量，所以(suǒyǐ)一般俗稱冷光。目前，行業(yè)內(nèi)把EL冷光片叫為背光源、發(fā)光片等。冷光片簡(jiǎn)稱EL,發(fā)光材料為硫化鋅粒子，通過(guò)夾在兩極的交流電壓驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生的交流電場(chǎng)，電子在發(fā)光層內(nèi)高速運(yùn)轉(zhuǎn)，激活發(fā)光原子，使其被加速而獲得足夠能量，被電場(chǎng)激發(fā)的電子碰撞發(fā)光中心及熒光物質(zhì)，而引致電子能極的跳躍—變化—復(fù)合而導(dǎo)致發(fā)射出高效率冷光的一種物理現(xiàn)象，即電激發(fā)光現(xiàn)象，7共八十七頁(yè)EL塑料片的厚度一般在0.2-0.5mm左右，是由絕緣基底(jīdǐ)上噴涂了電致發(fā)光材料并夾在兩層電極之間組成。發(fā)光片可以通過(guò)使用不同的發(fā)光材料，比如硫化鋅等，再摻雜其他成份的激活劑、共激活劑或添加螢光染色劑等，來(lái)調(diào)整光的亮度和顏色。改變頻率同樣能引起光的顏色變化，當(dāng)頻率增加時(shí)顏色向偏藍(lán)(短波)的方向移動(dòng)，而當(dāng)頻率減小時(shí)顏色會(huì)向偏綠(長(zhǎng)波)的方向移動(dòng),EL片的原始顏色是指電壓115V/400HZ時(shí)發(fā)光片的發(fā)光顏色，一般為綠色或藍(lán)綠色。塑料電(場(chǎng))致發(fā)光片具有很強(qiáng)的柔韌性，在不折損電極的前提下，可相對(duì)裁剪或彎曲而不影響發(fā)光性能；8共八十七頁(yè)圖像顯示質(zhì)量高受溫度(wēndù)變化的影響小全固體顯示元件小功耗、薄型、質(zhì)輕不足：驅(qū)動(dòng)電壓高負(fù)載(fùzài)電容大藍(lán)光效率低實(shí)現(xiàn)大面積、無(wú)缺陷、均勻薄膜的工藝要求高9共八十七頁(yè)1分散型交流(jiāoliú)電致發(fā)光結(jié)構(gòu)原理由Sylvania公司(ɡōnɡsī)最初開(kāi)發(fā)，是第一代EL的代表結(jié)構(gòu)形式，目前廣泛用于液晶顯示器的背照光源?；鍨椴ＡЩ蛉嵝运芰习?。透明電極采用ITO膜，發(fā)光層由熒光體粉末分散在有機(jī)粘結(jié)劑中做成。10共八十七頁(yè)熒光(yíngguāng)體粉末的母體材料是ZnS，其中添加了作為發(fā)光中心的活化劑和Cu，Cl，I及Mn原子等，由此可得到不同的發(fā)光顏色。粘結(jié)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)光層與背電極間設(shè)有介電體層以防止絕緣層被破壞。背電極用Al膜做成.交流電致發(fā)光ACEL是大量幾微米到幾十微米的發(fā)光粉狀晶體懸浮在絕緣介質(zhì)中的發(fā)光現(xiàn)象，也稱德斯垂效應(yīng)。ACEL所加的電壓通常為數(shù)百伏。ACEL是晶體內(nèi)的發(fā)光線發(fā)光，不是體發(fā)光。線發(fā)光強(qiáng)度可達(dá)3.4×105cd/m2，總體發(fā)光亮度約40cd/m2功率轉(zhuǎn)換效率為1/%，壽命約1000小時(shí)。11共八十七頁(yè)發(fā)光顏色：通過(guò)激活劑和共激活劑的組合可以在藍(lán)色到黃色之間的范圍內(nèi)變化。在ZnS:Cu,Cl系中，通過(guò)調(diào)節(jié)Cl的含量，可以獲得從藍(lán)色(460nm)到綠色(lǜsè)(510nm)的發(fā)光。此外，由ZnS：Cu,A1系可得到綠色。由ZnS:Cu,Cl,Mn系可得到黃色發(fā)光等。粉末(fěnmò)AC-EL板的特性：12共八十七頁(yè)2薄膜型交流(jiāoliú)電致發(fā)光1974年高輝度、長(zhǎng)壽命的薄膜交流型EL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)。目前已投入商品市場(chǎng)。結(jié)構(gòu)：在玻璃基板上依次積成透明(tòumíng)電極、第一絕緣層、發(fā)光層、第二絕緣層、背面電極等。發(fā)光層厚0.5～1μm，絕緣層厚0.3～0.5μm。13共八十七頁(yè)高場(chǎng)薄膜電致發(fā)光（TFEL）目前的ACTFEL多采用雙絕緣層ZnS:Mn薄膜結(jié)構(gòu)。器件(qìjiàn)由三層組成，發(fā)光層夾在兩絕緣層間，起消除漏電流與避免擊穿的作用。摻不同雜質(zhì)則發(fā)不同的光，其中摻Mn的發(fā)光效率最高，加200V，5000Hz電壓時(shí)，亮度高達(dá)5000cd/m2。ACTFEL具有記憶效應(yīng)，通常室內(nèi)光照度下，記憶可維持幾分鐘，在黑暗中可保持十幾個(gè)小時(shí)。EL器件目前已被應(yīng)用在背光源照明上，在汽車、飛機(jī)及其他設(shè)備儀器儀表、手機(jī)、手表、電子鐘、LCD模塊、筆記本電腦顯示器等方面獲得應(yīng)用。也作為交通安全標(biāo)志，公司標(biāo)志，出口通道等發(fā)光指示牌上的發(fā)光顯示器件。14共八十七頁(yè)

TDEL（Thick-filmDialectricElectroluminescentTechnology厚膜電致發(fā)光技術(shù)）顯示器的原理是利用一整片的藍(lán)色磷光為基礎(chǔ)，激發(fā)其上的紅色和綠色顏料，混合成三色的RGB影像。由于不須要像等離子電視一樣復(fù)雜的組件，也不須要LCD的背光，37“的TDEL電視樣品厚僅2cm，重量則甚至不到一公斤。從技術(shù)性能以及性能價(jià)格比方面進(jìn)行比較，TDEL顯示器要比PDP和LCD顯示器好，是一項(xiàng)比較有發(fā)展前途的平板顯示器。這項(xiàng)技術(shù)是一個(gè)加拿大籍中國(guó)(zhōnɡɡuó)人發(fā)明的，技術(shù)由加拿大iFire公司擁有，但由于沒(méi)有其他公司參與，一直普及不起來(lái)。TDEL顯示器15共八十七頁(yè)TDEL顯示器的構(gòu)造(gòuzào)16共八十七頁(yè)9.1.2電致發(fā)光元件(yuánjiàn)的材料與制作電致發(fā)光元件的構(gòu)成材料：發(fā)光層材料：一是添加合適(héshì)的發(fā)光中心以獲得可見(jiàn)光波長(zhǎng)范圍內(nèi)的發(fā)光；二是能承受激發(fā)所必需的106V／cm左右的強(qiáng)電場(chǎng)。一般采用添加有合適的發(fā)光中心的能隙比較寬的半導(dǎo)體材料。目前已經(jīng)實(shí)用化的母體材料是ZnS。絕緣層材料：非晶態(tài)氧化物或氮化物，鐵電體（BaTiO3等）電極材料：ITO基板材料：玻璃17共八十七頁(yè)18共八十七頁(yè)EL元件(yuánjiàn)各功能層的形成1發(fā)光層：多采用電子束蒸發(fā)、金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積MOCVD等真空蒸鍍法。對(duì)于難以采用真空蒸發(fā)的材質(zhì)，一般是采有濺射鍍膜法，沉積速率大，便于連續(xù)化生產(chǎn)。而且發(fā)光中心在膜層中分布均勻；對(duì)于均勻性要求更高、晶體結(jié)構(gòu)有特殊要求的膜層，可以采用原子(yuánzǐ)層外延ALE(atomiclayerepitaxy)等技術(shù)。2絕緣膜：濺射鍍膜法19共八十七頁(yè)20共八十七頁(yè)9.2真空熒光(yíngguāng)顯示（VFD）概述工作原理及基本(jīběn)結(jié)構(gòu)構(gòu)成材料與制造工藝21共八十七頁(yè)22共八十七頁(yè)電子(diànzǐ)倒車后視鏡

（高亮度）簡(jiǎn)易(jiǎnyì)導(dǎo)航

（多色）在儀表上行車電腦VFD

使用實(shí)例23共八十七頁(yè)真空熒光(yíngguāng)顯示(VacuumFluorescentDisplay,VFD)是利用真空熒光管進(jìn)行顯示，簡(jiǎn)稱VFD。這是一種低能電子發(fā)光顯示器件，它克服了CRT體積大、電壓高的缺點(diǎn)，雖然是真空器件，但工作電壓低、體積小和亮度高。在環(huán)境亮度變化大和對(duì)低功耗無(wú)要求的場(chǎng)合有著優(yōu)越性，所以在低中檔顯示領(lǐng)域，如計(jì)算器、汽車、儀器儀表方面有廣泛的應(yīng)用。9.2.1概述(ɡàishù)24共八十七頁(yè)熒光管顯示器是具代表性的自發(fā)光型電子顯示器件之一，用途很廣。不同廠家的熒光管顯示器可能有不同名稱，但國(guó)際學(xué)會(huì)(xuéhuì)及一般刊物中廣泛稱其為真空熒光管顯示器(vacuumfluorescentdisplay，VFD)。一種低能電子發(fā)光顯示器件，它的顯示特性與CRT、FED類似，但它克服了CRT體積大、電壓高的缺點(diǎn)，雖然是真空器件，但工作電壓低、體積小和亮度高。在環(huán)境亮度變化大和對(duì)低功耗無(wú)要求的場(chǎng)合有LCD無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，所以在低中檔顯示領(lǐng)域，如計(jì)算器、汽車、儀器儀表方面有廣泛的應(yīng)用。最初的VFD采用球形玻璃管，它是為顯示一位數(shù)字而開(kāi)發(fā)的，主要用于電子計(jì)算器中的數(shù)字顯示。基本上沿用普通電子管的生產(chǎn)工藝，外形如普通電子管中的拇指管，這種單管式熒光顯示管用作數(shù)字或字符顯示時(shí)，需將多個(gè)單管排列，體積大，安裝不方便。25共八十七頁(yè)此后，隨著厚膜、薄膜技術(shù)的發(fā)展，以及逐漸實(shí)現(xiàn)多色化等的技術(shù)進(jìn)步，經(jīng)過(guò)多年的變遷，逐漸達(dá)到目前的狀態(tài)。VFD是由陰極、柵極、陽(yáng)極構(gòu)成的，至少觀測(cè)側(cè)是密封于透明容器中的電子管。由陰極放出的電子(diànzǐ)在柵極控制下碰撞陽(yáng)極，陽(yáng)極上按一定圖形涂布的熒光體被低速電子(diànzǐ)束激發(fā)發(fā)光，并由此顯示出所需要信息的自發(fā)光型電子(diànzǐ)顯示器。與CRT類似，VFD是利用電子束激發(fā)熒光體使其發(fā)光的電子管。但與CRT所用的10～35kV高能電子束相比，VFD僅用50V以下的低能電子束。二者電子束的形態(tài)也不相同，CRT采用線狀電子束，進(jìn)行光柵掃描或矢量掃描，VFD采用噴淋狀電子束，通過(guò)柵極與陽(yáng)極電位的組合，選擇所需要顯示的信息。26共八十七頁(yè)特點(diǎn)(tèdiǎn)低工作電壓，陽(yáng)極和柵極的電壓12～20V，每一路的驅(qū)動(dòng)電流幾mA?？梢杂眉呻娐?jíchéng-diànlù)直接驅(qū)動(dòng)；亮度高，藍(lán)綠色為l000～2000cd／m2，用于汽車上的平視顯示器亮度可達(dá)10000cd／m2以上；紅色和藍(lán)色為幾百cd／m2；基本上沒(méi)有視角的限制；顏色清晰,灰階控制；厚度為6～10mm，平板結(jié)構(gòu)；一個(gè)DVD用的顯示屏只有75mm×14mm×6mm，而大型的長(zhǎng)度可達(dá)550mm；顯示圖案靈活，可以做成筆段和符號(hào)的形狀，也可以點(diǎn)矩陣顯示和全矩陣顯示。可透過(guò)特定濾板任意更改顏色27共八十七頁(yè)問(wèn)題(wèntí)陰極功耗大。VFD的總功耗主要有陰極加熱功率、柵極功率和陽(yáng)極功率。不管發(fā)光點(diǎn)有多少是開(kāi)通發(fā)光的，只要一開(kāi)機(jī)，陰極的加熱始終常開(kāi)。不考慮驅(qū)動(dòng)電路的功率損耗，VFD屏本身的陰極加熱占全屏功耗的1／3以上；低陽(yáng)極電壓的工作條件下，難以找到合適的高效率、長(zhǎng)壽命發(fā)光粉。限制了全彩色顯示屏的開(kāi)發(fā)；真空結(jié)構(gòu)，難以制作大面積的電視顯示屏。VFD的應(yīng)用范圍主要是用于家用電器(jiāyònɡdiànqì)的工作狀態(tài)顯示和儀器儀表的數(shù)碼和符號(hào)、圖表顯示。28共八十七頁(yè)VFDLCD視角(shìjiǎo)對(duì)比度EnvironmentDarkorNormal(DSTN/STN/TN)背景沒(méi)有露光(lùɡuānɡ)現(xiàn)象且看不到未點(diǎn)燈字劃背景有露光現(xiàn)象且可看到未點(diǎn)燈字劃沒(méi)有限制

(170度)＊會(huì)因構(gòu)造而限制視野角有角度限制

(60-100度)＊顏色隨角度產(chǎn)生變化操作溫度-40～+85℃＊不影響反應(yīng)速度-30～+85℃＊影響反應(yīng)速度反應(yīng)速度10μs＊溫度不影響反應(yīng)速度65ms＊溫度影響反應(yīng)速度灰階可利用驅(qū)動(dòng)IC進(jìn)行高灰階功能表示低灰階功能表示VFD與LCD比較29共八十七頁(yè)

VFD由于自發(fā)光不會(huì)產(chǎn)生(chǎnshēng)如LCD的背光漏光現(xiàn)象.VFDLCD30共八十七頁(yè)當(dāng)陰極有電流通過(guò)時(shí)，燈絲便產(chǎn)生熱量(rèliàng)，釋放電子。這樣一些電子穿過(guò)柵格，均勻地打在陽(yáng)極的字符段上。凡是由電子開(kāi)關(guān)通電的字符段，受電子轟擊后發(fā)亮；否則，發(fā)暗。這樣通過(guò)控制字符段的通電狀態(tài)，控制不同的數(shù)字。9.2.2工作原理及基本(jīběn)結(jié)構(gòu)

工作原理31共八十七頁(yè)發(fā)光(fāɡuānɡ)ONONON沒(méi)有(méiyǒu)發(fā)光ONOFFOFF燈絲/Filament柵極/Grid陽(yáng)極/AnodeVFD發(fā)光原理32共八十七頁(yè)

VFD是利用氧化鋅(ZnO:Zn)等類似熒光粉在幾十電子伏能量轟擊下的發(fā)光現(xiàn)象。在VFD中，陰極發(fā)射電子，而陰極發(fā)射的電子能否通過(guò)柵極兒到達(dá)陽(yáng)極，取決于柵極相對(duì)于陰極的電位。當(dāng)柵極電位為正，陰極發(fā)射的部分電子被柵極截獲，變成柵流，這部分電流(diànliú)越小越好；部分電子穿過(guò)柵孔打到陽(yáng)極，激發(fā)熒光粉發(fā)光，而成為陽(yáng)極電流(diànliú)。當(dāng)然這時(shí)陽(yáng)極上必須是正電壓。也就是柵極和陽(yáng)極同時(shí)為正電壓時(shí)，才能發(fā)光顯示。VFD工作(gōngzuò)原理

典型的真空三極管工作原理33共八十七頁(yè)VFD的結(jié)構(gòu)(jiégòu)VFD基本結(jié)構(gòu)由陽(yáng)極(yángjí)、陰極、柵極和玻璃罩構(gòu)成，典型的真空三極管結(jié)構(gòu)。34共八十七頁(yè)VFD構(gòu)造(gòuzào)圖35共八十七頁(yè)真空熒光顯示管是一個(gè)真空容器，其上下是兩塊內(nèi)側(cè)鍍有導(dǎo)電膜的平板玻璃，四周用玻璃粉進(jìn)行密封，并且留有一個(gè)排氣管。燈絲為陰極，與電源“－”極相接；陽(yáng)極為涂有磷光物質(zhì)的屏幕，與電源正極相接，每個(gè)字符段由電子開(kāi)關(guān)單獨(dú)控制通電狀態(tài)；在燈絲與陽(yáng)極之間有柵格，整個(gè)裝置密封在被抽真空的玻璃罩內(nèi)。為了堆持器件內(nèi)的真空度，還放上一個(gè)環(huán)狀消氣器，內(nèi)裝消氣劑。排氣結(jié)束后，使用高頻加熱把消氣劑中金屬鋇蒸發(fā)到平板玻璃的內(nèi)側(cè)面(cèmiàn)．以吸收使用過(guò)程中器件內(nèi)釋放出來(lái)的氣體。36共八十七頁(yè)圈環(huán)端子(duānzǐ)熒光(yíngguāng)體連接板燈絲支架玻璃蓋框架基板燈絲柵極側(cè)板37共八十七頁(yè)單位(dānwèi)熒光數(shù)碼管的結(jié)構(gòu)KGfaegdcbKCathodes(heaters)GridGlassbackPlates38共八十七頁(yè)9.2.3構(gòu)成材料(cáiliào)與制造工藝VFD用的主要材料包括封裝用玻璃、陰極材料、電極及引線端子用金屬材料、陽(yáng)極基板用的厚膜材料、熒光體等。為避免絲極妨礙畫(huà)面顯示，鎢絲線表面包覆Ba、Sr以及Ca等材料構(gòu)成的氧化物。對(duì)絲極施加電壓使絲極加熱至620℃，接著再用柵極對(duì)絲極釋放的熱電子進(jìn)行控制與加速，通過(guò)柵極網(wǎng)孔的電子撞擊至涂有熒光體的陽(yáng)極，進(jìn)而激發(fā)熒光體產(chǎn)生光。同樣為避免柵極妨礙畫(huà)面顯示，利用(lìyòng)蝕刻技術(shù)將厚50μm不銹鋼板制成線寬30μm的網(wǎng)孔，只要對(duì)柵極施加正電荷，便可使絲極射出的電子加速擴(kuò)散，并將電子誘導(dǎo)至陽(yáng)極。39共八十七頁(yè)陽(yáng)極基板則利用厚膜印刷技術(shù)制作鋁質(zhì)膜層導(dǎo)線(dǎoxiàn)，接著再用低融點(diǎn)玻璃在導(dǎo)線(dǎoxiàn)上鋪設(shè)絕緣層，顯示畫(huà)面的部位設(shè)有throughhole，該throughhole絕緣層上方以黑鉛形成電極，最后在電極表面涂布熒光體形成陽(yáng)極發(fā)光顯示單元。顯示畫(huà)面時(shí)分別對(duì)柵極與陽(yáng)極施加正電位，非顯示部位則對(duì)柵極與陽(yáng)極其中一方，或是兩者同時(shí)施加負(fù)電位，藉此方式阻止電子進(jìn)入熒光體產(chǎn)生撞擊發(fā)光。40共八十七頁(yè)熒光粉大多數(shù)情況(qíngkuàng)下，VFD的陽(yáng)極電壓采用12-50V。在這樣低的電壓下，能產(chǎn)生足夠高輝度發(fā)光的熒光粉，必須滿足下列三個(gè)條件：基質(zhì)材料的禁帶寬度必須足夠?qū)?，使得?duì)可見(jiàn)光是透明的。而雜質(zhì)能級(jí)必須合適，使得載流子躍遷發(fā)出的光為所要求的顏色：必須有高的量子效率。因?yàn)檗Z擊的電子能量低，每個(gè)電子只能激發(fā)起幾個(gè)電子產(chǎn)生輻射躍遷。熒光粉本身必須具有足夠的導(dǎo)電率，以便將入射電子的負(fù)電荷引走。目前只有發(fā)綠色的ZnO：Zn能完全符合上述要求。41共八十七頁(yè)在低能電子激發(fā)中，電子的穿透深度很小。500eV的電子在Zn0：Zn和ZnS類的發(fā)光粉內(nèi)的電子穿透深度也不超過(guò)8.1nm和6.0nm。對(duì)陽(yáng)極電壓l2V就正常發(fā)光的ZnO：Zn來(lái)說(shuō)，此時(shí)電子滲入到發(fā)光體內(nèi)的深度很淺。發(fā)光粉的粒徑一般為幾個(gè)微米，因而(yīnér)發(fā)光只限于發(fā)光粉的表面，要求VFD中使用的發(fā)光粉，有較好的表面發(fā)光效率。對(duì)CRT中使用的大部分發(fā)光粉來(lái)說(shuō)，表面電子的無(wú)輻射躍遷使其在小于2kV的陽(yáng)極電壓下不發(fā)光或效率很低，這個(gè)電壓稱為“死電壓”。而ZnO:Zn的死電壓幾乎不存在或接近0V。42共八十七頁(yè)根據(jù)陰極射線發(fā)光理論可知，發(fā)光亮度(liàngdù)

L與陽(yáng)極電壓Va、陽(yáng)極電流密度ia、發(fā)光效率及激發(fā)占空比Df有如下關(guān)系：式中的L是人眼所感覺(jué)到的亮度。

VFD的電壓低,是CRT的1／100，即使在發(fā)光效率相當(dāng)時(shí)，要得到相同的亮度也必須要有幾百倍的平均陽(yáng)極激發(fā)電流密度。因而VFD是低壓大電流的發(fā)光器件，需要能提供較大電流的陰極和能夠耐電流轟擊的發(fā)光材料。43共八十七頁(yè)AM-VFDHUD(Headupdisplay)AMVFD+LEDAM-VFD在HUD上的應(yīng)用(yìngyòng)44共八十七頁(yè)グリッド（金屬メッシュ）Grid表示部DisplaypatternリードLeadフィラメントFilamentセンサー部Sensorpattern観察方向ViewingDirection【橫剖面】KEY1～9：TouchkeyKEY10～13：SliderkeySensorICCPUSPI-busUn-synchronismserial電容感應(yīng)式

VFD(接觸(jiēchù)感應(yīng))45共八十七頁(yè)9.3電子(diànzǐ)紙顯示技術(shù)飛利浦－E-INK電子(diànzǐ)紙惠普新型電子書(shū)46共八十七頁(yè)可卷曲(juànqǔ)電子紙應(yīng)用空間廣泛采用(cǎiyòng)柔性基板材料制造出來(lái)的柔性電子紙，能夠像紙張一樣輕薄、可卷繞或折疊以便于攜帶。目前柔性電子紙可采用(cǎiyòng)塑料、薄型金屬和超薄玻璃基板等。

47共八十七頁(yè)9.3.1電子(diànzǐ)紙電子紙ElectronicPaper(E-Paper)，也稱DigitalPaper、Paper-LikeDisplay，是一種視覺(jué)效果與紙張相似的電子顯示裝置，具有易于閱讀、便于攜帶和低功耗等特性。電子紙目前最主要的一種應(yīng)用是電子書(shū)閱讀器(E-BookReader)，這是一種以電子紙為核心部件的便攜式電子設(shè)備，用于閱讀電子圖書(shū)報(bào)刊。電子紙還可廣泛用于廣告牌、信用卡、會(huì)員卡、鐘表、電子標(biāo)簽、各種指示器、醫(yī)療器械以及數(shù)碼相框、手機(jī)(shǒujī)等便攜式消費(fèi)產(chǎn)品；此外，電子紙目前的市場(chǎng)定位雖不是要取代液晶顯示器，但隨著高亮度、高分辨率和高響應(yīng)速度全彩色電子紙技術(shù)的發(fā)展，其應(yīng)用將很有可能會(huì)擴(kuò)展到電腦顯示器、電視機(jī)等更龐大的應(yīng)用領(lǐng)域48共八十七頁(yè)優(yōu)點(diǎn)(yōudiǎn)屏幕較大、和真正的紙張相似無(wú)論在明亮的日光下還是昏暗的環(huán)境中，都可以利用反射方式來(lái)顯示出內(nèi)容，感覺(jué)就和閱讀報(bào)紙一樣具有超薄、像印刷物一樣的可視性關(guān)閉電源后仍保持顯示狀態(tài)的記憶特性屬于不需背照燈的反射方式，因此不需要一直通電顯示效果看起來(lái)清清楚楚具有不會(huì)浪費(fèi)地球森林資源及環(huán)保概念等優(yōu)勢(shì)隨意(suíyì)存取，反復(fù)使用一種方式是手寫(xiě)輸入，另一種方式是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)下載刷新內(nèi)容49共八十七頁(yè)缺點(diǎn)(quēdiǎn)離價(jià)位低、重量輕、容易看等紙張?zhí)匦赃€有一段距離昂貴且復(fù)雜的原料(yuánliào)制作過(guò)程～～成本高50共八十七頁(yè)51共八十七頁(yè)52共八十七頁(yè)53共八十七頁(yè)1971:古登堡計(jì)劃(jìhuà)1974:Gyricon（NicholasSheridon）1993:AppleNewton(筆記本電腦)1999:RocketeBook2000:MicrosoftReader

(PCsoftware)2002:PalmTreo(PDA,thenSmartphone)2002:TabletPC(technicallysince1989)2004:SonyLibré(第一代eInk)2005:iRexReader(TouchScreen)2006:Sony?Reader（CES）2006:PlasticLogic(柔性(róuxìnɡ)背板)2007:VizplexTM

(第二代eInk)2007:津科翰林v3(Vizplex)11/2007:AmazonKindle2009:AmazonKindleDX2010:PlasticLogicReader電子紙的發(fā)展54共八十七頁(yè)第一代有影響(yǐngxiǎng)的eInk電子書(shū)：

SonyLIBRIé-2004

2004iRex電子書(shū)閱讀器-200555共八十七頁(yè)Kindle掀起(xiānqǐ)電子書(shū)閱讀器熱潮56AmazonKindle（亞馬遜）不僅打開(kāi)電子書(shū)閱讀器市場(chǎng)，也奠定電子紙?jiān)陔娮訒?shū)應(yīng)用上的主流顯示技術(shù)地位。由于無(wú)需背光模塊構(gòu)造，因此Kindle1次充電可使用90小時(shí)(xiǎoshí)，或翻頁(yè)10,000次。即使1天閱讀時(shí)間超過(guò)12小時(shí)，Kindle亦可連續(xù)使用超過(guò)1星期而不需充電。2007年11月發(fā)布,賣出50萬(wàn)臺(tái)以上56共八十七頁(yè)9.3.2電子墨水顯示(xiǎnshì)技術(shù)

早在1970年代初已出現(xiàn)「電子紙」的想法，這是當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)屏幕質(zhì)量太差所激起的浪花。

1980，在PARC的薛立登的基本構(gòu)想：將一些與人類頭發(fā)差不多寬度的塑料珠嵌入一張有彈性的的透片中。每顆珠子都是雙色調(diào)，半白半黑，各帶著相反的電荷。若施加適當(dāng)?shù)碾妶?chǎng)到透片表面，珠子就會(huì)翻轉(zhuǎn)、定位，將黑或白面呈現(xiàn)(chéngxiàn)在觀視面上，達(dá)到「油墨」寫(xiě)在正確位置的效果。

57共八十七頁(yè)電子紙的顯示技術(shù)(jìshù)之1:

Gyricon媒體公司的智能紙（SmartPaper)旋轉(zhuǎn)球柔板顯示器。由Nick

Sheridon在施樂(lè)公司開(kāi)發(fā)的Gyricon電子墨水誕生于上世紀(jì)七十年代。使用雙色調(diào)(sèdiào)的微小對(duì)稱固體電珠到處旋轉(zhuǎn)游走。由白色與黑色樹(shù)脂制成。58共八十七頁(yè)Gyricon的核心部分是一片看上去與普通紙張類似的透明膠片，但是在膠片里面分布了高達(dá)百萬(wàn)計(jì)的直徑在100微米左右大小的帶電小球。每個(gè)小球的一面涂上了帶負(fù)電黑色涂料，另一面涂上帶正電的白色涂料。這些小球被密封在透明的充滿潤(rùn)滑油的硅膠片中。在硅膠片的表面構(gòu)造了類似液晶TFT一樣的電路，能夠按照需要在不同的位置施加正電壓(diànyā)或者負(fù)電壓(diànyā)。這樣內(nèi)部泡在潤(rùn)滑油中的帶電小球就會(huì)在電場(chǎng)的作用下發(fā)生旋轉(zhuǎn)，選擇性的將黑色或者白色部分翻轉(zhuǎn)出來(lái)，在宏觀上形成需要顯示的文字或者圖案。而當(dāng)Gyricon斷開(kāi)電源，已經(jīng)旋轉(zhuǎn)到位的小球便保持之前的旋轉(zhuǎn)排列方式，宏觀上就將顯示內(nèi)容保存下來(lái)，像雜志一樣長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定顯示。

59共八十七頁(yè)旋轉(zhuǎn)(xuánzhuǎn)球柔板顯示器的問(wèn)題分辨率低Gyricon顯示會(huì)受帶電小球旋轉(zhuǎn)的約束——如果膠片中小球排列太疏，那么最終畫(huà)面連續(xù)性和對(duì)比度將會(huì)下降；而小球又不能排列太緊密，以免影響正常旋轉(zhuǎn)。與此同時(shí)，如果小球尺寸太大，顯示畫(huà)面難免有顆粒感；而縮小(suōxiǎo)小球尺寸又受到微細(xì)加工水平的限制，無(wú)法快速取得突破。

響應(yīng)時(shí)間太長(zhǎng)Gyricon變化顏色依靠加電使帶電雙色小球旋轉(zhuǎn)，而要轉(zhuǎn)動(dòng)100微米固態(tài)小球耗費(fèi)時(shí)間超過(guò)100毫秒

有源電路驅(qū)動(dòng)復(fù)雜單色顯示制造工藝復(fù)雜60共八十七頁(yè)電子紙的顯示技術(shù)(jìshù)之2:

E-Ink電子墨公司的電子墨電子墨是一種加工成薄膜狀的專用材料(cáiliào)，與電子顯示設(shè)備結(jié)合在一起使用，是化學(xué)、物理學(xué)和電子技術(shù)的綜合應(yīng)用。

雅各布布森利用電泳原理，懸浮在液體中的帶電粒子，在電場(chǎng)推動(dòng)下的運(yùn)動(dòng)。由于懸浮在水中，這些膠囊被印在紙上或荷電材料上時(shí)，看起來(lái)就像墨。因此稱為電子墨。使用內(nèi)含色粒的透明微囊，色粒在液態(tài)介質(zhì)中浮動(dòng)而達(dá)到色彩變化的效果，其制造過(guò)程使用了商業(yè)上微囊封包的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)。61共八十七頁(yè)電子(diànzǐ)墨水電子墨水顆粒中含有黑色和白色粒子，黑色染料能使透明顆粒呈現(xiàn)黑色，白色粒子則能依感應(yīng)電荷之不同而移動(dòng)改變色彩。只要把這種電子墨水涂到紙、布或其它平面物體上，并配合需要適當(dāng)?shù)厥┘与娏鱽?lái)改變顆粒顏色，便可顯示所欲呈現(xiàn)的圖案和文字。電子墨水可調(diào)整顆粒內(nèi)的染料顏色，來(lái)呈現(xiàn)多樣的色彩與圖案。電子紙張的優(yōu)點(diǎn)是耗電量非常低，而其畫(huà)面即使斷電也能繼續(xù)維持不變。利用電泳顯示(ElectrophoreticDisplay，EPD)即利用電泳原理實(shí)現(xiàn)光反射式的雙穩(wěn)態(tài)顯示成像。電泳是指在電場(chǎng)的作用下，帶正、負(fù)電的粒子分別(fēnbié)移向電場(chǎng)兩極的運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象。62共八十七頁(yè)E-Ink還能實(shí)現(xiàn)(shíxiàn)單個(gè)膠囊的多級(jí)灰度顯示。63共八十七頁(yè)E-Ink電子(diànzǐ)紙的工作原理利用電泳原理形成(xíngchéng)畫(huà)面。電子墨由數(shù)百萬(wàn)個(gè)尺寸極小的微膠囊構(gòu)成，直徑與頭發(fā)絲相當(dāng)。每一個(gè)微膠囊中含有白色和黑色顆粒，分別帶有正電荷和負(fù)電荷，它們懸浮在清潔的液體中。當(dāng)帶正電的白色二氧化鈦停留在微囊的觀視面時(shí)，呈現(xiàn)的就是白色的頁(yè)面；而當(dāng)某個(gè)微囊下方的電極帶負(fù)電時(shí)，就會(huì)將這些粒子拉到另一側(cè)，結(jié)果在該點(diǎn)便產(chǎn)生一個(gè)油墨似的影像，直到相反的電流脈沖再將這些白色粒子送回去。若將整個(gè)程序反過(guò)來(lái)，就可以產(chǎn)生暗底白字的效果。64共八十七頁(yè)電子墨薄膜的頂部是一層透明材料，作為電極端使用；底部是電子油墨的另一個(gè)電極，微膠囊?jiàn)A在這兩個(gè)電極間。微膠囊受負(fù)電場(chǎng)作用時(shí)，白色顆粒帶正電荷而移動(dòng)到微膠囊頂部，相應(yīng)位置顯示為白色；黑色顆粒由于帶負(fù)電荷而在電場(chǎng)力作用下到達(dá)微膠囊底部，使用者不能看到黑色。如果電場(chǎng)的作用方向相反，則顯示效果也相反，即黑色顯示，白色隱藏?？梢?jiàn)，只要改變電場(chǎng)作用方向就能在顯示黑色和白色間切換，白色部位對(duì)應(yīng)于紙張(zhǐzhāng)的未著墨部分，而黑色則對(duì)應(yīng)著紙張(zhǐzhāng)上的印刷圖文部分。65共八十七頁(yè)電子(diànzǐ)紙的顯示與閱讀原理66共八十七頁(yè)E-Ink電子紙基本原理67共八十七頁(yè)9.3.3其它電子(diànzǐ)紙顯示技術(shù)電泳顯示(xiǎnshì)技術(shù)元太的E-ink友達(dá)的SiPix普利司通bridgestone的電子粉流體技術(shù)電子紙QR-LPD富士通的膽固醇液晶電子紙OLED高通公司的mirasol電子紙68共八十七頁(yè)電泳顯示技術(shù)

電泳顯示技術(shù)：利用不同顏色帶電(dàidiàn)或不帶電(dàidiàn)粒子在電場(chǎng)的作用下移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)圖像顯示。電泳顯示技術(shù)有微膠囊、微杯、電子粉流體3種典型結(jié)構(gòu)。

微膠囊電泳顯示技術(shù)：由透明微膠囊包裹分散于溶劑中的具有對(duì)比顏色兩種粒子，其中至少一種粒子帶電，與膠粘劑混合后涂布于ITO基材上制成電子紙薄膜。

微杯電泳顯示技術(shù)：在ITO基材上制作精密排列的微杯陣列，往微杯陣列中注入電子墨水，即白色帶電顆粒及黑色的染料，微杯表面進(jìn)行固化后與膠粘劑層層壓制成電子紙薄膜。

電子粉流體電泳顯示技術(shù)：不使用液體為介質(zhì)，其顯示介質(zhì)是將樹(shù)脂經(jīng)過(guò)納米級(jí)粉碎處理后所產(chǎn)生的黑色和白色不同電荷的粉體，再把粉體填充于空氣介質(zhì)的微杯封閉結(jié)構(gòu)中。69共八十七頁(yè)電泳(diànyǒnɡ)顯示技術(shù)70共八十七頁(yè)SiPix電子紙基本原理Cupwidth(w)orlength(l):40-200μm2ndelectrodeorreleaseliner1stelectrodefilmCupWallWidth(ww):5-30μmSealing/AdhesiveLayerChargedParticlesDielectricSolventCupheight(h):10-40μmCross-sectionviewofMicrocup?EPD元太E-ink采用膠囊(capsule)封裝，白色和黑色帶電粒子交互顯示(xiǎnshì)。而SiPix電子紙則是微杯(microcup)封裝，只有一種帶顏色的粒子(白色或其它顏色)。71共八十七頁(yè)72共八十七頁(yè)Mirasol顯示(xiǎnshì)技術(shù)由高通（Qualcomm）全資子公司高通光電（QualcommMEMSTechnology）開(kāi)發(fā)的一種新型顯示技術(shù)。通過(guò)反射光線，使特定波長(zhǎng)相互干涉而生成不同顏色，即‘干涉測(cè)量(cèliáng)調(diào)節(jié)’(IMOD)反射技術(shù)，這一展現(xiàn)色彩的過(guò)程與蝴蝶翅膀閃爍發(fā)光的原理相同。當(dāng)陽(yáng)光照在MEMS屏幕上時(shí)，反射板可以象蝴蝶翅膀那樣控制反射光波長(zhǎng)來(lái)顯示顏色。可以不再依賴背景光，而是利用陽(yáng)光、燈照等任何光源就可以讓人看清屏幕。因此“Mirasol”的功耗大大降低。73共八十七頁(yè)高通mirasol電子紙采用(cǎiyòng)MEMS技術(shù)7474共八十七頁(yè)膽甾型液晶(yèjīng)的雙穩(wěn)態(tài)ChLCD具有(jùyǒu)獨(dú)特的光電特性，在外加電壓的作用下，其分子的螺旋狀態(tài)會(huì)發(fā)生變化，進(jìn)而導(dǎo)致光反射率改變，且在外加電壓消失后仍能保持這種狀態(tài)，具有(jùyǒu)雙穩(wěn)態(tài)特性，即加電前后液晶陣列保持穩(wěn)定。當(dāng)ChLCD分子呈平行排列時(shí)就擁有了反射光線的能力，并能夠按照此時(shí)的排列形式反射出不同顏色的光線。當(dāng)液晶分子旋轉(zhuǎn)至非平行角度時(shí)，光線就能徑直通過(guò)，表現(xiàn)為此處顯示黑色。能夠最大限度地沿用目前已經(jīng)相當(dāng)成熟、應(yīng)用廣泛、具有極大產(chǎn)能的液晶生產(chǎn)線。具有快速響應(yīng)能力。實(shí)現(xiàn)彩色較容易。75共八十七頁(yè)Fujitsu富士通76共八十七頁(yè)ChLCD彩色顯示技術(shù)(jìshù)77共八十七頁(yè)膽甾型液晶具有獨(dú)特的光反射選擇特性，摻入適當(dāng)添加劑后只能反射特定波長(zhǎng)的色光，采用不同的添加劑配方可以配制成分別(fēnbié)反射紅、綠、藍(lán)三種基色光的膽液晶

。電子紙為多層結(jié)構(gòu)，每個(gè)像素由分別能反射“藍(lán)-綠-紅”基色光的3層膽甾型液晶堆疊構(gòu)成，最底層是光吸收層，每層CLC材料都處于兩個(gè)透明電極的夾層中。當(dāng)驅(qū)動(dòng)電壓分別加載到3個(gè)反射層的電極時(shí)，各反射層對(duì)環(huán)境光中3種基色光的反射率相應(yīng)改變，所反射的3種適當(dāng)強(qiáng)度的基色光按照加法混色規(guī)律就可以混合成所需的某種顏色，從而實(shí)現(xiàn)彩色顯示。可以顯示明亮鮮艷的彩色效果，無(wú)需偏光片和濾色片，前板厚度僅0.8毫米左右；具有雙穩(wěn)態(tài)低功耗特性，其功耗只有普通液晶顯示器的1/50；具有可彎曲的柔韌性，生產(chǎn)成本也較低。

78共八十七頁(yè)79共八十七頁(yè)電濕式(EWD)：

Liquavista液晶(yèjīng)類技術(shù)：PixelQi、Ch-LCD電變色式(ECD)：Epson早有展示(zhǎnshì)品，但遲遲

未能進(jìn)入量產(chǎn)階段。色彩穩(wěn)定性及良率問(wèn)題良率、價(jià)格、

與一般TFTLCD相比更貴非主流電子紙顯示器面臨的問(wèn)題80共八十七頁(yè)電子紙技術(shù)及應(yīng)用的發(fā)展(fāzhǎn)藍(lán)圖812010~2015技術(shù)、產(chǎn)品發(fā)展朝大型化、全彩化、Flexible方向(fāngxiàng)發(fā)展2004~2009朝高多樣用途、高精細(xì)度、區(qū)彩或多彩方向發(fā)展~2003主要顯示簡(jiǎn)單圖形與文字81共八十七頁(yè)生產(chǎn)(shēngchǎn)企業(yè)20世紀(jì)末，美