電致發(fā)光顯示器【eld】

1、2009.8.5,2010wangxuewen,第六章 電致發(fā)光顯示器 （electro Luminescense display 【ELD】 ）,2009.8.5,定義： 電致發(fā)光（Electro luminescence, EL）是將電能直接轉(zhuǎn)換成光能的一種物理現(xiàn)象。-----是一種電控發(fā)光器件,是某些物質(zhì)受電子激發(fā)而發(fā)出光.-----是一種冷光源，-----是靠熒光粉在交變電場作用下的本征發(fā)光，但亮度低

2、，壽命僅有5000小時,EL按激發(fā)過程不同可分為兩大類： 注入電致發(fā)光LED——在半導體PN結(jié)加正偏壓時產(chǎn)生少數(shù)載流子注入，與多數(shù)載流子復合發(fā)光 。 高場電致發(fā)光ELD——將發(fā)光材料粉末與介質(zhì)的混合體或單晶薄膜夾持于透明電極板之間，外施電壓，由電場直接激勵電子與空穴復合而發(fā)光.,2009.8.5,特點：ELD是一種主動發(fā)光型、平板式、全固體的顯示器件?？勺鳛槊婀庠春蛨D形顯示。發(fā)光的顏色：黃橙色、綠色、紅色、藍

3、色等,且藍-綠色、綠色、黃色和黃-綠色EL顯示器也已有樣機。具有多功能如存儲記憶功能、光圖像存儲、光消除、電讀出等功能 與LED相比，較為大型化、方便易看，平均每一個像素的成本低。但是，在彩色化、多像素、大面積顯示時亮度、發(fā)光效率則不夠理想。與CRT相比成本較高。,2009.8.5,EL顯示器的亮度在85到3400cd/m2(25到1000ftＬ)。對比度很高，圖像質(zhì)量也很理想。至少一個模塊有一個灰度，能滿足圖像的要求。全色

4、和視頻是其未來可能的應用領域?？梢暦秶^大（從通常的位置到70度），工作環(huán)境溫度從0℃~55℃。雖然其需要的電壓相當高，但其電流很小，有時也可使用電池。電致發(fā)光顯示器價格貴，因此很少用于消費產(chǎn)品中。其典型的陣列尺寸為256×512、320×240和640×200。,2009.8.5,發(fā)展簡況 1920年德國學者古登和波爾發(fā)現(xiàn)的，在某些物質(zhì)加電壓后會發(fā)光。1923年蘇聯(lián)的羅塞夫發(fā)現(xiàn)了SiC中偶然

5、形成的p-n結(jié)中的光發(fā)射。1936年 G. Destriau(德斯垂)發(fā)現(xiàn)摻入熒光粉ZnS的蓖麻油一加上電場就會發(fā)光。1947年美國學者Mcmaster(麥克瑪斯特)發(fā)明了導電玻璃，引起開發(fā)了平面光源--交流ELD，但亮度不夠高1955年美國的沃爾夫在GaP上觀測到Ⅲ-Ⅴ族半導體發(fā)出的可見光，1962年美國的潘可夫從GaAs中獲得了紅外光，1966年以日本廣播電視中心為首的三菱電機、松下電器等相繼研制成矩陣型電極結(jié)構(gòu)的ELD屏

6、電視圖像顯示裝置。,2009.8.5,1968年英國Vecht等人最早開發(fā)了DC分散型ELD顯示器件。20世紀60年代末松下公司開發(fā)了電視圖像用224×224顯示屏。1968年美國貝爾(Ball)所研制出薄膜型ELD顯示器件，稱為“LUMOCEN”．即分子中心發(fā)光的ELD。以ZnS為母體、發(fā)光中心是稀土鹵素化合物分子(TbF3)，發(fā)光亮度比分散型ELD高20世紀70年代后，由于薄膜晶體管（TFT）技術的發(fā)展，EL在壽命、

7、效率、亮度、存儲上的缺點得到了部分克服，成為大型顯示技術三大最有前途的發(fā)展方向之一。1974年S1D’74國際會議上日本夏普T．Inoguchi等人發(fā)表了三層結(jié)構(gòu)薄膜型ELD，高亮度、高可靠性、長壽命。夏普接著又開發(fā)了具有1000V高耐壓MOS晶體管和MOSIC，三層結(jié)構(gòu)的ELD具備了存儲功能、光寫入和光消除等多種功能。在SID’74國際會議上，希望薄膜型ELD能成為矩陣的大型信息顯示屏。,2009.8.5,1978年法國M．Abda

8、lla等人開發(fā)了直流驅(qū)動薄膜型ELD。1980年荷蘭學者Tuowosuntola用原子層外延技術制作發(fā)光層，使器件的特性得到了顯著改善。接著，東京工業(yè)大學為實現(xiàn)低壓驅(qū)動采用了MIS結(jié)構(gòu)，大幅度地改善了驅(qū)動電壓，用分子束外延技術在GaAs基板上ZnSe發(fā)光層，實現(xiàn)了低壓驅(qū)動顯示屏。大阪大學采用多層重疊制作薄膜型ELD，用控制電壓法使之發(fā)出紅、黃、綠、藍各色光。在SID’92國際會議上報道了單色直流型DC-ELD和交流型AC-ELD顯示

9、屏。 薄膜型AC—ELD比DC-ELD具有更大的顯示容量和高亮度、長壽命。 在DC-ELD的顯示容量達640×480個像素。薄膜型AC-ELD的高達1024×864個像素，顯示尺寸為對角線45.7cm。,2009.8.5,松下已報道了對角線25.4cm，有1024×768個像素加黑色襯底的薄膜型顯示屏。在10001x的環(huán)境照度下，對比度為100：1，最大功耗40W，采用能量復得電路，使對角線25

10、.4cm，640×480個像素的顯示屏最大功耗降低到15W。荷蘭Lohia公司和日本夏普公司在2.5cm×2.5cm的顯示屏上做出分辨力為20線/mm的薄膜型AC-ELD。美國cherry公司通過對ZnS：Mn熒光粉進行濾色得到紅、綠和藍三基色光。獲得了多色顯示。研制出640×200個像素、對角線23cm的多色DC-ELD屏。Planar公司采用濾色片對黃色濾色時得到紅、綠、黃三色光，用光吸收型背電極

11、和面基板上的圖案濾色片可獲得非常好的對比度，已研制出640×200個像素，對角線為23cm的高對比度多色薄膜型Ac-ELD顯示屏。 采用有源陣列驅(qū)動方案的高分辨率微型顯示器已研制成功。,2009.8.5,ELD應用,ELD特別適用于需要攜帶方便、圖像質(zhì)量好和室外觀察的情況。ELD的產(chǎn)品包括有:汽車、便攜式計算機、復印機和醫(yī)療與過程控制儀表。ELD有從小型（幾厘米長）到巨大型（幾米長）的許多尺寸。最大的組合式EL顯示器適用

12、于在機場與火車站顯示到達和出發(fā)時間信息。ＥＬ、ＬＥＤ主要用於小尺寸、單色光（綠色、紅色）。最近也陸續(xù)有白光（全色）ＥＬ和ＬＣＤ背光源出來。但由於亮度較暗其基本上用於４英寸以下小尺寸液晶顯示。如：手機、ＰＤＡ、遊戲機等,2009.8.5,6．1 電致發(fā)光的基本知識6.1.1 結(jié)構(gòu)及原理ELD結(jié)構(gòu)：--- 采用固態(tài)薄膜技術制成。在2個導電板之間放置一個絕緣層，一個薄的電致發(fā)光層,一個絕緣層，沉積而成。采用寬發(fā)射頻譜的涂鋅板或涂

13、鍶板作電極。其電致發(fā)光層為100微米厚典型驅(qū)動電壓為10KHz，200V的交流電壓，因而需要較昂貴的驅(qū)動器集成電路。,2009.8.5,2、ELD---是把ZnS等熒光粉混入纖維素等電介質(zhì)中，直接的或間接的夾在兩電極之間，施加電壓后使之發(fā)光。 ----是在玻璃基板或有機膠片上涂敷熒光粉后，施加電壓使之發(fā)光的平板型有源顯示器件，----是在半導體、熒光粉為主體的材料上，施加電壓而發(fā)光的一種現(xiàn)象。,EL可分為：本征型電致發(fā)光ELD和

14、電荷注入型電致發(fā)光LED兩大類。1、LED---是用GaAs等單晶半導體材料制作P-N結(jié)，施加電壓后，使P-N結(jié)產(chǎn)生電荷注入而發(fā)光。以后介紹。,2009.8.5,,ELD無機電致發(fā)光： 包括薄膜型、厚膜型、粉末型ELD顯示器件有：高壓交流驅(qū)動型和直流驅(qū)動型，分散型交流ELD顯示器件: 交流電壓驅(qū)動的分散型ELD器件; 直流分散型ELD。,2009.8.5,無機分散型ELD中，根據(jù)使用的基板材料不

15、同，有玻璃基板和搪瓷基板兩種顯示屏。其中搪瓷型ELD約在70年代就應用于各種儀器面板、顯示燈等特定用途中，但由于亮度低、重量大、成本高等，巳逐漸地被軟片型(有機膠片)所代替。分散型ELD主要用于平面發(fā)光的輔助光源，其軟片型ELD作為液晶顯示屏的背光源。薄膜型ELD是人們期待的一種理想的平板顯示器件，----具有很大的魅力：功耗低，易于實現(xiàn)大面積顯示。薄膜型Ac-ELD，按照施加電壓與發(fā)光特性的滯后現(xiàn)象，又可分為存儲型和恢復型

16、兩類。,2009.8.5,6.2 分散交流型AC -PELD,一、 結(jié)構(gòu)如圖6.1。1金屬電極、2發(fā)光顆粒3透明電介質(zhì)、 4透明電極、5玻璃基片是將發(fā)光的熒光體埋入透明電介質(zhì)中組成發(fā)光層。每一個微小發(fā)光體晶粒獨立懸浮于電介質(zhì)中，發(fā)光層夾在透明電極和金屬電極之間，構(gòu)成了分散交流型(AC-PELD)器件。,2009.8.5,AC-PELD的發(fā)光粉:用銅、鋁等激活的硫化鋅（ZnS：Cu，AL，或ZnS：Pb，Cu，AL）以Z

17、nS為主體的熒光粉，作為形成發(fā)光中心的激活劑材料往往使用Cu、Mn、C1、A1等金屬工藝：是在玻璃基板上蒸鍍透明電極，涂敷與樹脂等透明有機介質(zhì)混合后的發(fā)光層（厚度為10～100μm） ，然后涂布高阻抗電介質(zhì)絕緣層（絕緣反光層），最后蒸發(fā)背電極鋁層。為了防止機械損傷，在膜層上面往往涂敷樹脂涂料。各層一般30-60μm。,2009.8.5,,,2009.8.5,二、發(fā)光現(xiàn)象大量的發(fā)光粉晶體懸浮在絕緣介質(zhì)中，小晶粒線度為幾微米到幾十微

18、米，由于發(fā)光層中介質(zhì)是絕緣的，防止了發(fā)光材料與電極直接接觸，當外加電壓后，通過容性電流時，發(fā)現(xiàn)晶粒內(nèi)呈線狀發(fā)光，與光致發(fā)光和陰極射線發(fā)光時熒光粉晶體發(fā)光不同，線狀發(fā)光在多數(shù)情況下呈現(xiàn)尾對尾的慧星形。線對的兩頭間的距離對多晶粉末為1～10 μm ，對單晶可大于100 μm ，甚至達到毫米量級，發(fā)光線直徑＜0.1微米，發(fā)光線對的兩部分在交變電場作用下交替發(fā)光，而場強總是從其頭部指向尾部，發(fā)光線長度隨電場在線方向的分量增強而變長，但線對的

19、頭之間距離保持不變。亮度可高達3×105cd／m2，,2009.8.5,三、電致發(fā)光的激勵機構(gòu)：一般認為是碰撞電離，電子在高電場區(qū)被加速獲得足夠能量，同發(fā)光中心或晶格進行碰撞激勵和電離，離化后產(chǎn)生的電子可進入導帶，并在高電場區(qū)獲得加速，再去碰撞發(fā)光中心，不斷地反復碰撞激勵和電離就會倍增大量的自由電子，這些自由電子躍遷到導帶上。即在碰撞電離過程中產(chǎn)生倍增效應，會使更多的電子進入導帶，處于導帶上的自由電子返回原來狀態(tài)時而復合發(fā)

20、光，一般在電場反向時與被激勵的發(fā)光中心復合。上述過程的進行顯然必須有一定數(shù)量的初始電子，通常認為隧道效應和肖特基發(fā)射可提供。晶體中高電場區(qū)和初始電子的存在是碰撞離化過程的必要條件。,2009.8.5,初始電子的機理 AC-PELD的發(fā)光過程分為：激勵過程和發(fā)光過程高電場下的發(fā)光機構(gòu)模型，在熒光粉上施強電場時：①從陷阱上釋放初始電子。②電子在高電場作用下加速 運動，獲得高的能量。③高能電子碰撞激勵電離發(fā)

21、光中心和晶格，又產(chǎn)生新的電子。④在高電場作用下價帶上的電子也可直接躍遷到導帶。,2009.8.5,四、發(fā)光效果：在透明電極和背面電極之間施加交流電壓時，隨著電壓上升，發(fā)光亮度也將上升。施加脈沖電壓驅(qū)動時，如圖,脈沖電壓上升和下降時，都能看到有光輸出。發(fā)光亮度L與施加電壓的關系式為：式中，L0、C是與激勵條件、發(fā)光單元結(jié)構(gòu)和熒光粉材料等有關的常數(shù)。施加脈沖電壓發(fā)光圖：,,2009.8.5,L與脈沖頻率有關：

22、 在低頻范圍內(nèi)，L與頻率成正比。 隨著頻率提高，L呈現(xiàn)飽和狀態(tài)。如果熒光粉中含有兩個發(fā)光中心，由于各個發(fā)光中心的L與頻率有關，故隨著頻率變化發(fā)光顏色將發(fā)生變化。例如，ZnS：Cu,Pb,Cl隨頻率的增高，發(fā)光顏色從綠色變到藍色；ZnS：Cu，Mn會從黃色變?yōu)榫G色。L與溫度的關系是 在1000kHz以下，0-100℃范圍內(nèi)發(fā)光亮度的大小沒有變化。,2009.8.5,,2004.7,2009.8.5,,2

23、004.7,2009.8.5,,2009.8.5,6.3 分散直流型電致發(fā)光(DC-PELD) （又稱厚膜型)DC-PELD的優(yōu)點是：①顯示外觀好。②結(jié)構(gòu)、工藝、設備較簡單，成本低。③發(fā)光效率高。④可以有灰度。⑤可大面積顯示。不足之處是：①因高壓驅(qū)動，驅(qū)動電路成本高。②亮度、壽命受限制。③反射率較大。④分辨力有限。DCEL現(xiàn)象由乍姆等人于1954年發(fā)現(xiàn)，1966年人們得到了高亮度ZnS：Mn、Cu DC

24、EL發(fā)光材料。,2009.8.5,一、結(jié)構(gòu)：DC-ELD----是在熒光粉晶粒表面上覆蓋CuS等其它物質(zhì)，用熱形成法而形成P-N結(jié)結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)與分散交流型相類似，但沒有高阻介質(zhì)層，在發(fā)光層上直接設置電極。它具有二極管的整流特性，激勵機理和交流型一樣，只是在單方面施加電壓時才呈現(xiàn)發(fā)光。分散直流型ZnS晶粒的模型圖,2009.8.5,熒光粉要經(jīng)過包銅工藝處理，----是將ZnS：Mn浸泡在銅鹽或亞銅鹽溶液中，經(jīng)過處理形成P型導電

25、層。器件性能與包銅數(shù)量有關，其電阻隨包銅量增加而降低，亮度則提高。當包銅量在0.4％-0.45％wt時，亮度最高，但會產(chǎn)生較大的渦電流，容易產(chǎn)生擊穿。所以，包銅量一般控制在0.25％-0.35％之間。,2009.8.5,要進行“熱成形工藝”(Forming Process)。-----是在單元上加電壓后，開始時將有一個大電流(形成電流)通過，隨后電流明顯地下降，同時產(chǎn)生光輻射，經(jīng)過一段時間后(約24h)，電流和亮度達到穩(wěn)定值?！俺?/p>

26、形”之后電流下降到初始值的1/10左右。“成形”前ZnS：Mn熒光粉末層是一個均勻的絕緣層，施加電壓時，流過發(fā)光層的電流通過硫化銅CuS相的（較大）其等效電路圖 “成形”前后的單元等效電路圖為：,2009.8.5,在“形成”過程中，銅離子向陰極ZnS晶粒表面遷移，結(jié)果在靠近陽極的一例形成一個乏銅區(qū)，呈現(xiàn)高阻狀態(tài)，另一側(cè)仍是富銅區(qū)，呈現(xiàn)低阻狀態(tài)，產(chǎn)生P-N結(jié)結(jié)構(gòu)，其等效電路圖b。,“成形”前后的等效電路圖,,,2009.8.5,---

27、是Cu 從緊挨著陽極的熒光物表面上失落，形成一薄層高電阻的ZnS。之后，較低的工作電壓主要降在ZnS上，使之發(fā)光。這種器件轉(zhuǎn)換效率僅0.1%，但發(fā)光亮度高達300cd/m×m（V=100V）。 實驗表明，放電單元的L與施加電壓呈現(xiàn)非線性關系。 這對消除交叉干擾有利。研究表明：直流分散型ELD的發(fā)光----是電流激勵，即依靠傳導的直流電流流過熒光粉層而激勵發(fā)光中心發(fā)光。由于它是單極性電源驅(qū)動，所以它的驅(qū)動電路極其簡單。

28、,,2009.8.5,6.4 薄膜型(TFELD) 薄膜型交流電致發(fā)光(AC-TPELD)的優(yōu)點是：①發(fā)光效率高，②對比度高，③壽命長，④閾值陡，⑤分辨力高，⑥有灰度。⑦環(huán)境性能好。⑧有存儲記憶功能。⑨視角大主動式發(fā)光。不足之處是：①驅(qū)動電壓高，②負載電容大。③驅(qū)動電路昂貴。④大面積、高密度面板的RC(線電阻×單元電容)大，使脈沖延時、波形改變、有效電

29、壓下降。⑤藍色光ELD的亮度及發(fā)光效率低，難實現(xiàn)全色化。⑥實現(xiàn)大面積、無缺陷、均勻薄膜的工藝要求高。⑦車間的超凈度要求高。⑧成本高。,2009.8.5,1、Ball薄膜交流型ELD結(jié)構(gòu)與機理：,1986年美國貝爾實驗室制作出薄膜EL器件 由美國Ball所提出的，稱做“LUMOCEN”器件，即分子發(fā)光中心，---是在發(fā)光的母體材料ZnS中添加稀土鹵化合物分子(TbF3)作為發(fā)光中心的器件。圖為具有代表性的LUMOCKN型器件結(jié)

30、構(gòu),圖 LUMOCKN型器件 結(jié)構(gòu)（4-絕緣層）,2009.8.5,現(xiàn)在的ACTFEL一般采用雙絕緣層ZnS：Mn薄膜結(jié)構(gòu)。器件由三層組成，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，其中以摻Mn效率最高，加200V、5000Hz電壓時，亮度達5000cd/m×m。ACTFEL具有記憶特性：給之加一系列脈沖電壓，若下一個脈沖與上一個脈沖同方向，則發(fā)光亮度明顯減?。蝗粝乱?/p>

31、脈沖與上一脈沖反方向，則發(fā)光連讀明顯增加。利用記憶效應可以制成有灰度級的記憶板。,2009.8.5,工藝：----在玻璃基板上蒸發(fā)厚度200nmSnO2透明導電膜電極，絕緣層用電介質(zhì)300nm 厚HfO2膜，發(fā)光層用厚300 nm添加稀土鹵化合物(TbF3等)的ZnS材料，用蒸發(fā)技術依次制備各層薄膜。背面電極用平行的條形背電極鋁。機理-----是在透明電極與背電極上施加交流電壓，當電壓超過某一值時，在兩電極的空間交叉點部位上就會發(fā)光。

32、由于背電極是鋁，使發(fā)出的光反射，光將全部從玻璃基板側(cè)發(fā)射出去。發(fā)光色隨添加稀土鹵化物材料不同而異。,2009.8.5,2、雙重絕緣層結(jié)構(gòu)薄膜ELD：是在玻璃基板上蒸鍍SnO2透明導電膜(或ITO膜)，其上是200nm Y2O3(Si3N4)絕緣層。發(fā)光材料用500nm厚添加金屬Mn激活劑的ZnS發(fā)光層，在蒸鍍發(fā)光層后要進行“成形處理”，以改善熒光粉結(jié)晶性能；蒸鍍第二層的200nm Y2O3(Si3N4)絕緣層，各層薄膜依順序采

33、用電子束蒸發(fā)技術來制備。背電極用蒸發(fā)鋁，透明電極和背電極做成各自平行的條形電極，且兩電極形成空間交叉的布線配置。,2009.8.5,為防止因吸收大氣中的水分而受潮，故在背電極上面覆蓋一塊密封用玻璃蓋板。在背電極與玻璃蓋板之間填入防潮吸濕劑或硅油，用環(huán)氧樹脂粘接劑密封四周，保證長壽命、高可靠性的特性。繼Ball研究所的薄膜ELD后日本夏普公司研制出的， L高達5100cd/m2(5kHz，AC250V條件)， 壽

34、命達2×l04h,2009.8.5,高場電致發(fā)光顯示,交流薄膜電致發(fā)光顯示（ACTFEL）,2009.8.5,,,2009.8.5,其工作原理：結(jié)構(gòu)中發(fā)光層與電極間不直接接觸。施加電壓時，陷阱上釋放出電子并加速，向另一側(cè)電極運動，復合而發(fā)光。其中一部分電子殘留在絕緣層界面上，當施加反向電壓時，殘留在內(nèi)部的電荷被疊加使發(fā)光層激勵離化，再復合而發(fā)光。同時使一部分電子殘留在另一電極側(cè)的絕緣層界面上 薄膜型ELD在一個脈沖中

35、只發(fā)一次光，與分散型ELD器件不同。,2009.8.5,,2009.8.5,2009.8.5,由于ZnS：Mn熒光粉層中存在著雜質(zhì)和晶格缺陷等形成的局域能級，局域能級對薄膜型ELD的發(fā)光特性有很大的影響。因此，對形成發(fā)光中心的Mn的添加量應控制在一定的范圍內(nèi)，獲得高的發(fā)光亮度。,局域能級的分布如圖,2009.8.5,具有光分極電荷而發(fā)光，稱為ELD器件的光分極效應。圖：外加電壓下兩個電極帶正負電，光照下熒光粉產(chǎn)生電子空穴對，分別向

36、兩極堆積的現(xiàn)象，,2009.8.5,光先緩和效應：當ELD器件的兩電極保持短路狀態(tài)，并伴有外部光照射的情況下，則在發(fā)光層上被保存的分極電荷就會緩慢消失，而不發(fā)光的現(xiàn)象。如圖6.9,2009.8.5,當使用外部光照時，外部照射光比ZnS的Eg大的能量，即用比400nm短的光束。內(nèi)部分極過渡電流在400K以下時非常小，在500K前后開始產(chǎn)生急劇地變化，說明ZnS薄膜在500K左右產(chǎn)生內(nèi)部分極電荷。 或分極電荷反向電壓下復合發(fā)光并反向

37、堆積，運動中也伴有發(fā)光,2009.8.5,3、交流AC-TFELD的特性a、電壓U與L的特性曲線。圖中時間t是器件的老化時間，即亮度隨施加電壓的時間t而變化。隨著時間變化，曲線向高電壓一側(cè)移動，而亮度趨向飽和。有明顯的閾值電壓，電壓-亮度曲線非常陡峭且L高。圖 AC-TFELD的電壓亮度特性曲線,2009.8.5,因交流驅(qū)動時，在發(fā)光層內(nèi)產(chǎn)生分極電荷，分極電荷的分極電壓與驅(qū)動電壓疊加后施加在發(fā)光層上，使其L明顯地增大。,

38、器件制作后一般要經(jīng)過80h老化處理工藝，特性趨于穩(wěn)定，完全穩(wěn)定下器件可使用的壽命達2×104h以上。,施加脈沖電壓時的光輸出圖,2009.8.5,b、AC-TFELD的存儲效應：如圖6.11。當施加的交流電壓U徐徐上升時，發(fā)光亮度L沿曲線(Ⅰ)上升。上升后電壓徐徐下降時，L沿著曲線(Ⅱ)下降。根據(jù)施加電壓的大小還可分別沿著曲線(Ⅲ)別的路徑下降，組成無數(shù)的滯后曲線。這種現(xiàn)象稱為滯后效應。顯示了有可能進行模擬 量的

39、存儲。在不增加Mn的雜質(zhì)含量 和發(fā)光層的厚度時，器件 不會表現(xiàn)出存儲效應。,2009.8.5,c、當施加不同極性的脈沖電壓時發(fā)光強度高圖6.12，但當施加相同極性的脈沖電壓時發(fā)光強度就下降，繼續(xù)施加相同極性的脈沖電壓就會變得不發(fā)光。產(chǎn)生此現(xiàn)象的原因：在于發(fā)光層中產(chǎn)生分極效應所致在相反極性脈沖電壓下發(fā)光層內(nèi)部分極電壓使加到發(fā)光層上的有效電壓值更加，極化效應增強了有效電場，使亮度增加。在相同極性的脈沖電壓下，分極電壓

40、和外電壓極性相反，使疊加在發(fā)光層上的有效電壓值降低，甚至不能發(fā)光。,2009.8.5,d、AC-TFELD的光寫入和光消除：存儲效應型薄膜ELD具有光分極效應、光緩和效應，可使器件進行光寫入和光消除。首先，施加一交流脈沖維持電壓Us(=Uth)。施加脈沖的同時，伴隨著外部光照射，則發(fā)光層中因光注入載流子增加，故熒光體發(fā)光。,光分極效應的光寫入工作原理圖: a)維持脈沖波形 b)內(nèi)部電壓波形,2009.8.5,發(fā)光時發(fā)光層中產(chǎn)

41、生分極電壓UP與下一個脈沖電壓重疊。依次施加脈沖電壓時，就繼續(xù)發(fā)光。由于分極電壓UP與發(fā)光強度呈正比關系，故使光圖像的寫入成為可能。另一方面，在發(fā)光的脈沖電壓停止期間用外部光(L’)照射時，發(fā)光層中分極電荷緩慢復合而消失。利用此光緩和效應由光照射而消除圖像稱為光消除特性。,2009.8.5,圖 光緩和效應的光消除特性a)維持脈沖波形 b)內(nèi)部分極電壓波形,2009.8.5,利用AC-TFELD的光寫入特性，可作為圖像存儲

42、器件；可實現(xiàn)光筆顯示，可用光筆在顯示板上修改或?qū)懭胄碌男畔ⅲ瑢崿F(xiàn)人-機對話，具有重要意義。 將具有灰度圖案的膠片放置在AC-TFELD的玻璃基板上(如圖)，用紫外線照射時，不同灰度處通過的光通量也不相同，故產(chǎn)生的光分極電場也有差異，當施加維持電壓后會顯示出一幅與原圖一樣的圖像。圖像清晰，其分辨力可達3線/mm。1-灰度圖案或膠片,2009.8.5,,矩陣式,2009.8.5,,,2009.8.5,4、薄膜直流型ELD（DC-TF

43、ELD) 結(jié)構(gòu)與分散型DC-PELD同：在玻璃基板上蒸發(fā)透明電極，然后蒸發(fā)發(fā)光層(ZnS：Cu)，再制作背電極鋁，而后進行“成形”處理，在發(fā)光層上由于Cu離子的移動而產(chǎn)生N型ZnS區(qū)和CuxS的P型區(qū)，形成P-N結(jié)結(jié)構(gòu)。,圖表示了DC-TFELD從P-N結(jié)上產(chǎn)生發(fā)光的原理。,2009.8.5,6.5 ELD的各種材料一、發(fā)光材料 主要用ZnS發(fā)光材料。如表6.4。由于激發(fā)過程不同，其激活劑的添加量比熒光管中激活劑的大得多

44、。用了Mn(黃橙色)、TbF3(綠色)，PrF3(白色)，DyF3(黃白色)等作為激活劑。其中，激活劑Mn的發(fā)光效率比較高。還用了SrS：Ce、Ba 2ZnS：Mn，CaS：Ce、ZnS：Te，Mn，CaS：Eu等材料，使用SrS、CaS等母體，混入Mn、Ce、Eu等遷移金屬、稀土類作為局域發(fā)光中心制作分散型ELD器件，得到了較窄的發(fā)光光譜。,2009.8.5,主要發(fā)光材料和激活劑,2009.8.5,二、電介質(zhì)材料 為使無

45、機分散型ELD獲得高阻抗，在發(fā)光層的一側(cè)面上制作電介質(zhì)絕緣層，常用BaTiO3等高介電常數(shù)的電介質(zhì)。 在有機膠片狀分散型交流ELD上，使用介電常數(shù)在8—15左右的彎曲性能好的高分子電介質(zhì)。表6.5列出了有代表性的有機電介質(zhì)的聚合物材料。,2009.8.5,薄膜型交流ELD用的電介質(zhì)材料有：Y2O3、Si3N4、Sm2O3 、Ta 2O3、BaTiO3、PbTiO3等。介電常數(shù)在10～180之間，應該與發(fā)光材料、電極材料等相適

46、應，與蒸發(fā)條件也有很大的關系。如用Si3N4絕緣層代替Y2O3對提高可靠性有利。雖Si3N4膜不會影響透明電極，而它和背電極鋁間粘著性差。為此，在鋁層與Si3N4之間需要插入SiO2層解決粘著性問題。,2009.8.5,為防止電介質(zhì)絕緣層上的吸濕，有必要制備無針孔的致密薄膜。如圖：閾值電壓Uth與電介質(zhì)的介電常數(shù)關系：電介質(zhì)的介電常數(shù)高，Uth較低。為不降低發(fā)光亮度，發(fā)光層的電場強度不能太低。,2009.8.5,三、

47、電極材料透明電極材料有In2O3和SnO2，或兩者混合的銦錫氧化物ITO導電膜。背面電極材料：蒸發(fā)鋁電極。對于透明ELD和雙層重疊的ELD多色化等其兩面電極材料都是使用In2O3膜。 響應速度決定：電極要透光性好、導電膜的電阻率小。,2009.8.5,6.6 ELD的制作工藝 制備工藝較簡單，結(jié)構(gòu)很像一個能發(fā)光的平行板電容器。兩個平行板電極中至少有一個是透明導電膜電極，另一個是金屬電極，兩電極之間有一層發(fā)光層和絕

48、緣反光層，電極上引出引線，最后涂敷防潮樹脂，加防潮蓋玻璃就制成了發(fā)光屏。這里介紹幾種典型制作工藝。一、分散交流型ELD屏的制作 分散交流型ELD中有無機型ELD(搪瓷屏和玻璃基板型顯示屏)和有機ELD(有機膠片軟屏)。 1．分散交流型(玻璃基板屏)ELD 的制作工藝流程如下： 導電玻璃----發(fā)光層----TiO2反光耐壓層----背面鋁電極----電極引線----涂防潮樹脂加蓋防潮玻璃。,2009.8.5,發(fā)

49、光層制備：常用絲網(wǎng)印制方法和噴涂法。前者與制作印制電路板的絲網(wǎng)印制方法相類似，是將發(fā)光粉與有機介質(zhì)粘合劑按比例混合成膏狀，用絲網(wǎng)印制制作發(fā)光層，制作時車間環(huán)境溫度為30℃，相對濕度＜50％。噴涂法是將有機介質(zhì)用噴槍均勻地噴涂到導電玻璃上，然后用毛刷將發(fā)光粉均勻致密地刷于介質(zhì)層上。為了減少針孔一般噴刷兩層，盡可能使發(fā)光粉層平整、均勻、無針孔。TiO2反光耐壓層的制作：與發(fā)光層制作方法相同，耐壓層制作后120℃烤箱中烘烤4～6h進行固化處

50、理。金屬鋁膜使用真空蒸鍍方法制作。,2009.8.5,2．有機膠片型分散交流ELD屏的制作 它適用于作為液晶顯示屏(LCD)的背光源，其制作工藝流程如圖6.18。,,2009.8.5,發(fā)光層、絕緣層都用厚膜印制工藝，也可用絲網(wǎng)印制或刮屏的印制法進行涂膜。背電極使用鋁箔，可用低溫磁控濺射法在絕緣層上制作鋁電極。還可直接購買帶有導電膜的聚脂膠片作為基板依次進行發(fā)光層、絕緣層、濺射背面電極鋁、切片、塑料薄膜封裝、老化、檢驗等工藝來制作E

51、LD。,2009.8.5,三、分散直流型ELD的制作 與分散交流型ELD屏制作方法基本相類似。但需要進行“熱成形”處理，才能獲得良好的電致發(fā)光。四、薄膜交流型ELD的制作 介紹x-y矩陣驅(qū)動薄膜交流型二重絕緣層結(jié)構(gòu)ELD的制作工藝，制作工藝流程如圖6.19?？煽闯霰∧LD的性能在某種意義上起重要作用的是成膜技術。發(fā)光層膜、絕緣膜、透明電極膜、背電極鋁膜共有四種薄膜，再加上材料在內(nèi)有必要進行優(yōu)化設計。,2009.8

52、.5,薄膜交流型ELD的制作工藝流程圖,,,2009.8.5,1．發(fā)光層的成膜技術 發(fā)光色是根據(jù)發(fā)光母體中混入少量的不同雜質(zhì)所制作的發(fā)光中心決定。因此，發(fā)光層成膜技術和絕緣膜的質(zhì)量直接關系到L、發(fā)光效率等。發(fā)光層是在高場(106V/cm)下發(fā)光的，所以其材料應具有良好的絕緣性和容易產(chǎn)生電子激勵的特性。目前已有黃橙色、綠色發(fā)光、多色發(fā)光。 (1)黃橙色發(fā)光膜的成膜 是以ZnS熒光粉為母體，混入少量金屬Mn雜質(zhì)，混入比例為0.4

53、％～0.5％wt。ZnS:Mn發(fā)光膜有物理方法和化學方法兩種。物理成膜方法：常用電子束蒸發(fā)和磁控濺射成膜方法。磁控濺射(RF)法制備發(fā)光層、絕緣膜、導電膜、背面電極金屬鋁。,2009.8.5,化學成膜方法: 外延生長(ALE (Atomic Layer Epitaxy)法和化學氣相淀積法(MOCVD)，化學成膜致密性好，ALE法成膜的發(fā)光效率為81m/w，比電子束蒸發(fā)提高4倍多；ALE法是把玻璃基板放入外延爐腔后，當升至一定溫度時，

54、用ZnCl2蒸氣和H2S蒸氣交替通入在基板上生長ZnS膜。根據(jù)蒸氣進入次數(shù)可控制生長的每一層原子膜的膜層厚度。這種方法要送氣、排氣反復操作，比較麻煩且費時間。但爐腔內(nèi)一次可放置多塊基板從而提高了生產(chǎn)效率。 MOCVD法在反應室內(nèi)把基板加熱到300℃，H2氣攜帶有機介質(zhì)與鋅混合物與H2S氣體在反應室中反應，在基板上形成ZnS膜。然后把TCM(有機介質(zhì)與錳的混合液)用H2 氣攜帶導入反應室進行加熱分解直接制得ZnS:Mn發(fā)光膜。,2

55、009.8.5,(2) 多色發(fā)光膜的成膜 ALE 和MOCVD法是理想的成膜方法。 電子束蒸發(fā)法制備多色發(fā)光膜是采用ZnS母體材料和稀土鹵化物多元蒸發(fā)方法。用不同的稀土鹵化物就可得到不同的發(fā)光色。濺射方法來制作多色發(fā)光層時，采用母體材料添加TbF3制作為綠色發(fā)光膜。對于紅色光是使用CaS:Eu，用多源電子束蒸發(fā)，基板溫度550℃ L為430cd/m2。藍色發(fā)光是使用SrS添加Ce、K，用電子束蒸發(fā)，基板溫度500℃以下可得到1

56、600cd/m2的亮度。采用在ZnS：TbF3(綠色)和ZnS：SmF(紅色)層之間，夾入一層中間電極的多層重疊結(jié)構(gòu)。中間電極和透明電極、中間電極和背電極之間各自施加電壓后，就可得到綠色和紅色的自由混色光。已有矩陣驅(qū)動的多色ELD混合色顯示屏，并可實現(xiàn)灰度顯示。,2009.8.5,2．絕緣膜成膜技術 為保證充分發(fā)揮發(fā)光腔的功能，對絕緣膜的要求是：膜質(zhì)均勻、致密性好、無針孔、化學穩(wěn)定性好。由于發(fā)光膜成膜時基板溫度為550℃高溫，

57、要求高溫下絕緣膜不會產(chǎn)生剝離，且有良好的粘附性；應具有高的介電常數(shù)，耐高壓等特性。為適應材料的多樣性，一般采用電子束蒸發(fā)方法和磁控濺射方法為主要的成膜方法。 為提高屏的性能，器件結(jié)構(gòu)采用多層絕緣層的組合結(jié)構(gòu)，如圖6.20。把結(jié)構(gòu)圖中上半部的SiNO+SiO2組合改換成SiNO+A12O3組合，絕緣層的耐壓程度可提高40V左右。為提高屏的可視性，在發(fā)光膜與上半部分絕緣膜之間制作一層黑色PrMnO3絕緣膜。,2009.8.5,

58、3．透明電極成膜技術 希望透明電極導電膜具有大尺寸、透光性好、耐久性、耐腐蝕性等良好性能。成膜方法中古老的是化學噴霧法制作SnO 2膜，稱為奈塞透明導電膜。為改善導電性、耐腐蝕性，一般用In2O3膜或用In2O3中含5％wt的SnO 2的ITO膜,2009.8.5,化學制膜法比物理制膜法的設備簡單。噴霧法、浸漬法適合于用大面積基板或曲面玻璃基板制作透明電極。物理制膜方法有：真空蒸發(fā)法、磁控濺射法。它是在真空中玻璃基板溫度14

59、0～180℃的低溫下，在玻璃基板上直接成膜。 一般在透明電極上，制作絕緣膜時容易使透明導電膜變黑，影響器件的透光性，應加以注意。為減小屏的功耗，透明導電膜應做厚些，阻抗做小些。但這樣又會在導電膜的端邊位置上使發(fā)光照、絕緣膜的厚度變薄，容易引起局部擊穿。因此應整體考慮透明導電膜的厚度。,2009.8.5,4．背電極膜成膜技術 背電極材料應選用在可見光范圍內(nèi)反射率高的材料。因一方面起電極作用，還有反射光的作用。反射率高的

60、材料有Ag、Al等。通常Al用真空蒸發(fā)或磁控濺射方法制作，鋁膜應具有平整、均勻致密、無針孔，以及附著力強的膜質(zhì)。,2009.8.5,6.6 電致發(fā)光顯示器件的驅(qū)動方式一、多路驅(qū)動 二重絕緣層的三層結(jié)構(gòu)的薄膜交流型ELD矩陣顯示屏的驅(qū)動電路原理圖。適于有380×120個像素的ELD矩陣顯示屏。顯示屏的數(shù)據(jù)側(cè)有280條透明電極，掃描側(cè)鋁電極有120條，與數(shù)據(jù)側(cè)電極成垂直配置。各電極群成梳狀結(jié)構(gòu)。上下左右相互插入

61、平行配置，每一條電極都分別通過接線端子與驅(qū)動電路相連接。圖上方數(shù)據(jù)側(cè)電極序號為1，3，…，i-1，i+1，…279，下方數(shù)據(jù)側(cè)電極序號為2,4，…，i，i+2,…, 280。左側(cè)掃描電極為奇數(shù)1，3，…j-1，i+1,…，11 9，右側(cè)掃描電極為偶數(shù)2，4，…，j，j+2，…120。,2009.8.5,2009.8.5,采用行順序掃描方式，在數(shù)據(jù)側(cè)上選擇偶數(shù)電極的同時，掃描側(cè)按順序選擇掃描電極。當進行一個畫面的掃描時，掃描線從第一條依

62、次掃描到第120條止。負脈沖時，顯示屏上的全部像素同時被施加上電壓。這樣一個周期結(jié)束時，又重新開始從第一條掃描電極進行掃描寫入。這種交替周期的重復頻率稱作半幀領率。一般頻率選擇在60～120Hz。 為進一步了解驅(qū)動電路的工作原理，用像素點E(i，j)的寫入方式加以說明。驅(qū)動電路由高壓MOS晶體管和高壓二極管組成。,2009.8.5,圖6.21。其工作原理可分三個階段進行。第一階段，發(fā)射初始自由電子。首先，掃描電極側(cè)

63、的高壓MOS晶體管VFl，VF2，…，VF119,VF120處于導通狀態(tài)(ON)。同時,自由電子驅(qū)動電路開關SP為接通(ON)狀態(tài)。此時，數(shù)據(jù)側(cè)所有的高壓MOS晶體管VFl，VF2，…，VF279,VF280處于截止狀態(tài)(OFF)。也就是掃描電極接地為0V。數(shù)據(jù)電極通過公共線A和B與開關Sp連接，施加30V直流電壓，對全體像素充電，充電時間約為10μs，屬短時間充電。,2009.8.5,圖6.21電極i上電壓波形(實線部分)，而其它

64、的電極上的電壓波形如虛線。這一階段大約10μs，時間非常短暫。至此所有的像素點還沒有達到發(fā)光所需要的電壓。,2009.8.5,第二階段為進行調(diào)制放電驅(qū)動階段。掃描電極側(cè)的MOS晶體管全部處于截止狀態(tài)(0FF)，上升驅(qū)動電路開關SB轉(zhuǎn)換成導通狀態(tài)(ON)時，通過掃描側(cè)的公共線C和D在掃描電極上施加電壓30V。由于矩陣電極空間交叉點具有電容耦合性質(zhì)，所以在所有的數(shù)據(jù)側(cè)驅(qū)動電極上，電壓都將上升到60V。隨后為了在像素E(j，j)上進行

65、寫入發(fā)光，在選擇的數(shù)據(jù)側(cè)驅(qū)動電極i上，相連接的MOS晶體管VFk≠i處于截止(OFF)狀態(tài)，與其余的數(shù)據(jù)側(cè)驅(qū)動電極(k≠i)相連接的MOS晶體管VFi轉(zhuǎn)換成導通(ON)狀態(tài)，使數(shù)據(jù)側(cè)非選擇電極k≠i 的電極上的電荷放電，電壓為0V。,2009.8.5,第三階段，即寫入驅(qū)動階段。假如選擇的掃描電極j是偶數(shù)側(cè)電極時，奇數(shù)側(cè)寫入驅(qū)動開關S0為導通(ON)狀態(tài)，通過公共線C與D極管陽極相連接，使所有的奇數(shù)側(cè)掃描電極上升至190V。由于電容耦合性

66、質(zhì)，能使選樣的數(shù)據(jù)陰驅(qū)動電極i電壓上升到220V，而其它的數(shù)據(jù)側(cè)電極(k≠i )上的電壓只有160V。隨后與掃描電極j相連接的晶體管VFj轉(zhuǎn)換成導通(ON)狀態(tài)，此時掃描電極j上電壓變成0V。結(jié)果在選擇的像素點E(i，j)上施加了寫入電壓220V(脈沖峰值電壓)。掃描電極j上的非選擇像素點E(k，j)( k≠I)上施加了低于閾值電壓的峰值電壓(160V)，使像素點E(i，j)發(fā)光顯示。 假如選擇的掃描電極為奇數(shù)側(cè)，則偶數(shù)側(cè)寫入

67、驅(qū)動電路開關SE呈導通(ON)狀態(tài)。通過公共線D與二極管相連，使所有偶數(shù)掃描電極上電壓上升至+l 90V，這種驅(qū)動叫作寫入驅(qū)動。寫入時間約為35μs。顯示屏的發(fā)光閾值電壓為190V，施加220V、100Hz頻率時，發(fā)光亮度可達170cd/m2。,2009.8.5,二、有源矩陣驅(qū)動 有源矩陣型ELD-TFT顯示屏的結(jié)構(gòu)：是在基板上用蒸發(fā)技術制作鋁膜和薄膜晶體管(TFT)，用公共漏電極和公共柵極在同一平面上垂直交叉相互配置。且

68、第—個TFT-VF1的源極與電容Cs和TFT-VF2的柵極相連接。VF2的源極與電容一起與地線連接，VF3管的漏極與顯示屏上電極連接，組成一個單元。,2009.8.5,全畫面上像素點的驅(qū)動由各個驅(qū)動單元集成。ELD面板則是在這個有源矩陣驅(qū)動電路基板上涂敷分散型EL的發(fā)光層，發(fā)光層上蒸發(fā)制作PbO透明電極。矩陣驅(qū)動方法如下(如圖6.23)。在漏極群xi,xi+1，xi+2….和柵極群yj,yj+1, yj+2,….的選擇交叉點上施