光電子顯示技術(shù)實用教案

1、 場致發(fā)光（場致發(fā)光（EL）按激光）按激光(jgung)發(fā)過程的不同分為二大類：發(fā)過程的不同分為二大類： （1）注入式電致發(fā)光：直接由裝在晶體上的電極注入電子和空穴，當(dāng)電子與空穴在晶體內(nèi)再復(fù)合時，以光）注入式電致發(fā)光：直接由裝在晶體上的電極注入電子和空穴，當(dāng)電子與空穴在晶體內(nèi)再復(fù)合時，以光的形式釋放出多余的能量。注入式電致發(fā)光的基本結(jié)構(gòu)是結(jié)型二極管（的形式釋放出多余的能量。注入式電致發(fā)光的基本結(jié)構(gòu)是結(jié)型二極管（LED）；）； （2）本征型電致發(fā)光：又分為高場電致發(fā)光與低能電致發(fā)光。其中高場電致發(fā)光是熒光粉中的電子或由電）本征型電致發(fā)光：又分為高場電致發(fā)光與低能電致發(fā)光。其中高場電致發(fā)光是熒光粉

2、中的電子或由電極注入的電子在外加強電場的作用下在晶體內(nèi)部加速，碰接發(fā)光中心并使其激發(fā)或離化，電子在回復(fù)到基極注入的電子在外加強電場的作用下在晶體內(nèi)部加速，碰接發(fā)光中心并使其激發(fā)或離化，電子在回復(fù)到基態(tài)時輻射發(fā)光。態(tài)時輻射發(fā)光。第1頁/共23頁第一頁，共24頁。 第（二）種器件程類繁多，大致分成： 交流粉末電致發(fā)光(f un)（ACEL）; 直流粉末電致發(fā)光(f un)（DCEL）; 交流薄膜電致發(fā)光(f un)（ACTFEL）; 直流薄膜電致發(fā)光(f un)（DCTFEL）。 低能電致發(fā)光(f un)是指某些高電導(dǎo)熒光粉在低能電子注入時的激勵發(fā)光(f un)現(xiàn)象。第2頁/共23頁第二頁，共24

3、頁。6.5.1、高場交流、高場交流(jioli)電致發(fā)光顯示電致發(fā)光顯示圖6.5.1 ACEL結(jié)構(gòu)圖第3頁/共23頁第三頁，共24頁。 交流電致發(fā)光顯示是目前高場電致發(fā)光顯示的主流。ACEL結(jié)構(gòu)如圖6.5.1所示。 它是將電致發(fā)光粉ZnS:CuCl或（ZnCd）S:CuBr混合在環(huán)氧樹脂和氰乙基醣的混合物的有機介質(zhì)中，兩端夾有電極，其中一個為透明電極。另一個是真空蒸鍍鋁或銀電極，構(gòu)成一個EL。 實質(zhì)上，ACEL是大量幾微米到幾十微米的發(fā)光粉狀晶體懸浮(xunf)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)光強度可達3.4

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。 第4頁/共23頁第四頁，共24頁。 高場電致發(fā)光的機制存在許多有趣的物理問題，最近仍在不斷的探討，它與EL材料中的電子在高電場下作用下的加速產(chǎn)生熱電子，熱電子碰撞ZnS格使之離化產(chǎn)生電子空穴對，當(dāng)電子重新被這些離化的施主和受主俘獲時，產(chǎn)生復(fù)合發(fā)光，也可以通過熱電子直接碰撞發(fā)光中心(zhngxn)發(fā)光（如ZnS基質(zhì)發(fā)光材料中的施主-受主對，或摻雜的Mn2+，或一些三價稀土離子），電子空穴對的復(fù)合能量也可以直接傳遞給發(fā)光中心(zhngxn)而發(fā)光。 第5頁/共23頁第五頁，共24頁。6.5.2、高場薄膜電致發(fā)

5、光（、高場薄膜電致發(fā)光（TFEL） 目前的ACTFEL多采用雙絕緣層ZnS:Mn薄膜結(jié)構(gòu)。器件由三層組成，如圖6.5.2所示。 器件由三層組成，發(fā)光層夾在兩絕緣層間，起消除漏電流(dinli)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，亮度高達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小時。第6頁/共23頁第六頁，共24頁。 記憶效應(yīng)可以解釋為：脈沖電壓產(chǎn)生強電場(din chng)，使發(fā)光層中電子加速。在這些電子穿過發(fā)光層時，激發(fā)錳發(fā)光中心。已穿過發(fā)光層的電子便在發(fā)光層與絕

6、緣層的界面上積累起來，這些電子在電場(din chng)移去后仍將留在界面處，于是在發(fā)光層兩邊形成極化電荷。如果下一個脈沖與上一個脈沖同方向，則極化電場(din chng)將抵消脈沖電壓產(chǎn)生的電場(din chng)的大部分，所以發(fā)光亮度變小。反過來，如果下一脈沖方向反轉(zhuǎn)，則極化電場(din chng)與脈沖電壓產(chǎn)生的電場(din chng)疊加，總電場(din chng)變大，所以發(fā)光亮度增加。利用記憶效效可以制成具有灰度級的記憶板，作為視頻顯示板用的記憶板能夠具有幀儲存的能力。第7頁/共23頁第七頁，共24頁。圖6.5.2 ACTFEL結(jié)構(gòu)(jigu)示意圖1金屬電極；2絕緣層；3發(fā)光層；

7、4絕緣層；5透明電極；玻璃襯底第8頁/共23頁第八頁，共24頁。 ACTFEL優(yōu)點是壽命長（大于2萬小時），亮度高，工作溫度寬（-55+125），缺點是只有摻Mn的發(fā)光效率高，且為橙黃色，對全色顯示要求三基色研制高效的發(fā)光材料是當(dāng)今研究的課題。EL器件目前已被應(yīng)用在背光源照明(zhomng)上，在汽車、飛機及其他設(shè)備儀器儀表、手機、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。第9頁/共23頁第九頁，共24頁。6.5.3、OLED圖6.5.3 柯達L633數(shù)碼相機(sh m xin j)顯示屏第10頁/共23頁第十

8、頁，共24頁。 有機發(fā)光顯示器（OLED）又稱有機EL，是以有機薄膜作為發(fā)光體的自發(fā)光顯示器件。 它是固體(gt)自發(fā)光器件，可適應(yīng)惡劣工作環(huán)境；它響應(yīng)時間短、發(fā)光效率高、視角寬、對比度高；它可在5V10V的低電壓下工作，功耗低，工藝簡單；制造成本低、有機發(fā)光材料眾多、覆蓋發(fā)光光譜從紅外到紫外，適合全彩色顯示；價廉、易于大規(guī)模生產(chǎn)；OLED的生產(chǎn)更近似于精細化工產(chǎn)品，可在塑料、樹脂等不同的材質(zhì)上生產(chǎn)，產(chǎn)品的機械性能好，不僅可以制造出筆記本電腦、臺式機適用的顯示器，還有可能創(chuàng)造出墻壁大小的屏幕、可以彎曲折疊的屏幕。人們預(yù)言，隨著規(guī)模量產(chǎn)的到來，OLED可以比LCD成本低20%。第11頁/共23頁

9、第十一頁，共24頁。圖6.5.4 可以(ky)卷起來的顯示器第12頁/共23頁第十二頁，共24頁。圖6.5.5 典型雙異質(zhì)(y zh)結(jié)結(jié)構(gòu)第13頁/共23頁第十三頁，共24頁。 OLED已成為當(dāng)今超薄、大面積平板顯示器件研究的熱門。 1963年P(guān)ope發(fā)表了世界上第一篇有關(guān)OLED的文獻，當(dāng)時使用數(shù)百伏電壓，加在有機芳香族Anthracene（葸）晶體上時，觀察到發(fā)光現(xiàn)象。但由于電壓過高，發(fā)光效率低，未得到重視。 直到1987年伊士曼柯達公司的C.W. Tang及Steve Van Slyke等人發(fā)明以真空蒸鍍法制成多層式結(jié)構(gòu)的的OLED器件后，研究開發(fā)才活越起來。同年，英國劍橋大學(xué)開文迪施

10、實驗室的Jeremy Burroughes證明高分子有機聚合物也有電致發(fā)光效應(yīng)。 1990年英國劍橋大學(xué)的Friend等人成功的開發(fā)出以涂布方式將多分子應(yīng)用在OLED上，即Polymer（多聚物，聚和物） LED，亦稱PLED。不但(bdn)再次引發(fā)第二次研究熱潮，更確立了OLED在二十一世紀(jì)產(chǎn)業(yè)中所占的重要地位。第14頁/共23頁第十四頁，共24頁。 目前正進入產(chǎn)業(yè)化階段。OLED在材料與技術(shù)專利部分主要有兩大陣營，分別為小分子及高分子材料。目前OLED量產(chǎn)的產(chǎn)品(chnpn)有90%以上為被動式單色或多彩小尺寸顯示器，應(yīng)用市場主要為手機、PDA、手持游戲機和數(shù)字相機等。若從技術(shù)及市場發(fā)展趨

11、勢來看，OLED將會往主動式、全彩和大尺寸發(fā)展，進而直接威脅TFT-LCD和PDP等平面顯示器的市場。第15頁/共23頁第十五頁，共24頁。一、OLED器件的發(fā)光(f un)機制 OLED的基本原理為：加入一外加偏壓，使電子空穴分別經(jīng)過空穴傳輸層與電子傳輸層后，進入一具有發(fā)光特性的有機物質(zhì)，在其內(nèi)部發(fā)生復(fù)合，激勵出一個激子，再將能量釋放出來回到基態(tài)，而這些釋放出來的能量中，通常由于發(fā)光材料的選擇及電子自旋的特性，只有25%（單重態(tài)到基態(tài)）的能量可以用來當(dāng)作OLED的發(fā)光，其余(qy)75%（三重態(tài)到基態(tài)）的能量以磷光或熱的形式回歸到基態(tài)。選擇不同的發(fā)光材料（帶隙不同）可得到不同顏色的發(fā)光。第1

12、6頁/共23頁第十六頁，共24頁。 圖6.5.5所示的典型多層OLED結(jié)構(gòu)，發(fā)光過程為：載流子注入是通過陰極和陽極注入到電極內(nèi)側(cè)有機功能薄膜層，載流子分別從電子(dinz)傳輸層和空穴傳輸層向發(fā)光層遷移，電子(dinz)和空穴在發(fā)光層中相，相互束縛而形成激子（Exciton），激發(fā)態(tài)能量通過輻射躍遷到基態(tài)。 第17頁/共23頁第十七頁，共24頁。 由于(yuy)OLED屬有機分子為主的非晶半導(dǎo)體器件，而無機發(fā)光器件（EL）則是以原子為主。 OELD的特性主要來自其分子之作用力而EL是來自其原子之作用力。 有機分子是共價鍵化合物，因其電子被局域化，故通導(dǎo)性不佳。然而有一類有機分子因其具有電子，而

13、在適當(dāng)組合下，這些電子不會被局域化，而其鍵結(jié)是以單、雙鍵方式交互形成，故此類分子稱為共軛分子，而其特性因電子能夠在其共軛軌道上移動，故具有導(dǎo)通性。第18頁/共23頁第十八頁，共24頁。 利用此類單體分子便能聚合產(chǎn)生“共軛聚合物”。最早的共軛聚合物即為聚乙烯，其具有高導(dǎo)度。有機半導(dǎo)體因其導(dǎo)電程度介于導(dǎo)體與半導(dǎo)體之間，故其應(yīng)用范圍也非常廣，多用于電磁波遮蔽體、抗靜電涂布等。而應(yīng)用其摻雜及去摻雜之行為，發(fā)展了充電式電池、智能電變色窗、太陽電池、光存儲、非線性光學(xué)器件等。當(dāng)前(dngqin)最熱門的應(yīng)用則是OLED。第19頁/共23頁第十九頁，共24頁。二、OLED器件(qjin)的分類 一般說來，O

14、LED顯示器依驅(qū)動(q dn)方式分為被動式和主動式兩類。 其電路原理如圖6.5.6所示。 被動式無源(w yun)矩陣 主動式有源矩陣圖6.5.6 主、被動式OLED電原理圖第20頁/共23頁第二十頁，共24頁。 被動式適合用在小尺寸的面板，因為其瞬間亮度與陰極掃瞄列數(shù)成正比，所以需要在高脈沖電流下操作(cozu)，會使像素的壽命縮短。且因為掃描的關(guān)系也使其分辨率受限制，因其成本低廉、工藝簡單，適用于低信息量的顯示，如字符顯示。第21頁/共23頁第二十一頁，共24頁。 主動式與被動式特性相反，成本較昂貴(nggu)、制造較復(fù)雜，它在面板上增加了一層電子底板，每個像素通過在電子底板上相應(yīng)的薄膜晶體管和電容器來進行獨立的尋址。即每個像素可連續(xù)與獨立驅(qū)動，并可記憶驅(qū)動信號，不需在高脈沖電流下操作，效率較高，壽命也可延長，適用于大尺寸、高分辨率之高信息容量的全彩化OLED顯示產(chǎn)品。 第22頁/共23頁第二十二頁，共24頁。謝謝您的觀看(gunkn)！第23頁/共23頁第二十三頁，共24頁。NoImage內(nèi)容(ni