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無機電致發(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)在退激過程中會產(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)化為光能的過程。2共八十七頁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)，在外加電場作用下使P－N結(jié)產(chǎn)生少數(shù)載流子注入，進而產(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1920年德國學(xué)者古登和波爾發(fā)現(xiàn)，某些物質(zhì)加上電壓后會發(fā)光，人們把這種現(xiàn)像稱為電致發(fā)光或場至發(fā)光（EL）。1936年，德斯垂將ZnS熒光粉浸入蓖麻油中，并加上電場，熒光粉便能發(fā)出明亮的光。1947年美國學(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，但由于當時發(fā)光效率很低，還不適合作照明光源，只能勉強作顯示器件。1950年，Sylvania公司利用Sn02透明(tòumíng)導(dǎo)電膜電極，開發(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1968年，Vecth和Kahng等人發(fā)表了兩篇文章，被認為是第二代EL開始的標志。在此基礎(chǔ)上，Inoguchi等人于1974年發(fā)表了關(guān)于高輝度、長壽命的二層絕緣膜結(jié)構(gòu)的薄膜型EL元件的文章，并通過實驗驗證了EL用于電視(diànshì)畫面顯示的可能性。70年代后，由于薄膜技術(shù)帶來的革命，薄膜晶體管（TFT）技術(shù)的發(fā)展,EL在壽命、效率、亮度、存儲上的技術(shù)有了相當?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行研究。EL冷光片是一種簡單可靠的發(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)、標示牌、建筑及室內(nèi)設(shè)計、廣告、禮品玩具等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。5共八十七頁國內(nèi)研究(yánjiū)我國于二十世紀60年代以中國科學(xué)院長春物理研究所為主體，正式確立研究及開發(fā)。1982年中科院長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，并在北京人民大會堂大禮堂懸掛應(yīng)用10年之久。九十年代中期我國EL器件逐步開始進入民用領(lǐng)域，同時與其相關(guān)配套電子驅(qū)動部分也迅猛發(fā)展，目前生產(chǎn)與市場均已十分成熟。粉末AC電致發(fā)光器件技術(shù)目前主體分為：EL玻璃屏（在玻璃上實施）、EL搪瓷屏（在金屬板上實施）、EL塑料屏、EL線性器件（在電線上實施。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)點為薄，輕，動態(tài)閃動，面發(fā)光均勻，生產(chǎn)(絲網(wǎng)印刷)及裝配(zhuāngpèi)使用工藝實施簡單。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，因其在工作的過程中不會產(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。冷光片簡稱EL,發(fā)光材料為硫化鋅粒子，通過夾在兩極的交流電壓驅(qū)動產(chǎn)生的交流電場，電子在發(fā)光層內(nèi)高速運轉(zhuǎn)，激活發(fā)光原子，使其被加速而獲得足夠能量，被電場激發(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，當頻率增加時顏色向偏藍(短波)的方向移動，而當頻率減小時顏色會向偏綠(長波)的方向移動,EL片的原始顏色是指電壓115V/400HZ時發(fā)光片的發(fā)光顏色，一般為綠色或藍綠色。塑料電(場)致發(fā)光片具有很強的柔韌性，在不折損電極的前提下，可相對裁剪或彎曲而不影響發(fā)光性能；8共八十七頁圖像顯示質(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)動電壓高負載(fùzài)電容大藍光效率低實現(xiàn)大面積、無缺陷、均勻薄膜的工藝要求高9共八十七頁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粘結(jié)劑中做成。10共八十七頁熒光(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)光強度可達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。11共八十七頁發(fā)光顏色：通過激活劑和共激活劑的組合可以在藍色到黃色之間的范圍內(nèi)變化。在ZnS:Cu,Cl系中，通過調(diào)節(jié)Cl的含量，可以獲得從藍色(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2薄膜型交流(jiāoliú)電致發(fā)光1974年高輝度、長壽命的薄膜交流型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。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(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，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。EL器件目前已被應(yīng)用在背光源照明上，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。也作為交通安全標志，公司標志，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

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)性能以及性能價格比方面進行比較，TDEL顯示器要比PDP和LCD顯示器好，是一項比較有發(fā)展前途的平板顯示器。這項技術(shù)是一個加拿大籍中國(zhōnɡɡuó)人發(fā)明的，技術(shù)由加拿大iFire公司擁有，但由于沒有其他公司參與，一直普及不起來。TDEL顯示器15共八十七頁TDEL顯示器的構(gòu)造(gòuzào)16共八十七頁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)光中心以獲得可見光波長范圍內(nèi)的發(fā)光；二是能承受激發(fā)所必需的106V／cm左右的強電場。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18共八十七頁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)、金屬有機化學(xué)氣相沉積MOCVD等真空蒸鍍法。對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20共八十七頁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22共八十七頁電子(diànzǐ)倒車后視鏡

（高亮度）簡易(jiǎnyì)導(dǎo)航

（多色）在儀表上行車電腦VFD

使用實例23共八十七頁真空熒光(yíngguāng)顯示(VacuumFluorescentDisplay,VFD)是利用真空熒光管進行顯示，簡稱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，雖然是真空器件，但工作電壓低、體積小和亮度高。在環(huán)境亮度變化大和對低功耗無要求的場合有著優(yōu)越性，所以在低中檔顯示領(lǐng)域，如計算器、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，但國際學(xué)會(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，雖然是真空器件，但工作電壓低、體積小和亮度高。在環(huán)境亮度變化大和對低功耗無要求的場合有LCD無法比擬的優(yōu)點，所以在低中檔顯示領(lǐng)域，如計算器、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)字而開發(fā)的，主要用于電子計算器中的數(shù)字顯示?；旧涎赜闷胀娮庸艿纳a(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，需將多個單管排列，體積大，安裝不方便。25共八十七頁此后，隨著厚膜、薄膜技術(shù)的發(fā)展，以及逐漸實現(xiàn)多色化等的技術(shù)進步，經(jīng)過多年的變遷，逐漸達到目前的狀態(tài)。VFD是由陰極、柵極、陽極構(gòu)成的，至少觀測側(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極，陽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，進行光柵掃描或矢量掃描，VFD采用噴淋狀電子束，通過柵極與陽極電位的組合，選擇所需要顯示的信息。26共八十七頁特點(tèdiǎn)低工作電壓，陽極和柵極的電壓12～20V，每一路的驅(qū)動電流幾mA?？梢杂眉呻娐?jíchéng-diànlù)直接驅(qū)動；亮度高，藍綠色為l000～2000cd／m2，用于汽車上的平視顯示器亮度可達10000cd／m2以上；紅色和藍色為幾百cd／m2；基本上沒有視角的限制；顏色清晰,灰階控制；厚度為6～10mm，平板結(jié)構(gòu)；一個DVD用的顯示屏只有75mm×14mm×6mm，而大型的長度可達550mm；顯示圖案靈活，可以做成筆段和符號的形狀，也可以點矩陣顯示和全矩陣顯示?？赏高^特定濾板任意更改顏色27共八十七頁問題(wèntí)陰極功耗大。VFD的總功耗主要有陰極加熱功率、柵極功率和陽極功率。不管發(fā)光點有多少是開通發(fā)光的，只要一開機，陰極的加熱始終常開。不考慮驅(qū)動電路的功率損耗，VFD屏本身的陰極加熱占全屏功耗的1／3以上；低陽極電壓的工作條件下，難以找到合適的高效率、長壽命發(fā)光粉。限制了全彩色顯示屏的開發(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、圖表顯示。28共八十七頁VFDLCD視角(shìjiǎo)對比度EnvironmentDarkorNormal(DSTN/STN/TN)背景沒有露光(lùɡuānɡ)現(xiàn)象且看不到未點燈字劃背景有露光現(xiàn)象且可看到未點燈字劃沒有限制

(170度)＊會因構(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IC進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

VFD由于自發(fā)光不會產(chǎn)生(chǎnshēng)如LCD的背光漏光現(xiàn)象.VFDLCD30共八十七頁當陰極有電流通過時，燈絲便產(chǎn)生熱量(rèliàng)，釋放電子。這樣一些電子穿過柵格，均勻地打在陽極的字符段上。凡是由電子開關(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共八十七頁發(fā)光(fāɡuānɡ)ONONON沒有(méiyǒu)發(fā)光ONOFFOFF燈絲/Filament柵極/Grid陽極/AnodeVFD發(fā)光原理32共八十七頁

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)射的電子能否通過柵極兒到達陽極，取決于柵極相對于陰極的電位。當柵極電位為正，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；部分電子穿過柵孔打到陽極，激發(fā)熒光粉發(fā)光，而成為陽極電流(diànliú)。當然這時陽極上必須是正電壓。也就是柵極和陽極同時為正電壓時，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VFD的結(jié)構(gòu)(jiégòu)VFD基本結(jié)構(gòu)由陽極(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VFD構(gòu)造(gòuzào)圖35共八十七頁真空熒光顯示管是一個真空容器，其上下是兩塊內(nèi)側(cè)鍍有導(dǎo)電膜的平板玻璃，四周用玻璃粉進行密封，并且留有一個排氣管。燈絲為陰極，與電源“－”極相接；陽極為涂有磷光物質(zhì)的屏幕，與電源正極相接，每個字符段由電子開關(guān)單獨控制通電狀態(tài)；在燈絲與陽極之間有柵格，整個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)．以吸收使用過程中器件內(nèi)釋放出來的氣體。36共八十七頁圈環(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共八十七頁單位(dānwèi)熒光數(shù)碼管的結(jié)構(gòu)KGfaegdcbKCathodes(heaters)GridGlassbackPlates38共八十七頁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、陽極基板用的厚膜材料、熒光體等。為避免絲極妨礙畫面顯示，鎢絲線表面包覆Ba、Sr以及Ca等材料構(gòu)成的氧化物。對絲極施加電壓使絲極加熱至620℃，接著再用柵極對絲極釋放的熱電子進行控制與加速，通過柵極網(wǎng)孔的電子撞擊至涂有熒光體的陽極，進而激發(fā)熒光體產(chǎn)生光。同樣為避免柵極妨礙畫面顯示，利用(lìyòng)蝕刻技術(shù)將厚50μm不銹鋼板制成線寬30μm的網(wǎng)孔，只要對柵極施加正電荷，便可使絲極射出的電子加速擴散，并將電子誘導(dǎo)至陽極。39共八十七頁陽極基板則利用厚膜印刷技術(shù)制作鋁質(zhì)膜層導(dǎo)線(dǎoxiàn)，接著再用低融點玻璃在導(dǎo)線(dǎoxiàn)上鋪設(shè)絕緣層，顯示畫面的部位設(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極發(fā)光顯示單元。顯示畫面時分別對柵極與陽極施加正電位，非顯示部位則對柵極與陽極其中一方，或是兩者同時施加負電位，藉此方式阻止電子進入熒光體產(chǎn)生撞擊發(fā)光。40共八十七頁熒光粉大多數(shù)情況(qíngkuàng)下，VFD的陽極電壓采用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，必須滿足下列三個條件：基質(zhì)材料的禁帶寬度必須足夠?qū)挘沟脤梢姽馐峭该鞯?。而雜質(zhì)能級必須合適，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。因為轟擊的電子能量低，每個電子只能激發(fā)起幾個電子產(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8.1nm和6.0nm。對陽極電壓l2V就正常發(fā)光的ZnO：Zn來說，此時電子滲入到發(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CRT中使用的大部分發(fā)光粉來說，表面電子的無輻射躍遷使其在小于2kV的陽極電壓下不發(fā)光或效率很低，這個電壓稱為“死電壓”。而ZnO:Zn的死電壓幾乎不存在或接近0V。42共八十七頁根據(jù)陰極射線發(fā)光理論可知，發(fā)光亮度(liàngdù)

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

VFD的電壓低,是CRT的1／100，即使在發(fā)光效率相當時，要得到相同的亮度也必須要有幾百倍的平均陽極激發(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AM-VFDHUD(Headupdisplay)AMVFD+LEDAM-VFD在HUD上的應(yīng)用(yìngyòng)44共八十七頁グリッド（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46共八十七頁可卷曲(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9.3.1電子(diànzǐ)紙電子紙ElectronicPaper(E-Paper)，也稱DigitalPaper、Paper-LikeDisplay，是一種視覺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，用于閱讀電子圖書報刊。電子紙還可廣泛用于廣告牌、信用卡、會員卡、鐘表、電子標簽、各種指示器、醫(yī)療器械以及數(shù)碼相框、手機(shǒujī)等便攜式消費產(chǎn)品；此外，電子紙目前的市場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)用將很有可能會擴展到電腦顯示器、電視機等更龐大的應(yīng)用領(lǐng)域48共八十七頁優(yōu)點(yōudiǎn)屏幕較大、和真正的紙張相似無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顯示出內(nèi)容，感覺就和閱讀報紙一樣具有超薄、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清清楚楚具有不會浪費地球森林資源及環(huán)保概念等優(yōu)勢隨意(suíyì)存取，反復(fù)使用一種方式是手寫輸入，另一種方式是通過網(wǎng)絡(luò)下載刷新內(nèi)容49共八十七頁缺點(quēdiǎn)離價位低、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)制作過程～～成本高50共八十七頁51共八十七頁52共八十七頁53共八十七頁1971:古登堡計劃(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共八十七頁第一代有影響(yǐngxiǎng)的eInk電子書：

SonyLIBRIé-2004

2004iRex電子書閱讀器-200555共八十七頁Kindle掀起(xiānqǐ)電子書閱讀器熱潮56AmazonKindle（亞馬遜）不僅打開電子書閱讀器市場，也奠定電子紙在電子書應(yīng)用上的主流顯示技術(shù)地位。由于無需背光模塊構(gòu)造，因此Kindle1次充電可使用90小時(xiǎoshí)，或翻頁10,000次。即使1天閱讀時間超過12小時，Kindle亦可連續(xù)使用超過1星期而不需充電。2007年11月發(fā)布,賣出50萬臺以上56共八十七頁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，這是當時計算機屏幕質(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?shù)碾妶龅酵钙砻妫樽泳蜁D(zhuǎn)、定位，將黑或白面呈現(xiàn)(chéngxiàn)在觀視面上，達到「油墨」寫在正確位置的效果。

57共八十七頁電子紙的顯示技術(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在施樂公司開發(fā)的Gyricon電子墨水誕生于上世紀七十年代。使用雙色調(diào)(sèdiào)的微小對稱固體電珠到處旋轉(zhuǎn)游走。由白色與黑色樹脂制成。58共八十七頁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百萬計的直徑在100微米左右大小的帶電小球。每個小球的一面涂上了帶負電黑色涂料，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)或者負電壓(diànyā)。這樣內(nèi)部泡在潤滑油中的帶電小球就會在電場的作用下發(fā)生旋轉(zhuǎn)，選擇性的將黑色或者白色部分翻轉(zhuǎn)出來，在宏觀上形成需要顯示的文字或者圖案。而當Gyricon斷開電源，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，像雜志一樣長時間穩(wěn)定顯示。

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

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

有源電路驅(qū)動復(fù)雜單色顯示制造工藝復(fù)雜60共八十七頁電子紙的顯示技術(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，在電場推動下的運動。由于懸浮在水中，這些膠囊被印在紙上或荷電材料上時，看起來就像墨。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)中浮動而達到色彩變化的效果，其制造過程使用了商業(yè)上微囊封包的標準技術(shù)。61共八十七頁電子(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?shù)厥┘与娏鱽砀淖冾w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，來呈現(xiàn)多樣的色彩與圖案。電子紙張的優(yōu)點是耗電量非常低，而其畫面即使斷電也能繼續(xù)維持不變。利用電泳顯示(ElectrophoreticDisplay，EPD)即利用電泳原理實現(xiàn)光反射式的雙穩(wěn)態(tài)顯示成像。電泳是指在電場的作用下，帶正、負電的粒子分別(fēnbié)移向電場兩極的運動現(xiàn)象。62共八十七頁E-Ink還能實現(xiàn)(shíxiàn)單個膠囊的多級灰度顯示。63共八十七頁E-Ink電子(diànzǐ)紙的工作原理利用電泳原理形成(xíngchéng)畫面。電子墨由數(shù)百萬個尺寸極小的微膠囊構(gòu)成，直徑與頭發(fā)絲相當。每一個微膠囊中含有白色和黑色顆粒，分別帶有正電荷和負電荷，它們懸浮在清潔的液體中。當帶正電的白色二氧化鈦停留在微囊的觀視面時，呈現(xiàn)的就是白色的頁面；而當某個微囊下方的電極帶負電時，就會將這些粒子拉到另一側(cè)，結(jié)果在該點便產(chǎn)生一個油墨似的影像，直到相反的電流脈沖再將這些白色粒子送回去。若將整個程序反過來，就可以產(chǎn)生暗底白字的效果。64共八十七頁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電極，微膠囊夾在這兩個電極間。微膠囊受負電場作用時，白色顆粒帶正電荷而移動到微膠囊頂部，相應(yīng)位置顯示為白色；黑色顆粒由于帶負電荷而在電場力作用下到達微膠囊底部，使用者不能看到黑色。如果電場的作用方向相反，則顯示效果也相反，即黑色顯示，白色隱藏?？梢?，只要改變電場作用方向就能在顯示黑色和白色間切換，白色部位對應(yīng)于紙張(zhǐzhāng)的未著墨部分，而黑色則對應(yīng)著紙張(zhǐzhāng)上的印刷圖文部分。65共八十七頁電子(diànzǐ)紙的顯示與閱讀原理66共八十七頁E-Ink電子紙基本原理67共八十七頁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)粒子在電場的作用下移動，從而實現(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)是將樹脂經(jīng)過納米級粉碎處理后所產(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共八十七頁電泳(diànyǒnɡ)顯示技術(shù)70共八十七頁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72共八十七頁Mirasol顯示(xiǎnshì)技術(shù)由高通（Qualcomm）全資子公司高通光電（QualcommMEMSTechnology）開發(fā)的一種新型顯示技術(shù)。通過反射光線，使特定波長相互干涉而生成不同顏色，即‘干涉測量(cèliáng)調(diào)節(jié)’(IMOD)反射技術(shù)，這一展現(xiàn)色彩的過程與蝴蝶翅膀閃爍發(fā)光的原理相同。當陽光照在MEMS屏幕上時，反射板可以象蝴蝶翅膀那樣控制反射光波長來顯示顏色?？梢圆辉僖蕾嚤尘肮猓抢藐柟?、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共八十七頁高通mirasol電子紙采用(cǎiyòng)MEMS技術(shù)7474共八十七頁膽甾型液晶(yèjīng)的雙穩(wěn)態(tài)ChLCD具有(jùyǒu)獨特的光電特性，在外加電壓的作用下，其分子的螺旋狀態(tài)會發(fā)生變化，進而導(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ChLCD分子呈平行排列時就擁有了反射光線的能力，并能夠按照此時的排列形式反射出不同顏色的光線。當液晶分子旋轉(zhuǎn)至非平行角度時，光線就能徑直通過，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。實現(xiàn)彩色較容易。75共八十七頁Fujitsu富士通76共八十七頁ChLCD彩色顯示技術(shù)(jìshù)77共八十七頁膽甾型液晶具有獨特的光反射選擇特性，摻入適當添加劑后只能反射特定波長的色光，采用不同的添加劑配方可以配制成分別(fēnbié)反射紅、綠、藍三種基色光的膽液晶

。電子紙為多層結(jié)構(gòu)，每個像素由分別能反射“藍-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材料都處于兩個透明電極的夾層中。當驅(qū)動電壓分別加載到3個反射層的電極時，各反射層對環(huán)境光中3種基色光的反射率相應(yīng)改變，所反射的3種適當強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，從而實現(xiàn)彩色顯示?？梢燥@示明亮鮮艷的彩色效果，無需偏光片和濾色片，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79共八十七頁電濕式(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

未能進入量產(chǎn)階段。色彩穩(wěn)定性及良率問題良率、價格、

與一般TFTLCD相比更貴非主流電子紙顯示器面臨的問題80共八十七頁電子紙技術(shù)及應(yīng)用的發(fā)展(fāzhǎn)藍圖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、高精細度、區(qū)彩或多彩方向發(fā)展~2003主要顯示簡單圖形與文字81共八十七頁生產(chǎn)(shēngchǎn)企業(yè)20世紀末，美