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1、电 致 发 光 显 示,1、低场电致发光 1960年人们发现GaAs的p-n结二极管在正向偏压下，发生少数载流子注入，并在p-n结附近，两种载流子发生复合发光。2、高场电致发光 发光材料是半导体化合物，掺杂适当的杂质引进发光中心或形成某种介电状态。当它与电极或其它介质接触时，构成MS结构或MIS结构，来自电极或界面的电子，进入发光材料的高场区，被加速并成为过热电子，它可以碰撞发光中心使之被激发或被离化，再通过一系列的能量输运过程，电子从激发态回到基态而发光。,一、电致发光显示的分类与特点,一、电致发光显示的分类与特点,高场电致发光,粉末EL,薄膜EL,AC-EL,DC-EL,AC-EL,DC-
2、EL,ELD特点：（1）是一种高压场致发光，构造上无电流流过；（2）主动发光，可制成任意形状；（3）全固体，牢固，适用于在对重量、体积要求严格和环境恶劣的场所；（4）响应速度快（110 s），视角宽。,电致发光显示：Electroluminescent Display, 简称ELD。,缺点：（1）驱动电压高，驱动电路复杂；（2）除了橙黄色发光效率较高外，其他颜色的发光效率较低。,高 场 下 的 电 致 发 光 机 理,电致发光是电能直接转换为光能的一种固体发光现象，和其他任何发光过程一样，电致发光也包含激发，能量输运和复合发光三个主要过程，不过在电致发光中，只有通过一定的电场分布，引起发光材料
3、中载流子的速度及能量的分布发生变化，才能引起碰撞激发或离化发光中心然后产生复合发光。,高场电致发光应具备的条件：（1）基质材料适合发光条件 较宽的禁带（一般要大于3eV），合适的能带结构、结晶类型、晶格常数和介电特性等等；（2）引进合适的发光中心 掺杂的杂质能成为可见光的发光中心，并且引进的发光中心在基质中有一定的溶解度，离子半径与基质相近，价键相匹配等；（3）结构上能形成高场，并有充足的初始电子束源 这样在高场区能出现足够的过热电子，才能实现有效的电致发光。,一般结构：,1) 分散型交流ELD基本结构：基板为ITO(In2O3:SnO210%重量比，导电：几十，透光率：85%)玻璃板或柔性塑
4、料板。发光层由荧光体粉末分散在有机粘结剂中做成。荧光体粉末：ZnS:Cu,Cl, 或Mn原子等，可得到不同的发光色。粘结剂中采用介电常数比较高的有机油如氰乙基纤维素等。介电质层：防止绝缘层被破坏。背面电极：Al。,电致发光 分为低场和高场下的发光两大类利用半导体pn结发光不需要用很高的外加电压就能激发光的主要是低场发光。而那种不易形成两种导电类型的材料，它们借助于MS(金属半导体)或MIS(金属绝缘休半导体)结构而得到的固体发光，主要是高场发光在一些特殊条件下，低场发光可以转变为高场发光，有时高场发光也可能同时出现低场发光。,高场下的激发过程,碰撞离化是电致发光的一种重要的激发机构。在碰撞离化
5、过程中电场的能量直接转变成晶体中电子的能量，电子能量分布变化了，处在导带中的电子在电场加速下达到较高的能量状态，并与发光中心碰撞而离化即形成了激发态； 当电子从这些能量较高的激发态再跃迁回到原来能量较低的状态时，就可能产生各种辐射复合发光。,高场区的形成,外加激发电压 发光器件的结构,(一)反向电压下MS结,我们知道两种晶面交界处，可以看作是一种特殊的晶格缺陷，这是因为两种晶体的晶格常数不相同，在交界面处会出现很多悬键。这些悬键可以束缚电子(或空穴，因而造成 “定域能级”，使得接触区附近发生电荷重新分布，会在交界面处构成一定的势垒，势垒的高度决定界面两边的功函数之差。通常在与金属(M)接触的半
6、导体(s)的界面上存在着势垒，当M S 时则在半导体内形成耗尽层（即较强的局部电场），这种表面势垒又称为肖特基(Schottky)势垒，所以MS结本身就会形成高场。当在MS结加上反向电压(即M 端接负，S端接正)时，势垒区的电场将进一步提高。,(二)MIS结,MIS结金属绝缘体半导体)是一种较为复杂的结型结构，它是利用电场在这种结构里的分布不均匀性，在绝缘层(I）形成高电场。因此，无论金属层(M)接负或接正，在I层内部可以形成高场区。这种结构可以产生高场发光也可以产生低场发光。,(三)反向电压下均pn 结,在p-n结中，靠近n型一边有带正电荷的离子， p型一边有带负电荷的离子，由于p-n结很薄
7、，因而在结中形成很强的局部电场。当在异质pn结上外加反向电压时同样电场增强，可以达到足以引起碰撞离化所需要的高场条件，能使窄禁带半导体材料中间少数载流子，流向宽禁带半导体材料并在那里发生了加速，碰撞，离化和复合发光。,初始电子的来源：,(一)依靠热骚动及电场的联合作用提供初始电子 依靠热骚动及外加电场的联合作用，初始电子可以从金属电极直接注入，也可以从较深的陷阱中被电场释出,(二)通过电场的隧穿作用提供初始电子 在高电场的作用下，由于能带发生变化，产生倾斜，使势垒变薄(约为50)，将会引起隧穿几率的增加在高场下，势垒宽度变小，由于隧穿效应而使自由电子增加，这种产生初始电子的过程又被叫做“内场发
8、射”,(三)借助于激发态辐射弛豫提供初始电子 所谓“弛豫”是指一个系统从较高的能量状态向较低的能量状态转变无辐射弛豫过程也会产生自由电子，成为高场区的自由电子。,碰撞离化模型,六十年代以前，根据当时的一些实验结果(例如在发光材料的表面包有一层铜就能导致有电致发光)，曾经假想高场区集中于表面层，所以有人提出了在ZnS表面附着高导电物质Cu2S，这样在颗粒的表面形成一个导体(Cu2S)和一个半导体(ZnS)结，并在结处形成势垒，当加上反向电压后，ZnS一边为正，Cu2S一边为负，则Cu2S中的电子会通过隧穿效应注入到ZnS层中，并在势垒高场中加速，产生碰撞离化。,在这个模型中，他们假设Cu2S是沉
9、积在ZnS的内部，并形成一条线状导电沉积物，这样在线的顶端处形成导体半导体结，由于结的线度很小(直径d约为105cm)，在这些地方电场强度大大加强。当ZnS一边为正的时候，Cu2S中的电子通过隧穿效应进入ZnS，并在高场区高电场作用下，电子被加速获得足够的能量，发生碰撞离化，产生电子、空穴对。当电场反向时，电子回来复合发光。这样，在交流激发电压一个周期内只发生一次复合发光，发光端应该在电极的负端，这与显微实验观察到的结果正好相反，实验看到的发光恰好在电极的正端,ZnS荧光体粉末的粒径:530m。通常在一个ZnS颗粒中会存在点缺陷及线缺陷。电场在ZnS颗粒内会呈非均匀分布，造成的发光状态也不会相
10、同。当观察一个ZnS颗粒时，发光先从若干孤立的点开始，随着电场增加，两点的发光逐渐延伸，相互靠近，汇合成彗星状的发光。,Fischer 提出： 反Maeda碰撞离化模型,在ZnS颗粒内沿线缺陷会有Cu析出，形成电导率较大的CuxS(P型或金属电导状态)， CuxS与ZnS形成异质结。当施加电压时CuxS/ZnS界面上会产生高于平均场强的电场强度(105-106v/cm)。使位于界面能级的电子通过隧道效应向ZnS内注入，与发光中心捕获的空穴发生复合，产生发光。当发光中心为Mn时，如上所述发生的电子与这些发光中心碰撞使其激发引起EL发光。,在高场作用下由于势垒变窄，产生了“隧道效应”，使自由载流子
11、的数目增加，这个过程就称为内場发射。,内場发射,内場发射的几情况,在半导体中比较重要的内场发射有下列几种： 1电子从金属电极注入导带： 2空穴从阳极进入价带(与电子运动方向相反)； 3价带电子由于隧道效应注入导带(也就是Zener效应) 4束缚于杂质能级的电子注入导带。,场发射的电流密度为：j = C1nexp-C2(meE3) / (3-2)式中是外加电场强度，指数n为13，me是电子的有效质量，E是势垒高度，C1、C2是常数或随E和缓慢变化的参数。,Fischer根据内场发射理论，提出了一个在ZnS晶体内的Cu2S线状导电沉积物的二端，由于高场区的内场发射产生的电子空穴同时注入ZnS晶体的
12、模型，这就是典型的双极场发射模型如图34所示,双极场发射模型,当加上交变电场时，Fischer认为在导电线Cu2S的两端形成的高电场作用下，导电线两端分别向邻接的发光材料(ZnS)发射电子和空穴，即在电压为正的一端Cu2S向ZnS发射电子，被电子陷阱所俘获，而在电压为负的一端，Cu2S向ZnS发射空穴，被空穴陷阱(即发光中心)所俘获，形成正空间电荷，这一过程一直延续到由于空间电荷区域产生的附加电场限制内场发射为止。当电场反向时，电子空穴的发射端对调，从导电线发射的电子和前半周俘获的空穴复合发光，形成发光波形的主峰，当然也会有一些电子从晶体内部逐步漂移过来和俘获的空穴复合发光，形成发光波形的次峰
13、。,纯位错模型,发光线与位错线Peters等人在六十年代研究了晶体缺陷和电致发光亮度之间的关系。层错参数：偏离正常六角堆积面的数目所占百 分比值,Bonfiglioli等人提出由纯位错产生的pn结模型,两种发光中心,复合发光电子处于激发态时，它们离开原来的发光中心，被激发进入导带内。当导带中的电子与离化中心的空穴重新复合，产生发光。分立中心发光电子处于激发态时，并不离开原来的发光中心，只是从基态被激发到一些高能量的激发态上当电子再从某个激发态回到基态时，就释放能量，产生发光,复合发光,直接由带间电子和空穴的复合，产生发光 通过位于禁带内的某些“定域能级”处的发光中心复合发光,(一)发光中心的内
14、部电子跃迁 发光中心形成的方式，可以直接受到高能电子碰撞离化也可以从晶体内的其他杂质或从晶格间接获得能量，使发光中心电离或者使电子从基态跃迁到激发态反之这些电子也可以由激发状态回到基态，产生复合发光。,(二)导带电子同价带空穴的复合(三)通过杂质中心的复合,二、分立中心发光,通常把局限在杂质离子内部的电子能量跃迁而产生的发光叫做分立中心发光。它们只是被激发，获得更多的能量，但是电子并未离开杂质中心。在高场发光中，特别是直流电致发光，这类分立中心的发光获得了良好的发光性能。,1. 复合发光,A.发光中心的内部电子跃迁B.导带电子同价带空穴的复合C.通过杂质中心的复合,分立中心发光一般又有以下两类
15、： 第一，发光中心基本上是孤立的，晶格的影响只是次要的微扰作用，例如三价的稀土元素Er3和Eu3等。 第二，晶格使激活剂杂质原子或离子离化的能级结构有很大的变化，但辐射跃迁仍属激活剂离子，例如在ZnS和ZnSe晶体中的Mn2和Ce3。,2. 分立中心发光 通常把局限在杂质离子内部的电子能量跃迁而产生的发光叫做分立中心发光。,交流粉末材料的电致发光机理,一、 ACEL的发光线 在交流电场激发下，电致发光不是发生在表面，而是发生在晶粒内部的局部区域，发光线呈现尾尾相对的彗星状。,二、发光线与位错线发光线和晶体构缺陷有对应的关系，即在晶体中层错愈多，则层错密度也大，因而发光的亮度也就愈高,三、交流粉
16、末材料的几种发光机理 交流粉末材料的发光激发机理基本上有三种： 第一、碰撞离化； 第二，内场发射； 第三，np-n结少数载流子注入。,直流粉末材料的电致发光机理,一、形成过程,一、 DC-PEL的包铜处理1、原料的制备锌溶沉淀法Zn2（NH4)2S ZnS2NH4+锌有机金属化合物分解 CH2-NH2 Zn CH2-NH2 ZnS CS2 2,2、掺杂与灼烧 ZnS + Mn2+ +Cu2+ ZnS:Mn Cu3、包铜处理 ZnS:Mn ， Cu P- CuxS -ZnS: Mn- CuxS P二、 形成过程电极间加电压，室温下形成的CuxS的电阻率很低，有大电流通过，屏变热，类似纯电阻，结果
17、电流急速下降，同时伴随着发光的现象,900,N型,Cu2溶液,三、发光机理形成前P型 CuxSn型ZnS：Mnp型CuxS形成后正极n型掺杂ZnS (P型 CuxSn型ZnS：Mnp型CuxS)负极 发光区 非发光区,1.未加电压时,2. 加上直流电压时,直流粉末电致发光的能带图,Mn通常有两种激发机构:第一种是由碰撞离化直接激发，另一种是由能量共振传递而激发。 因此它的复合发光，也有两种形式，一种是过热电子直接碰撞和激发Mn中心，并在那里实现复合发光。另一种是过热电子先碰撞离化中心Cu，随后把它们的一部分能量再传递给Mn中心，形成敏化发光现象(通常把一种杂质中心吸收的能量转移到另一种发光中心
18、，形成复合发光叫做敏化发光)。因此，在第二种机构里Cu起两个作用，第一，造成一个通过CuxS注入电子所必不可少的结；第二，是在ZnS晶格中引进一个敏化中心(吸收能量的中心)，由它把能量转移给Mn中心。,薄膜电致发光的激发机理,薄膜电致发光和粉末电致发光有许多相似的地方，它们所用的基质材料基本上都是ZnS,又都是在高场下的电致发光，因而发光机理也比较类似。加之薄膜电致发光材料不用介质粘结，只是ZnS晶粒彼此堆垛而成，结构比粉末的简单一些它可以借用粉末电致发光已经取得的一些研究结果,薄膜的发光机理过去主要有两种不同说法，一种认为是空穴注入：一种认为是碰撞激发或碰撞离化。碰撞离化模型的主要特点是：
19、高场引起电子在界面附近的隧穿；电子在高场中加速碰撞激发Mn2中心，在另一界面附近被重新俘获。图3-15这种能带结构示意图可用来解释交流薄膜电致发光的发光机埋： 在电源负极的绝缘层和发光层界面上积累起的电子，在电压极性反向时，由于电场作用被加速并有部分电子激发发光中心Mn2，可以是直接碰撞离化或者通过共振传输产生激发，也有部分电子继续运动，直到在电源正端的绝缘层和发光层的交界面上积累下来。,二、发光特性1、发光光谱：与材料的基质、激活剂和工艺有关ZnS：Cu Cl 蓝ZnS：Pb Cu Cl 蓝、绿ZnS：Cu Al 绿ZnS：Mn Cu 橙红Zn（S Se）：Cu I 黄ZnS：Cu CO3
20、红,主要发光材料和激活剂,2、发光亮度（B）：与有关电压、频率有关（1）B与U的关系,在一定的电压范围内,BKUt,（2）B与f的关系,f低时，B f，B随f增加而增加，当f得到一定的值时，B逐渐趋于饱和，此时称为饱和频率fcFc与外电压和材料有关,F还对材料的颜色和寿命有影响， 如ZnS：Pb Cu Cl， f 增加时，颜色从绿变到蓝； f 增加， 材料寿命减小结论：不能靠增加频率的方法来提高亮度和改变屏的颜色,3、亮度波形：Bt图形正弦波方波,亮度波形随频率与温度变化关系,4、发光效率：ACPEL是EL中效率较高的一种，已达15 Lm/w,5、寿命 ：B逐渐下降的现象，称为老化,A、影响老
21、化的因素：电压越高，老化越快， 短， 影响小频率越高，老化越快， 更短，影响大湿度 粒度单元电容 R 光谱不变,V,B、老化原因：介质内透进水，使材料电解ZnS + H2O Zn2+ S2-Zn2+ + 2e Zn （黑色） S2- 2e SC、防止老化的措施在荧光粉中用Br代替Cl，作为共激活剂荧光粉在S气氛中焙烧防潮密封,三、发光原理1、发光的基本过程 任何发光过程都包括激发、能量输运和光的发射三个主要环节。 半导体发光类型： 导带中的电子和价带的空穴复合而发光； 载流子先被杂质或缺陷中心俘获再复合而发光； 采用分立发光中心的发光。,价带：S2 形成 导带：Zn2 形成,一、高场下的激发过
22、程,四、ACPEL材料及器件1、ACPEL材料2、影响材料的几个因素3、 ACPEL发光屏的制造工艺由El板和驱动、控制电路两部分组成,1、ACPEL材料,(1) 基质材料,三、多色交流粉末材料的制备,电致发光几种主要基质材料的禁带宽度分别为： ZnS3.7eV ZnSe2.6eV； CdS2.5eV 如采用不同比例的几种基质材料形成混晶所得发光材 料的颜色也会发生相应变化，如图所示, 结构：按使用的介质和基板的材料不同，有三种El板有机介质玻璃屏（有机介质EL玻璃屏电视板的结构）：,搪瓷介质玻璃屏,有机可弯曲软屏, 制造工艺：,导电玻璃,测试,蒸发CdS层,蒸发耐压层,光刻,印刷EL层,蒸A
23、l电极,老练,防潮密封,电极引出,ITO的光刻,发光层的制备 （1）刮印法 （2）喷涂法 （3）电泳法 （4）流沾法,为了提高屏的亮度，对介质的要求：介电常数大易成膜热忽定好，透明度高电导率小,主要绝缘层材料的介电特性,复合绝缘层：利用绝缘各种特性互补，提高绝缘层综合特性。Si3N4+SiO2 ：Si3N4的EB比较高，性能稳定，自熄击穿，是一种质量优良的绝缘介质。但它于玻璃粘附性不好，因此使用SiO2做为和玻璃的过渡层。SiO2性能稳定，与玻璃粘附性好，但小，用它做为过渡层时，一般厚度很小即可。 Ta2O5+SiO2：克服Ta2O5传播性击穿。,五、ACPELD的应用和特点ELD的特点视角宽
24、、响应快、图像清晰、坚固耐用应用适用于对高清晰度、准确度、视觉效果以及耐受恶劣环境要求很高的场合，如医疗、体育、国防、运输、工业中的监控系统,1、ACPEL灯（电容器灯）,2、固体像增强器,3、数字、文字显示器译码器的作用：是将数字信号译成“0”或“1”码 “0”表示低电平或相应笔划段为暗 “1”表示高电平或相应笔划段为亮驱动器的作用：将笔划电极按数字信号的顺序 接通的电路,应用于各种计量仪器的数字、符号显示等。它和荧光灯管作比较具有薄形和大型化的优点。,薄膜交流型ELD数字显示(Lohiya公司),1982年日本夏普公司生产的ELD显示样品,模拟显示,薄膜绿色发光ELD屏 (日本精械),4、
25、AC-PEL TV板FPD象素与寻址扫描A、象素的产生FED就是特殊的平板电容器图像是由象素组成的，象素就是一个发光点,B、寻址扫描,X方向：只要有移位脉冲，开关电路就能导通Y方向：除了有移位脉冲外，还必需在图像信号的共同作用下，开关电路才会导通当x和y方向的开关电路使xi和yj同时导通时，交叉点（ xi，yj ）才会发光，如果频率在50Hz时，图像不会有闪烁的感觉。,移位脉冲发生器：由半导体集成电路组成，有若干个输出端与相应电极接通X方向：x（脉宽）j y,图像显示A、灰度调制B n（脉冲数）,B、提高亮度电视发送过程中，每秒传送25幅图像，则每个象素每隔40ms受一次激发，而每行扫描时间为
26、40ms/62564us 行回扫描时间为12us 实际扫一行的时间为52us 每行象素4/3 625=832象素 激发每个象素的时间为52us/83262ns 占空比D62ns/40ms1.55106,C、提高对比度交叉电极的作用：减少电极引线，实现图 像扫描,原因： B随V逐渐上升，无明显阈值 FPD结构产生交叉效应交叉效应：非选通情况下的象素发光造成对比度下降的现象克服办法：采用非线性电阻材料（NLR)：SiO2,CdSe,CdS,ZnO等施加灭迹电压（消隐信号）,四、电致发光的主要光电特性,2、 DC-PEL的交流激发特性从图中可以看出：DC-PEL随f变化不明显在AC下，寿命增加，B增
27、加,B-T特性在正弦电压作用下，Bt波形无次峰，BB,B-t波形与正弦电压波形相比滞后一个t相位差,3、B与脉宽和幅值有关B随脉冲幅值增加而增大采用驱动脉冲宽度来调制图像灰度，采用此法的优点是：电路简单，便于集成化，工作性能稳定,4、效率DC-PEL的效率比AC-PEL低，在100V电压下，AC-PEL 10 lm/w; DC-PEL 0.5 lm/w5、寿命寿命很短，影响其应用，原因：DC作用下，有电流流过屏使之发热，Cu2向ZnS内部进一步迁移，阻抗增加，亮度下降阳极区域在电磁场的作用下，水、空气使CuxS产生电化学反应，形成厚阻层，使亮度下降,五、DC-PEL器件1、材料ZnS： Mn，
28、Cu (橙） ZnS：Mn Cu，Te (橙红)BaZnS：Mn (红) ZnS：Ag ( 兰)CaS：Eu ，Cl (兰绿) Zn0.7Cd0.3S：Ag (绿)SrS:Ce,Cl(绿） Zn0.3Cd0.7S：Ag (红)2、结构与工艺与AC-PEL相似，仅多一个形成工艺采用逐开高法：,六、DC-PEL 发光屏的制备工艺,第二节 薄膜电致发光显示（TFELD),定义：将发光层制成薄膜的形式，在电场作用下出现的发光现象，称为薄膜电致发光 1968年，美国贝尔实验室发现TFELDTFELD的优点： B高 （6860cd/m2）；对比度大（50：1） 寿命长 （2万小时）；有存储功能分为 AC-
29、 TFELD和DC- TFELD两类,一、AC- TFELD的结构和工艺,1、结构,2、工艺玻璃基板（电子束蒸发或电子束溅射）透明电极ITO光刻（形成电极）绝缘层（真空蒸发）发光层绝缘层Al电极光刻（形成X电极）密封老练测试发光层的制作方法：化学反应法真空蒸发法,化学反应法制备发光薄膜,真空蒸发法：一次蒸发原材料的发光膜制备混合蒸发法再ZnS薄膜中掺杂高频溅射法,原子层外延法,原子层外延法,A. First precursor reacts with the surface. Chemisorption occurs through ligand exchange between the pr
30、ecursor molecules and the bonding sites.,B. When all bonding sites are filled the surface reaction is saturated. Bonding sites for the second precursor have been created.,C. Second precursor reacts with the surface created in steps A and B. Chemisorption occurs as long as bonding sites are available
31、, until saturation ,D. and the formation of bonding sites for the first precursor begins again. The cycle of sequences A to D are repeated the necessary number of times for the desired layer thickness.,TFEL的激发机理,空穴注入碰撞激发或碰撞离化,碰撞激发或碰撞离化,注入载流子的密度由下式给出：,V是外加电压； n是迁移率；n是自由载流子的密度；L是电激活区域的长度,2,当注入载流子的密度超过
32、热平衡载流子的密度由空间电荷限制电流的形式给出：,这里是自由电子与陷阱俘获的电子（密度）之比,二、性能1、BV特性B随V急剧增长BV呈现滞后特性,2、BV特性的极化效应,ACTFEL的极化效应,c、当施加不同极性的脉冲电压时发光强度高但当施加相同极性的脉冲电压时发光强度就下降，继续施加相同极性的脉冲电压就会变得不发光。产生此现象的原因：在于发光层中产生分极效应所致在相反极性脉冲电压下发光层内部分极电压使加到发光层上的有效电压值更加，极化效应增强了有效电场，使亮度增加。在相同极性的脉冲电压下，分极电压和外电压极性相反，使叠加在发光层上的有效电压值降低，甚至不能发光。,光写入和光消除：,存储效应型
33、薄膜ELD具有光分极效应、光缓和效应，可使器件进行光写入和光消除。首先，施加一交流脉冲维持电压Us(=Uth)。施加脉冲的同时，伴随着外部光照射，则发光层中因光注入载流子增加，故荧光体发光。,光分极效应的光写入工作原理图: a)维持脉冲波形 b)内部电压波形,发光时发光层中产生分极电压UP与下一个脉冲电压重叠。依次施加脉冲电压时，就继续发光。由于分极电压UP与发光强度呈正比关系，故使光图像的写入成为可能。另一方面，在发光的脉冲电压停止期间用外部光(L)照射时，发光层中分极电荷缓慢复合而消失。利用此光缓和效应由光照射而消除图像称为光消除特性。,图 光缓和效应的光消除特性a)维持脉冲波形 b)内部
34、分极电压波形,利用AC-TFELD的光写入特性，可作为图像存储器件；可实现光笔显示，可用光笔在显示板上修改或写入新的信息，实现人-机对话，具有重要意义。 将具有灰度图案的胶片放置在AC-TFELD的玻璃基板上(如图)，用紫外线照射时，不同灰度处通过的光通量也不相同，故产生的光分极电场也有差异，当施加维持电压后会显示出一幅与原图一样的图像。图像清晰，其分辨力可达3线/mm。1-灰度图案或胶片,四、 AC- TFELD的应用与发展1、图像存储器：其结构原理与光写入与光擦除相同,2、 AC- TFEL TV机A、结构交替平行的RGB EL荧光薄膜条纹结构,三层或多层结构,加RGB细微滤色片的结构,器
35、件结构：在薄膜发光层的两侧直接形成电极。1-Al电极；2-发光层；3-透明电极；4-玻璃基板。器件的发光机制：碰撞激发型由于没有绝缘膜保护，很难保证不发生绝缘破坏，因此难以稳定地维持强电场，从而需要导入限制电流层。,3.3.2.薄膜型直流电致发光(DC-TFELD),陶瓷厚膜为绝缘介质的电致发光器件 加拿大ifire公司ceramic thick-film dielectric electroluminescent devices (TDELDs),1) TDEL器件结构和特点TFEL(a)和TDEL(b)器件结构的比较,1) TDEL器件的结构,常规的TFEL器件：夹心型结构，光从下电极IT
36、O和玻璃基片侧透出。TDEL器件：由于陶瓷厚膜不透明，光线不能从陶瓷绝缘层和玻璃基片透出。TDEL器件：“倒置”结构。功能层依次为：玻璃基片、内电极、陶瓷厚膜、平整化介质、发光层、透明绝缘层、上电极，光从上电极ITO侧透出。,2) 颗粒对TFEL和TDEL器件的影响,3) TDEL器件的介质特性,陶瓷厚膜采用高介电常数、低温烧结的电子陶瓷，通过丝网印刷或流延工艺直接制备于基片上，厚度约20m，介电常数r为1000-10000。采用了陶瓷厚膜工艺，TDEL器件实际上是厚膜和薄膜混合型的显示器件。由于厚膜比TFEL中的薄膜介质厚好几倍，它显著地提高了介电强度和抗电击穿强度，并有效地消除了针孔缺陷问
37、题和减少了工艺过程中对外来杂质的敏感度，提高了成品率。,4) TDEL器件的特性,由于陶瓷厚膜很高的介电常数和厚度之比，器件的工作电压低、亮度高。TDEL比TFEL改善了亮度-电压特性，容易通过脉冲幅度调制实现灰度控制，有利于实现高性能的视频图像显示 。陶瓷厚膜具有良好的抗电击穿能力而且无传播性击穿，对工艺过程中引入的缺陷如：针孔、颗粒和划痕不灵敏 。,TDEL器件显示稳定，无闪烁；陶瓷厚膜表面有一定的光吸收作用和粗糙度，提高了比度高，颜色鲜明，并且颜色及亮度随视角的变化很小，所以TDEL具有宽的视角；由于陶瓷厚膜的坚固性，增加了TDEL器件的强度；高介电常数的厚膜介质可采用简单的丝网印刷制备
38、，工艺步骤减少，而且容易实现可以大面积制备，可以获得大面积的显示器件；TDEL器件具有较宽的工作温度范围。,4) TDELD彩色实现方案,三重成型+彩色滤光片和颜色转换过程实现彩色显示的比较 CBB (color-by-blue )技术无需彩色滤光片，并且提高了红光和绿光的色纯度。另外，该技术如同白光转换彩色一样简单，与白光加滤色方法相比，由于颜色转换的有效性，产生更加高的亮度和能量效率。,5) TDEL的优势,TDEL器件的优势和潜力主要在于制备、成本和性能，即简单的工艺、较低的成本和优异的视频性能。 由于厚膜比TFEL中的薄膜介质厚好几倍，它显著地提高了介电强度和抗电击穿强度，并有效地消除
39、了针孔缺陷问题和减少了工艺过程中对外来杂质的敏感度，提高了成品率。TDEL技术对净化室要求低。从工艺和生产所需环境角度，与PDP和LCD相比，在资金和组件成本方面可有30-50%的优势。,6) 17英寸TDEL彩色显示器,7) 34英寸TDEL彩色显示器,2004-SID-发光效率-1.5lm/W，目标-2lm/W或更高。CBB技术，分辨率-1280768，功耗-200W，响应时间-2ms，锥形视角-170，对比度-500:1，亮度-500cd/m2，NTSC-90%。,ELD的各种驱动方式,下面主要针对已达制品化的二层绝缘膜结构的薄膜交流EL元件的驱动方法加以介绍。作为线顺次驱动法，有帧更新
40、(field refresh)驱动法、对称驱动法。今后，随着ELD的大容量化、高精细化，人们将寄希望于有源矩阵驱动法。 帧更新驱动法 帧更新驱动法如图4-24所示，是将一个画面(1个半帧或1帧)的线顺次写入进行驱动，在每次驱动终了时，输入帧更新脉冲，该脉冲的极性与整个显示板中写入脉冲的极性相反。这种驱动方式有效地利用了前面谈到的极化效应。即因写入脉冲而选择发光的像素，在发光层内产生极化，并且此极化一直保持。而非选择发光的像素不会产生这种极化作用。当施加与整个显示板中的脉冲电压相同的帧更新脉冲时，由于极化电场的叠加，仅被选择像素发光。,优点：这种方法的优点是，每一帧中可以两次发光，而且，尽管是交
41、流型元件，用单极性的线顺次写入即能驱动，反极性的帧更新脉冲在EL元件中一次施加即可，因此驱动电路比较简单。缺点：缺点是，相对于更新脉冲，写入脉冲的位相与每个扫描电极不同，而且，驱动为正、负振幅非对称的交流方式。正因为如此，随使用时间增长，辉度变化很大，在画面消除时，残像时间变长，图像显示质量变差，因此，有必要施加对称交流驱动波形，并提出下述对称驱动方案。,如图4-25所示，使每帧中写入的脉冲反转，无论对哪个像素，正，负写入脉冲波形的位相关系相同，振幅相等。这是理想的驱动方式。一个交流循环由两个半帧构成，每个半帧发光一次。由于是对称驱动，能够比帧更新法施加更高的电压，因此可以在辉度饱和区域中使用
42、。并且可得到显示板的辉度分布一致的显示结果，随使用时间的加长其变化也很小。而且正、负极性写入时可以进行变频驱动，以获得良好的对比度。但在这种驱动方法中，作为扫描侧的驱动IC，需要耐高压(约250V)的两极性(N-MOSFET及P-MOSFET)等。,对称驱动法,考虑到ELD要应用于微机等领域，就要求其必须能进行灰度调节。实现灰度调节显示有两种方法：通过调节周波数，来调节显示一个像素的时间间隔变化来达到调节灰度的目的。但由于这种方法是利用单位时间内发光次数变化来调节，发光次数减少太多会发生闪动现象，因此灰度调节的阶数受到限制。 依据EL元件的辉度-电压特性，调节脉冲宽度或脉冲幅度来达到调 节灰度
43、的目的。其中，在不降低显示质量的同时，能进行多灰度 调节的方式当数脉冲幅度调节法， 但是这需要专门的IC。最近人们又提出采用锯齿波的脉冲宽度调节法，并使16阶灰度的640400，640480像素的ELD达到实用化。,灰度调节显示驱动法,这种驱动方式不受扫描电极数的限制，可以对各像素进行选择性调节。采用这种方法，可以对低辉度的红色和蓝色像素独立进行高周波驱动。有源矩阵驱动方式使全色EL器件的实用化迈出了关键的一步。 像LCD一样，ELD也可以采用有源矩阵式驱动，如在每个像素位置设置非晶硅薄膜三极管(thin film transistor，TFT)等驱动元件进行驱动。如图4-27所示，每个像素位
44、置设置两个TFT(T1用于选址，T2用于EL驱动)和电容(Cs用于数据存储，Cdv用于EL驱动)。由于ELD具有存储效应，可进行100负载驱动。,有源矩阵驱动法,B、TV机,图形和图象显示单色显示屏：,单色屏以黄光显示为主，发光材料大多数为ZnS：Mn，为双层绝缘膜结构。,多色显示屏： 采用Zn1-xMgxS：Mn与ZnS：Mn双层发光材料来制造红、绿多色屏。,日本夏普公司生产的ELD显示样品,EL-TV试制机外观,2005年，加拿大iFire公司开发34英寸1280768的彩色平板无机EL显示器。,3、 AC- TFEL 的进展A、降低驱动电压B、选用介电常数高的介质做绝缘层C、降低发光膜的工作电压D、提高蓝色荧光粉的亮度和色度E、 AC- TFEL 的彩色化进展,复习思考题,1. ACPEL的发光原理。DCPEL的发光原理。平板显示技术怎样实现灰度调制的？ACTFEL的极化效应和滞后特性。说明AC-PEL老化的原因及防止的措施.什么是交叉效应？克服交叉效应的方法有哪几种，并说明原因。实现彩色显示AC-TFEL，有哪几种常见的结构。,
