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1、2022/12/7,1,第七章 信息显示材料与器件,2022/12/7,2,发光机理和发光特性显示器件的主要参量发光显示材料受光显示材料光电显示材料前景,2022/12/7,3,一、发光机理及发光特性,1. 发光机理,根据发光机理的不同，发光过程可以分为两类，即分立发光和复合发光。,分立发光：发光中心受激发时并未离化，即激发和发射过程发生在彼此独立的、个别的发光中心内部的发光。特点：单分子过程，并不伴随着光电导，又称“非光电导型”发光。,分立发光又分为自发发光和受迫发光。,2022/12/7,4,自发发光,受迫发光,自发发光：受激发的粒子（如电子）在粒子内部电场作用下从激发态回到基态时的发光。
2、其粒子跃迁的几率基本上决定于发射体内的电场，而不受外界因素影响。,受迫发光：受激发的粒子（如电子）在外界因素的影响下的发光。其需要经过一个成为亚稳态的中间过程才能发光。,2022/12/7,5,复合发光,发光材料受激发时分离出一对带异号电荷的粒子（一般为正离子或者空穴和电子），这两种粒子复合时的发光。,由于离化的带电粒子在发光材料中漂移或扩散，从而构成特征性光电导，所以又称“光电导型”发光。,单分子过程,双分子过程,电子在导带中停留的时间较短（10-10s）,电子在导带中停留的时间较长,2022/12/7,6,2. 发光特点,2.1 颜色特征,不同的发光中心，在不同的基质材料中，可能发出不同波
3、长的光。已知的发光材料可以覆盖整个可见光的范围。,吸收光谱和发射光谱表征发光材料特性的常用方法。吸收光谱是材料激发时所对应的光谱，相应吸收峰的波长就是激发时能量对应波长。发射光谱反映发光材料辐射光的情况，对应谱峰的波长就是发光的颜色，一般说来其波长大于吸收光谱的波长。,Zn2SiO4：Mn的发射光谱和吸收光谱,2022/12/7,7,宽带材料：半宽度100nm，如CaWO4,窄带材料：半宽度50nm，如Sr(PO4)3Cl：Eu3+,线谱材料：半宽度0.1nm，如GdVO4：Eu3+,依照发射峰半宽度,发光材料究竟属于哪一类，既与基质有关，又与杂质有关。例如，将Eu2+掺杂在不同的基质中，可以
4、得到上述3种类型的发光材料，而且随着基质的改变，发光的颜色也可以改变。,发射峰的半宽度,2022/12/7,8,2.2 发光强度,发光效率表征材料的发光本领。其大小与激发强度有关。可以用量子效率、能量效率和光度效率（流明效率）来表示材料发光效率的高低。,量子效率：发光量子数与激发源输入的量子数之比。,能量效率：发光的能量与激发源输入的能量之比。,光度效率：发光的流明数与激发源输入的能量之比。,2022/12/7,9,2.3 发光持续时间（余辉）,荧光：激发和发射两个过程之间的间隙极短，约为10-8秒。只要光源一离开，荧光就会消失。,磷光：在激发源离开后，发光还会持续较长的时间。,余辉时间：当激
5、发停止后，发光强度衰减到10%所经历的时间。,极短余辉：余辉时间1s的发光,短 余 辉：余辉时间110s的发光,中短余辉：余辉时间10-21ms的发光,中 余 辉：余辉时间1100ms的发光,长 余 辉：余辉时间10-11s的发光,极长余辉：余辉时间1s的发光,2022/12/7,10,美国的“9.11”事件中，由于世贸中心大楼内采用了蓄光型自发光材料，使1.8万人得以迅速撤离，在国际上引了极大的轰动。该材料具有吸光、蓄光、发光的性能，吸收各种可见光10-20分钟，即可在黑暗中连续发光12小时以上，其发光亮度和发光时间是传统荧光型材料的30-50倍，可广泛地适用于建筑、装饰、交通运输、军事设施
6、、消防应急、工业、日用品、工艺品等领域。,2022/12/7,11,常用的发光材料都是二元或者多元化合物。,-：ZnS、ZnO、（Cd，Zn）S、Zn（S，Se）等 紫外光、电子束、电场、X射线或带电粒子激发-：GaAlP、GaAlAs、GaP： 发光二极管 GaN： 结型场致发光碱卤化合物：NaI：Tl、CsI：Tl、LiI：Eu 用于闪烁体氧化物： Y2O3：Eu氟化物： MgF2、ZnF2硫氧化物：Y2O2S：Eu 用于电子束管钨酸盐： MgWO4硅酸盐： CaSiO3：Pb，Mn,2022/12/7,12,对于发光材料，要想得到有效的发光材料，都要在这些材料中掺杂微量杂质。,基质为半导
7、体，需要一定的导电能力，应从施主、受主的角度选择杂质。掺杂的杂质在复合发光中发挥作用。,基质为高阻半导体或绝缘体，需要从发光中心的角度选择杂质。掺杂的杂质包括过渡族元素、类汞元素、重金属及稀土元素。,2022/12/7,13,二.显示器件的主要参量,由于显示器件可用来重现图像图形、显示信号波形和参数，因此对显示器件来说最重要的是显示彩色图像的质量。CRT显示器高的性价比和高性能的图像质量 LCD和PDP等平板显示器因不断下降的价格和提高的图像质量占据了越来越多的市场份额。,2022/12/7,14,1.亮度,亮度指垂直于光束传播方向上的单位面积上的发光强度。单位是坎德拉每平方米（cd/m2）。
8、,显示器件画面亮度的要求与环境光强有关。例如，电影院中电影亮度要有3045cd/m2；室内电视则要大于70cd/m2；室外观看则要求画面亮度应达到300cd/m2。所以对高质量显示器亮度的要求应为300cd/m2。,2022/12/7,15,2.对比度和灰度,对比度：画面上最大亮度（Lmax）和最小亮度（Lmin）之比。,好的图像显示要求显示器的对比度至少要大于30，这是在普通观察环境光下的数据。而主动显示器的对比度比被动显示器的高。,2022/12/7,16,灰度：画面上亮度的等级差别。以亮度 倍发光强度的变化划分等级。,日常生活中，一般照片、图像的最大灰度不过100左右，在电视技术中，用1
9、0个灰度级来表示。通常电视接收机所重现的图像能达到78个灰度就足够了。灰度级越多，图像层次越分明，图像越柔和。图像显示需要灰度级别，字码、图表、图形只需有较高的对比度即可。,2022/12/7,17,3.分辨率,分辨率 显示器在显示图像时，分辨率用点来衡量，显示器上这个“点”就是像素(pixel)。显示分辨率的数值是指整个显示器所有可视面积上水平像素和垂直像素的数量。例如800600的分辨率，是指在整个屏幕上水平显示800个像素，垂直显示600个像素。只有兼备高分辨率、高亮度和高对比度的图像才可能是高清晰的图像，所以上述三个指标是获得高质量图像显示所必不可少的。,2022/12/7,18,4.
10、响应时间、余辉时间,响应时间是指从施加电压到出现图像显示的时间，又称上升时间。从切断电源到图像显示消失的时间称为下降时间，又称余辉时间。电视图像显示时需要小于1/30s的响应时间，而响应时间和余辉时间加起来小于50ms。一般主动发光型显示器件的响应时间都可小于0.1ms，而非主动发光型的LCD显示器件的响应时间为4500ms。,2022/12/7,19,5.显示颜色,显示颜色分黑白、单色、多色和全色四类。大部分发光型平板显示器实现红光和绿光比较容易，但在实现彩色显示中必不可少的蓝光显示就会遇到很大的困难。如高效率的蓝光LED近几年才研制成功，而高效率的蓝光EL却迟迟未能开发出来，影响了它的使用
11、。非发光型的LED则是在黑白显示屏上附加滤色膜后实现彩色显示的。,2022/12/7,20,6.发光效率,发光效率是发光型显示器件所发出的光通量与器件所消耗功率之比，单位为lm/W。VFD的发光效率为10 lm/W；LED随材料的不同为14 lm/W；OLED为15 lm/W；PDP的发光效率为1 lm/W；其它主动发光型显示器件的发光效率只有0.1 lm/W量级。,2022/12/7,21,7.其它参数,显示器件的其它参数还有寿命、体积、重量、显示面积、观察视角及性能价格比等。,2022/12/7,22,各种光电显示器件性能比较,2022/12/7,23,三.发光显示材料,电子束激发的发光材
12、料,阴极射线管CRT,FED发光材料,真空荧光显示VFD,电场激发显示材料,电致发光材料EL,发光二极管LED,等离子体显示（PDP）材料,2022/12/7,24,1858年，盖斯勒在自制的玻璃管中阴极和阳极之间发现了稀薄气体放电现象。,1875年，克鲁克斯经过几年的实验，证明阴极射线是由粒子组成的。,1892年，舒斯特做了阴极射线实验，证实了阴极射线是由带负电的粒子组成的。,阴极射线的本质,4. 1897年，英国汤姆逊测出阴极射线粒子的电荷与质量的比值，并且把射线中的粒子定名为电子发现电子。,1. 阴极射线管CRT,2022/12/7,25,阴极射线致发光过程,电离过程 高能电子束激发发光
13、材料时，基质晶体吸收激发能，引起基质价带或者满带电子的电离；电子和空穴的输运过程 产生的电子和空穴分别在晶体中扩散输运；电子空穴对复合发光过程,2022/12/7,26,电子枪聚焦系统加速电极偏转系统荧光屏,工作原理：在电子枪中，阴极被灯丝间接加热至约2000 K时，阴极发射大量的电子，经加速、聚焦、偏转后轰击荧光屏上的荧光粉，发出可见光。电子束的电流受显示信号控制，信号电压高，电子束电流也越高，荧光粉发光亮度也越高。,2022/12/7,27,CRT荧光粉,CRT荧光粉有上百种，一般具有高的发光效率和各种各样的发射光谱。制备CRT发光材料的原材料要求具有较高的纯度。即使有害杂质的含量极小，也
14、会使发光性能有明显变化。例如，Fe、Co、Ni、Mn质量分数不超过110-7，Cu的质量分数不超过510-8。,荧光粉由基质、激活剂和助溶剂组成。荧光粉基质可分为： 氧化物：ZnO：Zn 硫化物：ZnS：Cu，Al；CdS 硅酸盐：Zn2SiO4：Mn2+ 钨酸盐：CaWO4 稀土化合物：Y2O3；YGdO2S：Tb,为降低基质结晶温度，促进晶体形成和长大，并使激活剂易于进入晶格中而加入的物质。往往不含在最终产品中。,杂 质,激活剂：对某种特定的化合物起激活作用，使原来不发光或发光很微弱的材料发光，如ZnS: Ag共激活剂：与激活剂协同激活基质的杂质，掺入后有利于发光中心的形成，称为共激活剂，
15、如ZnS：Cu，Al敏化剂：能够将所吸收的能量传给发光中心，有助于激活剂引起的发光，使发光亮度增加，称为敏化剂，如YF3：Yb，Er猝灭剂：损害发光性能，使发光强度降低的杂质。如Fe、Co、Ni等惰性杂质：对发光性能影响较小，对发光亮度和颜色不起直接作用的杂质，如碱金属、碱土金属等。,2022/12/7,29,制备工艺 （以Y2O3:Eu为例）按分子式（Y0.96Eu0.04）2O3配好料，与适量助熔剂（NH4Cl，Li2SiO3）混磨均匀，装入石英坩埚或者氧化铝坩埚中，在1340下灼烧12h，高温出炉，冷至室温，在253.7nm紫外光激发下选粉，用去离子水洗至中性，然后包膜处理。,CRT典型
16、发光粉特性,2022/12/7,31,2. FED发光材料,发光机理：属于电子射线激发发光（阴极发光）。将强电场集中在阴极上面的圆锥形发射极上，通过电场使电子发射到真空中（FED由此而来，这种阴极称为冷阴极）。FED把无数微米尺寸的微小阴极（发射极）配置在平面上，阴极和阳极之间的间隔为200微米至几毫米左右，从而最终实现平板显示。特点：图像质量好，耗能低，体积薄，亮度高。,FED基本结构,2022/12/7,33,2022/12/7,34,FED发光材料,FED采用矩阵式逐行扫描方式，寻址时间较长（几十微秒），使发光粉库仑负载较大，容易发光饱和并老化。满足FED使用条件的荧光粉：ZnO:Zn、
17、ZnCa2O4（蓝光）、ZnCa2O4:Mn（绿粉）、Gd2O2S:Tb（绿粉）、Y2O2S:Eu（红粉）。缺点：亮度偏低，开发新型FED发光粉成为当务之急。,2022/12/7,35,3. 真空荧光显示（VFD）,VFD(vacuum fluorescence display)是1967年由伊势电子工业公司开发的光电显示器件，它是以数十伏电压的、低速的数十毫安的电子流激发荧光体。用途：作为文字和数字的显示器件，用于家电产品、AV产品、车载设备和测试设备等方面。,2022/12/7,36,VFD基本结构1-表面玻璃；2-阴极；3-栅极；4-荧光体；5-阳极；6-玻璃衬底,基本原理：当对涂有氧化
18、材料的阴极加热时，它在近650度时发射热电子，热电子被金属网栅加速后，再轰击阳极的荧光物质发光。结构：玻璃面板 阴极 栅极 阳极（涂荧光物质） 玻璃衬底,2022/12/7,37,灯丝：直径为1020m的钨丝用热电子发射率 高的氧化物涂覆栅极：开孔度大的筛网状极薄不锈钢板荧光材料：ZnO：Zn（蓝绿色）,2022/12/7,38,4.电致发光材料EL,无机电致发光材料,有机电致发光材料,粉末发光材料,薄膜发光材料,发光二极管,2022/12/7,39,无机电致发光材料,在直流或者交流电场作用下，依靠电流和电场的激发使材料发光的现象，又称场致发光。相应的材料称为电致发光（场致发光）材料。,192
19、0年德国学者古登和波尔发现，某些物质加上电压后会发光，人们把这种现象称为电致发光或场致发光（EL）。1936年，德斯垂将ZnS荧光粉浸入蓖麻油中，并加上电场，荧光粉便能发出明亮的光。1947年美国学者麦克马斯发明了导电玻璃，多人利用这种玻璃做电极制成了平面光源，但由于当时发光效率很低，还不适合作照明光源，只能勉强作显示器件。70年代后，由于薄膜技术带来的革命，薄膜晶体管（TFT）技术的发展场致发光（EL）在寿命、效率、亮度、存储上的技术有了相当的提高。使得场致发光（EL）成为在显示技术中最有前途的发展方向之一。,2022/12/7,40,电致发光（EL）按激发过程的不同分为两大类：本征型电致发
20、光：荧光粉中的电子或由电极注入的电子在外加强电场的作用下在晶体内部加速，碰撞发光中心并使其激发或离化，电子在回复到基态时辐射发光。注入式电致发光：直接由装在晶体上的电极注入电子和空穴，当电子与空穴在晶体内再复合时，以光的形式释放出多余的能量。注入式电致发光的基本结构是结型二极管（LED）；,2022/12/7,41,第一类大致分成：交流薄膜电致发光（ACEL）;直流薄膜电致发光（DCEL）;交流粉末电致发光（ACTFEL）;直流粉末电致发光（DCTFEL）。,2022/12/7,42,交流高场薄膜电致发光（TFEL）,ACTFEL结构示意图,1 金属电极 ：Al2 绝缘层 ： Y2O33 发光
21、层 ： ZnS：Mn4 绝缘层 ： Y2O35 透明电极： ITO6 玻璃衬底,2022/12/7,43,目前的ACTFEL多采用双绝缘层ZnS:Mn薄膜结构。器件由三层组成，如图所示。器件由三层组成，发光层夹在两绝缘层间，起消除漏电流与避免击穿的作用。掺不同杂质则发不同的光，其中掺Mn的发光效率最高，加200V，5000Hz电压时，亮度高达5000cd/m2。,2022/12/7,44,ACTFEL优点是寿命长（大于2万小时），亮度高，工作温度宽（-55+125） 缺点是只有掺Mn的发光效率高，且为橙黄色。对全色显示要求的三基色，研制高效的发光材料是当今研究的课题。EL器件目前已被应用在背光
22、源照明上，在汽车、飞机及其他设备仪器仪表、手机、手表、电子钟、LCD模块、笔记本电脑显示器等方面获得应用。也作为交通安全标志，公司标志，出口通道等发光指示牌上的发光显示器件。,2022/12/7,45,交流粉末电致发光,ACEL结构图,2022/12/7,46,交流电致发光是目前高场电致发光的主流。ACEL结构如图所示。它是将电致发光粉ZnS:Cu，Cl或（Zn，Cd）S:Cu，Br混合在有机介质（环氧树脂和氰乙基醣的混合物）中，两端夹有电极，其中一个为透明电极。另一个是真空蒸镀铝或银电极，构成一个EL。实质上，ACEL是大量几微米到几十微米的发光粉状晶体悬浮在绝缘介质中的发光现象，也称德斯垂
23、效应。ACEL所加的电压通常为数百伏。发光强度可达3.4105cd/m2，总体发光亮度约40cd/m2功率转换效率为1%，寿命约1000小时。,2022/12/7,47,几种电致发光粉特性,2022/12/7,48,发光二极管（Light-Emitting Diode，LED） 是一种半导体固体发光器件。它是利用固体半导体芯片作为发光材料，在半导体中通过的载流子发生复合放出过剩的能量而引起光子发射，发出某种颜色的光或者白光。LED照明产品就是利用LED作为光源制造出来的照明器具。,发光二极管LED,2022/12/7,49,LED发光原理,发光二极管一般由-族化合物，如GaAs（砷化镓）、Ga
24、P（磷化镓）、GaAsP（磷砷镓）等半导体制成的，其核心是PN结。因此它具有一般PN结的特性，即正向导通、反向截止、击穿特性。此外，在一定条件下，它还具有发光特性。在正向电压下，电子由N区注入P区，空穴由P区注入N区。进入对方区域的少数载流子（少子）一部分与多数载流子（多子）复合而发光，如右图所示。,2022/12/7,50,假设发光是在P区中发生的，那么注入的电子与价带空穴直接复合而发光，或者先被发光中心捕获后，再与空穴复合发光。除了这种发光复合外，还有些电子被非发光中心捕获，而后再与空穴复合，每次释放的能量不大，不能形成可见光。发光的复合量相对于非发光复合量的比例越大，光量子效率越高。由于
25、复合是在少子扩散区内发光的，所以光仅在近PN结面数m以内产生。 理论和实践证明，光的峰值波长与发光区域的半导体材料禁带宽度有关，即 1240/Eg（nm）式中Eg的单位为电子伏特（eV）。若能产生可见光（波长在380nm紫光760nm红光），半导体材料的Eg应在3.261.63eV之间。比红光波长长的光为红外光。现在已有红外、红、黄、绿及蓝光发光二极管，但其中蓝光二极管成本、价格很高，使用不普遍。,2022/12/7,51,LED优点,高节能：直流驱动，超低功耗（单管0.03-0.06 瓦）电光功率转换接近100%，相同照明效果比传统光源节能80%以上。,寿命长：LED光源有人称它为长寿灯，意
26、为永不熄灭的灯。固体冷光源，环氧树脂封装，灯体内也没有松动的部分，不存在灯丝发光易烧、热沉积、光衰等缺点，使用寿命可达6万到10万小时，比传统光源寿命长10倍以上。,利环保：环保效益更佳，光谱中没有紫外线和红外线，既没有热量，也没有辐射，眩光小，而且废弃物可回收，没有污染不含汞元素，冷光源，可以安全触摸，属于典型的绿色照明光源。,高新尖：与传统光源单调的发光效果相比，LED光源是低压微电子产品，成功融合了计算机技术、网络通信技术、图像处理技术、嵌入式控制技术等所以亦是数字信息化产品是半导体光电器件“高新尖”技术，具有在线编程、无限升级、灵活多变的特点。,多变幻：LED光源可利用红、绿、篮三基色
27、原理，在计算机技术控制下使三种颜色具有256级灰度并任意混合，即可产生25625625616777216种颜色，形成不同光色的组合变化多端，实现丰富多彩的动态变化效果及各种图像。,2022/12/7,52,发光二极管用发光材料,发光二极管用材料要求具有如下特性：,发光在可见光区，禁带宽度3.26eV Eg1.63eV；材料必须容易做成n型及p型；具有高效率的发光中心或复合发光；效率降至初始值一半的时间大于105h；材料要能生长成单晶，能规模化生产。,2022/12/7,53,常用LED材料,二元化合物：GaP（红绿）、GaN（红绿蓝黄白）、GaAs和SiC等；三元化合物：控制混晶的成分比可以改
28、变禁带宽度，实现多色化，AlxGa1-xAs、GaAs1-xPx、In1-xGaxP和In1-xAlxP等；四元化合物：可以在相当宽的范围内控制禁带宽度与晶格常数，如InGaAsP在室温下能实现0.553.40m波长的发光。,2022/12/7,54,2003年6月，中国科技部联合信息产业部、中国科学院等8个部门，和北京、上海等15个地方政府全面启动我国半导体照明工程，旨在迎接新的照明革命，加速我国半导体材料、芯片、封装及应用产业化支撑技术方面突破。,中国国家半导体照明工程,2004年3月 上海 上海张江（预测2010年，上海半导体灯产业将实现销售额 100 120亿元人民币，出口创汇 35亿
29、美元 ）2004年4月 厦门 厦门三安、明达光电、乾照光电芯片（总产量占大陆芯片产量的25%，达70亿粒 ）2004年4月 大连 大连路美芯片科技有限公司（1.5亿美元）2004年5月 南昌 江西联创光电科技股份有限公司 2005年4月 深圳 世纪晶源 （中外合资，注册资金8亿元）,国家半导体照明工程产业化基地,2022/12/7,55,有机发光显示器（OLED）又称有机发光二极管，是以有机薄膜作为发光体的自发光显示器件。,OLED：有机电致发光,可以卷起来的显示器,自发光，视角广达170o以上 反应时间快（微秒级反应时间，1s），无一般LCD 残影现象 高亮度（100-14000cd/m2）
30、 高流明效率（16-38lm/W） 低操作电压（3-9V DC），低功率消耗 全彩化 面板厚度薄（2mm） 可制作大尺寸与可挠曲性面板 可使用温度范围大 制作简单，规模量产后，可比LED节省成本20%,OLED优点,2022/12/7,57,OLED已成为当今超薄、大面积平板显示器件研究的热门。1963年Pope发表了世界上第一篇有关OLED的文献，当时使用数百伏电压，加在有机芳香族Anthracene（葸）晶体上时，观察到发光现象。但由于电压过高，发光效率低，未得到重视。直到1987年伊士曼柯达公司的C.W. Tang及Steve Van Slyke等人发明以真空蒸镀法制成多层式结构的OLE
31、D器件后，研究开发才活越起来。同年，英国剑桥大学Jeremy Burroughes证明高分子有机聚合物也有电致发光效应。1990年英国剑桥大学的Friend等人成功的开发出以涂布方式将多分子应用在OLED上，即Polymer（多聚物，聚和物） LED，亦称PLED。不但再次引发第二次研究热潮，更确立了OLED在二十一世纪产业中所占的重要地位。,2022/12/7,58,OLED发光机制,OLED的发光机理：在外加电场驱动下，由电极注入的电子和空穴在有机物中复合而释放出能量，这些能量传递给有机发光物质的分子，使其从基态跃迁到激发态，当受激分子由激发态回到基态时，辐射跃迁产生发光现象。这些释放出来
32、的能量中，通常由于发光材料的选择及电子自旋的特性，只有25%（单重态到基态）的能量可以用来当作OLED的发光，其余75%（三重态到基态）的能量以磷光或热的形式回归到基态。,2022/12/7,59,有机电致发光材料,按功能分：,电子传输材料空穴传输材料发光材料,组装,阴极,ETL,Emitter,HTL,ITO,玻璃,Triple layer structure for OEL devices,2022/12/7,60,一般是具有大的共轭平面的芳香族化合物，它们大都具有良好的接受电子的能力。,电子传输材料,1,3,4噁二唑化合物,吡啶环,2022/12/7,61,空穴传输材料,一般为芳香多胺类
33、化合物，因为多级胺的N原子具有很强的给电子能力，在电子的不间断给出过程中表现出空穴的迁移特性。,TPD,NPD,有机电致发光过程,载流子注入：在外加电场作用下，电子和空穴分别从阴极和阳极注入夹在电极之间的有机功能薄膜层载流子迁移：注入的电子和空穴分别从电子传输层和空穴传输层向发光层迁移载流子复合：电子和空穴结合产生激子激子迁移：激子在电场作用下迁移，将能量传递给发光中心电致发光：激发态电子通过辐射光子释放能量,2022/12/7,63,OLED属有机分子为主的非晶半导体器件，而无机发光器件（EL）则是以原子为主。OELD的特性主要来自其分子之作用力；而EL是来自其原子之作用力。有机分子是共价键
34、化合物，因其电子被局域化，故导电性不佳。然而有一类有机分子因其具有-电子，而在适当组合下，这些-电子不会被局域化，而其键结是以单、双键方式交互形成（称为共轭分子），而其特性因-电子能够在其共轭-轨道上移动，故具有导电性。利用此类单体分子便能聚合产生“共轭聚合物”。最早的共轭聚合物即为聚乙烯，其具有高导度。,2022/12/7,64,有机半导体:导电程度介于导体与半导体之间，应用范围非常广，多用于电磁波遮蔽体、抗静电涂布等。而利用其掺杂及去掺杂的行为，可用于充电式电池、智能电变色窗、太阳电池、光存储、非线性光学器件等。当前最热门的应用则是OLED。目前正进入产业化阶段。OLED在材料与技术专利部
35、分主要有两大阵营，分别为小分子及高分子材料。目前OLED量产的产品有90%以上为被动式单色或多彩小尺寸显示器，应用市场主要为手机、PDA、手持游戏机和数字相机等。若从技术及市场发展趋势来看，OLED将会往主动式、全彩和大尺寸发展，进而直接威胁TFT-LCD和PDP等平面显示器的市场。,2022/12/7,65,5. 等离子体显示材料,什么是等离子体,等离子体就是被激发电离气体，达到一定的电离度，气体处于导电状态，这种状态的电离气体就表现出集体行为，即电离气体中每一带电粒子的运动都会影响到其周围带电粒子，同时也受到其他带电粒子的约束。由于电离气体整体行为表现出电中性，也就是电离气体内正负电荷数相
36、等，称这种气体状态为等离子体态。由于它的独特行为与固态、液态、气态都截然不同，故称之为物质第四态。,2022/12/7,66,看似“神秘”的等离子体，其实是宇宙中一种常见的物质，在太阳、恒星、闪电中都存在等离子体，它占了整个宇宙的99。,等离子体可分为两种：高温和低温等离子体。高温等离子体只有在温度足够高时发生的。太阳和恒星不断地发出这种等离子体，组成了宇宙的99。低温等离子体是在常温下发生的等离子体（虽然电子的温度很高）。,等离子体是一种很好的导电体，可以利用电场和磁场来控制等离子体。如焊工们用高温等离子体焊接金属。等离子体物理的发展为材料、能源、信息、环境空间科学的进一步发展提供新的技术和
37、工艺。,2022/12/7,67,电流,电压,ABC：非自持放电，靠紫外线、宇宙射线作用使气体产生微弱电离。达到C点后气体被击穿，变成不稳定的自持放电，并开始发光，此时的电压称为着火电压。EF区正常辉光放电区，相应的电压为维持电压异常辉光放电弧光放电,2022/12/7,68,等离子体发光原理图(a) 电子同正离子复合； （b）正负离子复合,等离子体发光原理：气体的电子获得足够的能量后，可以完全电离。一方面，这种电子具有较大的动能，能在气体中高速飞行，同时与其他粒子碰撞，使得更多粒子电离。另一方面，电离的粒子之间也会发生复合，并以光的形式释放出能量。,2022/12/7,69,等离子显示,等离
38、子体显示器(Plasma Display Panel，PDP),等离子体显示器的工作原理与一般日光灯原理相似，它在显示平面上安装数以十万计的等离子管作为发光体（象素）。每个发光管有两个玻璃电极、内部充满氦、氖等惰性气体，其中一个玻璃电极上涂有三基色荧光粉。当两个电极间加上高电压时，引发惰性气体放电，产生等离子体。等离子产生的紫外线激发涂有荧光粉的电极而发出不同的由三基色混合的可见光。每个等离子体发光管就是我们所说的等离子体显示器的像素，我们看到的画面就是由这些等离子体发光管形成的“光点”汇集而成的。,A 单色等离子体显示基本结构 Ne-Ar混合气体在一定电压下产生气体放电，发射出582nm橙色
39、光。,AC-PDP,DC-PDP,2022/12/7,71,介质层：电极通过介质层以电容的形式耦合到气隙中；MgO保护层：降低器件工作电压，同时耐离子轰击，提高器件工作寿命。,B 彩色等离子体显示基本结构,对向放电式,表面放电式,2022/12/7,72,等离子体发光材料,等离子体气体材料主要是惰性气体，特别是以氖气为主，另外掺杂一些其它气体。Ne + He、Ne + Ar： 橙红色光He + Xe： 紫外光,2022/12/7,73,PDP用三基色荧光粉 应满足如下条件：在真空紫外区高效吸收；在同一放电电流时，通过三基色荧光粉发光混合获得白光；具有鲜明的色彩度；稳定性好；涂粉和热处理工艺具有
40、稳定性；余辉时间短。,2022/12/7,74,PDP三基色氧化物荧光粉,2022/12/7,75,四.受光显示材料,液晶显示材料,电致变色显示材料,电泳着色显示材料,2022/12/7,76,6. 液晶显示材料,1888年奥地利植物学家Reinitzer在显微镜中观察到胆甾醇苯甲酸酯(俗称胆固醇)在145.5时，熔化成一种雾浊液体，在178.5时，突然全部变成清亮的液体。当冷却时，先出现紫蓝色，而后自行消失，物质再呈混浊状液体。某些有机物的结晶，受热熔融或被溶解之后，失去了固态物质的刚性，产生了流动性，表观上看似乎由结晶态变成液态，但这种流动性物质的分子仍然保持着有序排列，在物理性质上呈现各
41、向异性，这种各向异性的流动液体再继续加热，则得到各向同性的液体。也就是说，某些结晶熔化时，要经过一种兼有液体和晶体的部分性质的流体的过渡状态。物质的这种既有液体的流动性，又具有晶体的分子排列整齐、各向异性的状态，叫做物质的液晶态。,2022/12/7,77,2022/12/7,78,液晶分子的特点：液晶分子的几何形状与球状分子相比发生了明显的伸长或扁化。分子末端含有强极性或易于极化的原子或原子团，使分子保持取向有序。 液晶分子长轴不易弯曲，有一定的刚性。生成液晶相的能力以及液晶相的稳定性与前三个因素的强弱有关，是三个特性的综合体现。,2022/12/7,79,液晶的分类,根据液晶的形成条件，可
42、将液晶分为溶致型、热致型。溶致型液晶利用合适的溶剂制成一定浓度的溶液，当此浓度超过某一临界值时才显示液晶的性质。热致型液晶是在一定温度区间，即在Tc（由晶态转入液晶态的温度）和Ti(由液晶态转入无序液体的温度)之间的温度范围内形成液晶态。作为显示技术应用的液晶都是热致液晶,2022/12/7,80,热致液晶的相变有以下两种：,晶体,各向同性液体,液晶相,晶体,液晶相,各向同性液体,、互变相变型,、单变相变型,2022/12/7,81,根据液晶态的结构，可将液晶又分为三类： 向列型液晶、近晶型液晶、胆甾型液晶。,2022/12/7,82,向列型液晶由长径比很大的棒状分子组成，保持与轴向平行的排列
43、状态。因为分子的重心杂乱无序，并容易顺着长轴方向自由移动，所以像液体一样富于流动性；近晶型分子由棒状或条状分子呈二维有序排列组成。层内分子长轴相互平行，其方向可以垂直于层面或与层面成倾斜排列。层与层之间的作用较弱，容易滑动，因此具有二维的流动特性；,2022/12/7,83,胆甾型液晶，也称螺旋状液晶 分子依靠端基的相互作用彼此平行排列成层状结构，分子的长轴与层平面平行，而相邻两层之间分子长轴的取向依次规则的扭转一定的角度，层层累加形成螺旋面结构。 旋转360的层间距离称为螺距，反射光波长与螺距有关，而温度变化时螺距会发生变化。,根据液晶分子的几何形状，可将液晶又分为三类： 棒状分子、板状分子
44、和碗状分子。,2022/12/7,85,液晶显示是依靠液晶的电光效应和热光效应，具体分类如下：电场效应：利用介电常数的各向异性。属于这种的有扭曲型、超扭曲型、宾主效应型、相变型、电控双折射型、铁电效应型等；电流效应：利用介电常数各向异性与电导率各向异性。属于这种的只有动态散射型一种；电热效应：利用电极加热使液晶状态发生变化，有存储性。热光效应：激光写入型和胆甾热变色型；,液晶显示,扭曲向列型液晶显示器原理,2022/12/7,87,液晶显示的特点,在各类显示器件特性比较中，液晶具有如下独到的特点：低压、低功耗 23V的工作电压和几个微安的工作电流，功耗只有10-610-5W/cm2，与大规模集
45、成电路的发展相适应。平板结构 液晶显示器的基本结构是两片导电玻璃，中间灌有液晶的薄形盒，易于控制显示面积和厚度。,2022/12/7,88,显示信息量大 液晶显示中，各象素点之间不用采取隔离措施，所以在同样显示窗口内可容纳更多的象素。易于彩色化 液晶无色，所以可采用滤色膜容易实现彩色。长寿命无辐射、无污染 CRT中有X射线辐射，PDP中有高频电磁辐射，液晶不会有这种情况出现。,2022/12/7,89,液晶显示也具有下列缺点：显示视角小 大部分液晶显示的原理依靠液晶分子的各向异性，对不同方向的入射光，反射率是不一样的，视角一旦增大对比度迅速下降。响应速度慢 液晶在显示快速移动的画面时，质量不好
46、，可通过减薄液晶厚度和改进电路来改善。另外也不适用于高寒和高热地区使用。,2022/12/7,90,液晶材料,常用液晶显示材料有几十种，主要分为如下类型： 甲亚胺（西夫碱）类 安息香酸酯类 联苯类和联三苯类 环己烷基碳酸酯类 苯基环己烷基类和联苯环己烷基类 环己烷基乙基类,电子纸显示 电子墨水、反转球技术和双稳态胆甾醇液晶,电子纸显示,电致变色显示 在电的作用下，物质发生氧化还原反应，使物质的颜色发生可逆性变化的现象称为电致变色。利用这种现象制作的显示器件称作电致变色显示器。（Electrochomeric display，ECD）电泳显示 电泳是指悬浮在液体中的带电粒子在外电场作用下定向移动并附着在电极上的现象。如果带电粒子有一定颜色，就可以利用电泳实现信息显示，称为电泳显示（Electrophoretic display，EPD）,2022/12/7,93,五.光电显示材料前景,显示技术的发展方向高分辨率平板化大型化研制新一代显示技术计算机技术、通讯技术与显示技术结合,2022/12/7,94,感谢各位！,
