第五章光电子显示技术课件

1、1光电子技术基础光电子技术基础授课班级授课班级: 1106211: 1106211、11062211106221、11062311106231、11061311106131授课教师授课教师: : 左青卉左青卉2主要内容主要内容第五章：光电子显示技术第五章：光电子显示技术 光电子显示技术概论光电子显示技术概论1 1 阴极射线显示阴极射线显示2 2 半导体发光显示器件半导体发光显示器件3 33主要内容主要内容第五章：光电子显示技术第五章：光电子显示技术 等离子显示器件等离子显示器件5 5 电致发光及场致发光器件电致发光及场致发光器件6 6 激光显示技术激光显示技术7 7 液晶显示器件液晶显示器件4

2、 44主要知识要点主要知识要点q显示技术与显示器件的发展显示技术与显示器件的发展q显示器件与显示系统的主要性能指标显示器件与显示系统的主要性能指标光电子显示技术概论光电子显示技术概论5显示技术与显示器件的发展显示技术与显示器件的发展q1897年德国的布劳恩（年德国的布劳恩（Braun）发明了阴极射线管（）发明了阴极射线管（CRT）雏形；雏形；q1968年美国的年美国的Heilmeier发现液晶双折射的电光效应可以用于发现液晶双折射的电光效应可以用于制作显示装置，即现在的液晶显示器（制作显示装置，即现在的液晶显示器（LCD）；）；q20世纪世纪90年代，液晶显示器首先在笔记本电脑领域取得了绝年代

3、，液晶显示器首先在笔记本电脑领域取得了绝对优势。对优势。 光电子显示技术概论光电子显示技术概论6显示器件与显示系统主要性能指标显示器件与显示系统主要性能指标 q亮度亮度 指垂直于传播方向单位面积上的发光强度，单位为指垂直于传播方向单位面积上的发光强度，单位为cd/m2；q对比度对比度 指画面上最大亮度与最小亮度之比，一般显示器对比度应指画面上最大亮度与最小亮度之比，一般显示器对比度应30:1；q灰度灰度 指图像画面上亮度的等级差别。灰度越多，图像层次越分明，图指图像画面上亮度的等级差别。灰度越多，图像层次越分明，图像越柔和；像越柔和；q发光（显示）颜色发光（显示）颜色 可用发射光谱或显示光谱的

4、峰值及带宽来衡量；可用发射光谱或显示光谱的峰值及带宽来衡量；q发光、色彩与视觉发光、色彩与视觉q色度坐标系与彩色重现色度坐标系与彩色重现光电子显示技术概论光电子显示技术概论7发光、色彩与视觉发光、色彩与视觉- -发光发光q发光定义发光定义 指固体受到某种形式的能量激励后所产生的光发射现象，即以某指固体受到某种形式的能量激励后所产生的光发射现象，即以某种方式种方式(紫外线、高能电子、紫外线、高能电子、X射线、射线、 / / 射线等高能辐射射线等高能辐射)来激发来激发某些物质，使其部分能量以（非热激发形式）可见或近可见光谱某些物质，使其部分能量以（非热激发形式）可见或近可见光谱形式重新发射出来的现

5、象。形式重新发射出来的现象。q分类分类 发光体化学结构：无机化合物、有机化合物、晶态磷光体发光；发光体化学结构：无机化合物、有机化合物、晶态磷光体发光； 发光时间长短：长余辉发光时间长短：长余辉(0.1s)、中余辉、中余辉(1ms-0.1s)、短余辉、短余辉( LED P-I- LED P-I特性线性度好特性线性度好驱动电流较大驱动电流较大 - P-N- P-N结发热产生饱和现象结发热产生饱和现象 - - 曲线斜率减小曲线斜率减小半导体发光显示器件半导体发光显示器件48LED光源特点光源特点半导体发光显示器件半导体发光显示器件q电压：电压：LEDLED使用低压电源，供电电压在使用低压电源，供电

6、电压在6-24V6-24V之间。之间。 q效能：消耗能量较同光效的白炽灯减少效能：消耗能量较同光效的白炽灯减少80% 80% q适用性：很小，每个单元适用性：很小，每个单元LEDLED小片是小片是3-5mm3-5mm的正方形，所以可以制的正方形，所以可以制备成各种形状的器件，并且适合于易变的环境备成各种形状的器件，并且适合于易变的环境 q稳定性：稳定性：1010万小时，光衰为初始的万小时，光衰为初始的50% 50% q响应时间：其白炽灯的响应时间为毫秒级，响应时间：其白炽灯的响应时间为毫秒级，LEDLED灯的响应时间为纳灯的响应时间为纳秒级秒级 q对环境污染：无有害金属汞对环境污染：无有害金属

7、汞 q颜色：改变电流可以变色，发光二极管方便地通过化学修饰方法，颜色：改变电流可以变色，发光二极管方便地通过化学修饰方法，调整材料的能带结构和带隙，实现红黄绿兰橙多色发光。调整材料的能带结构和带隙，实现红黄绿兰橙多色发光。q价格：价格：LEDLED的价格比较昂贵。的价格比较昂贵。 49半导体发光显示器件半导体发光显示器件单色单色LED应用应用q指示灯指示灯 LED正在成为指示灯的主要光源；正在成为指示灯的主要光源；q光源光源 电视机、空调等的遥控器的光源；干涉仪的光源；低速率、短电视机、空调等的遥控器的光源；干涉仪的光源；低速率、短距离光纤通信系统的光源距离光纤通信系统的光源 。q数字显示用显

8、示器数字显示用显示器 返回返回50q液晶液晶 介于完全规则状态介于完全规则状态(如固态晶体如固态晶体)与不规则状态与不规则状态(如各向同性液体如各向同性液体)之之间的中间态物质；间的中间态物质；q液晶分类液晶分类 溶致液晶溶致液晶是指某些有机物放入一定的溶剂中时，由于溶液破是指某些有机物放入一定的溶剂中时，由于溶液破 坏结晶晶格而形成的液晶。坏结晶晶格而形成的液晶。 热致液晶热致液晶是指某些有机物加热溶解后，由于加热破坏结晶晶格而形是指某些有机物加热溶解后，由于加热破坏结晶晶格而形成的液晶。作为显示用的液晶都是热致液晶。成的液晶。作为显示用的液晶都是热致液晶。q液晶显示器件（液晶显示器件（LC

9、D) 是利用液晶的光学各向异性，在电场作用下对外照光进行调制而实是利用液晶的光学各向异性，在电场作用下对外照光进行调制而实现显示的。现显示的。液晶显示器件液晶显示器件液晶基础知识液晶基础知识51液晶显示器件液晶显示器件根据热致液晶分子排列状态不同，可分为：根据热致液晶分子排列状态不同，可分为：q近晶相液晶，也称层状液晶近晶相液晶，也称层状液晶 由棒状或条状分子排列成层，层内分子长轴相互平行，方向由棒状或条状分子排列成层，层内分子长轴相互平行，方向垂直于层面或与层面呈倾斜排列；分子层间作用力较弱，相垂直于层面或与层面呈倾斜排列；分子层间作用力较弱，相互间容易滑动，呈现二维流体性质，黏度高，具有正

10、单轴晶互间容易滑动，呈现二维流体性质，黏度高，具有正单轴晶体的双折射性体的双折射性52液晶显示器件液晶显示器件q向列型液晶，也称丝状液晶向列型液晶，也称丝状液晶 是利用液晶的光学各向异性，在电场作用下对外照光进行调是利用液晶的光学各向异性，在电场作用下对外照光进行调制而实现显示的。由长径比很大的棒状分子组成，每一分子制而实现显示的。由长径比很大的棒状分子组成，每一分子位置无规则，但整体分子轴向着同一方向；各个分子容易顺位置无规则，但整体分子轴向着同一方向；各个分子容易顺着长轴方向自有移动，黏度小，易流动，仍具有正单轴晶体着长轴方向自有移动，黏度小，易流动，仍具有正单轴晶体的双折射性。的双折射性

11、。53液晶显示器件液晶显示器件q胆甾相液晶，也称螺旋状液晶胆甾相液晶，也称螺旋状液晶 和近晶型一样具有层状结构，但和近晶型一样具有层状结构，但 层内分子排列与向列型类似，分层内分子排列与向列型类似，分 子长轴在层内相互平行；各层分子长轴在层内相互平行；各层分 子取向与邻层都略有偏移，整体子取向与邻层都略有偏移，整体 呈现可见光波长量级的螺旋结呈现可见光波长量级的螺旋结 构，具有旋光性、选择性光散射构，具有旋光性、选择性光散射 性、偏振光二色性、负单轴晶体性、偏振光二色性、负单轴晶体 双折射性。双折射性。54q介电各向异性介电各向异性 液晶分子中偶极矩和分子长轴间的夹角的大小是决定液晶分液晶分子

12、中偶极矩和分子长轴间的夹角的大小是决定液晶分 子正负介电各向异性的关键数值。子正负介电各向异性的关键数值。 的液晶称为正性液的液晶称为正性液 晶，或称晶，或称P型液晶；型液晶； 的液晶称为负性液晶，或称的液晶称为负性液晶，或称N型型 液晶；液晶；q电导各向异性电导各向异性 电导率平行与垂直于分子轴方向的分量不同的特性，称为电电导率平行与垂直于分子轴方向的分量不同的特性，称为电 导各向异性。如向列型液晶总有导各向异性。如向列型液晶总有 ；00液晶显示器件液晶显示器件液晶的光电特性液晶的光电特性/55q粘度粘度 液晶粘度对显示器响应时间和余辉时间产生较大影响；液晶粘度对显示器响应时间和余辉时间产生

13、较大影响；q双折射双折射 光在液晶这种各向异性物质中传播时会发生双折射，相应于光在液晶这种各向异性物质中传播时会发生双折射，相应于 正单轴晶体的液晶称为正双折射液晶，或称正光性液晶，向正单轴晶体的液晶称为正双折射液晶，或称正光性液晶，向 列型晶体的光轴与分子取向一致，一般有：列型晶体的光轴与分子取向一致，一般有： 为正光性液晶。为正光性液晶。液晶显示器件液晶显示器件液晶的光电特性液晶的光电特性0/nnnnnoe56液晶显示器件液晶显示器件 液晶材料的物理性质与显示器性能参数关系表液晶材料的物理性质与显示器性能参数关系表57q电光效应电光效应 液晶材料在施加电场时，其光学性质会发生变化的效应，其

14、液晶材料在施加电场时，其光学性质会发生变化的效应，其 本质是液晶分子在电场作用下改变其分子排列或造成分子变本质是液晶分子在电场作用下改变其分子排列或造成分子变 形的结果。形的结果。q电光效应分类电光效应分类 液晶显示器件液晶显示器件液晶的光电特性液晶的光电特性58q将具有负介电各向异性的液晶材料采取垂直排列方法使液晶分将具有负介电各向异性的液晶材料采取垂直排列方法使液晶分子垂直排列于基片表面后，利用液晶分子的高度双折射性，给子垂直排列于基片表面后，利用液晶分子的高度双折射性，给此液晶层施加电场控制分子的倾斜程度，则当偏振光通过该液此液晶层施加电场控制分子的倾斜程度，则当偏振光通过该液晶层后，将

15、使偏振光变为椭圆偏振光，且所加电压不同，经检晶层后，将使偏振光变为椭圆偏振光，且所加电压不同，经检偏器后显示图像的颜色就不同，液晶的这种电压控制颜色变化偏器后显示图像的颜色就不同，液晶的这种电压控制颜色变化从而进行色相调制的电光效应就称为垂直排列相畸变效应，又从而进行色相调制的电光效应就称为垂直排列相畸变效应，又称电控双折射效应称电控双折射效应(ECB)。液晶显示器件液晶显示器件垂直排列相畸变效应垂直排列相畸变效应59扭曲向列效应扭曲向列效应q液晶分子在基片相对的两个电极面上沿面排列且轴线互相垂直，液晶分子在基片相对的两个电极面上沿面排列且轴线互相垂直，从基片一面到另一面，分子扭转从基片一面到

16、另一面，分子扭转 90度。若上下玻璃板基片两侧度。若上下玻璃板基片两侧偏振片的偏振方向互相垂直，则不加外场时，当一束偏振光入偏振片的偏振方向互相垂直，则不加外场时，当一束偏振光入射到液晶层时，由于液晶不均匀的光学特性，垂直于玻璃板壁射到液晶层时，由于液晶不均匀的光学特性，垂直于玻璃板壁的线偏振光通过液晶层后旋转而透过检偏器射出液晶层，称为的线偏振光通过液晶层后旋转而透过检偏器射出液晶层，称为亮场；当在液晶两基片上加上足够高的电压亮场；当在液晶两基片上加上足够高的电压(大于阈值电压大于阈值电压)时，时，则除两基片壁上液晶分子外，中间部分的液晶分子取向要平行则除两基片壁上液晶分子外，中间部分的液晶

17、分子取向要平行于电场，因而成为垂面排列，这样，分子排列对入射偏振光没于电场，因而成为垂面排列，这样，分子排列对入射偏振光没有作用，光束不能通过液晶显示器件，此时为暗场。有作用，光束不能通过液晶显示器件，此时为暗场。 液晶显示器件液晶显示器件60薄膜晶体管液晶平板显示器（薄膜晶体管液晶平板显示器（TFT-LCD）液晶显示器件液晶显示器件q基本原理基本原理 显示屏由许多可以发出任意颜色的光线的象素组成，只要控制各显示屏由许多可以发出任意颜色的光线的象素组成，只要控制各个象素显示相应的颜色就能达到目的。在个象素显示相应的颜色就能达到目的。在TFT-LCD中一般采用中一般采用背光技术，为了能精确地控制

18、每一个象素的颜色和亮度就需要在背光技术，为了能精确地控制每一个象素的颜色和亮度就需要在每一个象素之后安装一个类似百叶窗的开关，当每一个象素之后安装一个类似百叶窗的开关，当“百叶窗百叶窗”打开打开时光线可以透过来，而时光线可以透过来，而“百叶窗百叶窗”关上后光线就无法透过来。关上后光线就无法透过来。q显示器组成显示器组成 一般由一个夹层组成，组成这个夹层的每一层是偏光板、彩色滤一般由一个夹层组成，组成这个夹层的每一层是偏光板、彩色滤光片组成，这两层之间就是液晶层。偏光板、彩色滤光片决定了光片组成，这两层之间就是液晶层。偏光板、彩色滤光片决定了多少光可以通过以及生成何种颜色的光。这个夹层位于两层玻

19、璃多少光可以通过以及生成何种颜色的光。这个夹层位于两层玻璃基板之间。在上层玻璃基板上有基板之间。在上层玻璃基板上有FED晶体管，而下层是共同电极，晶体管，而下层是共同电极，他们共同作用可以生成能精确控制的电场，电场决定了液晶的排他们共同作用可以生成能精确控制的电场，电场决定了液晶的排列方式。目前使用的最普遍的是扭曲向列列方式。目前使用的最普遍的是扭曲向列TFT液晶显示器。液晶显示器。 61qTFT象素架构象素架构 如下图所示，彩色滤光镜依据颜色分为红、绿、蓝三种，依次如下图所示，彩色滤光镜依据颜色分为红、绿、蓝三种，依次排列在玻璃基板上组成一组（排列在玻璃基板上组成一组（dot pitch）对

20、应一个象素每一个）对应一个象素每一个单色滤光镜称之为子象素（单色滤光镜称之为子象素（sub-pixel）。也就是说，如果一个）。也就是说，如果一个TFT显示器最大支持显示器最大支持12801024分辨率的话，那么至少需要分辨率的话，那么至少需要128031024个子象素和晶体管。对于一个个子象素和晶体管。对于一个15英寸的英寸的TFT显示显示器（器（1024768）那么一个象素大约是）那么一个象素大约是0.0188英寸（相当于英寸（相当于0.30mm）。）。 液晶显示器件液晶显示器件62三星三星40英寸大屏幕英寸大屏幕TFTLCD显示效果显示效果 液晶显示器件液晶显示器件63等离子体显示等离子

21、体显示q离子体离子体 就是高度电离化的多种粒子存在的空间，其中带电粒子有电就是高度电离化的多种粒子存在的空间，其中带电粒子有电子、正离子，不带电粒子有气体原子、分子、受激原子、亚子、正离子，不带电粒子有气体原子、分子、受激原子、亚稳原子等。稳原子等。q等离子体显示等离子体显示 利用气体放电产生发光现象的平板显示。利用气体放电产生发光现象的平板显示。等离子显示器件等离子显示器件64PDPPDP中气体放电的伏安曲线中气体放电的伏安曲线等离子显示器件等离子显示器件气体放电物理基础气体放电物理基础65q第一区为非自持放电区，放电电流很小，特点是起始带电粒子由外界电离第一区为非自持放电区，放电电流很小，

22、特点是起始带电粒子由外界电离源引起，撤走电离源放电即停止；源引起，撤走电离源放电即停止； q第二区为自持暗放电区，此时放电电流约为第二区为自持暗放电区，此时放电电流约为10-11-10-6 A，管压降接近电源，管压降接近电源电压；电压；q第三区为过渡区，也叫欠辉区。图中第三区为过渡区，也叫欠辉区。图中D点对应的电压称为着火电压，也称点对应的电压称为着火电压，也称起辉电压或击穿电压；起辉电压或击穿电压；q第四区为正常辉光放电区，电流在第四区为正常辉光放电区，电流在10-4-10-1 A之间，之间，E点电压成为维持电压，点电压成为维持电压，管内出现明暗相间的辉光，管压维持不变；管内出现明暗相间的辉

23、光，管压维持不变；q第五区异常辉光放电区。第五区异常辉光放电区。q第六区称为过渡区。第六区称为过渡区。q第七区为弧光放电区第七区为弧光放电区 。 G点对应的电压称为弧光放电着火电压。点对应的电压称为弧光放电着火电压。 等离子显示器件等离子显示器件气体放电与等离子体气体放电与等离子体66qPDP一般工作在第一般工作在第2-4区组成的负阻区，其中辉光放电时区组成的负阻区，其中辉光放电时放电管中的辉光区包括负辉区、正柱区等，负辉区是放电管中的辉光区包括负辉区、正柱区等，负辉区是PDP的主要发光源，而正柱区的本质是等离子体，可用来激发的主要发光源，而正柱区的本质是等离子体，可用来激发荧光粉使其发光。荧

24、光粉使其发光。q可以通过控制放电管中的气体种类、压强、端电压、负载可以通过控制放电管中的气体种类、压强、端电压、负载电阻等来控制气体放电由一种形式转化为另一种形式或维电阻等来控制气体放电由一种形式转化为另一种形式或维持某种放电形式。持某种放电形式。等离子显示器件等离子显示器件气体放电与等离子体气体放电与等离子体67等离子显示等离子显示等离子体显示包括交流等离子体显示等离子体显示包括交流等离子体显示(ACPDP)与直流等离子体显与直流等离子体显示示(DCPDP)。等离子显示器件等离子显示器件qACPDP结构结构 在两块厚在两块厚3-6 mm的玻璃板上制作条状电极，并在电极上覆盖的玻璃板上制作条状

25、电极，并在电极上覆盖 一层介质（常为沉积一层低熔点玻璃），使电极不与放电气一层介质（常为沉积一层低熔点玻璃），使电极不与放电气 体接触。将制好的上下玻璃板电极按空间正交方式面对面相体接触。将制好的上下玻璃板电极按空间正交方式面对面相 距距0.1-0.15 mm放置，四周用低熔点玻璃密封，之后再经排放置，四周用低熔点玻璃密封，之后再经排 气、烘烤、充入总压强气、烘烤、充入总压强(58) 104Pa的的Ne-Ar混合气体混合气体(Ar占占 0.1%)后密封、老炼即可。后密封、老炼即可。 68玻璃板玻璃板介质覆盖层介质覆盖层Ne-Ar气体气体Y电极电极X电极电极隔离玻璃隔离玻璃ACPDPACPDP结

26、构结构 等离子显示器件等离子显示器件ACPDP结构结构69qDCPDP结构结构 在两块玻璃板中间夹一块铝板，其上用光刻法制作许多小孔后在两块玻璃板中间夹一块铝板，其上用光刻法制作许多小孔后再通过阳极氧化形成绝缘层；铝板两侧交叉排列铂金丝，形成再通过阳极氧化形成绝缘层；铝板两侧交叉排列铂金丝，形成空间正交的空间正交的X、Y电极，交点在铝板小孔处，电极与放电气体电极，交点在铝板小孔处，电极与放电气体接触。四周用低熔点玻璃密封，之后再经排气、烘烤、充入纯接触。四周用低熔点玻璃密封，之后再经排气、烘烤、充入纯Ne气后密封、老炼即可。气后密封、老炼即可。等离子显示器件等离子显示器件等离子显示等离子显示7

27、01.铂丝铂丝2.玻璃板玻璃板3.X电极电极4.Y电极电极5.阳极氧化铝板阳极氧化铝板DCPDPDCPDP结构结构 等离子显示器件等离子显示器件DCPDP结构结构71彩色显示彩色显示 qDCPDP中的直流自扫描显示器中的直流自扫描显示器(SSPDP)在彩色显示中最受关注，在彩色显示中最受关注，它是利用稀有气体辐射的紫外线激励荧光粉发光而实现彩色显它是利用稀有气体辐射的紫外线激励荧光粉发光而实现彩色显示的。示的。q显示过程中只是在阴极扫描侧放电，之后通过起火孔点燃稳态显示过程中只是在阴极扫描侧放电，之后通过起火孔点燃稳态气体，扩散到显示侧。其每行的工作原理如图所示。气体，扩散到显示侧。其每行的工

28、作原理如图所示。q在时钟脉冲作用下，放电依次按预定方向沿该行各单元向下传在时钟脉冲作用下，放电依次按预定方向沿该行各单元向下传递，直到最后一个阴极。第二个循环再重复以上过程。这样，递，直到最后一个阴极。第二个循环再重复以上过程。这样，当扫描侧放电沿行逐个单元移动时，显示侧相应各单元根据指当扫描侧放电沿行逐个单元移动时，显示侧相应各单元根据指令显示出所希望的图案。令显示出所希望的图案。 等离子显示器件等离子显示器件72电致发光及场致发光器件电致发光及场致发光器件q电致发光（场致发光）电致发光（场致发光） 固体发光材料在电场激发下产生发光的现象；固体发光材料在电场激发下产生发光的现象；q场致发光分

29、类（激发过程不同）场致发光分类（激发过程不同） 注入式电致发光注入式电致发光: 由直接装在晶体上的电极注入电子和空穴，由直接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发光的现象。注入式电致发光当电子与空穴在晶体内再复合时发光的现象。注入式电致发光的基本结构是结型二极管（的基本结构是结型二极管（LED）。）。 本征电致发光本征电致发光 ：又分为又分为高场电致发光高场电致发光和和低能电致发光。低能电致发光。前者是前者是荧光粉中的电子或由电极注入的电子在外加强电场作用下在晶荧光粉中的电子或由电极注入的电子在外加强电场作用下在晶体内部加速，碰撞发光中心并使其激发体内部加速，碰撞发光中

30、心并使其激发/离化，电子在回复基态离化，电子在回复基态时辐射发光。后者是指某些高电导荧光粉在低能电子注入时的时辐射发光。后者是指某些高电导荧光粉在低能电子注入时的激励发光现象。激励发光现象。73高场电致发光显示高场电致发光显示q高场电致发光显示一般分为交流粉末电致发光高场电致发光显示一般分为交流粉末电致发光(ACEL)、直流、直流粉末电致发光粉末电致发光(DCEL)、交流薄膜电致发光、交流薄膜电致发光(ACTFEL)、直流薄、直流薄膜电致发光膜电致发光(DCTFEL)。ACELDCEL电致发光及场致发光器件电致发光及场致发光器件74q交流粉末电致发光（交流粉末电致发光（ACEL） 将荧光粉将荧

31、光粉( (通常为通常为ZnS:Cu)ZnS:Cu)悬浮在介电系数很高、透明且绝缘的悬浮在介电系数很高、透明且绝缘的 胶合有机介质中，并将之夹持在两电极胶合有机介质中，并将之夹持在两电极( (其一为透明电极，另一其一为透明电极，另一 为真空蒸镀金属电极为真空蒸镀金属电极) )之间构成之间构成大量几到几十微米微小发光粉大量几到几十微米微小发光粉 晶体悬浮在绝缘介质中发光晶体悬浮在绝缘介质中发光德斯垂效应。加正弦电压，每德斯垂效应。加正弦电压，每 隔半周期，器件以短脉冲方式发光一次，激励电压有效值常需隔半周期，器件以短脉冲方式发光一次，激励电压有效值常需 数百伏，发光持续时间约数百伏，发光持续时间约

32、1010-3-3秒。采用不同的的荧光粉可获得秒。采用不同的的荧光粉可获得 红、蓝、黄、绿等各色光显示器。红、蓝、黄、绿等各色光显示器。q直流粉末电致发光（直流粉末电致发光（DCEL） 荧光粉的涂层是导电的荧光粉的涂层是导电的CuCux xS S，正常使用前须在两电极上施加短，正常使用前须在两电极上施加短 暂作用的高电压脉冲，使暂作用的高电压脉冲，使CuCu+ +从紧挨着阴极的荧光物表面上失从紧挨着阴极的荧光物表面上失 落，形成一薄层高电阻的落，形成一薄层高电阻的ZnSZnS。之后，较低的工作电压主要降在。之后，较低的工作电压主要降在 ZnSZnS上，使之发光。这种器件转换效率仅上，使之发光。这

33、种器件转换效率仅0.1%0.1%，但发光亮度高达，但发光亮度高达 300cd/m300cd/m2 2 310电致发光及场致发光器件电致发光及场致发光器件75薄膜电致发光薄膜电致发光电致发光及场致发光器件电致发光及场致发光器件q电子注入发光层；电子注入发光层；q电子通过高场加速成为过热电子；电子通过高场加速成为过热电子；q过热电子碰撞激发发光中心产生过热电子碰撞激发发光中心产生EL辐射，或者碰撞离化发光中辐射，或者碰撞离化发光中 心，然后通过基质晶格传输能量，产生心，然后通过基质晶格传输能量，产生EL辐射。辐射。 高场电致发光过程可以分为以下几步：高场电致发光过程可以分为以下几步：76薄膜电致发

34、光薄膜电致发光电致发光及场致发光器件电致发光及场致发光器件q基质材料特性基质材料特性 在在TFELTFEL器件中，掺入基质材料的发光中心在可见光谱区产生辐器件中，掺入基质材料的发光中心在可见光谱区产生辐 射，这就要求射，这就要求-族半导体材料的禁带宽度大族半导体材料的禁带宽度大3.1eV(400nm)3.1eV(400nm)。 常用的基质材料有常用的基质材料有ZnSZnS和碱土硫化物和碱土硫化物SrS(CaS) SrS(CaS) 。q发光中心特性发光中心特性 TFELTFEL材料的发光中心是分立发光中心，一般用过渡族元素材料的发光中心是分立发光中心，一般用过渡族元素MnMn2+2+ 和三价稀土

35、离子和三价稀土离子ReRe3+3+，MnMn2+2+的发光为橙黄色。的发光为橙黄色。 薄膜电致发光的材料特性薄膜电致发光的材料特性 77EL驱动电路驱动电路q由于由于TFEL是由发光材料，介电材料，透明导电电极，以及另是由发光材料，介电材料，透明导电电极，以及另一电极组成，（如图所示），各像素点的发光域值电压一致性一电极组成，（如图所示），各像素点的发光域值电压一致性完全取决于制屏工艺水平，因此，采取真空溅射等方法保证工完全取决于制屏工艺水平，因此，采取真空溅射等方法保证工艺参数的一致性是非常必要的，并且增加介电效果，提高发光艺参数的一致性是非常必要的，并且增加介电效果，提高发光域值电压域值电

36、压Vy的绝对值（约的绝对值（约200V），从而保证各像素点的发光域），从而保证各像素点的发光域值电压一致性，使值电压一致性，使TFEL驱动工作可靠。驱动工作可靠。电致发光及场致发光器件电致发光及场致发光器件78 TFEL驱动系统的框图驱动系统的框图电致发光及场致发光器件电致发光及场致发光器件79TFEL彩色显示彩色显示q采用白色发光材料制做的显示屏，在列驱动电路中增加灰度采用白色发光材料制做的显示屏，在列驱动电路中增加灰度调节电路，且在屏前增加红，黄，蓝三色滤光栅，可以构成调节电路，且在屏前增加红，黄，蓝三色滤光栅，可以构成彩色彩色TFEL显示器。显示器。q薄膜式电致发光显示器（薄膜式电致发光

37、显示器（TFEL）与液晶显示器（）与液晶显示器（LCD）相）相比，具有无需背光源，发光强度高，响应速度快等优点；与比，具有无需背光源，发光强度高，响应速度快等优点；与阴极射线显示器（阴极射线显示器（CRT）相比，具有能耗低，且发光效率高，）相比，具有能耗低，且发光效率高，视角广等优点；与等离子体显示器（视角广等优点；与等离子体显示器（PDP）相比，也具有造）相比，也具有造价低廉，使用安全，寿命长等优点价低廉，使用安全，寿命价低廉，使用安全，寿命长等优点价低廉，使用安全，寿命长等优点。长等优点。 电致发光及场致发光器件电致发光及场致发光器件80有机薄膜发光显示器（有机薄膜发光显示器（OLED）电

38、致发光及场致发光器件电致发光及场致发光器件q发光效率高、亮度大；发光效率高、亮度大；q有机发光材料众多、价廉且易大规模有机发光材料众多、价廉且易大规模/大面积生产大面积生产q发光光谱覆盖红外到紫外，便于实现全彩色显示发光光谱覆盖红外到紫外，便于实现全彩色显示q材料的机械性能良好，易加工；材料的机械性能良好，易加工；q驱动电压低驱动电压低 ，能与半导体集成电路的电压相匹配，驱动，能与半导体集成电路的电压相匹配，驱动电路易实现电路易实现OLED特点：特点： 81OLED器件结构器件结构q由夹在一个透明阳极和金属阴极之间的有机层组成层状结构。 q有单异质结构和双异质结构。电致发光及场致发光器件电致发

39、光及场致发光器件82q阴极注入的电子和阳极注入的空穴在发光层相互作用形成受激的激子。阴极注入的电子和阳极注入的空穴在发光层相互作用形成受激的激子。激子从激发态回到基态时，将其能量差以光子的形式释放出来，光子激子从激发态回到基态时，将其能量差以光子的形式释放出来，光子的能量为的能量为: 其中其中h为普朗克常数，为普朗克常数， 为出射光子的频率，为出射光子的频率，2为激子在激发态的能为激子在激发态的能量，量，1为激子在基态的能量。为激子在基态的能量。12EEhOLED发光机制发光机制电致发光及场致发光器件电致发光及场致发光器件83OLED器件的分类器件的分类q无源矩阵无源矩阵OLED 有机层夹在两

40、个互相垂直的电极层（阳极和阴极）间，发光像素有机层夹在两个互相垂直的电极层（阳极和阴极）间，发光像素按矩阵排列，被扫描像素在相应行、列驱动电压的驱动下，流过按矩阵排列，被扫描像素在相应行、列驱动电压的驱动下，流过电流而发光。电极与发光层上、下分别有保护层与玻璃基板。显电流而发光。电极与发光层上、下分别有保护层与玻璃基板。显示器件结构简单，价格低廉，适于低信息量的显示应用，如字符、示器件结构简单，价格低廉，适于低信息量的显示应用，如字符、数字显示器。数字显示器。q有源矩阵有源矩阵OLED ： 显示面板上增加一层电子底板，每个像素通过在电子底板上相应显示面板上增加一层电子底板，每个像素通过在电子底

41、板上相应的薄膜晶体管和电容器来进行独立的寻址，采用恒定驱动电流，的薄膜晶体管和电容器来进行独立的寻址，采用恒定驱动电流，且多晶硅扫描电路都直接集成到底板上。减少了许多昂贵的、高且多晶硅扫描电路都直接集成到底板上。减少了许多昂贵的、高密集的密集的IC和与外围设备相接的接口电路。主要用于高分辨率、高和与外围设备相接的接口电路。主要用于高分辨率、高信息量的显示器，例如视频和图形显示等。信息量的显示器，例如视频和图形显示等。电致发光及场致发光器件电致发光及场致发光器件84q 激光阴极射线管激光阴极射线管LCRT（Laser Cathode Ray Tube），基本原理是用半），基本原理是用半导体激光器

42、代替阴极射线显像管的荧光屏来实现的一种新型显示器件。导体激光器代替阴极射线显像管的荧光屏来实现的一种新型显示器件。q 激光光阀显示激光光阀显示，基本原理是激光速仅用来改变某些材料（如液晶等）的，基本原理是激光速仅用来改变某些材料（如液晶等）的光学参数（折射率或透过率），而再用另外的光源把这种光学参数变化光学参数（折射率或透过率），而再用另外的光源把这种光学参数变化而构成的像投射到屏幕上，从而实现图像显示。而构成的像投射到屏幕上，从而实现图像显示。q 直观式（点扫描）电视激光显示直观式（点扫描）电视激光显示，它是将经过信号调制了的，它是将经过信号调制了的RGB三色激三色激光束直接通过机械扫描方法

43、偏转扫描到显示屏上。光束直接通过机械扫描方法偏转扫描到显示屏上。激光显示技术激光显示技术激光显示技术分为三种类型激光显示技术分为三种类型85激光显示技术激光显示技术激光阴极射线管（激光阴极射线管（LCRT)q1964年尼古拉年尼古拉G巴索夫博士（诺贝尔物理学奖获得者）提出用电子束激发巴索夫博士（诺贝尔物理学奖获得者）提出用电子束激发半导体导致受激发射或得到激光的设想。半导体导致受激发射或得到激光的设想。q60年代中列别捷夫物理研究所在液氦温度下实现了绿光的发射。直到近年年代中列别捷夫物理研究所在液氦温度下实现了绿光的发射。直到近年来才研制出几种主要颜色的室温下工作半导体材料。来才研制出几种主要

44、颜色的室温下工作半导体材料。q1999年，年，Principia Optics Inc公司获得公司获得4.5万伏阳极电压下能在室温下工作万伏阳极电压下能在室温下工作的红、绿、蓝激光的红、绿、蓝激光CRT样机，完成了商业化的第一步。样机，完成了商业化的第一步。 86激光显示技术激光显示技术LCRT结构图结构图qLCRTLCRT的工作原理除了用半导体激光器代替荧光面板外，激光的工作原理除了用半导体激光器代替荧光面板外，激光CRTCRT实质上就是实质上就是一个标准的投影用阴极射线管。（如一个标准的投影用阴极射线管。（如LCRTLCRT的基本结构图所示。）的基本结构图所示。）q半导体材料的两面与镜面相

45、邻接从面形成一个激光器的谐振腔，并与一片衬半导体材料的两面与镜面相邻接从面形成一个激光器的谐振腔，并与一片衬底相结合从而形成一块激光面板。用电子束扫描激光面板时，在电子束轰击底相结合从而形成一块激光面板。用电子束扫描激光面板时，在电子束轰击到的地方就产生出激光来。这种激发的物理机制和荧光到的地方就产生出激光来。这种激发的物理机制和荧光CRTCRT相似，只是产生相似，只是产生的是激光而不是荧光。的是激光而不是荧光。q单片半导体是由宽谱带间隙的单片半导体是由宽谱带间隙的II-VIII-VI族单晶化合物（如族单晶化合物（如ZnSZnS、ZnSeZnSe、CdSCdS、CdSSeCdSSe、ZnOZn

46、O等）构成的。通过选择合适的材料，完全可以获得可见光谱上的等）构成的。通过选择合适的材料，完全可以获得可见光谱上的任何一个波长。为了减少损耗，激光腔只有几个微米厚。激光面板预计能承任何一个波长。为了减少损耗，激光腔只有几个微米厚。激光面板预计能承受长时间的高能电子束轰击，达到受长时间的高能电子束轰击，达到1000010000至至2000020000小时的寿命。小时的寿命。LCRTLCRT的结构的结构87激光显示技术激光显示技术qLCRT的分辨率能够做得很高，在的分辨率能够做得很高，在CRT电流为电流为2mA时，电子束时，电子束直径为直径为25m，其激光束直径略小于电子束斑直径为，其激光束直径略小于电子束斑直径为20m，目，目前激光面板的光栅尺寸为前激光面板的光栅尺寸为40mm30mm，它可以给出，它可以给出20001500个像素。目前正在向真正的影院放映质量方向努力。个像素。目前正在向真正的影院放映质量方向努力。 qLCRT同时也是一种理想的影院放映光源，它不会产生损害胶同时也是一种理想的影院放映光源，它不会产生损害胶片的红外和紫外强光。预期可以延长胶片的放映寿命，所以可片的红外和紫外强光。预期可以延长胶片的放映寿命，所以可以做为