新型光電顯示技術(shù)

關(guān)于新型光電顯示技術(shù)第一頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日7.1電致變色顯示技術(shù)

7.1.1電致變色（electrochromism，EC）現(xiàn)象有許多物質(zhì)在受到外界各種刺激，例如受熱、光照、流過電流的時侯，其顏色會發(fā)生變化，即產(chǎn)生著色現(xiàn)象。所謂電致變色現(xiàn)象，是指電致著色和發(fā)光現(xiàn)象，從顯示的角度看則是專門指施加電壓后物質(zhì)發(fā)生氧化還原反應使顏色發(fā)生可逆性的電致變色現(xiàn)象。電致變色顯示器件（ElectroChromismDevice，ECD）在諸多領(lǐng)域的巨大應用潛力吸引了世界上許多國家不僅在應用基礎研究，而且更在實用器件的研究上投入了大量的人員和資金，以求在這方面取得突破。第二頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日電致變色材料

電致變色材料能在外加較低的驅(qū)動電壓或電流作用下，發(fā)生可逆的顏色變化，是材料的價態(tài)和組分發(fā)生可逆的變化，使材料的光學性能發(fā)生改變或者保持改變，同時電致變色材料還需要有很好的離子導電性，較高的對比度、變色效率和循環(huán)周期等電色性能。電致變色材料分為無機電致變色材料和有機電致變色材料。無機電致變色材料的典型代表是三氧化鎢，目前，以WO3為功能材料的電致變色器件已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化。而有機電致變色材料主要有聚噻吩類及其衍生物、紫羅精類、四硫富瓦烯、金屬酞菁類化合物等。以紫羅精類為功能材料的電致變色材料已經(jīng)得到實際應用。第三頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日在實際應用當中，尤其是制備電致變色器件，電致變色材料一般來說應滿足以下要求：(1)具有良好的電化學氧化還原可逆性；(2)快速的變色響應；(3)顏色的可逆變化；(4)顏色變化的高度靈敏；(5)有較高的循環(huán)壽命；(6)有一定的存貯記憶功能；(7)穩(wěn)定的化學特性。第四頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日電致變色主要有3種形式：（1）離子通過電解液進入材料引起變色。（2）金屬薄膜電沉積在觀察電極上。（3）彩色不溶性有機物析出在觀察電極上。第五頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日電致變色顯示有以下突出的優(yōu)點：（1）顯示鮮明、清晰，優(yōu)于液晶顯示板。（2）視角大，無論從什么角度看都有較好的對比度。（3）具有存儲性能，如寫電壓去掉且電路斷開后，顯示信號仍可保持幾小時到幾天，甚至一個月以上，存儲功能不影響壽命。（4）在存儲狀態(tài)下不消耗功率。（5）工作電壓低，僅為0.5～20V，可與集成電路匹配。（6）器件可做成全固體化。

電致變色顯示也有一些不容忽視的缺點，如響應慢，響應速度（約500ms）接近秒的數(shù)量級，對頻繁改變的顯示，功耗大致是液晶功耗的數(shù)百倍；往復顯示的壽命不高（只有106～107次）。第六頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日7.1.2電致變色顯示器件（ECD）電致變色器件是一種典型的光學薄膜和電子學薄膜相結(jié)合的光電子薄膜器件，能夠在外加低壓驅(qū)動的作用下實現(xiàn)可逆的色彩變化，可以應用在被動顯示、靈巧變色窗等領(lǐng)域。目前，已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化的電致變色器件有一下幾類：電致變色智能調(diào)光玻璃、電致變色顯示器、汽車自動防眩目后視鏡。

電致變色智能玻璃在電場作用下具有光吸收透過的可調(diào)節(jié)性，可選擇性地吸收或反射外界的熱輻射和內(nèi)部的熱的擴散，減少辦公大樓和民用住宅在夏季保持涼爽和冬季保持溫暖而必須消耗的大量能源。同時起到改善自然光照程度、防第七頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日圖1調(diào)光玻璃(電致變色玻璃)圖2自動防眩目后視鏡

用電致變色材料制備的自動防眩目后視鏡，可以通過電子感應系統(tǒng)，根據(jù)外來光的強度調(diào)節(jié)反射光的強度，達到防眩目的作用，使駕駛更加安全。窺的目的。解決現(xiàn)代不斷惡化的城市光污染問題，是節(jié)能建筑材料的一個發(fā)展方向。第八頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日

電致變色材料具有雙穩(wěn)態(tài)的性能，用電致變色材料做成的電致變色顯示器件不僅不需要背光燈，而且顯示靜態(tài)圖象后，只要顯示內(nèi)容不變化，就不會耗電，達到節(jié)能的目的。電致變色顯示器與其它顯示器相比具有無視盲角、對比度高等優(yōu)點。

第九頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日圖7.1ECD結(jié)構(gòu)及顯示原理電致變色顯示器件結(jié)構(gòu)：電致變色器件一般由5層結(jié)構(gòu)組成，包括兩層透明導電層、電致變色層、離子導電層、離子存儲層的夾層結(jié)構(gòu)如圖7.1（a）所示，其顯示原理如圖7.2（b）所示。第十頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日

根據(jù)電致變色層材料的不同，ECD又可分為以下2種類型。1.全固態(tài)塑料電致變色器件全固態(tài)塑料電致變色器件采用低壓反應離子鍍工藝，在ITO塑料襯底上制備WO3和NiO電致變色薄膜，采用MPEO-LiClO4高分子聚合物作電解質(zhì)，制備透射型全固態(tài)塑料電致變色器件，變色調(diào)制范圍達到30%左右。第十一頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日2.混合氧化物電致變色器件混合氧化物可以改善單一氧化物電致變色的性能,引起人們的關(guān)注。TiO2具有適宜的離子輸運的微觀結(jié)構(gòu)、高的力學性能和化學穩(wěn)定性，它與WO3混合制作電致變色器件，加快了響應時間及延長了器件的壽命。第十二頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日7.2場致發(fā)射顯示技術(shù)第十三頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日7.2.1場致發(fā)射顯示器件的構(gòu)成及工作原理

1.場致發(fā)射顯示技術(shù)場致發(fā)射顯示（FieldEmissionDisplay，F(xiàn)ED）與真空熒光顯示（VFD）和CRT有許多相似之處，它們都以高能電子轟擊熒光粉。與VFD不同的是，它用冷陰極微尖陣列場發(fā)射代替了熱陰極的電子源，用光刻的柵極代替了金屬柵網(wǎng)，這種新型的自發(fā)光型平板顯示器件實際是CRT的平板化，兼有CRT和固體平板顯示器件的優(yōu)點，不需要傳統(tǒng)偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)，可平板化，無X射線，工作電壓低，比TFT-LCD更節(jié)能，可靠性高。第十四頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日FED（FieldEmissionDisplay)與CRT的相同點：

利用陰極電子經(jīng)電場加速而轟擊熒光材料發(fā)光的主動發(fā)型顯示器件。因此，F(xiàn)ED具有與CRT相似的顯示品質(zhì)，如高亮度、高對比度、全彩色、高顯示容量及低功耗等性能。典型場發(fā)射顯示結(jié)構(gòu)原理CRT發(fā)射顯示結(jié)構(gòu)原理第十五頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日FED與CRT的區(qū)別點：CRT采用熱陰極，通過加熱陰極材料使其表面電子獲得克服表面勢壘的能量從而發(fā)射出來；而FED采用冷陰極，采用表面功函數(shù)較低、電子勢很小甚至為負值的材料，使之在外加電場作用下逸出。因此，F(xiàn)ED不但降低了功耗，而且可以瞬時發(fā)射電子。（2）CRT的熱陰極為點發(fā)射源或線發(fā)射源，需要通過偏轉(zhuǎn)磁場的作用，才能在顯示屏幕上進行掃描而產(chǎn)生顯示。因此，CRT難以實現(xiàn)平板化；而FED的冷陰極為面發(fā)射源，可以十分方便地實現(xiàn)平板化和矩陣驅(qū)動，無論重量還是體積都大大降低。第十六頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日（3）CRT的加速電場電壓通常在1330kV之間；而采用平板結(jié)構(gòu)的FED一般加速電壓小于10kV。另一方面，CRT的消耗電流很小，因此其功耗控制在可接受的范圍內(nèi)；而FED的加速電壓較低，要達到與CRT相當?shù)亓炼?，必然需要較高的消耗電流。（4）陰陽極距離也是兩者的主要區(qū)別之一。CRT的陰陽極距離至少在1cm以上，大尺寸CRT甚至達到幾十厘米；而FED的陰陽極距離小于3mm。第十七頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日FED的優(yōu)點：（1）冷陰極發(fā)射；（2）低的工作電壓；（3）自發(fā)光和高亮度；（4）寬視角；（5）高速響應；（6）很寬的環(huán)境溫度變化范圍。

1968年斯坦福國際研究所的C.A.Spindt研制成功微尖陰極發(fā)射結(jié)構(gòu)的FED，后法國政府實驗室LETI對Spindt的方法作了改進并于1990年研制出第一個15cm單色顯示器。第十八頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日

在溫度T＝0K時，為了使金屬中具有最大能量的電子能夠克服表面勢壘而逸出，必須提供的最小能量叫做逸出功。電子發(fā)射方式：（1）熱電子發(fā)射；（2）光電子發(fā)射；（3）二次電子發(fā)射；（4）場致發(fā)射。場發(fā)射理論第十九頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日2.場致發(fā)射顯示器件的構(gòu)成

場致發(fā)射顯示器件，即場致發(fā)射陣列平板顯示器，或稱為真空微尖平板顯示器（MiniFlatPanel，MFP），是一種新型的自發(fā)光平板顯示器件，它實際上是一種很薄的CRT顯示器，其單元結(jié)構(gòu)是一個微型真空三極管（圖7.2），包括一個作為陰極的金屬發(fā)射尖錐，孔狀的金屬柵極以及有透明導電層形成的陽極，陽極表面涂有熒光粉。由于柵極和陽極間距離很小，但在柵極和陰極間加上不高的電壓（小于100V）時，在陰極的尖端會產(chǎn)生很強的電場，當電場強度大于5×107V/cm時，電子由于隧道效應從金屬內(nèi)部穿出進入真空中，并受陽極正電壓加速，轟擊熒光粉層實現(xiàn)發(fā)光顯示。

第二十頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日

圖7.1微型真空三極管結(jié)構(gòu)第二十一頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日—真空器件.—列陰極，行柵極.—行列電極交叉點有多于4500個微尖,微尖直徑150nm.—電流0.11A/microtip.陰極陣列

微尖陣列場發(fā)射陰極第二十二頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日微尖形貌

第二十三頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日微尖陣列場發(fā)射陰極（FEA）場致發(fā)射是在金屬尖端上進行的。如果尖端曲率半徑為1m，尖端與陽極距離為1m左右，則當極間加上幾十伏的電壓，就會在尖端表面上產(chǎn)生109V/cm數(shù)量級的強電場。在忽略極間空間電荷的情況下，陰極發(fā)面尖端處場強與陽極電壓Ua成正比。即幾種典型的尖端形狀第二十四頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日微尖電子發(fā)射

第二十五頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日場發(fā)射陰極陣列面積240mm240mm，包含1.4x106個微尖。金屬微尖的伏安特性第二十六頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日FED的制造過程與LCD很類似，采用的玻璃平板相同，薄膜沉積和光刻技術(shù)也很相似。制作陣列狀的微尖錐結(jié)構(gòu)時，采用兩步光刻工藝，首先對微孔陣列光刻，這一步有很高的光刻精度（小于1.5μm），可用紫外光步進曝光來實現(xiàn)，然后用蒸發(fā)和刻蝕制造微尖。用上述方法制造的陰極必須滿足3點要求：（1）在整個表面上具有均勻的電子發(fā)射。（2）提供充分的電流，以便在低電壓下獲得高亮度。（3）在微尖和柵極之間沒有短路。第二十七頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日

為了滿足以上要求，采用了下面兩項技術(shù)：（1）在導通的陰極和選通的微尖之間利用一個電阻層來控制電流，使每一選通的像素含有大量的微尖，可保證發(fā)射的均勻性。（2）高發(fā)射密度（104微尖／mm2）和小尺寸（直徑小于1.5μm），使得在100V激勵電壓下獲得lmA/mm2的電流密度，從而實現(xiàn)高亮度。第二十八頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日采用上述方法制造的一種15cmFED單色顯示器的性能如下：激勵面積（mm2）110×90行列數(shù)256×256光點尺寸（mm2）0.12微尖密度（/mm2）104陽極-陰極空間（μm）200陰極-柵極電壓（V）80陰極-陽極電壓（V）400輝度（cd/m2）150～300對比度>100︰1響應時間（μs）<2壽命（h）>5000平均功率耗散（屏）（W/cm2）1第二十九頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日2.FED工作原理

FED工作原理如圖所示，兩塊平板玻璃之間有200μm的間隙，底板上有一個排氣管可抽氣，顯示器件的陰極由交叉金屬電極網(wǎng)組成，一層金屬帶連接陰極，另一層正交的金屬帶連接柵極，兩層金屬帶之間由lμm厚的絕緣層分開，每一個像素由相交的金屬帶行列交叉點所選通，涂有熒光粉的屏對應于像素安放。每個像素有數(shù)千個微電子管，即使有一些發(fā)射尖錐失效也不會影響像素顯示，這一特點非常有利于提高成品率。如果在這些微尖錐發(fā)射陣列上加上矩陣選址電路，就構(gòu)成了FED。第三十頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日FED基本結(jié)構(gòu)和原理結(jié)構(gòu)：由陽極基板和陰極基板構(gòu)成，陽極基板為紅綠藍三色熒光粉粉條為了保證色純度，之間用黑矩陣隔開，陰極基板由可以行列尋址的發(fā)射陣列和柵極組成。兩基板之間有支撐以抵抗大氣壓力，基板之間用低熔點玻璃封接原理：在柵極和陰極之間有一個電壓差形成電場，使得微尖釋出電子，再經(jīng)過陽極和陰極之間的高壓電場加速電子使之轟擊熒光粉而發(fā)光。第三十一頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日7.2.2FED發(fā)展狀況FED本質(zhì)上是由許多微型CRT組成的平板顯示器，其具備下列優(yōu)點：（1）冷陰極發(fā)射。（2）低工作電壓。（3）自發(fā)光和高亮度。（4）寬視角和高速響應。（5）很寬的環(huán)境溫度變化范圍。第三十二頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日FED是20世紀80年代末問世的真空微電子學的產(chǎn)物，兼有有源矩陣液晶顯示器（AM-LCD）和傳統(tǒng)CRT的主要優(yōu)點，顯示出強大的市場潛力。其工作方式與CRT類似，但厚度僅為幾毫米，亮度、灰度、色彩、分辨率和響應速度可與CRT相媲美；且工作電壓低、功耗小、無X射線輻射，成為CRT的理想替代品。另外，F(xiàn)ED不需背光、視角大、工作溫度范圍寬等優(yōu)點也對目前平板顯示器的主流產(chǎn)品AM-LCD提出了嚴峻的挑戰(zhàn)。

FED已經(jīng)被認為是未來起重要作用的一種平板顯示器件和技術(shù)，甚至有可能在辦公設備和家用顯示器件方面取代CRT顯示器，當然，從商品化角度考慮，F(xiàn)ED還需要一定的時間對工藝和制造技術(shù)進一步完善。

第三十三頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日FED的用途儀器儀表的監(jiān)視器手提式計算機顯示屏壁掛電視攝像機的取景器電子照相機的顯示屏等娛樂用途炮瞄定位顯示等軍事用途汽車工業(yè)及航空工作中的導向系統(tǒng)監(jiān)視器等FED的研究概況及發(fā)展前景第三十四頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日1999年P(guān)ixTech公司制造的12英寸FED用于美軍裝備第三十五頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日第三十六頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日第三十七頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日臺灣工業(yè)研究院電子研究所研制的碳納米管產(chǎn)發(fā)射顯示器第三十八頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日韓國三星公司9英寸印刷型CNTFED（1999）第三十九頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日韓國三星公司32英寸印刷型CNTFED（2002）法國LETI和美國Motorola公司6英寸QVGACNTFED（2004）第四十頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日FED目前面臨的問題壽命不長，這是一個關(guān)鍵因素由于玻殼和工藝問題,FED難于實現(xiàn)大屏幕化陰極大面積發(fā)射的一致性不好陰極發(fā)射的穩(wěn)定性需要繼續(xù)研究結(jié)構(gòu)復雜，支撐結(jié)構(gòu)布局困難，真空封接還不完善第四十一頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日7.3電致發(fā)光顯示技術(shù)（ELD）第四十二頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日發(fā)展歷程1最早的發(fā)現(xiàn)——1963年，法國的Destriau

（德斯特里奧）發(fā)現(xiàn)，將ZnS熒光粉末浸入油性溶液中，使其封于兩塊電極之間，施加交流電壓就會產(chǎn)生發(fā)光現(xiàn)象，這就是EL。第一代ELD——1950年，發(fā)明了以SnO2為主要成分的透明導電膜，Sylvania公司利用這種電極，成功開發(fā)了分散型EL元件，作為平面型發(fā)光源.第四十三頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日發(fā)展歷程2第二代ELD——Vecth等人發(fā)表了一篇文章，闡明分散型EL元件熒光體表面通過Cu的處理可以實現(xiàn)直流驅(qū)動；Kahng等人發(fā)表了另一篇文章，闡明在薄膜型EL中導入作為發(fā)光中心的稀土氟化物，可實現(xiàn)高輝度。成為研究課題之一——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用于電視面顯示的可能性。第四十四頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日發(fā)展歷程3批量生產(chǎn)——1983年，日本開始了薄膜ELD的批量生產(chǎn)。目前橙紅色的ELD可由Sharp等公司供應。引起廣泛注意——近年來，對ELD的研究更集中于全彩色顯示和更大容量的顯示方面。實現(xiàn)全彩色顯示，高質(zhì)量的紅、綠、藍三基色熒光體必不可少。最近，采用由發(fā)光層及電子輸送層，空穴輸送層構(gòu)成有機薄膜型電致發(fā)光（OLED）器件研制成功，它成功在低電壓下獲得高輝度發(fā)光，并有可能實現(xiàn)藍色發(fā)光。第四十五頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日ELD的分類按結(jié)構(gòu)上又可分：按發(fā)光層材料分：從驅(qū)動方式上：無機電致發(fā)光有機電致發(fā)光薄膜型分散型交流驅(qū)動型EL直流驅(qū)動型EL第四十六頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日第四十七頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日無機和有機電致發(fā)光組合出的3種EL顯示器件有薄膜型交流EL分散型交流EL薄膜型交流驅(qū)動EL實用性達到實用化達到實用化未達到實用化特性高輝度高可靠性價格低易實現(xiàn)多彩色性能可靠壽命長用作發(fā)橙黃色光的平板顯示器平面光源，如液晶顯示器的背光源平板顯示領(lǐng)域

母體材料硫化鋅為主體硫化鋅為主體聚對苯撐乙烯第四十八頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日電致發(fā)光顯示器與其它電子顯示器件相比突出的特點:（1）圖像顯示質(zhì)量高。自發(fā)光型，具有顯示精度高，精細柔和，對眼睛的刺激小等優(yōu)點。特別由于是自發(fā)光型，視角大，對于顯示精細度要求高的漢字顯示十分有利。

（2）受溫度變化的影響小。EL的發(fā)光閾值決定于隧道效應，因此對溫度變化不敏感。這在溫度變化劇烈的車輛等中的應用有明顯優(yōu)勢。（3）EL是目前所知唯一的全固體顯示元件，耐振動沖擊的特性極好，適合坦克、裝甲車等軍事應用。（4）具有小功耗、薄型、質(zhì)量輕等特征。一般厚≤25mm,重約500g。（5）快速顯示響應時間小于1ms（6）低電磁泄漏（ElectroMagneticInterference，EMI）。第四十九頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日

起源于Sylvania公司，是第一代EL代表結(jié)構(gòu)形式，目前廣泛用于液晶顯示的背景光源。7.3.2ELD的基本結(jié)構(gòu)及工作原理

熒光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。黏接劑中采用介電常數(shù)較高的有機物，如氰乙基纖維素等。發(fā)光層與背電極間設有介電體層以防止絕緣層被破壞，背電極用Al膜做成。分散型交流EL元件的基本結(jié)構(gòu)

基板為玻璃或柔性塑料板。透明電極采用ITO膜，發(fā)光層由熒光體粉末分散在有機黏接劑中做成。第五十頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日機理：在ZnS顆粒內(nèi)沿線缺陷會有Cu析出，形成電導率較大的CuxS，CuxS與ZnS形成異質(zhì)結(jié)。由此可以認為其形成電導率極高的P型或金屬電導態(tài)。圖(b)表示這種狀態(tài)的能帶圖。當施加電壓時，在上述CuxS/ZnS界面上會產(chǎn)生高于平均場強的電場強度。在這種高場強的作用下，位于界面能級的電子會通過隧道效應向ZnS內(nèi)注入，與發(fā)光中心捕獲的孔穴發(fā)生復合，產(chǎn)生發(fā)光。當發(fā)光中心為Mn時，如上所述發(fā)生的電子與這些發(fā)光中心碰撞使其激發(fā)，引起EL發(fā)光。

發(fā)光機制可用右圖的Fischer模型來解釋。因為ZnS熒光體粒徑為5～30μm，通常在一個ZnS顆粒中會存在點缺陷及線缺陷。電場在ZnS內(nèi)非均勻分布，所以發(fā)光狀態(tài)也不相同。當觀察一個ZnS顆粒時，如圖（a）所示，發(fā)光先從若干孤立點開始，隨著電場增加，兩點的發(fā)光逐漸延伸，相互靠近，匯成彗星狀的發(fā)光。第五十一頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日分散型交流電致發(fā)光

發(fā)光色通過活化劑和共活化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(510nm)的發(fā)光。這種發(fā)光是由于以Cu為受主，Cl為施主的I)D-A對之間的復合遷移而產(chǎn)生的。此外，由ZnS：Cu，Al系可得到綠色，由ZnS：Cu，Cl，Mn系可得到黃色發(fā)光等。第五十二頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日圖7.5分散型交流EL元件輝度-電壓（L-V）和發(fā)光效率-電壓（η-V）特性由此圖可以看出：在工作電壓為300V、頻率為400Hz時，可獲得約100cd/m2的輝度。輝度與頻率有關(guān)，在低于100kHz的范圍內(nèi)，輝度與頻率成正比變化。發(fā)光效率隨電壓的增加，先是增加后是減小，其最大值一般可以從輝度出現(xiàn)飽和趨勢的電壓區(qū)域得到。發(fā)光效率正在不斷地得到改善，目前可以達到1～5lm/W。第五十三頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日

上述分散型交流EL元件的最大問題是穩(wěn)定性差(壽命短)。當然，穩(wěn)定性與使用環(huán)境和驅(qū)動條件相關(guān)。對于環(huán)境來說，此元件的耐濕度性很弱，需要鈍化保護。對于驅(qū)動條件來說，當電壓一定時，隨工作時間加長，其發(fā)光亮度下降，尤其是驅(qū)動周波數(shù)高時，在高輝度下工作會更快地劣化。

可定義亮度降到初期值一半的時間為壽命，又稱為半衰期第一代EL的開發(fā)初期，其壽命最長為100h。最近，隨著熒光體粉末材料處理條件的改善，為防濕，采用了樹脂模注入以及改良驅(qū)動條件等措施，在驅(qū)動參數(shù)為200V，400Hz條件下，其壽命已能達到2500h。第五十四頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日2.分散型直流電致發(fā)光結(jié)構(gòu)原理

分散型直流EL元件的基本結(jié)構(gòu)如7.6所示。在玻璃基板上形成透明電極，將ZnS︰Cu、Mn熒光體粉末與少量黏接劑的混合物均勻涂布于上，厚度為30～50μm。由于是直流驅(qū)動，應選擇具有導電性的熒光體層，為此選用粒徑為0.5～1μm的較細的熒光粉末。將ZnS熒光體浸在Cu2SO4溶液中進行熱處理，使其表面產(chǎn)生具有導電性的CuxS層，這種工藝叫做包銅處理。最后再蒸鍍Al，形成背電極，從而得到EL元件。圖7.6分散型直流EL元件的基本結(jié)構(gòu)第五十五頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日分散型直流EL元件制成之后，先不使其馬上發(fā)光，而是在透明電極一側(cè)接電源正極，Al背面電極一側(cè)接負極，在一定的電壓作用下，經(jīng)長時間放置后，再讓其正式發(fā)光。在這一定形化(forming)處理過程中，Cu2+離子會從透明電極附近的熒光體粒子向Al電極一側(cè)遷移。結(jié)果，如圖(a)所示，在透明電極一側(cè)會出現(xiàn)沒有CuxS包覆的、電阻率高的ZnS層(脫銅層)。這樣，外加電壓的大部分會作用在脫銅層上，在該層中形成106V／cm的強電場。如圖(b)所示，在此強電場作用下，會使電子注入到ZnS層中，經(jīng)加速，成為發(fā)光中心。例如，直接碰撞Mn2+會引起其激發(fā)，引發(fā)EL發(fā)光。關(guān)于發(fā)光色，在ZnS：Mn，Cu系中，由錳離子可獲得橙黃色光。SrS：Ce，Cl系發(fā)藍光，CaS：Ce，Cl系發(fā)綠光，CaS：Eu，Cl系發(fā)紅光。但發(fā)光效率都不高。

圖分散型直流EL的發(fā)光機制 第五十六頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日圖7.7分散型直流EL元件輝度-電壓（L-V）和發(fā)光效率-電壓（η-V）特性

在100V左右的電壓下可獲得大500cd/m2的輝度。即使采用占空比為l%左右的脈沖波形來驅(qū)動，也能得到與交流驅(qū)動相同程度的輝度。此時元件發(fā)光效率一般在0.5～1lm/W的范圍內(nèi)，且經(jīng)嚴格防濕處理后可延長其壽命。直流驅(qū)動的壽命大約為1000h，脈沖驅(qū)動可達5000h。第五十七頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日3.薄膜型交流電致發(fā)光

薄膜型交流EL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)形式，其基本結(jié)構(gòu)如圖7.8所示。在玻璃基板上依次沉積透明電極、第一絕緣層、發(fā)光層、第二絕緣層、背電極（A1）等。發(fā)光層厚為0.5～lμm，絕緣層厚0.3～0.5μm，全膜厚只有2μm左右。在EL元件電極間施加200V左右的電壓，即可使EL發(fā)光。第五十八頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日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)。此后，人們又對這種形式的EL元件進行了廣泛的研究開發(fā)。目前已將其投入商品市場。其基本結(jié)構(gòu)如圖所示，在玻璃基板上依次積層透明電極(ITO)、第一絕緣層、發(fā)光層、第二絕緣層、背面電極(A1)等。發(fā)光層厚0.5～1m，絕緣層厚0.3～0.5m。全膜厚只有2m左右，是非常薄的。在EL元件電極間施加200V左右的電壓，可獲得EL發(fā)光。由于發(fā)光層夾在兩絕緣層之間，可防止元件的絕緣被破壞，故在發(fā)光層中可以形成穩(wěn)定的106V／cm以上的強電場。而且，由于致密的絕緣膜保護，可防止雜質(zhì)及濕氣對發(fā)光層的損害。圖7.8二層絕緣膜結(jié)構(gòu)薄膜型交流EL元件第五十九頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日薄膜型交流電致發(fā)光ZnS：Mn系的發(fā)光機制，可按圖示的碰撞激發(fā)來解釋。即，當施加的電壓大于閾值電壓Vth時，由于隧道效應，從絕緣層與發(fā)光層間的界面能級飛出的電子，被106V／cm的強電場加速，使其熱電子化，并碰撞激發(fā)Mn等發(fā)光中心。被激發(fā)的內(nèi)殼層電子從激發(fā)能級向原始能級返回時，產(chǎn)生EL發(fā)光。激發(fā)發(fā)光中心的熱電子，在發(fā)光層與絕緣層的界面停止移動，產(chǎn)生極化作用。這種極化電場與外加電場相重疊，在交流驅(qū)動施加反極性脈沖電壓時，會使發(fā)光層中的電場強度增強。第六十頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日圖7.9ZnS︰Mn薄膜型交流EL元件輝度-電壓（L-V）和發(fā)光效率-電壓（η-V）特性

輝度在Vth處急速上升，此后出現(xiàn)飽和傾向，發(fā)光效率在輝度急速上升的電壓范圍內(nèi)達到最大值。EL發(fā)光的上升沿約數(shù)微秒，下降沿約數(shù)毫秒量級，輝度在千赫茲范圍內(nèi)與電壓頻率成正比增加。第六十一頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日薄膜型交流電致發(fā)光

關(guān)于兩層絕緣膜結(jié)構(gòu)的ZnS：Mn的穩(wěn)定性，制成之后在開始工作的一段時間內(nèi)，輝度-電壓特性會發(fā)生變化，此后便會漸漸達到穩(wěn)定狀態(tài)。這并非性能的劣化，而是制作過程中導入的各種變形、不穩(wěn)定因素及電荷分布的不均勻性等逐漸趨向穩(wěn)定的過程，該過程又稱作老化。老化充分的元件，其性能極為穩(wěn)定，工作20000h以上，未發(fā)現(xiàn)輝度明顯降低。第六十二頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日

元件的結(jié)構(gòu)很簡單，在薄膜發(fā)光層的兩側(cè)直接形成電極即可。迄今為止，已試做過各種各樣的元件，但由于其穩(wěn)定性不能解決，所以至今未達到實用化，元件的發(fā)光機制為碰撞激發(fā)型，需要105~106V/cm的強電場來驅(qū)動。由于沒有絕緣膜保護，很難保證不發(fā)生絕緣破壞，因此難以穩(wěn)定地維持電場。從而需要導入限制電流層。最近，通過將MnO2粉末電阻體夾在發(fā)光層與背面電極之間，制成了穩(wěn)定的ZnS：Mn系EL元件，這稱為直流薄膜-粉末混成型EL元件，其發(fā)光效率可達0.8lm／W，壽命可達20000h以上。4.薄膜型直流電致發(fā)光第六十三頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日5、有機薄膜電致發(fā)光

以上討論的EL元件的發(fā)光層等都是由無機材料做成的，最近已經(jīng)制成以有機薄膜為發(fā)光層及空穴輸送層的注入型薄膜EL元件。下圖表示這種元件的結(jié)構(gòu)及所使用材料的分子結(jié)構(gòu)。發(fā)光層由鋁喹啉絡合物(Alq3)形成，空穴輸送層由二胺系化合物真空蒸鍍形成，將二者夾在ITO電極與MgAg電極之間便構(gòu)成EL元件。發(fā)光色為綠色。若施加10V左右的直流脈沖電壓，其輝度可達1000cd/m2以上，發(fā)光效率可達1.5lm/w。圖7.10OEL元件的結(jié)構(gòu)第六十四頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日

此后，又發(fā)現(xiàn)了發(fā)光層與電子輸送層相分離從而具有三層結(jié)構(gòu)的有機薄膜EL元件。電子輸送層采用而萘嵌苯，空穴輸送采用二胺系化合物，從而提高了載流子的輸送功能以及從電極向載流子的注入效應，這種元件的有機材料的熒光本身即是其發(fā)光色。因此可通過材料化學結(jié)構(gòu)的變化很方便地選擇發(fā)光色，如圖所示，從而獲得從藍色到紅色的EL發(fā)光。有機薄膜電致發(fā)光第六十五頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日

有機薄膜發(fā)光層及空穴輸送層的注入型薄膜EL元件，稱為OLED。目前有機EL的研究重點是：研制高穩(wěn)定性的R、G、B3基色和白色器件已向?qū)嵱没~進，并在此基礎上研究用于動態(tài)顯示的矩陣屏及實現(xiàn)高質(zhì)量動態(tài)顯示的驅(qū)動電路。第六十六頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日

表7.1有機EL和無機EL比較OLED能提供真正像紙一樣薄的顯示器，它又?。偤穸炔坏?μm）又輕，具有低功耗（驅(qū)動電壓5～10V），廣視角，響應速度快（亞微秒級），工作穩(wěn)定范圍寬，成本低，易實現(xiàn)全彩色大面積顯示等一系列優(yōu)點。第六十七頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日有機EL比無機EL易于彩色化，主要是有機EL比較容易解決藍色發(fā)光問題，從而更容易實現(xiàn)全彩色顯示。實現(xiàn)全彩色顯示的方式主要有以下幾種：（1）紅、綠、藍3色各點分別采用3色發(fā)光材料獨立發(fā)光。（2）將藍色顯示作為色變換層，使其一部分轉(zhuǎn)變?yōu)榧t色和綠色，從而形成紅、綠、藍3基色。（3）使用白色有機EL為背光，采用類似LCD所用的彩色濾光片來達到全彩色的效果。（4）使用特殊材料，在不同的驅(qū)動電壓下顯示不同的顏色。（5）激光共振方式。（6）將紅、綠、藍3色發(fā)光膜重疊起來構(gòu)成彩色像素。第六十八頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日1、有機ELD的優(yōu)點及發(fā)展概況有機薄膜電致發(fā)光(OEL)材料能提供真正的像紙一樣薄的顯示器，OEL顯示器又輕又薄，低功耗，廣視角，響應速度快(亞微秒)，易實現(xiàn)全彩色大面積顯示。OEL顯示器結(jié)構(gòu)簡單，總厚度不到1m，特別是可采用與集成電路相匹配的直流低電壓驅(qū)動，只要在兩個電極之間加上5～10V的電壓就可以產(chǎn)生電場效應而發(fā)光。OEL器件與無機EL器件相比，還具有多色彩性，易處理，可加工成不同的形狀，機械性能良好及成本低廉等優(yōu)點。7.3.3有機電致發(fā)光顯示器第六十九頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日目前OEL已成為國際上的一個研究熱點。順便指出，OELD是一種低場電致發(fā)光器件，器件中具有P-N結(jié)結(jié)構(gòu)，其工作模式與無機LED相似，屬于電流器件，為注入型EL，故國外最近改稱其為OLED。本書仍按OEL討論。有機OELD與無機ELD都具有視角大、響應速度快等優(yōu)點，當二者用于大信息量的彩色顯示時，各有優(yōu)缺點，表4-3是二者的比較。第七十頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日有機OELD和無機ELD的比較第七十一頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日由表可以看出：有機電致發(fā)光顯示器件采用的是低溫沉積工藝，從理論上講，可以降低成本；對無機交流ELD而言，驅(qū)動電路需要很高的電壓，而電致發(fā)光本身需要的卻是低電流，這是其主要缺點。而OELD使用的是恒流驅(qū)動，因此電極中電阻損失較?。粺o機電致發(fā)光和有機電致發(fā)光都需要用廣譜發(fā)光材料，無機電致發(fā)光需要用濾色器，有機電致發(fā)光需要用變色介質(zhì)層(CCM)，這樣才能保證良好的色純度；OELD的半衰期壽命長達10000h，為避免其在高信息容量顯示中產(chǎn)生潛像，對穩(wěn)定性的要求相當嚴格。

第七十二頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日

有機EL的起源可以追溯至1963年，Pope等人以蒽單晶外加直流電壓而使其發(fā)光，但因當時驅(qū)動電壓高(100V)且發(fā)光亮度和效率都比較低，并沒有引起太多的重視。直到1987年，美國Kodak公司的Tang等人以8-羥基喹啉鋁為發(fā)光材料，把載流子傳輸層引入有機EL器件，并采用超薄膜技術(shù)和低功函數(shù)堿金屬作注入電極，得到直流驅(qū)動電壓低(<10V)、發(fā)光亮度高(>1000cd/m2)和效率高(1.5lm/W)的器件以后，才重新引起了人們對有機EL的極大興趣。

1990年，英國Burroughes等人以聚對苯撐乙烯(PPV)為發(fā)光層材料，制成了聚合物EL器件，將有機EL的研究開發(fā)推廣到大分子聚合物領(lǐng)域。在過去十幾年里，有機EL作為一種新的顯示技術(shù)已得到長足的發(fā)展。日本先鋒公司于1997年已將用于汽車的低信息容量的有機ELD投放市場。

第七十三頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日

最近幾年，進入這個領(lǐng)域的學術(shù)界及工業(yè)界研究小組日益增多。努力開發(fā)和研究物理性能優(yōu)良的有機材料，探索新的制膜工藝，改進器件結(jié)構(gòu)，發(fā)展有機EL顯示技術(shù)，研究相關(guān)的發(fā)光機理等將是這一研究工作的主要目標。

實驗室的有機發(fā)光材料的研究成果令人振奮，例如小分子有機發(fā)光二極管的紅、綠、藍三種顏色的發(fā)光亮度已經(jīng)達到31lm/W，英國SouthBank大學的ELAM-T公司甚至宣稱他們研制的稀土有機發(fā)光材料的效率已經(jīng)超過70lm/W。

目前有機EL的研究重點是，研制高穩(wěn)定性的RGB三色和白色器件以向?qū)嵱没斑M，并在此基礎上，研究用于動態(tài)顯示的矩陣屏及實現(xiàn)高質(zhì)量動態(tài)顯示的驅(qū)動電路。

第七十四頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日2、有機ELD的結(jié)構(gòu)及工作原理

高效有機ELD器件通常有一個基本的兩層結(jié)構(gòu)，如圖

(a)所示。空穴傳輸層與電子傳輸層之間能級不匹配，在其界面處產(chǎn)生勢壘。空穴和電子集中在界面處，并在此處復合的幾率最大。如果在空穴傳輸層和電子傳輸層之間的界面處引入起熒光中心作用的物質(zhì)，可以對發(fā)光中心進行有序的優(yōu)化，如此，可在電子傳輸層和空穴傳輸層之間形成一層很薄的發(fā)光層，見圖

(b)。這種結(jié)構(gòu)在調(diào)整電致發(fā)光的顏色方面特別有效。第七十五頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日

有機ELD器件的典型結(jié)構(gòu)如圖

(c)所示，在透明電極(ITO膜，陽極)上，由有機空穴傳輸層HTL、有機發(fā)光層EMI、有機電子傳輸層ETL及金屬背電極(陰極)等組成。當在器件的兩端加上正向直流電壓時(ITO為正，背電極接負)，即可發(fā)光。通過選擇不同的發(fā)光材料或摻雜的方法，就可以得到不同顏色的光。第七十六頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日第七十七頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日

有機薄膜EL器件的發(fā)光過程由以下四個步驟完成：載流子的注入：電子和空穴分別從陰極和陽極注入夾在電極間的有機功能薄膜層；載流子的遷移：載流子分別從電子傳輸層和空穴傳輸層向發(fā)光層遷移；激子的形成和擴散：電子和空穴在發(fā)光層中相遇、形成激子，激子復合并將能量傳遞給發(fā)光材料，使其從基態(tài)能級躍遷為激發(fā)態(tài)；發(fā)光：激發(fā)態(tài)能量通過輻射弛豫過程而產(chǎn)生光子，釋放出光能。

第七十八頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日GlassorPETsubstrateITOETLHTL+_+_++++++_______+CathodeAnode電子傳輸層陰極陽極空穴傳輸層第七十九頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日有機薄膜EL器件的驅(qū)動方式：1、直流驅(qū)動：在正向直流驅(qū)動時，空穴和電子的傳輸方向是固定不變的，其中未參與復合的多余空穴(或電子)，或者積累在HTL／EML(或EML／ETL)界面，或者越過勢壘流人電極。2、交流驅(qū)動：在交流驅(qū)動時，正半周的發(fā)光機制與正向直流驅(qū)動完全一樣，但是交流驅(qū)動的負半周卻起著十分重要的作用。即在正半周電壓過后，HTL／EML(或EML／ETL)界面處積累了未復合的多余空穴(或電子)。第八十頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日當負半周電壓來到時，這些多余的空穴和電子改變運動方向，朝著相反的方向運動，相對地消耗了這些多余的電子和空穴，從而削弱了由正半周的多余載流子在器件內(nèi)部形成的內(nèi)建電場。另外，負半周的反向偏壓處理可以“燒斷”某些局部導通的微觀小通道“細絲”，這種細絲實際上是由某種“針孔”引起的。針孔的消除對于延長器件的使用壽命是相當重要的。由此可見，交流驅(qū)動更適合于有機EL器件的發(fā)光機制。第八十一頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日4、RGB多色有機ELD

有機EL與無機EL相比，比較容易解決藍色發(fā)光問題，從而更容易實現(xiàn)全彩色顯示。實現(xiàn)全彩色顯示的方式主要有三種：RGB三色各點分別采用三色發(fā)光材料獨立發(fā)光；將藍色顯示作為色變換層，使其一部分轉(zhuǎn)變成紅色和綠色，從而形成RGB三色；使用白色有機EL為背光，采用類似LCD所用的彩色濾光片，來達到全彩色的效果。第八十二頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日第八十三頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日一般情況下，RGB多色有機電致發(fā)光顯示含有紅、綠、藍三種次級像素。其制作工藝過程如下：首先，在玻璃基板上印刷有機熒光介質(zhì)層，形成紅、綠兩種次級像素，為改善藍色次級像素的純度，在藍色像素前加一藍色濾光器。然后在基板上制作保護層，再在保護層上制作用作陽極的ITO膜，最后再進行光刻。按上述步驟，在ITO膜上制作藍色電致發(fā)光器件。Mg：Ag陰極由掩模工藝制作。第八十四頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日5、有機ELD器件的新進展

先鋒公司的研究人員在8-羥基喹啉鋁溶液中摻入喹吖啶，得到了最大光效高達12lm/W的綠色電致發(fā)光。以此制成的電致發(fā)光顯示器件初始亮度為300cd/m2,半衰期壽命達10000h。在此基礎上，先鋒公司成功地制造了顯示面積為9.5cm×2.1cm、無源尋址256×65的點陣顯示屏，該屏的功耗(不包括驅(qū)動電路的功耗)為0.5W,亮度為100cd/m2。為提高對比度，使用了濾光器，顯示屏的光效為1.3lm/W。目前先鋒公司已有256×65單色產(chǎn)品在市場銷售，并展示了320×240彩色樣機。

IdemitsuKosan公司用DPVBi作為發(fā)藍光的有機電致發(fā)光材料，其光效高達2lm/W，利用變色介質(zhì)產(chǎn)生紅、黃、藍三基色，并制成25.4cm640×480彩色的樣機。第八十五頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日1990年以來，人們一直研究一種新的共軛聚合物PPV有機電致發(fā)光材料。這種電致發(fā)光材料原理簡單，沉積成本低，實用性強。即使采用簡單的涂敷工藝也能生產(chǎn)出性能良好的器件。簡單的真空熱處理或紫外處理都能生產(chǎn)共軛聚合物。通過對PPV材料的化學組成進行調(diào)整，就可以調(diào)整發(fā)光顏色。最近的研究表明，PPV電致發(fā)光的量子效率為3％。但有關(guān)PPV電致發(fā)光穩(wěn)定性數(shù)據(jù)卻很少。在多層結(jié)構(gòu)的基礎上，有機ELD器件已取得長足進展。雖然有機ELD器件要實現(xiàn)全色顯示還須克服許多困難，但作為一種新型的全固態(tài)主動發(fā)光型顯示器，還具有驅(qū)動電壓低、發(fā)光效率高、亮度高、壽命長、制作工藝簡單等優(yōu)點，因此，有機ELD器件具有廣闊的應用前景。第八十六頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日

下面主要針對已達制品化的二層絕緣膜結(jié)構(gòu)的薄膜交流EL元件的驅(qū)動方法加以介紹。作為線順次驅(qū)動法，有幀更新(fieldrefresh)驅(qū)動法、對稱驅(qū)動法。今后，隨著ELD的大容量化、高精細化，人們將寄希望于有源矩陣驅(qū)動法。1、幀更新驅(qū)動法幀更新驅(qū)動法如圖所示，是將一個畫面(1個半幀或1幀)的線順次寫入進行驅(qū)動，在每次驅(qū)動終了時，輸入幀更新脈沖，該脈沖的極性與整個顯示板中寫入脈沖的極性相反。這種驅(qū)動方式有效地利用了前面談到的極化效應。即因?qū)懭朊}沖而選擇發(fā)光的像素，在發(fā)光層內(nèi)產(chǎn)生極化，并且此極化一直保持。而非選擇發(fā)光的像素不會產(chǎn)生這種極化作用。當施加與整個顯示板中的脈沖電壓相同的幀更新脈沖時，由于極化電場的疊加，僅被選擇像素發(fā)光。7.3.4ELD的各種驅(qū)動方式第八十七頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日優(yōu)點：這種方法的優(yōu)點是，每一幀中可以兩次發(fā)光，而且，盡管是交流型元件，用單極性的線順次寫入即能驅(qū)動，反極性的幀更新脈沖在EL元件中一次施加即可，因此驅(qū)動電路比較簡單。缺點：缺點是，相對于更新脈沖，寫入脈沖的位相與每個掃描電極不同，而且，驅(qū)動為正、負振幅非對稱的交流方式。正因為如此，隨使用時間增長，輝度變化很大，在畫面消除時，殘像時間變長，圖像顯示質(zhì)量變差，因此，有必要施加對稱交流驅(qū)動波形，并提出下述對稱驅(qū)動方案。第八十八頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日2、對稱驅(qū)動法

對稱驅(qū)動法如圖4-25所示，使每幀中寫入的脈沖反轉(zhuǎn)，無論對哪個像素，正，負寫入脈沖波形的位相關(guān)系相同，振幅相等。這是理想的驅(qū)動方式。一個交流循環(huán)由兩個半幀構(gòu)成，每個半幀發(fā)光一次。由于是對稱驅(qū)動，能夠比幀更新法施加更高的電壓，因此可以在輝度飽和區(qū)域中使用。并且可得到顯示板的輝度分布一致的顯示結(jié)果，隨使用時間的加長其變化也很小。而且正、負極性寫入時可以進行變頻驅(qū)動，以獲得良好的對比度。但在這種驅(qū)動方法中，作為掃描側(cè)的驅(qū)動IC，需要耐高壓(約250V)的兩極性(N-MOSFET及P-MOSFET)等。第八十九頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日3、灰度調(diào)節(jié)顯示驅(qū)動法

考慮到ELD要應用于微機等領(lǐng)域，就要求其必須能進行灰度調(diào)節(jié)。實現(xiàn)灰度調(diào)節(jié)顯示有兩種方法：

1、通過調(diào)節(jié)周波數(shù)，來調(diào)節(jié)顯示一個像素的時間間隔變化來達到調(diào)節(jié)灰度的目的。但由于這種方法是利用單位時間內(nèi)發(fā)光次數(shù)變化來調(diào)節(jié)，發(fā)光次數(shù)減少太多會發(fā)生閃動現(xiàn)象，因此灰度調(diào)節(jié)的階數(shù)受到限制。

2、依據(jù)EL元件的輝度-電壓特性，調(diào)節(jié)脈沖寬度或脈沖幅度來達到調(diào)節(jié)灰度的目的。其中，在不降低顯示質(zhì)量的同時，能進行多灰度調(diào)節(jié)的方式當數(shù)脈沖幅度調(diào)節(jié)法，但是這需要專門的IC。最近人們又提出采用鋸齒波的脈沖寬度調(diào)節(jié)法，并使16階灰度的640×400，640×480像素的ELD達到實用化。第九十頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日4、有源矩陣驅(qū)動法這種驅(qū)動方式不受掃描電極數(shù)的限制，可以對各像素進行選擇性調(diào)節(jié)。采用這種方法，可以對低輝度的紅色和藍色像素獨立進行高周波驅(qū)動。有源矩陣驅(qū)動方式使全色EL器件的實用化邁出了關(guān)鍵的一步。像LCD一樣，ELD也可以采用有源矩陣式驅(qū)動，如在每個像素位置設置非晶硅薄膜三極管(thinfilmtransistor，TFT)等驅(qū)動元件進行驅(qū)動。如圖4-27所示，每個像素位置設置兩個TFT(T1用于選址，T2用于EL驅(qū)動)和電容(Cs用于數(shù)據(jù)存儲，Cdv用于EL驅(qū)動)。由于ELD具有存儲效應，可進行100％負載驅(qū)動。第九十一頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日1、ELD的用途及應用展望1）數(shù)字及符號顯示據(jù)Lohja(荷)公司報道，ZnS:Mn薄膜型交流ELD產(chǎn)品已正式用于空港航班顯示板。圖即為赫爾辛基空港內(nèi)設置的ELD航班顯示板。每個數(shù)字或符號由8×11點構(gòu)成，尺寸為40mm×35mm，亮度為115cd／m2

，在50001x照度的周圍光之下，其對比度為10:1。整個顯示板的尺寸為3m×2.2m，厚度為20cm。每一行由45個符號組成，共16行。7.3.5ELD的用途及應用展望第九十二頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日2）圖形顯示

由ZnS：Mn制作的雙層絕緣膜結(jié)構(gòu)的橙黃色發(fā)光薄膜交流ELD顯示器，應用范圍不斷擴大，正從原來的FA領(lǐng)域向OA相關(guān)聯(lián)的領(lǐng)域擴展，并逐步推廣到筆記本電腦、微處理器等領(lǐng)域。

第九十三頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日目前市售的大型薄膜EL顯示器的特性如表所示，從表可以看出，EL顯示器的視角都在120°以上，非常寬；工作溫度在0～50℃，也相當寬。第九十四頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日3）彩色顯示

以ZnS，CaS，SrS等作為發(fā)光層母體，可獲得不同顏色的發(fā)光。據(jù)此，人們采用下述四種方式，研究開發(fā)多色薄膜EL顯示器。①

EL積層型，將多色發(fā)光層簡單地積層；②EL平面布置型，利用光刻工藝將三原色發(fā)光層在平面上布置；③白色EL與彩色濾光器積層型，使發(fā)光波長廣布于可見光范圍內(nèi)的白色發(fā)光層與彩色濾光器相積層；④二層基板型，是上述積層型與平面布置型相組合的方法。從將來彩色化的角度看，哪種方式最好，尚難以斷言。但目前看來，EL平面布置型在制作、結(jié)構(gòu)、驅(qū)動電路構(gòu)成等方面最容易實現(xiàn)，只是需要開發(fā)高輝度藍色發(fā)光的熒光體。從最近的動向看，對白色發(fā)光EL與彩色濾光器積層型的研制更多些。下面，在給出原型實例的同時，簡單地介紹各種方式的現(xiàn)狀。第九十五頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日EL積層型

EL積層型，可通過不同發(fā)光色的EL元件的積層，實現(xiàn)多色發(fā)光。與平面布置型相比較，EL積層型的特點是，不影響顯示的精細度，不需要對EL發(fā)光層進行特殊加工；缺點是，由于多層EL積層，薄膜形成難度大，驅(qū)動電路復雜等。PlanerSystem公司在單片上積層綠色、紅色EL層，已試制出由320×240點構(gòu)成的三色顯示EL顯示器。EL平面布置型與積層型相比，EL平面布置型的優(yōu)點是制作工藝簡單，向外電路引出端子的方法及驅(qū)動電路的構(gòu)成基本上與單色EL顯示器相同，不必采取特殊措施；缺點是顯示精度低，需要對發(fā)光層進行加工。第九十六頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日白色EL與彩色濾光器積層型

下圖是由這種方式制作的全色ELD的實例。在2塊重疊布置的玻璃基板內(nèi)側(cè)，分別設置發(fā)光層。在里側(cè)基板上形成藍綠色的SrS：Ce發(fā)光層，利用彩色濾光器將藍色和綠色分開。外側(cè)玻璃基板上形成紅色發(fā)光的CaS：Eu層。利用上述結(jié)構(gòu)可獲得與CRT接近的發(fā)光色。但是，考慮到透射彩色濾光器的衰減效應，需要10倍以上的發(fā)光輝度。

是將具有與三原色譜線相當?shù)陌咨l(fā)光EL與彩色濾光器相組合，以進行多色顯示，目前多采用SrS，CaS發(fā)光層作為白色EL。這種方式的優(yōu)點是制作工藝簡單，但為了減少視差，需要EL發(fā)光層與濾光器一體化，而且與彩色液晶顯示元件存在差別等。第九十七頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日二層基板型據(jù)PlanerSystem公司報道，他們采用高輝度藍色發(fā)光CaGa2S4c：Ce，已研制成二層基板型全色EL平板顯示器。其斷面結(jié)構(gòu)如圖所示。上層基板由平面布置的紅色(ZnS；Mn／濾光器)和綠色(ZnS：Tb)發(fā)光層構(gòu)成。為使由下部基板的發(fā)光能夠透射，上下電極都由ITO膜制作，下部ITO電極上設有金屬輔助電極。另一方面，下層基板采用CaGa2S4：Ce發(fā)光層構(gòu)成單色藍色發(fā)光EL元件。第九十八頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日4）LCD背照光源

上述全色EL顯示屏的色再現(xiàn)性已達到與彩色CRT相接近的水平。這種顯示屏具有640×480個像素，分辨率為VGA級，顯示色為16色，今后的發(fā)展方向是實現(xiàn)全色顯示。LCD背照光源作為LCD的背照光源，分散型交流EL的需求量正逐漸增加。從綠色發(fā)光的EL到最近白色發(fā)光的EL都有產(chǎn)品面市，并正向大型化方向發(fā)展。隨著元件特性的提高，驅(qū)動電路的改進，電源周波數(shù)的增加，正逐步克服其輝度較低的缺點。與熒光燈相比，EL背照光源功耗小、溫升低，但用于全色LCD還需進一步提高輝度。第九十九頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日2、ELD的課題與發(fā)展前景

與其他顯示器相比，電致發(fā)光顯示器(ELD)的研究開發(fā)起步很早，但未能捷足先登占領(lǐng)市場，至今僅有部分產(chǎn)品達到商品化，有些姍姍來遲。主要原因是其彩色化進展緩慢，還有價格問題等。關(guān)于彩色化，綠色和紅色發(fā)光已達到實用化水平，藍色發(fā)光達實用化尚需一段時間。關(guān)于價格，由于高耐壓驅(qū)動IC占總價的1／3，因此降低高耐壓驅(qū)動IC的價格是當務之急。當然，這方面已取得了相當大的進展。第一百頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日

高性能化的課題主要是提高效率、降低驅(qū)動電壓、擴大顯示容量。關(guān)于降低電壓，若能使目前200V的驅(qū)動電壓下降到30V左右，就可以采用CMOSIC驅(qū)動器進行驅(qū)動。有機ELD的驅(qū)動電壓可降低到10V，因此在這方面具有很大優(yōu)勢。為了降低驅(qū)動電壓、提高發(fā)光效率，需要進一步搞清楚發(fā)光機制。目前，由EL元件的光取出效率大致在5％~20％。為進一步提高效率，既需要提高內(nèi)部元件的發(fā)光效率，更需要提高光的取出效率。關(guān)于擴大顯示容量，如果驅(qū)動掃描線數(shù)達到500～1000條以上，則需要采用具有存儲效應的EL元件、有源矩陣驅(qū)動等技術(shù)。第一百零一頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日

以上概括了ELD技術(shù)的現(xiàn)狀。展望今后的發(fā)展，大致分下述三個發(fā)展階段：第一階段：ZnS：Mn(橙黃色)單色顯示器的商品化；第二階段：二色(紅色、綠色)、三色(紅色、綠色、藍色)、多色顯示器的商品化；第三階段：全色顯示器的商品化。目前正從第一階段向第二階段進展。單色ELD在國內(nèi)外的銷售情況，遠不如LCD好，主要原因是價格太高。因此降低價格是最優(yōu)先的課題。近年來OEL的研究取得突破性進展，并引起產(chǎn)業(yè)界的高度重視。由于OELD主動發(fā)光，發(fā)光效率高，色彩豐富，工作電壓低，特別是可采用與集成電路相匹配的直流低電壓驅(qū)動，是極具發(fā)展前途的顯示技術(shù)。估計OELD將首先在小尺寸的顯示領(lǐng)域獲得應用，例如家電顯示、手機屏、PDA等。然后再與TFT技術(shù)結(jié)合，應用到較大屏幕的顯示。預計OELD將會在許多應用領(lǐng)域擠占LCD的市場。目前，OELD在工作狀態(tài)和保存期的性能還不夠穩(wěn)定。隨著有機材料老化機理的研究取得突破性進展，OELD將成為一種重要的平板顯示器。第一百零二頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日7.4電泳顯示技術(shù)和鐵電陶瓷顯示技術(shù)

1.電泳顯示技術(shù)和電泳顯示器件電泳（electrophoretic）是指懸浮于液體中的電荷粒子在外電場作用下定向移動并附著在電極上的現(xiàn)象。1972年發(fā)現(xiàn)應用可逆的電泳現(xiàn)象可作被動顯示。電泳顯示（ElectroPhoreticDisplay，EPD）的工作原理是靠浸在透明或彩色液體之中的電離子移動，即通過翻轉(zhuǎn)或流動的微粒子來使像素變亮或變暗，并可以被制作在玻璃、金屬或塑料襯底上。第一百零三頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日電泳顯示器主要有:扭轉(zhuǎn)球型電泳顯示(TwistingBallDisplay,TBD)技術(shù)、微膠囊化電泳顯示(MicroencapsulatedElectrophoreticDisplay,MED)技術(shù)、微杯型(Microcup)電泳顯示技術(shù)，逆乳膠電泳顯示(ReverseEmulsionElectrophoreticDisplay,REED)技術(shù)等.第一百零四頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日電泳顯示的主要優(yōu)點如下:（1）在大視角和環(huán)境光強變化大時仍有較高的對比度。（2）具有較高的響應速度，且顯示電流低（約1μA/cm2）。（3）具有存儲能力，撤出外電壓后仍能使圖像保持幾個月以上。（4）工作壽命長，在電源被關(guān)閉之后，仍能在顯示器上將圖像保留幾天或幾個月。（5）采用控制技術(shù)可實現(xiàn)矩陣選址，可與集成電路配合。（6）價格低，工藝簡單。第一百零五頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日電泳顯示的基本原理在兩塊玻璃間夾一層厚約50μm的膠質(zhì)懸浮體，兩塊玻璃上都涂有透明導電層，膠質(zhì)懸浮體由懸浮液、懸浮色素微粒及穩(wěn)定劑或電荷控制劑組成。其中色素微粒由于吸附液體中雜質(zhì)離子而帶同號電荷，當加上外電場，微粒便移向一個電極，該電極就呈色素粒子顏色；一旦電場反向，微粒也反向移動，該電極又變成懸浮液的顏色。懸浮顏色相當于背景顏色，微粒顏色就是欲顯示的字符顏色，兩者之間應有較大的反差，將透明電極制成需要的電極形狀就可以顯示出較復雜的圖形。電泳顯示技術(shù)由于結(jié)合了普通紙張和電子顯示器的優(yōu)點，因而是最有可能實現(xiàn)電子紙張產(chǎn)業(yè)化的技術(shù)，成為極具發(fā)展?jié)摿Φ娜嵝噪娮语@示技術(shù)之一。第一百零六頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日

扭轉(zhuǎn)球型電泳顯示是在透明塑料的密封腔體中，充滿油性液體，液體中分敞著黑白雙色球微粒，白色半球反射光，黑色半球則吸收入射光。通過氧化錮錫電極和驅(qū)動電路控制加載電場，在脈沖電壓的作用下，由于偶極子的扭矩力，小球就在液體中發(fā)生轉(zhuǎn)動實現(xiàn)顯示，并通過驅(qū)動電壓調(diào)整球體的旋轉(zhuǎn)角度和排列的有序度，控制圖像灰度。通過改進制造設備和工藝，可以改變球的構(gòu)成，使得黑白兩色球微粒成為有色透明的多色球微粒。也可以制造全透明球微粒，并在半球體切面上植入一個半透明的濾色片。這樣，當濾色片處于與顯示屏平面垂直狀態(tài)時，球是看不到的，在濾色片與顯示屏平面平行時，就會出現(xiàn)濾色片顏色，就可能獲得彩色顯示。第一百零七頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日

微膠囊型電泳顯示是先將電泳粒子和絕緣懸浮液包封于微膠囊內(nèi)，再將微膠囊置于電極間。一個微膠囊內(nèi)分散有許多帶正電的白色粒子和帶負電的黑色粒子，正、負電微粒子都分布在微膠囊內(nèi)透明的液體也就是分散介質(zhì)當中.當從非顯示而加正電場時，微膠囊內(nèi)帶正電的白色粒子移動并聚集在顯示面，這時顯示為灰色:反之，當從非顯示面加負電場時，帶負電的黑色粒子移動并聚集在顯示面，這時看起來就是黑色。如下圖所示。這些粒子由電場定位控制，即該在什么位置顯示顏色是由一個電場控制的，控制電場由帶有高分辨力顯示陣列的底板產(chǎn)生。通過加鋪彩色濾光膜、控制電泳速度和增加子像素等方法，來實現(xiàn)彩色電泳顯示。第一百零八頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日第一百零九頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日電