1、西北大学信息科学与技术学院西北大学信息科学与技术学院现代显示技术现代显示技术2009.8.52010wangxuewen第六章第六章 电致发光显示器电致发光显示器（electro Luminescense display【ELD】）西北大学信息科学与技术学院西北大学信息科学与技术学院现代显示技术现代显示技术2009.8.5定义：定义：电致发光（电致发光（Electro luminescence,EL）是将电能直接转换）是将电能直接转换成光能的一种物理现象。成光能的一种物理现象。-是一种电控发光器件是一种电控发光器件,是某些物质受电子激发而发出光是某些物质受电子激发而发出光.-是一种冷光源，是一
2、种冷光源，-是靠荧光粉在交变电场作用下的本征发光，但亮度低，是靠荧光粉在交变电场作用下的本征发光，但亮度低，寿命仅有寿命仅有5000小时小时EL按激发过程不同可分为两大类按激发过程不同可分为两大类：注入电致发光注入电致发光LED在半导体在半导体PN结加正偏压结加正偏压时产生时产生少数载流子注入，与多数载流子复合发光少数载流子注入，与多数载流子复合发光。高场电致发光高场电致发光ELD将将发光材料粉末发光材料粉末与介质的混合与介质的混合体或单晶薄膜夹持于透明电极板之间，外施电压，由电场体或单晶薄膜夹持于透明电极板之间，外施电压，由电场直接激励电子与空穴复合而发光直接激励电子与空穴复合而发光.西北大
3、学信息科学与技术学院西北大学信息科学与技术学院现代显示技术现代显示技术2009.8.5特点：特点：ELD是一种主动发光型、平板式、全固体的显示器件。可是一种主动发光型、平板式、全固体的显示器件。可作为面光源和图形显示。作为面光源和图形显示。发光的颜色发光的颜色：黄橙色、绿色、红色、蓝色等：黄橙色、绿色、红色、蓝色等,且蓝且蓝-绿色、绿色、绿色、黄色和黄绿色、黄色和黄-绿色绿色EL显示器也已有样机显示器也已有样机。具有多功能具有多功能如存储记忆功能、光图像存储、光消除、电读如存储记忆功能、光图像存储、光消除、电读出等功能出等功能 与与LED相比相比，较为大型化、方便易看，平均每一个像素的，较为大
4、型化、方便易看，平均每一个像素的成本低。成本低。但是，但是，在彩色化、多像素、大面积显示时亮度、发光效率在彩色化、多像素、大面积显示时亮度、发光效率则不够理想。则不够理想。与与CRT相比成本较高。相比成本较高。西北大学信息科学与技术学院西北大学信息科学与技术学院现代显示技术现代显示技术2009.8.5 EL显示器的亮度显示器的亮度在在85到到3400cd/m2(25到到1000ft)。对比度很高对比度很高，图像质量也很理想。至少一个模块有一个灰，图像质量也很理想。至少一个模块有一个灰度，能满足图像的要求。度，能满足图像的要求。全色和视频全色和视频是其未来可能的应用领域。是其未来可能的应用领域。
5、可视范围较大可视范围较大（从通常的位置到（从通常的位置到70度），工作环境温度从度），工作环境温度从055。虽然其需要的电压相当高虽然其需要的电压相当高，但其电流很小，有时也可使用，但其电流很小，有时也可使用电池。电池。电致发光显示器电致发光显示器价格贵价格贵，因此很少用于消费产品中。，因此很少用于消费产品中。其典型的阵列尺寸其典型的阵列尺寸为为256512、320240和和640200。西北大学信息科学与技术学院西北大学信息科学与技术学院现代显示技术现代显示技术2009.8.5发展简况发展简况 1920年德国学者古登和波尔发现的，在某些物质加电压后会发光。年德国学者古登和波尔发现的，在某些物
6、质加电压后会发光。1923年年苏联的罗塞夫发现了苏联的罗塞夫发现了SiC中偶然形成的中偶然形成的p-n结中的光发射。结中的光发射。1936年年 G.Destriau(德斯垂德斯垂)发现掺入荧光粉发现掺入荧光粉ZnS的蓖麻油一加上电的蓖麻油一加上电场就会发光。场就会发光。1947年年美国学者美国学者Mcmaster(麦克玛斯特麦克玛斯特)发明了导电玻璃，发明了导电玻璃，引起开引起开发了发了平面光源平面光源-交流交流ELD，但亮度不够高，但亮度不够高1955年年美国的沃尔夫在美国的沃尔夫在GaP上观测到上观测到-族半导体发出的可见光，族半导体发出的可见光，1962年年美国的潘可夫从美国的潘可夫从G
7、aAs中获得了红外光，中获得了红外光，1966年以日本广播电视中心为首的三菱电机、松下电器等相继年以日本广播电视中心为首的三菱电机、松下电器等相继研制成矩阵型电极结构的研制成矩阵型电极结构的ELD屏电视图像显示装置。屏电视图像显示装置。西北大学信息科学与技术学院西北大学信息科学与技术学院现代显示技术现代显示技术2009.8.51968年年英国英国Vecht等人最早开发了等人最早开发了DC分散型分散型ELD显示器件。显示器件。20世纪世纪60年代末年代末松下公司开发了电视图像用松下公司开发了电视图像用224224显示屏。显示屏。1968年年美国贝尔美国贝尔(Ball)所研制出薄膜型所研制出薄膜型
8、ELD显示器件，称为显示器件，称为“LUMOCEN”即分子中心发光的即分子中心发光的ELD。以。以ZnS为母体、发光为母体、发光中心是稀土卤素化合物分子中心是稀土卤素化合物分子(TbF3)，发光亮度比分散型，发光亮度比分散型ELD高高20世纪世纪70年代后，由于薄膜晶体管（年代后，由于薄膜晶体管（TFT）技术的发展，）技术的发展，EL在寿命、在寿命、效率、亮度、存储上的缺点得到了部分克服，成为大型显示技术三大效率、亮度、存储上的缺点得到了部分克服，成为大型显示技术三大最有前途的发展方向之一。最有前途的发展方向之一。1974年年S1D74国际会议上日本夏普国际会议上日本夏普TInoguchi等人
9、发表了三等人发表了三层结构薄膜型层结构薄膜型ELD，高亮度、高可靠性、长寿命。夏普接着又，高亮度、高可靠性、长寿命。夏普接着又开发了具有开发了具有1000V高耐压高耐压MOS晶体管和晶体管和MOSIC，三层结构的，三层结构的ELD具备了存储功能、光写入和光消除等多种功能。在具备了存储功能、光写入和光消除等多种功能。在SID74国际会议上，希望薄膜型国际会议上，希望薄膜型ELD能成为矩阵的大型信息显示屏。能成为矩阵的大型信息显示屏。西北大学信息科学与技术学院西北大学信息科学与技术学院现代显示技术现代显示技术2009.8.51978年法国年法国MAbdalla等人开发了直流驱动薄膜型等人开发了直流
10、驱动薄膜型ELD。1980年荷兰学者年荷兰学者Tuowosuntola用原子层外延技术制作发光层，用原子层外延技术制作发光层，使器件的特性得到了显著改善。接着，东京工业大学为实现低压使器件的特性得到了显著改善。接着，东京工业大学为实现低压驱动采用了驱动采用了MIS结构，大幅度地改善了驱动电压，用分子束外延技结构，大幅度地改善了驱动电压，用分子束外延技术在术在GaAs基板上基板上ZnSe发光层，实现了低压驱动显示屏。大阪大发光层，实现了低压驱动显示屏。大阪大学采用多层重叠制作薄膜型学采用多层重叠制作薄膜型ELD，用控制电压法使之发出红、黄、，用控制电压法使之发出红、黄、绿、蓝各色光。绿、蓝各色光
11、。在在SID92国际会议上报道了单色直流型国际会议上报道了单色直流型DC-ELD和交流型和交流型AC-ELD显示屏。显示屏。薄膜型薄膜型ACELD比比DC-ELD具有更大的显示容量和高亮度、长寿具有更大的显示容量和高亮度、长寿命。命。在在DC-ELD的显示容量达的显示容量达640480个像素。薄膜型个像素。薄膜型AC-ELD的的高达高达1024864个像素，显示尺寸为对角线个像素，显示尺寸为对角线45.7cm。西北大学信息科学与技术学院西北大学信息科学与技术学院现代显示技术现代显示技术2009.8.5松下已报道了对角线松下已报道了对角线25.4cm，有，有1024768个像素加黑色衬底的薄膜型
12、个像素加黑色衬底的薄膜型显示屏。在显示屏。在10001x的环境照度下，对比度为的环境照度下，对比度为100：1，最大功耗，最大功耗40W，采，采用能量复得电路，使对角线用能量复得电路，使对角线25.4cm，640480个像素的显示屏最大功耗个像素的显示屏最大功耗降低到降低到15W。荷兰荷兰Lohia公司和日本夏普公司在公司和日本夏普公司在2.5cm2.5cm的显示屏上做出分辨力的显示屏上做出分辨力为为20线线/mm的薄膜型的薄膜型AC-ELD。美国美国cherry公司通过对公司通过对ZnS：Mn荧光粉进行滤色得到红、绿和蓝三基色荧光粉进行滤色得到红、绿和蓝三基色光。获得了多色显示。研制出光。获
13、得了多色显示。研制出640200个像素、对角线个像素、对角线23cm的多色的多色DC-ELD屏。屏。Planar公司采用滤色片对黄色滤色时得到红、绿、黄三色光，用光吸收公司采用滤色片对黄色滤色时得到红、绿、黄三色光，用光吸收型背电极和面基板上的图案滤色片可获得非常好的对比度，已研制出型背电极和面基板上的图案滤色片可获得非常好的对比度，已研制出640200个像素，对角线为个像素，对角线为23cm的高对比度多色薄膜型的高对比度多色薄膜型Ac-ELD显示屏。显示屏。采用有源阵列驱动方案的高分辨率微型显示器已研制成功。采用有源阵列驱动方案的高分辨率微型显示器已研制成功。西北大学信息科学与技术学院西北大
14、学信息科学与技术学院现代显示技术现代显示技术2009.8.5ELD应用应用 ELD特别适用于需要携带方便、图像质量好和室外观察的特别适用于需要携带方便、图像质量好和室外观察的情况。情况。ELD的产品包括有的产品包括有:汽车、便携式计算机、复印机和医疗汽车、便携式计算机、复印机和医疗与过程控制仪表。与过程控制仪表。ELD有从小型（几厘米长）到巨大型（几米长）的许多尺有从小型（几厘米长）到巨大型（几米长）的许多尺寸。最大的组合式寸。最大的组合式EL显示器适用于在机场与火车站显示显示器适用于在机场与火车站显示到达和出发时间信息。到达和出发时间信息。、主要用於小尺寸、主要用於小尺寸、單色光（綠色、紅色
15、）。、單色光（綠色、紅色）。最近也陸續有白光（全色）和背光源出來。但最近也陸續有白光（全色）和背光源出來。但由於亮度較暗其基本上用於英寸以下小尺寸液晶顯示。由於亮度較暗其基本上用於英寸以下小尺寸液晶顯示。如：手機、遊戲機等如：手機、遊戲機等西北大学信息科学与技术学院西北大学信息科学与技术学院现代显示技术现代显示技术2009.8.5 61 电致发光的基本知识电致发光的基本知识 6.1.1 结构及原理结构及原理ELD结构：结构：-采用固态薄膜技术制成。采用固态薄膜技术制成。在在2个导电板之间放置一个绝缘层，一个薄的电致发光层个导电板之间放置一个绝缘层，一个薄的电致发光层,一个绝缘层，沉积而成。一个
16、绝缘层，沉积而成。采用宽发射频谱的涂锌板或涂锶板作电极。采用宽发射频谱的涂锌板或涂锶板作电极。其电致发光层为其电致发光层为100微米厚微米厚 典型驱动电压为典型驱动电压为10KHz，200V的交流电压，因而需要较的交流电压，因而需要较昂贵的驱动器集成电路。昂贵的驱动器集成电路。西北大学信息科学与技术学院西北大学信息科学与技术学院现代显示技术现代显示技术2009.8.52、ELD-是把是把ZnS等荧光粉等荧光粉混入纤维素混入纤维素等电介质中，直接等电介质中，直接的或间接的夹在两电极之间，施加电压后使之发光。的或间接的夹在两电极之间，施加电压后使之发光。-是在是在玻璃基板玻璃基板或或有机胶片有机胶
17、片上涂敷荧光粉后，施加电压上涂敷荧光粉后，施加电压使之发光的平板型有源显示器件，使之发光的平板型有源显示器件，-是在是在半导体、荧光粉为主体的材料半导体、荧光粉为主体的材料上，施加电压而发上，施加电压而发光的一种现象。光的一种现象。EL可分为：可分为：本征型电致发光本征型电致发光ELD和电荷注入型电致发光和电荷注入型电致发光LED两大类。两大类。1、LED-是用是用GaAs等单晶半导体材料制作等单晶半导体材料制作P-N结，施加电结，施加电压后，使压后，使P-N结产生电荷注入而发光。结产生电荷注入而发光。以后介绍。以后介绍。西北大学信息科学与技术学院西北大学信息科学与技术学院现代显示技术现代显示
18、技术2009.8.5 ELD无机电致发光：无机电致发光：包括薄膜型、厚膜型、粉末型包括薄膜型、厚膜型、粉末型 ELD显示器件有：高压交流驱动型和直流驱动型，显示器件有：高压交流驱动型和直流驱动型，分散型交流分散型交流ELD显示器件显示器件:交流电压驱动的分散型交流电压驱动的分散型ELD器件器件;直流分散型直流分散型ELD。西北大学信息科学与技术学院西北大学信息科学与技术学院现代显示技术现代显示技术2009.8.5 无机分散型无机分散型ELD中，根据使用的基板材料不同，有中，根据使用的基板材料不同，有玻璃基玻璃基板板和和搪瓷基板搪瓷基板两种显示屏。两种显示屏。其中搪瓷型其中搪瓷型ELD约在约在7
19、0年代就应用于各种仪器面板、显示年代就应用于各种仪器面板、显示灯等特定用途中，但由于亮度低、重量大、成本高等，巳灯等特定用途中，但由于亮度低、重量大、成本高等，巳逐渐地逐渐地被软片型被软片型(有机胶片有机胶片)所代替。所代替。分散型分散型ELD主要用于平面发光的辅助光源，主要用于平面发光的辅助光源，其软片型其软片型ELD作为液晶显示屏的背光源。作为液晶显示屏的背光源。薄膜型薄膜型ELD是人们期待的一种理想的平板显示器件，是人们期待的一种理想的平板显示器件，-具有很大的魅力：功耗低，易于实现大面积显示。具有很大的魅力：功耗低，易于实现大面积显示。薄膜型薄膜型Ac-ELD，按照施加电压与发光特性的
20、滞后现象，按照施加电压与发光特性的滞后现象，又可分为存储型和恢复型两类。又可分为存储型和恢复型两类。西北大学信息科学与技术学院西北大学信息科学与技术学院现代显示技术现代显示技术2009.8.56.2 分散交流型分散交流型AC-PELD一、一、结构结构如图如图6.1。1金属电极、金属电极、2发光颗粒发光颗粒3透明电介质、透明电介质、4透明电极、透明电极、5玻璃基片玻璃基片 是将是将发光的荧光体发光的荧光体埋入埋入透明电介质透明电介质中组成发光层。每一个中组成发光层。每一个微小发光体晶粒独立悬浮于电介质中，发光层夹在透明电微小发光体晶粒独立悬浮于电介质中，发光层夹在透明电极和金属电极之间，构成了极
21、和金属电极之间，构成了分散交流型分散交流型(AC-PELD)器件。器件。西北大学信息科学与技术学院西北大学信息科学与技术学院现代显示技术现代显示技术2009.8.5AC-PELD的的发光粉发光粉:用用铜、铝等激活铜、铝等激活的硫化锌（的硫化锌（ZnS：Cu，AL，或，或ZnS：Pb，Cu，AL）以以ZnS为主体的荧光粉，作为形成发光中心的激活剂材料往往为主体的荧光粉，作为形成发光中心的激活剂材料往往使用使用Cu、Mn、C1、A1等金属等金属工艺：工艺：是在玻璃基板上蒸镀透明电极，涂敷是在玻璃基板上蒸镀透明电极，涂敷与树脂等透明有机介与树脂等透明有机介质混合后的质混合后的发光层（发光层（厚度为厚
22、度为10100m），然后然后涂布涂布高阻抗电介高阻抗电介质绝缘层（绝缘反光层），最后蒸发背电极铝层。质绝缘层（绝缘反光层），最后蒸发背电极铝层。为了防止机械损伤，在膜层上面往往涂敷树脂涂料。各层一般为了防止机械损伤，在膜层上面往往涂敷树脂涂料。各层一般30-60m。西北大学信息科学与技术学院西北大学信息科学与技术学院现代显示技术现代显示技术2009.8.5西北大学信息科学与技术学院西北大学信息科学与技术学院现代显示技术现代显示技术2009.8.5二、发光现象二、发光现象 大量的发光粉晶体悬浮在绝缘介质中，大量的发光粉晶体悬浮在绝缘介质中，小晶粒线度小晶粒线度为几微为几微米到几十微米，由于发光层
23、中介质是绝缘的，防止了发光米到几十微米，由于发光层中介质是绝缘的，防止了发光材料与电极直接接触，材料与电极直接接触，当外加电压后，通过容性电流时，发现晶粒内当外加电压后，通过容性电流时，发现晶粒内呈线状发光呈线状发光，与光致发光和阴极射线发光时荧光粉晶体发光不同，与光致发光和阴极射线发光时荧光粉晶体发光不同，线状线状发光在多数情况下呈现尾对尾的慧星形发光在多数情况下呈现尾对尾的慧星形。线对的两头间的。线对的两头间的距离对多晶粉末为距离对多晶粉末为110 m，对单晶可大于，对单晶可大于100 m，甚至达到毫米量级，发光线直径甚至达到毫米量级，发光线直径0.1微米，微米，发光线对的两部分发光线对的
24、两部分在交变电场作用下交替发光，而场强总在交变电场作用下交替发光，而场强总是从其头部指向尾部，发光线长度随电场在线方向的分量是从其头部指向尾部，发光线长度随电场在线方向的分量增强而变长，但线对的头之间距离保持不变。亮度可高达增强而变长，但线对的头之间距离保持不变。亮度可高达3105cdm2，西北大学信息科学与技术学院西北大学信息科学与技术学院现代显示技术现代显示技术2009.8.5三、电致发光的激励机构：三、电致发光的激励机构：一般认为是一般认为是碰撞电离碰撞电离，电子在高电场区被加速获得足够能，电子在高电场区被加速获得足够能量，同发光中心或晶格进行碰撞激励和电离，离化后产生量，同发光中心或晶
25、格进行碰撞激励和电离，离化后产生的电子可进入导带，并在高电场区获得加速，再去碰撞发的电子可进入导带，并在高电场区获得加速，再去碰撞发光中心，不断地反复碰撞激励和电离就会倍增大量的自由光中心，不断地反复碰撞激励和电离就会倍增大量的自由电子，这些自由电子跃迁到导带上。电子，这些自由电子跃迁到导带上。即在碰撞电离过程中产生倍增效应，会使更多的电子进入即在碰撞电离过程中产生倍增效应，会使更多的电子进入导带，处于导带上的自由电子返回原来状态时而复合发光，导带，处于导带上的自由电子返回原来状态时而复合发光，一般一般在电场反向时与被激励的发光中心复合在电场反向时与被激励的发光中心复合。上述过程的进行显然必须
26、有一定数量的初始电子，通常认上述过程的进行显然必须有一定数量的初始电子，通常认为隧道效应和肖特基发射可提供。晶体中高电场区和初始为隧道效应和肖特基发射可提供。晶体中高电场区和初始电子的存在是碰撞离化过程的必要条件。电子的存在是碰撞离化过程的必要条件。西北大学信息科学与技术学院西北大学信息科学与技术学院现代显示技术现代显示技术2009.8.5初始电子的初始电子的机理机理 AC-PELD的发光过程分为：激励过程的发光过程分为：激励过程和和发光过程发光过程高电场下的发光机构模型，高电场下的发光机构模型，在荧光粉上施强电场时：在荧光粉上施强电场时：从陷阱上释放初始电子。从陷阱上释放初始电子。电子在高电
27、场作用下加速电子在高电场作用下加速 运动，获得高的能量。运动，获得高的能量。高能电子碰撞激励电离发光中心和晶格，又产生新的电子。高能电子碰撞激励电离发光中心和晶格，又产生新的电子。在高电场作用下价带上的电子也可直接跃迁到导带。在高电场作用下价带上的电子也可直接跃迁到导带。西北大学信息科学与技术学院西北大学信息科学与技术学院现代显示技术现代显示技术2009.8.5四、发光效果：四、发光效果：在透明电极和背面电极之间施加交流电压时，随着电压上在透明电极和背面电极之间施加交流电压时，随着电压上升，发光亮度也将上升。升，发光亮度也将上升。施加脉冲电压驱动时，如图施加脉冲电压驱动时，如图,脉冲电压上升和
28、下降时，都能脉冲电压上升和下降时，都能看到有光看到有光输出。输出。发光亮度发光亮度L与施加电压的关系式为：与施加电压的关系式为：式中，式中，L0、C是与激励条件、发光单元结构和荧光粉材料是与激励条件、发光单元结构和荧光粉材料等有关的常数。等有关的常数。施加脉冲电压发光图：施加脉冲电压发光图：0exp(/)LLCU西北大学信息科学与技术学院西北大学信息科学与技术学院现代显示技术现代显示技术2009.8.5 L与脉冲频率有关：与脉冲频率有关：在低频范围内，在低频范围内，L与频率成正比。与频率成正比。随着频率提高，随着频率提高，L呈现饱和状态。呈现饱和状态。如果荧光粉中含有两个发光中心，由于各个发光
29、中心的如果荧光粉中含有两个发光中心，由于各个发光中心的L与频率有关，故随着频率变化发光颜色将发生变化。与频率有关，故随着频率变化发光颜色将发生变化。例如，例如，ZnS：Cu,Pb,Cl随频率的增高，发光颜色随频率的增高，发光颜色从绿色变从绿色变到蓝色到蓝色；ZnS：Cu，Mn会会从黄色变为绿色从黄色变为绿色。L与温度的关系是与温度的关系是 在在1000kHz以下，以下，0-100范围内发光亮度的大小没有变范围内发光亮度的大小没有变化。化。西北大学信息科学与技术学院西北大学信息科学与技术学院现代显示技术现代显示技术2009.8.5 2004.7西北大学信息科学与技术学院西北大学信息科学与技术学院
30、现代显示技术现代显示技术2009.8.5 2004.7西北大学信息科学与技术学院西北大学信息科学与技术学院现代显示技术现代显示技术2009.8.5 西北大学信息科学与技术学院西北大学信息科学与技术学院现代显示技术现代显示技术2009.8.5 6.3 分散直流型电致发光分散直流型电致发光(DC-PELD)（又称厚膜型（又称厚膜型)DC-PELD的优点是的优点是：显示外观好。结构、工艺、设备较简单，成本低。显示外观好。结构、工艺、设备较简单，成本低。发光效率高。可以有灰度。可大面积显示。发光效率高。可以有灰度。可大面积显示。不足之处是：不足之处是：因高压驱动，驱动电路成本高。因高压驱动，驱动电路成
31、本高。亮度、寿命受限制。反射率较大。分辨力有限。亮度、寿命受限制。反射率较大。分辨力有限。DCEL现象由乍姆等人于现象由乍姆等人于1954年发现，年发现，1966年人们得到了高年人们得到了高亮度亮度ZnS：Mn、Cu DCEL发光材料。发光材料。西北大学信息科学与技术学院西北大学信息科学与技术学院现代显示技术现代显示技术2009.8.5 一、结构：一、结构：DC-ELD-是在荧光粉晶粒表面上覆盖是在荧光粉晶粒表面上覆盖CuS等其它物质，等其它物质，用热形成法而形成用热形成法而形成P-N结结构，结结构，结构与分散交流型相类似，但没有高阻介质层，结构与分散交流型相类似，但没有高阻介质层，在发光层在
32、发光层上直接设置电极。上直接设置电极。它具有二极管的整流特性，它具有二极管的整流特性，激励机理和交流型一样，激励机理和交流型一样，只是在只是在单方面施加电压时单方面施加电压时才呈现发光才呈现发光。分散直流型分散直流型ZnS晶粒的模型图晶粒的模型图西北大学信息科学与技术学院西北大学信息科学与技术学院现代显示技术现代显示技术2009.8.5 荧光粉要经过荧光粉要经过包铜工艺处理包铜工艺处理，-是将是将ZnS：Mn浸泡在铜浸泡在铜盐或亚铜盐溶液中，经过处理形成盐或亚铜盐溶液中，经过处理形成P型导电层。型导电层。器件性能与包铜数量有关，器件性能与包铜数量有关，其电阻其电阻随包铜量增加而降低，随包铜量增
33、加而降低，亮度则提高。当包铜量在亮度则提高。当包铜量在0.4-0.45wt时，亮度最高，时，亮度最高，但会产生较大的涡电流，容易产生击穿。所以，包铜量一但会产生较大的涡电流，容易产生击穿。所以，包铜量一般控制在般控制在0.25-0.35之间。之间。西北大学信息科学与技术学院西北大学信息科学与技术学院现代显示技术现代显示技术2009.8.5 要进行要进行“热成形工艺热成形工艺”(Forming Process)。-是在单元上加电压后，是在单元上加电压后，开始时开始时将有一个大电流将有一个大电流(形成电流形成电流)通过，随后电流明显地下降，同时产生光辐射，经过一段时通过，随后电流明显地下降，同时产
34、生光辐射，经过一段时间后间后(约约24h)，电流和亮度达到稳定值。，电流和亮度达到稳定值。“成形成形”之后之后电流下降到初始值的电流下降到初始值的1/10左右。左右。“成形成形”前前ZnS：Mn荧光粉末层是一个均匀的绝缘层，施荧光粉末层是一个均匀的绝缘层，施加电压时，流过发光层的电流通过硫化铜加电压时，流过发光层的电流通过硫化铜CuS相的（较大）相的（较大）其等效电路图其等效电路图 “成形成形”前后的单元等效电路图为：前后的单元等效电路图为：西北大学信息科学与技术学院西北大学信息科学与技术学院现代显示技术现代显示技术2009.8.5在在“形成形成”过程中，过程中，铜离子向阴极铜离子向阴极ZnS
35、晶粒表面迁移，结晶粒表面迁移，结果在靠近阳极的一例形成一个果在靠近阳极的一例形成一个乏铜区乏铜区，呈现高阻状态，另，呈现高阻状态，另一侧仍是一侧仍是富铜区富铜区，呈现低阻状态，产生，呈现低阻状态，产生P-N结结构，其等效结结构，其等效电路图电路图b。“成形成形”前后的前后的等效电路图等效电路图西北大学信息科学与技术学院西北大学信息科学与技术学院现代显示技术现代显示技术2009.8.5-是是Cu 从紧挨着阳极的荧光物表面上失落，形成一薄层高电阻的从紧挨着阳极的荧光物表面上失落，形成一薄层高电阻的ZnS。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ZnS上，使之发光。这种器上，使之发
36、光。这种器件转换效率仅件转换效率仅0.1%，但发光亮度高达，但发光亮度高达300cd/mm（V=100V）。）。实验表明，放电单元的实验表明，放电单元的L与施加电压呈现非线性关系。与施加电压呈现非线性关系。这对消除交叉干扰有利。这对消除交叉干扰有利。研究表明：研究表明：直流分散型直流分散型ELD的发光的发光-是电流激励是电流激励，即依靠传导的直流电流流，即依靠传导的直流电流流过荧光粉层而激励发光中心发光。过荧光粉层而激励发光中心发光。由于它是单极性电源驱动，所以它的驱动电路极其简单。由于它是单极性电源驱动，所以它的驱动电路极其简单。西北大学信息科学与技术学院西北大学信息科学与技术学院现代显示技
37、术现代显示技术2009.8.5 6.4 薄膜型薄膜型(TFELD)薄膜型交流电致发光薄膜型交流电致发光(AC-TPELD)的优点是：的优点是：发光效率高，对比度高，寿命长，发光效率高，对比度高，寿命长，阈值陡，分辨力高，有灰度。阈值陡，分辨力高，有灰度。环境性能好。有存储记忆功能。环境性能好。有存储记忆功能。视角大主动式发光。视角大主动式发光。不足之处是：不足之处是：驱动电压高，负载电容大。驱动电路昂贵。驱动电压高，负载电容大。驱动电路昂贵。大面积、高密度面板的大面积、高密度面板的RC(线电阻线电阻单元电容单元电容)大，使脉大，使脉冲延时、波形改变、有效电压下降。冲延时、波形改变、有效电压下降
38、。蓝色光蓝色光ELD的亮度及发光效率低，难实现全色化。的亮度及发光效率低，难实现全色化。实现大面积、无缺陷、均匀薄膜的工艺要求高。实现大面积、无缺陷、均匀薄膜的工艺要求高。车间的超净度要求高。成本高。车间的超净度要求高。成本高。西北大学信息科学与技术学院西北大学信息科学与技术学院现代显示技术现代显示技术2009.8.51、Ball薄膜交流型薄膜交流型ELD结构与机理：结构与机理：1986年美国贝尔实验室年美国贝尔实验室制作出薄膜制作出薄膜EL器件器件 由美国由美国Ball所提出的，称做所提出的，称做“LUMOCEN”器件，即分子发器件，即分子发光中心，光中心，-是在发光的母体材料是在发光的母体
39、材料ZnS中添中添加稀土卤化合物分子加稀土卤化合物分子(TbF3)作为作为发光中心的器件。发光中心的器件。图为具有代表性的图为具有代表性的LUMOCKN型型器件结构器件结构 图图 LUMOCKN型器件型器件 结构（结构（4-绝缘层）绝缘层）西北大学信息科学与技术学院西北大学信息科学与技术学院现代显示技术现代显示技术2009.8.5 现在的现在的ACTFEL一般采用双绝缘层一般采用双绝缘层ZnS：Mn薄膜结构。薄膜结构。器件由三层组成，发光层夹在两绝缘层间，起消除漏电流器件由三层组成，发光层夹在两绝缘层间，起消除漏电流与避免击穿的作用。与避免击穿的作用。掺不同杂质则发不同的光，其中以掺掺不同杂质
40、则发不同的光，其中以掺Mn效率最高，加效率最高，加200V、5000Hz电压时，亮度达电压时，亮度达5000cd/mm。ACTFEL具有记忆特性：给之加一系列脉冲电压，若下一具有记忆特性：给之加一系列脉冲电压，若下一个脉冲与上一个脉冲同方向，则发光亮度明显减小；若下个脉冲与上一个脉冲同方向，则发光亮度明显减小；若下一脉冲与上一脉冲反方向，则发光连读明显增加。利用记一脉冲与上一脉冲反方向，则发光连读明显增加。利用记忆效应可以制成有灰度级的记忆板。忆效应可以制成有灰度级的记忆板。西北大学信息科学与技术学院西北大学信息科学与技术学院现代显示技术现代显示技术2009.8.5 工艺：工艺：-在在玻璃基板
41、玻璃基板上蒸发厚度上蒸发厚度200nmSnO2透透明明导电膜电极导电膜电极，绝缘层绝缘层用电介质用电介质300nm 厚厚HfO2膜，膜，发光层发光层用厚用厚300 nm添加稀土卤化合物添加稀土卤化合物(TbF3等等)的的ZnS材料，用蒸发技术依次制备各层薄膜。材料，用蒸发技术依次制备各层薄膜。背面电极背面电极用平行的条形背电极铝。用平行的条形背电极铝。机理机理-是在透明电极与背电极上施加是在透明电极与背电极上施加交流电压交流电压，当电压超过某一值时，在两电极的空间交叉点部当电压超过某一值时，在两电极的空间交叉点部位上就会发光。位上就会发光。由于背电极是铝，使发出的光反射，光将全部从由于背电极是
42、铝，使发出的光反射，光将全部从玻璃基板侧发射出去。玻璃基板侧发射出去。发光色随添加稀土卤化物材料不同而异。发光色随添加稀土卤化物材料不同而异。西北大学信息科学与技术学院西北大学信息科学与技术学院现代显示技术现代显示技术2009.8.5 2、双重绝缘层结构薄膜、双重绝缘层结构薄膜ELD：是在玻璃基板上蒸镀是在玻璃基板上蒸镀SnO2透明导电膜透明导电膜(或或ITO膜膜)，其上是其上是200nm Y2O3(Si3N4)绝缘层。绝缘层。发光材料用发光材料用500nm厚添加金属厚添加金属Mn激活剂的激活剂的ZnS发发光层，在蒸镀发光层后要进行光层，在蒸镀发光层后要进行“成形处理成形处理”，以，以改善荧光
43、粉结晶性能；改善荧光粉结晶性能；蒸镀第二层的蒸镀第二层的200nm Y2O3(Si3N4)绝缘层，各层绝缘层，各层薄膜依顺序采用电子束蒸发技术来制备。薄膜依顺序采用电子束蒸发技术来制备。背电极用蒸发铝，背电极用蒸发铝，透明电极和背电极做成各自平行的条形电极，且透明电极和背电极做成各自平行的条形电极，且两电极形成空间交叉的布线配置。两电极形成空间交叉的布线配置。西北大学信息科学与技术学院西北大学信息科学与技术学院现代显示技术现代显示技术2009.8.5 为防止因吸收大气中的水分而受潮，故在背电极上面覆盖为防止因吸收大气中的水分而受潮，故在背电极上面覆盖一块密封用玻璃盖板。一块密封用玻璃盖板。在背
44、电极与玻璃盖板之间填入防潮吸湿剂或硅油，在背电极与玻璃盖板之间填入防潮吸湿剂或硅油，用环氧树脂粘接剂密封四周，保证长寿命、高可靠性的特用环氧树脂粘接剂密封四周，保证长寿命、高可靠性的特性。性。继继Ball研究所的薄膜研究所的薄膜ELD后日本夏普公司研制出的，后日本夏普公司研制出的，L高达高达5100cd/m2(5kHz，AC250V条件条件)，寿命达寿命达2l04h西北大学信息科学与技术学院西北大学信息科学与技术学院现代显示技术现代显示技术2009.8.5高场电致发光显示高场电致发光显示 交流薄膜电致发光显示（交流薄膜电致发光显示（ACTFEL）西北大学信息科学与技术学院西北大学信息科学与技术
45、学院现代显示技术现代显示技术2009.8.5西北大学信息科学与技术学院西北大学信息科学与技术学院现代显示技术现代显示技术2009.8.5其工作原理：其工作原理：结构中发光层与电极间不直接接触。结构中发光层与电极间不直接接触。施加电压时，陷阱上释放出电子并加速，向另一施加电压时，陷阱上释放出电子并加速，向另一侧电极运动，复合而发光。侧电极运动，复合而发光。其中一部分电子残留在绝缘层界面上，当施加反其中一部分电子残留在绝缘层界面上，当施加反向电压时，残留在内部的电荷被叠加使发光层激向电压时，残留在内部的电荷被叠加使发光层激励离化，再复合而发光。励离化，再复合而发光。同时使一部分电子残留在另一电极侧
46、的绝缘层界同时使一部分电子残留在另一电极侧的绝缘层界面上面上 薄膜型薄膜型ELD在一个脉冲中只发一次光，与分散型在一个脉冲中只发一次光，与分散型ELD器件不同。器件不同。西北大学信息科学与技术学院西北大学信息科学与技术学院现代显示技术现代显示技术2009.8.5西北大学信息科学与技术学院西北大学信息科学与技术学院现代显示技术现代显示技术2009.8.5西北大学信息科学与技术学院西北大学信息科学与技术学院现代显示技术现代显示技术2009.8.5 由于由于ZnS：Mn荧光粉层中存在着杂质和晶格缺陷荧光粉层中存在着杂质和晶格缺陷等形成的局域能级，局域能级对薄膜型等形成的局域能级，局域能级对薄膜型EL
47、D的发的发光特性有很大的影响。光特性有很大的影响。因此，对形成发光中心的因此，对形成发光中心的Mn的添加量应控制在一的添加量应控制在一定的范围内，获得高的发光亮度。定的范围内，获得高的发光亮度。局域能级的局域能级的分布如图分布如图西北大学信息科学与技术学院西北大学信息科学与技术学院现代显示技术现代显示技术2009.8.5 具有光分极电荷而发光，称为具有光分极电荷而发光，称为ELD器件的器件的光光分极效应分极效应。图：外加电压下两个电极带正负电，光照下图：外加电压下两个电极带正负电，光照下荧光粉产生电子空穴对，分别向两极堆积的荧光粉产生电子空穴对，分别向两极堆积的现象，现象，西北大学信息科学与技
48、术学院西北大学信息科学与技术学院现代显示技术现代显示技术2009.8.5 光先缓和效应：光先缓和效应：当当ELD器件器件的两电极保持短路的两电极保持短路状态，并伴有外部光照射的情况下，则在发光层状态，并伴有外部光照射的情况下，则在发光层上被保存的分极电荷就会缓慢消失，而不发光的上被保存的分极电荷就会缓慢消失，而不发光的现象。现象。如图如图6.9西北大学信息科学与技术学院西北大学信息科学与技术学院现代显示技术现代显示技术2009.8.5 当使用当使用外部光照外部光照时，外部照射光比时，外部照射光比ZnS的的Eg大的大的能量，即用比能量，即用比400nm短的光束。短的光束。内部分极过渡电流在内部分
49、极过渡电流在400K以下时非常小，以下时非常小，在在500K前后开始产生急剧地变化，说明前后开始产生急剧地变化，说明ZnS薄膜薄膜在在500K左右产生内部分极电荷。左右产生内部分极电荷。或分极电荷反向电压下复合发光并反向堆积，运或分极电荷反向电压下复合发光并反向堆积，运动中也伴有发光动中也伴有发光西北大学信息科学与技术学院西北大学信息科学与技术学院现代显示技术现代显示技术2009.8.53、交流、交流AC-TFELD的特性的特性a、电压、电压U与与L的特性曲线。的特性曲线。图中时间图中时间t是器件的老化时间，即亮度随施加电压的时间是器件的老化时间，即亮度随施加电压的时间t而变而变化。随着时间变
50、化，曲线向高电压一侧移动，而亮度趋向饱和。化。随着时间变化，曲线向高电压一侧移动，而亮度趋向饱和。有明显的阈值电压，有明显的阈值电压，电压电压-亮度曲线非常陡峭亮度曲线非常陡峭且且L高。高。图图 AC-TFELD的电压的电压亮度特性曲线亮度特性曲线 西北大学信息科学与技术学院西北大学信息科学与技术学院现代显示技术现代显示技术2009.8.5 因交流驱动时，在发光层内产生分极电荷，分极电荷的分因交流驱动时，在发光层内产生分极电荷，分极电荷的分极电压与驱动电压叠加后施加在发光层上，使其极电压与驱动电压叠加后施加在发光层上，使其L明显地明显地增大。增大。器件制作后一般要经过器件制作后一般要经过80h
