《电致发光显示器EL》PPT课件.ppt

,2010wangxuewen,第六章 电致发光显示器（electro Luminescense display【ELD】）,定义：电致发光（Electro luminescence,EL）是将电能直接转换成光能的一种物理现象。-是一种电控发光器件,是某些物质受电子激发而发出光.-是一种冷光源，-是靠荧光粉在交变电场作用下的本征发光，但亮度低，寿命仅有5000小时,EL按激发过程不同可分为两大类：注入电致发光LED在半导体PN结加正偏压时产生少数载流子注入，与多数载流子复合发光。高场电致发光ELD将发光材料粉末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，由电场直接激励电子与空穴复合而发光.,特点：ELD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。发光的颜色：黄橙色、绿色、红色、蓝色等,且蓝-绿色、绿色、黄色和黄-绿色EL显示器也已有样机。具有多功能如存储记忆功能、光图像存储、光消除、电读出等功能 与LED相比，较为大型化、方便易看，平均每一个像素的成本低。但是，在彩色化、多像素、大面积显示时亮度、发光效率则不够理想。与CRT相比成本较高。,EL显示器的亮度在85到3400cd/m2(25到1000ft)。对比度很高，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。全色和视频是其未来可能的应用领域。可视范围较大（从通常的位置到70度），工作环境温度从055。虽然其需要的电压相当高，但其电流很小，有时也可使用电池。电致发光显示器价格贵，因此很少用于消费产品中。其典型的阵列尺寸为256512、320240和640200。,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。1923年苏联的罗塞夫发现了SiC中偶然形成的p-n结中的光发射。1936年 G.Destriau(德斯垂)发现掺入荧光粉ZnS的蓖麻油一加上电场就会发光。1947年美国学者Mcmaster(麦克玛斯特)发明了导电玻璃，引起开发了平面光源-交流ELD，但亮度不够高1955年美国的沃尔夫在GaP上观测到-族半导体发出的可见光，1962年美国的潘可夫从GaAs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、松下电器等相继研制成矩阵型电极结构的ELD屏电视图像显示装置。,1968年英国Vecht等人最早开发了DC分散型ELD显示器件。20世纪60年代末松下公司开发了电视图像用224224显示屏。1968年美国贝尔(Ball)所研制出薄膜型ELD显示器件，称为“LUMOCEN”即分子中心发光的ELD。以ZnS为母体、发光中心是稀土卤素化合物分子(TbF3)，发光亮度比分散型ELD高20世纪70年代后，由于薄膜晶体管（TFT）技术的发展，EL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最有前途的发展方向之一。1974年S1D74国际会议上日本夏普TInoguchi等人发表了三层结构薄膜型ELD，高亮度、高可靠性、长寿命。夏普接着又开发了具有1000V高耐压MOS晶体管和MOSIC，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SID74国际会议上，希望薄膜型ELD能成为矩阵的大型信息显示屏。,1978年法国MAbdalla等人开发了直流驱动薄膜型ELD。1980年荷兰学者Tuowosuntola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，用分子束外延技术在GaAs基板上ZnSe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ELD，用控制电压法使之发出红、黄、绿、蓝各色光。在SID92国际会议上报道了单色直流型DC-ELD和交流型AC-ELD显示屏。薄膜型ACELD比DC-ELD具有更大的显示容量和高亮度、长寿命。在DC-ELD的显示容量达640480个像素。薄膜型AC-ELD的高达1024864个像素，显示尺寸为对角线45.7cm。,松下已报道了对角线25.4cm，有1024768个像素加黑色衬底的薄膜型显示屏。在10001x的环境照度下，对比度为100：1，最大功耗40W，采用能量复得电路，使对角线25.4cm，640480个像素的显示屏最大功耗降低到15W。荷兰Lohia公司和日本夏普公司在2.5cm2.5cm的显示屏上做出分辨力为20线/mm的薄膜型AC-ELD。美国cherry公司通过对ZnS：Mn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640200个像素、对角线23cm的多色DC-ELD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23cm的高对比度多色薄膜型Ac-ELD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。,ELD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情况。ELD的产品包括有:汽车、便携式计算机、复印机和医疗与过程控制仪表。ELD有从小型（几厘米长）到巨大型（几米长）的许多尺寸。最大的组合式EL显示器适用于在机场与火车站显示到达和出发时间信息。、主要用於小尺寸、單色光（綠色、紅色）。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。如：手機、遊戲機等,61 电致发光的基本知识6.1.1 结构及原理ELD结构：-采用固态薄膜技术制成。在2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。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100微米厚典型驱动电压为10KHz，200V的交流电压，因而需要较昂贵的驱动器集成电路。,2、ELD-是把ZnS等荧光粉混入纤维素等电介质中，直接的或间接的夹在两电极之间，施加电压后使之发光。-是在玻璃基板或有机胶片上涂敷荧光粉后，施加电压使之发光的平板型有源显示器件，-是在半导体、荧光粉为主体的材料上，施加电压而发光的一种现象。,EL可分为：本征型电致发光ELD和电荷注入型电致发光LED两大类。1、LED-是用GaAs等单晶半导体材料制作P-N结，施加电压后，使P-N结产生电荷注入而发光。以后介绍。,ELD无机电致发光：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，分散型交流ELD显示器件:交流电压驱动的分散型ELD器件;直流分散型ELD。,无机分散型ELD中，根据使用的基板材料不同，有玻璃基板和搪瓷基板两种显示屏。其中搪瓷型ELD约在70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，巳逐渐地被软片型(有机胶片)所代替。分散型ELD主要用于平面发光的辅助光源，其软片型ELD作为液晶显示屏的背光源。薄膜型ELD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。薄膜型Ac-ELD，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。,6.2 分散交流型AC-PELD,一、结构如图6.1。1金属电极、2发光颗粒3透明电介质、4透明电极、5玻璃基片是将发光的荧光体埋入透明电介质中组成发光层。每一个微小发光体晶粒独立悬浮于电介质中，发光层夹在透明电极和金属电极之间，构成了分散交流型(AC-PELD)器件。,AC-PELD的发光粉:用铜、铝等激活的硫化锌（ZnS：Cu，AL，或ZnS：Pb，Cu，AL）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使用Cu、Mn、C1、A1等金属工艺：是在玻璃基板上蒸镀透明电极，涂敷与树脂等透明有机介质混合后的发光层（厚度为10100m），然后涂布高阻抗电介质绝缘层（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30-60m。,二、发光现象大量的发光粉晶体悬浮在绝缘介质中，小晶粒线度为几微米到几十微米，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，当外加电压后，通过容性电流时，发现晶粒内呈线状发光，与光致发光和阴极射线发光时荧光粉晶体发光不同，线状发光在多数情况下呈现尾对尾的慧星形。线对的两头间的距离对多晶粉末为110 m，对单晶可大于100 m，甚至达到毫米量级，发光线直径0.1微米，发光线对的两部分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增强而变长，但线对的头之间距离保持不变。亮度可高达3105cdm2，,三、电致发光的激励机构：一般认为是碰撞电离，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电子的存在是碰撞离化过程的必要条件。,初始电子的机理 AC-PELD的发光过程分为：激励过程和发光过程高电场下的发光机构模型，在荧光粉上施强电场时：从陷阱上释放初始电子。电子在高电场作用下加速 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。在高电场作用下价带上的电子也可直接跃迁到导带。,四、发光效果：在透明电极和背面电极之间施加交流电压时，随着电压上升，发光亮度也将上升。施加脉冲电压驱动时，如图,脉冲电压上升和下降时，都能看到有光输出。发光亮度L与施加电压的关系式为：式中，L0、C是与激励条件、发光单元结构和荧光粉材料等有关的常数。施加脉冲电压发光图：,L与脉冲频率有关：在低频范围内，L与频率成正比。随着频率提高，L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。例如，ZnS：Cu,Pb,Cl随频率的增高，发光颜色从绿色变到蓝色；ZnS：Cu，Mn会从黄色变为绿色。L与温度的关系是 在1000kHz以下，0-100范围内发光亮度的大小没有变化。,2004.7,2004.7,6.3 分散直流型电致发光(DC-PELD)（又称厚膜型)DC-PELD的优点是：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。不足之处是：因高压驱动，驱动电路成本高。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1954年发现，1966年人们得到了高亮度ZnS：Mn、Cu DCEL发光材料。,一、结构：DC-ELD-是在荧光粉晶粒表面上覆盖CuS等其它物质，用热形成法而形成P-N结结构，结构与分散交流型相类似，但没有高阻介质层，在发光层上直接设置电极。它具有二极管的整流特性，激励机理和交流型一样，只是在单方面施加电压时才呈现发光。分散直流型ZnS晶粒的模型图,荧光粉要经过包铜工艺处理，-是将ZnS：Mn浸泡在铜盐或亚铜盐溶液中，经过处理形成P型导电层。器件性能与包铜数量有关，其电阻随包铜量增加而降低，亮度则提高。当包铜量在0.4-0.45wt时，亮度最高，但会产生较大的涡电流，容易产生击穿。所以，包铜量一般控制在0.25-0.35之间。,要进行“热成形工艺”(Forming Process)。-是在单元上加电压后，开始时将有一个大电流(形成电流)通过，随后电流明显地下降，同时产生光辐射，经过一段时间后(约24h)，电流和亮度达到稳定值。“成形”之后电流下降到初始值的1/10左右。“成形”前ZnS：Mn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CuS相的（较大）其等效电路图“成形”前后的单元等效电路图为：,在“形成”过程中，铜离子向阴极ZnS晶粒表面迁移，结果在靠近阳极的一例形成一个乏铜区，呈现高阻状态，另一侧仍是富铜区，呈现低阻状态，产生P-N结结构，其等效电路图b。,“成形”前后的等效电路图,-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ZnS。之后，较低的工作电压主要降在ZnS上，使之发光。这种器件转换效率仅0.1%，但发光亮度高达300cd/mm（V=100V）。实验表明，放电单元的L与施加电压呈现非线性关系。这对消除交叉干扰有利。研究表明：直流分散型ELD的发光-是电流激励，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。由于它是单极性电源驱动，所以它的驱动电路极其简单。,6.4 薄膜型(TFELD)薄膜型交流电致发光(AC-TPELD)的优点是：发光效率高，对比度高，寿命长，阈值陡，分辨力高，有灰度。环境性能好。有存储记忆功能。视角大主动式发光。不足之处是：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RC(线电阻单元电容)大，使脉冲延时、波形改变、有效电压下降。蓝色光ELD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。车间的超净度要求高。成本高。,1、Ball薄膜交流型ELD结构与机理：,1986年美国贝尔实验室制作出薄膜EL器件 由美国Ball所提出的，称做“LUMOCEN”器件，即分子发光中心，-是在发光的母体材料ZnS中添加稀土卤化合物分子(TbF3)作为发光中心的器件。图为具有代表性的LUMOCKN型器件结构,图 LUMOCKN型器件 结构（4-绝缘层）,现在的ACTFEL一般采用双绝缘层ZnS：Mn薄膜结构。器件由三层组成，发光层夹在两绝缘层间，起消除漏电流与避免击穿的作用。掺不同杂质则发不同的光，其中以掺Mn效率最高，加200V、5000Hz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。利用记忆效应可以制成有灰度级的记忆板。,工艺：-在玻璃基板上蒸发厚度200nmSnO2透明导电膜电极，绝缘层用电介质300nm 厚HfO2膜，发光层用厚300 nm添加稀土卤化合物(TbF3等)的ZnS材料，用蒸发技术依次制备各层薄膜。背面电极用平行的条形背电极铝。机理-是在透明电极与背电极上施加交流电压，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。由于背电极是铝，使发出的光反射，光将全部从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。,2、双重绝缘层结构薄膜ELD：是在玻璃基板上蒸镀SnO2透明导电膜(或ITO膜)，其上是200nm Y2O3(Si3N4)绝缘层。发光材料用500nm厚添加金属Mn激活剂的ZnS发光层，在蒸镀发光层后要进行“成形处理”，以改善荧光粉结晶性能；蒸镀第二层的200nm Y2O3(Si3N4)绝缘层，各层薄膜依顺序采用电子束蒸发技术来制备。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，且两电极形成空间交叉的布线配置。,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。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、高可靠性的特性。继Ball研究所的薄膜ELD后日本夏普公司研制出的，L高达5100cd/m2(5kHz，AC250V条件)，寿命达2l04h,高场电致发光显示,交流薄膜电致发光显示（ACTFEL）,其工作原理：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。同时使一部分电子残留在另一电极侧的绝缘层界面上 薄膜型ELD在一个脉冲中只发一次光，与分散型ELD器件不同。,由于ZnS：Mn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ELD的发光特性有很大的影响。因此，对形成发光中心的Mn的添加量应控制在一定的范围内，获得高的发光亮度。,局域能级的分布如图,具有光分极电荷而发光，称为ELD器件的光分极效应。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，分别向两极堆积的现象，,光先缓和效应：当ELD器件的两电极保持短路状态，并伴有外部光照射的情况下，则在发光层上被保存的分极电荷就会缓慢消失，而不发光的现象。如图6.9,当使用外部光照时，外部照射光比ZnS的Eg大的能量，即用比400nm短的光束。内部分极过渡电流在400K以下时非常小，在500K前后开始产生急剧地变化，说明ZnS薄膜在500K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，运动中也伴有发光,3、交流AC-TFELD的特性a、电压U与L的特性曲线。图中时间t是器件的老化时间，即亮度随施加电压的时间t而变化。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，电压-亮度曲线非常陡峭且L高。图 AC-TFELD的电压亮度特性曲线,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L明显地增大。,器件制作后一般要经过80h老化处理工艺，特性趋于稳定，完全稳定下器件可使用的寿命达2104h以上。,施加脉冲电压时的光输出图,b、AC-TFELD的存储效应：如图6.11。当施加的交流电压U徐徐上升时，发光亮度L沿曲线()上升。上升后电压徐徐下降时，L沿着曲线()下降。根据施加电压的大小还可分别沿着曲线()别的路径下降，组成无数的滞后曲线。这种现象称为滞后效应。显示了有可能进行模拟 量的存储。在不增加Mn的杂质含量 和发光层的厚度时，器件 不会表现出存储效应。,c、当施加不同极性的脉冲电压时发光强度高图6.12，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。,d、AC-TFELD的光写入和光消除：存储效应型薄膜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,矩阵式,4、薄膜直流型ELD（DC-TFELD)结构与分散型DC-PELD同：在玻璃基板上蒸发透明电极，然后蒸发发光层(ZnS：Cu)，再制作背电极铝，而后进行“成形”处理，在发光层上由于Cu离子的移动而产生N型ZnS区和CuxS的P型区，形成P-N结结构。,图表示了DC-TFELD从P-N结上产生发光的原理。,6.5 ELD的各种材料一、发光材料 主要用ZnS发光材料。如表6.4。由于激发过程不同，其激活剂的添加量比荧光管中激活剂的大得多。用了Mn(黄橙色)、TbF3(绿色)，PrF3(白色)，DyF3(黄白色)等作为激活剂。其中，激活剂Mn的发光效率比较高。还用了SrS：Ce、Ba 2ZnS：Mn，CaS：Ce、ZnS：Te，Mn，CaS：Eu等材料，使用SrS、CaS等母体，混入Mn、Ce、Eu等迁移金属、稀土类作为局域发光中心制作分散型ELD器件，得到了较窄的发光光谱。,主要发光材料和激活剂,二、电介质材料 为使无机分散型ELD获得高阻抗，在发光层的一侧面上制作电介质绝缘层，常用BaTiO3等高介电常数的电介质。在有机胶片状分散型交流ELD上，使用介电常数在815左右的弯曲性能好的高分子电介质。表6.5列出了有代表性的有机电介质的聚合物材料。,薄膜型交流ELD用的电介质材料有：Y2O3、Si3N4、Sm2O3、Ta 2O3、BaTiO3、PbTiO3等。介电常数在10180之间，应该与发光材料、电极材料等相适应，与蒸发条件也有很大的关系。如用Si3N4绝缘层代替Y2O3对提高可靠性有利。虽Si3N4膜不会影响透明电极，而它和背电极铝间粘着性差。为此，在铝层与Si3N4之间需要插入SiO2层解决粘着性问题。,为防止电介质绝缘层上的吸湿，有必要制备无针孔的致密薄膜。如图：阈值电压Uth与电介质的介电常数关系：电介质的介电常数高，Uth较低。为不降低发光亮度，发光层的电场强度不能太低。,三、电极材料透明电极材料有In2O3和SnO2，或两者混合的铟锡氧化物ITO导电膜。背面电极材料：蒸发铝电极。对于透明ELD和双层重叠的ELD多色化等其两面电极材料都是使用In2O3膜。响应速度决定：电极要透光性好、导电膜的电阻率小。,6.6 ELD的制作工艺 制备工艺较简单，结构很像一个能发光的平行板电容器。两个平行板电极中至少有一个是透明导电膜电极，另一个是金属电极，两电极之间有一层发光层和绝缘反光层，电极上引出引线，最后涂敷防潮树脂，加防潮盖玻璃就制成了发光屏。这里介绍几种典型制作工艺。一、分散交流型ELD屏的制作 分散交流型ELD中有无机型ELD(搪瓷屏和玻璃基板型显示屏)和有机ELD(有机胶片软屏)。1分散交流型(玻璃基板屏)ELD 的制作工艺流程如下：导电玻璃-发光层-TiO2反光耐压层-背面铝电极-电极引线-涂防潮树脂加盖防潮玻璃。,发光层制备：常用丝网印制方法和喷涂法。前者与制作印制电路板的丝网印制方法相类似，是将发光粉与有机介质粘合剂按比例混合成膏状，用丝网印制制作发光层，制作时车间环境温度为30，相对湿度50。喷涂法是将有机介质用喷枪均匀地喷涂到导电玻璃上，然后用毛刷将发光粉均匀致密地刷于介质层上。为了减少针孔一般喷刷两层，尽可能使发光粉层平整、均匀、无针孔。TiO2反光耐压层的制作：与发光层制作方法相同，耐压层制作后120烤箱中烘烤46h进行固化处理。金属铝膜使用真空蒸镀方法制作。,2有机胶片型分散交流ELD屏的制作 它适用于作为液晶显示屏(LCD)的背光源，其制作工艺流程如图6.18。,发光层、绝缘层都用厚膜印制工艺，也可用丝网印制或刮屏的印制法进行涂膜。背电极使用铝箔，可用低温磁控溅射法在绝缘层上制作铝电极。还可直接购买带有导电膜的聚脂胶片作为基板依次进行发光层、绝缘层、溅射背面电极铝、切片、塑料薄膜封装、老化、检验等工艺来制作ELD。,三、分散直流型ELD的制作 与分散交流型ELD屏制作方法基本相类似。但需要进行“热成形”处理，才能获得良好的电致发光。四、薄膜交流型ELD的制作 介绍x-y矩阵驱动薄膜交流型二重绝缘层结构ELD的制作工艺，制作工艺流程如图6.19。可看出薄膜ELD的性能在某种意义上起重要作用的是成膜技术。发光层膜、绝缘膜、透明电极膜、背电极铝膜共有四种薄膜，再加上材料在内有必要进行优化设计。,薄膜交流型ELD的制作工艺流程图,1发光层的成膜技术 发光色是根据发光母体中混入少量的不同杂质所制作的发光中心决定。因此，发光层成膜技术和绝缘膜的质量直接关系到L、发光效率等。发光层是在高场(106V/cm)下发光的，所以其材料应具有良好的绝缘性和容易产生电子激励的特性。目前已有黄橙色、绿色发光、多色发光。(1)黄橙色发光膜的成膜 是以ZnS荧光粉为母体，混入少量金属Mn杂质，混入比例为0.40.5wt。ZnS:Mn发光膜有物理方法和化学方法两种。物理成膜方法：常用电子束蒸发和磁控溅射成膜方法。磁控溅射(RF)法制备发光层、绝缘膜、导电膜、背面电极金属铝。,化学成膜方法:外延生长(ALE(Atomic Layer Epitaxy)法和化学气相淀积法(MOCVD)，化学成膜致密性好，ALE法成膜的发光效率为81m/w，比电子束蒸发提高4倍多；ALE法是把玻璃基板放入外延炉腔后，当升至一定温度时，用ZnCl2蒸气和H2S蒸气交替通入在基板上生长ZnS膜。根据蒸气进入次数可控制生长的每一层原子膜的膜层厚度。这种方法要送气、排气反复操作，比较麻烦且费时间。但炉腔内一次可放置多块基板从而提高了生产效率。MOCVD法在反应室内把基板加热到300，H2气携带有机介质与锌混合物与H2S气体在反应室中反应，在基板上形成ZnS膜。然后把TCM(有机介质与锰的混合液)用H2 气携带导入反应室进行加热分解直接制得ZnS:Mn发光膜。,(2)多色发光膜的成膜 ALE 和MOCVD法是理想的成膜方法。电子束蒸发法制备多色发光膜是采用ZnS母体材料和稀土卤化物多元蒸发方法。用不同的稀土卤化物就可得到不同的发光色。溅射方法来制作多色发光层时，采用母体材料添加TbF3制作为绿色发光膜。对于红色光是使用CaS:Eu，用多源电子束蒸发，基板温度550 L为430cd/m2。蓝色发光是使用SrS添加Ce、K，用电子束蒸发，基板温度500以下可得到1600cd/m2的亮度。采用在ZnS：TbF3(绿色)和ZnS：SmF(红色)层之间，夹入一层中间电极的多层重叠结构。中间电极和透明电极、中间电极和背电极之间各自施加电压后，就可得到绿色和红色的自由混色光。已有矩阵驱动的多色ELD混合色显示屏，并可实现灰度显示。,2绝缘膜成膜技术 为保证充分发挥发光腔的功能，对绝缘膜的要求是：膜质均匀、致密性好、无针孔、化学稳定性好。由于发光膜成膜时基板温度为550高温，要求高温下绝缘膜不会产生剥离，且有良好的粘附性；应具有高的介电常数，耐高压等特性。为适应材料的多样性，一般采用电子束蒸发方法和磁控溅射方法为主要的成膜方法。为提高屏的性能，器件结构采用多层绝缘层的组合结构，如图6.20。把结构图中上半部的SiNO+SiO2组合改换成SiNO+A12O3组合，绝缘层的耐压程度可提高40V左右。为提高屏的可视性，在发光膜与上半部分绝缘膜之间制作一层黑色PrMnO3绝缘膜。,3透明电极成膜技术 希望透明电极导电膜具有大尺寸、透光性好、耐久性、耐腐蚀性等良好性能。成膜方法中古老的是化学喷雾法制作SnO 2膜，称为奈塞透明导电膜。为改善导电性、耐腐蚀性，一般用In2O3膜或用In2O3中含5wt的SnO 2的ITO膜,化学制膜法比物理制膜法的设备简单。喷雾法、浸渍法适合于用大面积基板或曲面玻璃基板制作透明电极。物理制膜方法有：真空蒸发法、磁控溅射法。它是在真空中玻璃基板温度140180的低温下，在玻璃基板上直接成膜。一般在透明电极上，制作绝缘膜时容易使透明导电膜变黑，影响器件的透光性，应加以注意。为减小屏的功耗，透明导电膜应做厚些，阻抗做小些。但这样又会在导电膜的端边位置上使发光照、绝缘膜的厚度变薄，容易引起局部击穿。因此应整体考虑透明导电膜的厚度。,4背电极膜成膜技术 背电极材料应选用在可见光范围内反射率高的材料。因一方面起电极作用，还有反射光的作用。反射率高的材料有Ag、Al等。通常Al用真空蒸发或磁控溅射方法制作，铝膜应具有平整、均匀致密、无针孔，以及附着力强的膜质。,6.6 电致发光显示器件的驱动方式一、多路驱动 二重绝缘层的三层结构的薄膜交流型ELD矩阵显示屏的驱动电路原理图。适于有380120个像素的ELD矩阵显示屏。显示屏的数据侧有280条透明电极，扫描侧铝电极有120条，与数据侧电极成垂直配置。各电极群成梳状结构。上下左右相互插入平行配置，每一条电极都分别通过接线端子与驱动电路相连接。图上方数据侧电极序号为1，3，i-1，i+1，279，下方数据侧电极序号为2,4，i，i+2,280。左侧扫描电极为奇数1，3，j-1，i+1,，11 9，右侧扫描电极为偶数2，4，j，j+2，120。,采用行顺序扫描方式，在数据侧上选择偶数电极的同时，扫描侧按顺序选择扫描电极。当进行一个画面的扫描时，扫描线从第一条依次扫描到第120条止。负脉冲时，显示屏上的全部像素同时被施加上电压。这样一个周期结束时，又重新开始从第一条扫描电极进行扫描写入。这种交替周期的重复频率称作半帧领率。一般频率选择在60120Hz。为进一步了解驱动电路的工作原理，用像素点E(i，j)的写入方式加以说明。驱动电路由高压MOS晶体管和高压二极管组成。,图6.21。其工作原理可分三个阶段进行。第一阶段，发射初始自由电子。首先，扫描电极侧的高压MOS晶体管VFl，VF2，VF119,VF120处于导通状态(ON)。同时,自由电子驱动电路开关SP为接通(ON)状态。此时，数据侧所有的高压MOS晶体管VFl，VF2，VF279,VF280处于截止状态(OFF)。也就是扫描电极接地为0V。数据电极通过公共线A和B与开关Sp连接，施加30V直流电压，对全体像素充电，充电时间约为10s，属短时间充电。,图6.21电极i上电压波形(实线部分)，而其它的电极上的电压波形如虚线。这一阶段大约10s，时间非常短暂。至此所有的像素点还没有达到发光所需要的电压。,第二阶段为进行调制放电驱动阶段。扫描电极侧的MOS晶体管全部处于截止状态(0FF)，上升驱动电路开关SB转换成导通状态(ON)时，通过扫描侧的公共线C和D在扫描电极上施加电压30V。由于矩阵电极空间交叉点具有电容耦合性质，所以在所有的数据侧驱动电极上，电压都将上升到60V。随后为了在像素E(j，j)上进行写入发光，在选择的数据侧驱动电极i上，相连接的MOS晶体管VFki处于截止(OFF)状态，与其余的数据侧驱动电极(ki)相连接的MOS晶体管VFi转换成导通(ON)状态，使数据侧非选择电极ki 的电极上的电荷放电，电压为0V。,第三阶段，即写入驱动阶段。假如选择的扫描电极j是偶数侧电极时，奇数侧写入驱动开关S0为导通(ON)状态，通过公共线C与D极管阳极相连接，使所有的奇数侧扫描电极上升至190V。由于电容耦合性质，能使选样的数据阴驱动电极i电压上升到220V，而其它的数据侧电极(ki)上的电压只有160V。随后与扫描电极j相连接的晶体管VFj转换成导通(ON)状态，此时扫描电极j上电压变成0V。结果在选择的像素点E(i，j)上施加了写入电压220V(脉冲峰值电压)。扫描电极j上的非选择像素点E(k，j)(kI)上施加了低于阈值电压的峰值电压(160V)，使像素点E(i，j)发光显示。假如选择的扫描电极为奇数侧，则偶数侧写入驱动电路开关SE呈导通(ON)状态。通过公共线D与二极管相连，使所有偶数扫描电极上电压上升至+l 90V，这种驱动叫作写入驱动。写入时间约为35s。显示屏的发光阈值电压为190V，施加220V、100Hz频率时，发光亮度可达170cd/m2。,二、有源矩阵驱动 有源矩阵型ELD-TFT显示屏的结构：是在基板上用蒸发技术制作铝膜和薄膜晶体管(TFT)，用公共漏电极和公共栅极在同一平面上垂直交叉相互配置。且第个TFT-VF1的源极与电容Cs和TFT-VF2的栅极相连接。VF2的源极与电容一起与地线连接，VF3管的漏极与显示屏上电极连接，组成一个单元。,全画面上像素点的驱动由各个驱动单元集成。ELD面板则是在这个有源矩阵驱动电路基板上涂敷分散型EL的发光层，发光层上蒸发制作PbO透明电极。矩阵驱动方法如下(如图6.23)。在漏极群xi,xi+1，xi+2.和栅极群yj,yj+1,yj+2,.的选择交叉点上施加脉冲电压时，VF1管呈导通(ON)状态，对电容充电，充电电压由栅极上施加的脉冲幅宽决定，当充电电压足够大时，使VF2管栅压增大而导通(ON)，通过ELD屏上的透明电极施加设定电压。该电压作用在ELD屏上，然后通过电容放电使栅极电压慢慢下降。电容的充电电压决定了VF2管的导通时间。ELD显示屏的亮度与VF2管的导通时间也有关系。这样对x电极群和y电极群顺序扫描，使选择的像素点发光。在有源矩阵驱动中，一般采用行顺序扫描方式。,图6.23 有源矩阵驱动电路原理图,三、光写人、光消除、电读出驱动 存储型ELD矩阵显示屏和无存储型ELD显示屏有相同的结构，电压和亮度的滞后特性曲线。用图6.24a脉冲电压波形来说明电写入、电消除的驱动原理。用与阈值电压大小相等的维持脉冲Ps连续地施加在全像素上，在二个脉冲周期之间的间隙期间上，如果按顺序进行点扫描或行顺序扫描施加电写入脉冲Pw时，就能够给任意的像素写入而显示。另外，当施加一个消除脉冲Pe时，就能够消除掉写入的显示像素。,图b为施加维持脉冲，用光写入触发器驱动有源的书写光笔，脉冲波形上受到光照射时，就能够进行光写入。用消除触发器驱动光笔，在维持脉冲间隙期间进行光照射时，在发光层上产生光缓和现象，使光分极电荷消失，正在发光的像素停止发光。因此，用消除方法驱动光笔，根据光消除能够呈现负片显示。,图c为电读出驱动，它是在维持脉冲Ps的间隙期间上，逐点扫描。当施加读出脉冲PR时，发光像素上，就会产生发光电流。另一方面在没有写入的像素上，即使施加读出脉冲也没有发光电流流出。根据这两者的不同，能够直接电读出发光显示信息。,67 电致发光显示器件的应用一、数字显示ELD作为数字显示的应用，可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。但目前此方面的用途还不多。数字显示ELD的应用实例有Lohia公司研制的使用透明电极的透射型符号数字显示单元。文字的大小高2.5cm，宽1.5cm，字型符号显示。日本NEC公司使用有机胶片制作出大型段文字显示装置。二、模拟显示 模拟显示用分散型ELD,多数使用在计量仪表盘上，用双层绝缘膜结构的薄膜绿色发光ELD屏。它是在玻璃基板上蒸发透明电极，在绝缘膜上蒸发高阻介质材料BaTiO3,发光层的荧光材料用ZnS：TbF3。驱动电压为80V，1kHz交流电压，寿命达5000h以上，现已实用化。,三、字母符号显示 荷兰Lohia公司使用薄膜交流型ELD显示屏制作机场用的报时牌。显示牌的一个文字由811个点组成,尺寸为40mm35mm，亮度为115cd/m2，在5000lx的环境光的条件下，灰度为10:1，效果很好。报时牌的面积为32.2m2。行间距20cm,行45个字符，共16行。功耗力1.2Kw。文字显示色为黄橙色。最里层使用240320个像素。同时，还可用57点阵显示英文和数字。亮度均可达80100cd/m2。四、图形显示 夏普公司研制的薄膜交流型ELD图形显示屏，其显示面积为12090mm2，512256个像素，分辨力为2.7线/mm，显示色为黄橙色，用行顺序扫描方式，60帧s速度显示。发光亮度为85cd/m2。显示屏的驱动电路如图6.25。,五、图像显示 使用二重绝缘层薄膜交流型ELD矩阵显示屏的TV图像显示装置正在研制之中。与图形显示屏一样，调制驱动脉冲的振幅根据图像信号变化。用行顺序方式进行扫描显示。图像显示TV用驱动电路如图6.25。特点是对调制驱动脉冲进行模拟调制，得到50以上的灰度等级。利用驱动用MOS晶体管的栅极电容使每行模拟存储。显示部和控制部成90配置，以便挂在墙上，外形上有挂壁式和桌面式两种。,图6.25 图形显示的单元电路原理图,图6.25 TV图像显示用驱动电路框图,六、彩色显示 目前，黄橙色(Mn杂质)、绿色(TbF3杂质)的显示屏已实用化。可用黄色(DyF3)，红橙色(SmF3)，白色(PrF3)，蓝色(Tm F3)等激活剂的多色ELD显示屏正在开发。根据改变施加电压的大