《光电子技术基础》(第二版) 第七章 光电显示.ppt

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1、第七章 光电显示,7.1光电显示技术基础7.2阴极射线显示7.3液晶显示7.4等离子体显示7.5场致发光显示,7.1光电显示技术基础,7.1.1显示技术与显示器件1897年德国的布劳恩（Braun）发明了阴极射线管（CRT）雏形1968年美国的Heilmeier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（LCD）20世纪90年代，液晶显示器首先在笔记本电脑领域取得了绝对优势。,显示器件与显示系统主要性能指标,1 亮度 指垂直于传播方向单位面积上的发光强度，单位为cd/m2(坎德拉每平方米)。一般室内观看清晰可见亮度要在70 cd/m2 以上，室外要在300cd/m2以上。

2、人眼可见的亮度范围为0.03-50000cd/m2。,坎德拉和流明的定义,坎德拉在空气中波长为555nm的单色辐射，在给定方向上的辐射强度为1/683 WSr-1 时，则在该方向上的发光强度为1cd。流明波长为555nm的单色辐射体，其辐射功率为1瓦时，则该辐射体所发出的光通量为634流明。,2 对比度和灰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达30:1。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，图像越柔和。电视图像画面应有8级左右灰度，人眼可分辨的最大灰度级别为100级左右。,3 分辨力 分辨力是人眼观察图像清晰程度的标志。用光栅高度（帧高）范围内能分辨的

3、等宽度黑白条纹（对比度100%）数目或电视扫描行数来表示（如：通常电视垂直分辨力为500线）；也可用光点直径来表示,约为几微米到几毫米，电脑显示器分辨力常为0.28mm，CCD则可小到数微米以下。,4 发光（显示）颜色发光（显示）颜色可用发射光谱或显示光谱的峰值及带宽来衡量，或用色度坐标来表示。包括颜色的种类、层次与范围。各种光电显示器性能比较见下表。,7.1.2发光、色彩与视觉(1)发光,1 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，也即以某种方式(紫外线、高能电子、X射线、/射线等高能辐射)来激发某些物质，使其部分能量以（非热激发形式）可见或近可见光谱形式重新发射出来的现象。

4、分类：根据发光体化学结构可将发光现象分为无机化合物、有机化合物、晶态磷光体发光；根据发光时间长短可分为长余辉(0.1s)、中余辉(1ms-0.1s)、短余辉(1ms)发光；根据发光机理不同可分为分立中心发光、复合发光根据激励方式可分为光致发光、阴极射线发光、场致发光、化学发光。,根据激励方式分：,(1)光致发光：激励来自对光子（通常是紫外光）的吸收。荧光灯是这类发光的代表，灯内的水银蒸汽在外电场作用下放电而辐射出紫外光，紫外光激发管壁上的荧光粉而发光。(2)阴极射线发光：发光体在加速电子的轰击下激发发光。典型的器件有显像管(CRT)，其中的电子枪在加速场作用下产生高速电子束。,7.1.2发光、

5、色彩与视觉(1)发光,(3)场致发光：发光体在外电场或电流作用下激发发光。如交流粉末显示器、直流粉末显示器、发光二极管、等离子体显示器等。(4)化学发光：发光体在化学反应过程中由化学能激发的发光。如磷在氧化时所发的磷光。荧光：发光时间10ns，磷光：发光时间10ns,7.1.2发光、色彩与视觉（2）颜色,颜色具有以下性质：(1)连续性：指光波长连续变化时颜色连续变化的性质，表示为颜色c为波长的函数：(2)可分性：指白光可分为其他颜色成分，如三棱镜将白光分为7彩颜色。(3)可合性：指多种颜色的光总可以按一定比例混合使得通过三棱镜合成为白光。,(4)三基色原理：指自然界中客观存在的任一种颜色均可以

6、表示为三个确定的相互独立的基色的线性组合。实用上常选择红(R)、绿(G)、蓝(B)作为三基色。将三基色按一定比例混合调配，就可模拟各种显示颜色彩电中常采用相加混色法获得所需颜色；而彩印、胶片中常采用相减混色法，为了方便，相减混色法常取黄、品红和青为三基色，三者相加为黑色。,(5)亮度、色调和饱和度亮度表示各种颜色的光对人眼所引起的视觉强度，它与光的辐射功率有关；色调（色品）表示颜色种类的区别，也就是不同波长辐射在色觉上的不同色调表现，自发光体的色调决定于它本身光辐射的光谱，非发光体的色调决定于照明光源的光谱组成和该物体的光谱反射或透射特性；饱和度（色纯度）表示颜色光的色纯粹性程度，与颜色光中白

7、光含量有关，色越纯，白光含量越少。,7.1.2发光、色彩与视觉(3)视觉,人眼彩色视觉特性包括：(1)人眼有三种锥状色感细胞，分别对红、绿、蓝最敏感；(2)人眼具有空间混色特性，指同一时刻当空间三种不同颜色的点靠得足够近，使得人眼不能分辨出其各自颜色，而只能感觉到其混合色的特性(3)人眼具有时间混色特性，指同一空间不同颜色的变换时间小于人眼的视觉惰性时，人眼不能分辨出其各自颜色，而只能感觉到他们的混合色；(4)人眼具有生理混色特性，指两只眼睛同时分别观看两种不同颜色的同一景象时，人眼不能分辨出其各自颜色，而只能感觉到他们的混合色,7.1.3色度坐标系与彩色重现,1 色度坐标系CIE-RGB计色

8、系统该系统规定：波长700nm、光通量为1lm的红光为一个红基色单位，用(R)表示；波长546.1nm、光通量4.5907lm的绿光为一个绿基色单位，用(G)表示；波长435.8nm、光通量0.0601lm的蓝光为一个蓝基色单位，用(B)表示；等量的RGB能配出等能白光；,任一彩色光F总可以通过下列配色方程配出：式中，R(R)、G(G)、B(B)称为F的三色分量，R、G、B称为三色系数，m称为色模，代表F所含三基色单位的总量，r、g、b称为色度坐标或相对色系数，分别代表F所用三基色单位总量为时所需的各基色量的数值，且,图7-1 CIE-RGB色度图,其可见光光谱轨迹为一舌形曲线，其中(R)的坐

9、标为(1，0)，(G)的坐标为(0，1)，(B)的坐标为(0，0)，三角形RGB内各点所代表的彩色可以用规定的三基色相加配出，三角形的重心坐标为等能白光色坐标，而三角形之外的彩色不能直接相加配出，而需经过将一个或两个基色移到待配彩色一侧才能配出。该计色系统存在缺陷：A)光谱分布色系数和色坐标出现负值，不易理解且计算不便；B)光谱轨迹不全在坐标第一象限内，作图不便；C)色度图上没有直接表示出亮度，需要经过计算才能求出。,(2)CIE-XYZ标准计色系统,任意彩色光F的配色方程为：式中，(X)、(Y)、(Z)为三基色单位，X(X)、Y(Y)、Z(Z)称为F的三色分量，X、Y、Z称为三色系数，m 称

10、为色模，x、y、z为色度坐标或相对色系数，,该计色系统中三基色单位(X)、(Y)、(Z)的选择保证了色度坐标系中三色系数均为正，并规定Y(Y)既含色度又包含亮度，而另两基色为纯色分量不含亮度，还保证了X=Y=Z时仍代表等能白光。,CIE-XYZ色度图,x,y,z与r,g,b之间的转换公式：,(X)、(Y)、(Z)在RGB色度图中的位置如图7-3所示：,图7-3(X)、(Y)、(Z)在RGB色度图中的位置,图7-4 XYZ色域图,等色调波长线与等饱和度线,等色差域图,(3)CIE-UCS均匀计色系统,CIE-XYZ色度图色度空间的不均匀性给颜色差别的衡量带来很多不便，为此提出均匀计色系统CIE-

11、UCS，色度图如图7-6所示。这一计色系统规定：,并规定,坐标决定颜色亮度，白色点坐标为（0.201,0.307）。,2彩色重现,电视彩色图像的获得需经过景物彩色画面的分色、摄像器件的光电转换、电信号的处理和传输、显像器件的电光转换等主要过程。彩色显像管利用红、绿、蓝三种荧光粉作为显像三基色，采用空间相加混色法实现彩色重现。对图像的亮度、色调和饱和度三参量的电信号进行色度编码，通过矩阵电路使其成为发送端的编码矩阵。在接收端，用矩阵电路实现解码，用取出的三基色图像信号控制彩色显像管的三个电子束，激发相应荧光粉发光，即可实现彩色重现。,7.2阴极射线显示,7.2.1发光机理1 复合发光 晶态发光体

12、：复合发光，特点：能量吸收在基质中进行，而能量辐射则在激活剂上产生，即发光过程在整个晶体内完成。由于全过程中晶体内伴随有电子和空穴的漂移或扩散，从而常常产生特征性光电导现象，因而这类发光一般又称光电导型发光。,晶态发光体的能带结构示意图,它由晶体基质所决定的价带和导带、制备发光体掺入的激活剂离子所产生的局部能级G(一般为基态能级)以及晶体结构缺陷或加入的协同激活剂而产生的局部能级T（一般为电子陷阱能级）等几部分组成。其发光的微观过程包括：(1)吸收激发能电离过程 晶体吸收外界激发能，引起基质价带电子和激活剂G能级上的电子（远少于基质电子）激发、电离而到达导带，从而在价带中引入空穴，导带中引入电

13、子。,(2)电子和空穴的中介运动过程 电离产生的电子和空穴分别在导带和价带中扩散。空穴扩散到价带顶附近后被激活剂离子G能级俘获。电子扩散到导带底附近时，有的不经过亚稳态，直接落入激活剂离子G能级相应的激发态A（a过程）；有的被浅层亚稳态的陷阱能级T俘获，之后借助热运动回到导带，继而失去部分能量落入激发态A（b过程）；有的被深层陷阱能级T俘获，之后在外界能量激发下回到导带，继而失去部分能量落入激发态A（c过程）。,(3)电子空穴对复合发光过程激活剂离子A能级上的电子与G能级上的空穴复合并向外辐射光子。上述a过程中的电子在导带中停留时间少于0.1ns即复合发光，因而称短时复合发光；而b、c过程的电

14、子由于存在T能级(即亚稳态)俘获过程，因而复合发光滞后于电子受激发跃迁，存在余辉时间，称为长时复合发光。硫化物型发光体是这类发光体的典型代表。发光过程中，除了基质ZnS本身提供的导带(由Zn2+构成)和价带(由S2-构成)外，不仅需要激活剂(最有效的有Cu,Ag,Au)提供基态能级G，还需要协同激活剂(最有效的有Cl,Ar,I 等)提供陷阱能级T。,2 分立发光,分立发光机理的位形坐标模型,当一束高能（keV）粒子打到某一固体上时，小部分(约10%)被反向散射，剩余部分穿透到固体中并在其中失去能量，使图中处于基态1上位置A处的电子吸收外界高能量子而跃迁到激发态2上位置 处。由于电子在 处不稳定

15、，因而必然经由状态B下降到激发态能量最低点。当电子从激发态 跃迁到基态G点时，便发生发光现象。其特点是，能量吸收和辐射均发生在晶体单分子中的激活剂附近，即发光中心上，因而称为短时非光电导型发光，俗称荧光。,斯托克斯位移,由于其发射光子的能量总小于吸收的能量 这种能量损失称为斯托克斯损失。当外部激发量子为光子时，这种损失就体现为发射光谱的峰值相对吸收光谱峰值向长波方向移动的现象，称斯托克斯位移。在荧光灯中，通过由氩气和水银蒸气组成的混合气体放电，发出浅蓝色的光和具有大量能量的紫外线。如果在荧光灯的管壁上涂上适当的发光材料，就可发生斯托克斯位移，把紫外线变为可见光，从而大大增加荧光灯发光效率。,7

16、.2.2阴极射线管(Cathode Ray Tube,CRT),1 黑白显像管(1)工作原理：电子枪发射出的电子束被加在电子枪栅极或阴极上的视频电信号所调制后，经过加速、聚焦、扫描、复合发光等一系列过程最终变为荧光屏上按空间分布的、亮度随电信号强弱而变化的相应光信号，从而得到与原被摄景物几何相似、明暗对应的适合人眼视觉特性要求的光学图像。,灯丝 2.阴极 3.控制极 4.加速极 5.聚焦极 6.高压阳极 7.电子束 8.玻壳,(2)黑白显像管的基本结构,(3)电子枪,单电位电子枪(UPF，Uni-Potential Focus)结构 灯丝Hf阴极K控制极G1加速极G2第二阳极(聚焦极)G3和高

17、压阳极G4,电子枪的作用,发射并加速电子，电子枪的电子发射系统主要由阴极、控制极、加速极组成，加速极电压一般在700伏左右。用视频信号调制电子束流，目前显像管一般采用阴极调制的方式，也就是控制极接地，将视频信号加到阴极上，此时阴极电压越向负极变化，电子束流就越大，所以称负极性调制。这种调制方式对电子束的控制较强，调制灵敏度较高。利用电子透镜会聚电子束，并在荧光面上将电子束聚焦成小点。高速电子束流经G2和G3构成的予聚焦透镜被压缩变细，再经G3、G4、G5构成的聚焦透镜进一步聚焦，在荧光粉面上产生足够小的光点。,(4)偏转系统,偏转系统的作用：为了显示一幅图像，必须让电子束在水平方向和垂直方向上

18、同时偏转，使整个荧光屏上的任何一点都能发光而形成光栅磁偏转系统 由两组套在管颈外面的互相垂直的偏转线圈组成，常为S/T型结构，即：垂直偏转线圈绕在磁环上为环形，水平偏转线圈为空心鞍型；水平线圈放在垂直线圈里面，且紧贴管颈。,偏转线圈的输入：一般情况下，在水平偏转线圈上输入行频为15625Hz的锯齿波电流，在垂直偏转线圈上输入场频为50Hz的锯齿波电流。电子束着屏点偏移量：当电流通过线圈时，产生偏转磁场，使电子束偏转，如图7-11所示。垂直磁场入射的电子束在磁场内作圆周运动，离开磁场后沿圆周切线射向荧光屏面。,图7-11 偏转线圈上的电流,偏移量,PAL制式规定：每帧625行，每秒25帧；隔行扫

19、描，每帧两场，每秒50场。每行水平扫描正程为52s，逆程为12s，场正程时间18.4ms，逆程时间1.6ms，垂直方向显示575行。,(5)荧光屏,对荧光屏要求：发光亮度和发光效率足够高，发光光谱适合人眼观察，图像分辨力高、传递效果好，余辉时间适当，机械、化学、热稳定性好，寿命高。荧光屏的组成：由涂覆在玻壳内表面的荧光粉层和叠于荧光粉层上面的铝膜共同组成。黑白显像管一般用两种荧光粉（蓝与黄，比例55：45）混合制得 制作方法：一般采用沉积法，把洗净烘干的玻屏放在涂胶机上，玻屏的倾角和转速都可由涂胶机控制。向玻屏中心注入加有醋酸钡等电解质的荧光粉和水玻璃悬浮液，开启涂胶机使其均匀涂布于玻璃基板上

20、，经烘干后即形成牢固的荧光粉层,金属化荧光屏：在荧光粉层表面蒸镀一层0.10.5m的铝膜，并使之与电子枪阳极相连.可以提高图像显示性能。金属化荧光屏优点：铝膜与电子枪的阳极相连，可防止介电性的荧光粉负电荷积累导致的荧光面电位下降(这会限制亮度提高)；铝膜可将荧光粉所发向管内的光线反射到观察者一侧，从而增高荧光屏亮度、改善对比度；铝层能有效阻挡管内负离子对荧光粉的轰击，防止荧光屏出现离子斑。,2彩色显像管,彩色显象管组成：电子枪、偏转系统、三色组荧光屏、荫罩荫罩 显像管选色机构，是彩管中特有的极为重要的组件作用 当显像管工作时，荫罩限制电子束着屏方向和着屏束径，以保证电子束只能打中荧光屏面上规定

21、的基色粉点(条)，即保证电子束正确选色。,彩色显像管分类：根据荫罩管四个组成部分不同组合方式品字型三枪三束荫罩式彩管（简称荫罩管）单枪三束栅网荫罩彩管（简称单枪三束管）自会聚式彩管（简称自会聚管）目前彩色电视机采用最多的是自会聚管。,三枪三束荫罩管结构,红绿蓝三基色点呈品字型均匀交替排列在整个荧光屏上，,品字型排列、相隔120度、与管颈中轴线倾斜11.5度的小电子枪。,荫罩板上打有数十万个小孔,数目达100万颗以上,显象管的结构,b 自会聚彩管典型结构：电子枪采用了三枪三束精密直列式结构，采用精密环形偏转线圈，实现了会聚自校正。,7.3液晶显示,LCD是利用液晶的光学各向异性，在电场作用下对外

22、照光进行调制而实现显示的。7.3.1 液晶及其物理性质1 液晶的特点及分类 介于完全规则状态(如固态晶体)与不规则状态(如各向同性液体)之间的中间态物质。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成的液晶。溶致液晶是指某些有机物放入一定的溶剂中时，由于溶液破坏结晶晶格而形成的液晶。,根据分子的不同分类：近晶型，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，具有正单轴晶体的双折射性向列型液晶，也称丝状液晶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

23、向各个分子容易顺着长轴方向自有移动，黏度小，易流动，仍具有正单轴晶体的双折射性胆甾型，也称螺旋形液晶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、选择性光散射性、偏振光二色性、负单轴晶体双折射性,(b)向列型(c)胆甾型,2热致液晶的物理性质,(1)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子正负介电各向异性的关键数值。的液晶称为正性液晶，或称P型液晶；的液晶称为负性液晶，或称N型液晶。(2)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，称为电导各向异性。

24、如向列型液晶总有,(3)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。(4)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，,为正光性液晶。,液晶材料的物理性质与显示器性能参数关系表,7.3.2液晶的电光效应,1垂直排列相畸变效应,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

25、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，又称电控双折射效应(ECB)。,2扭曲向列效应,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。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，称为亮场；当在液晶两基片上加上足够高的电压(大于阈值电压)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。,TFT-

26、LCD技术发展简介,TFT-LCD薄膜晶体管液晶平板显示器。利用液晶作为光阀的优良特性把发光显示器件分解成两部分，即光源和对光源的控制。LCD发明以来，背光源在不断地进步，由单色到彩色，由厚到薄，由侧置荧光灯式到平板荧光灯式。对光源的控制，把半导体大规模集成电路的技术和工艺移植过来，研制成功了薄膜晶体管（TFT）生产工艺，实现了对液晶光阀的矩阵寻址控制，,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，只要控制各个象素显示相应的颜色就能达到目的了。在TFT LCD中一般采用背光技术，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“百叶窗”打开时

27、光线可以透过来，而“百叶窗”关上后光线就无法透过来。,TFT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璃基板之间。在上层玻璃基板上有FED晶体管，而下层是共同电极，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TFT液晶显示器,TFT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，依次排列在玻璃基板上组成一组（dot pitch）对应一个象素每一个单色滤光镜称之为子象素（sub-pixel）。也就是说，如

28、果一个TFT显示器最大支持12801024分辨率的话，那么至少需要128031024个子象素和晶体管。对于一个15英寸的TFT显示器（1024768）那么一个象素大约是0.0188英寸（相当于0.30mm）,TFT是在玻璃或塑料基板等非单晶片上（当然也可以在晶片上）通过溅射、化学沉积工艺形成制造电路必需的各种膜，通过对膜的加工制作大规模半导体集成电路（LSIC）。在大面积玻璃或塑料基板上制造控制像元开关性能的TFT比在硅片上制造大规模IC的技术难度更大。对生产环境的要求（净化度为100级），对原材料纯度的要求（纯度为99.999985），对生产设备和生产技术的要求都超过半导体大规模集成，是现代

29、大生产的顶尖技术。,三星40英寸大屏幕TFTLCD显示效果,7.4等离子体显示,等离子体显示是利用气体放电产生发光现象的平板显示。等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。,7.4.1气体放电物理基础1 气体放电与等离子体,7-21 PDP中气体放电的伏安曲线,第一区为非自持放电区，其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。第二区为自持暗放电区，此时放电电流很小()，管压降接近电源电压。第三区为过渡区，也叫欠辉区。图中D点对应的电压称为辉光放电着火电压，也称起辉电压、击穿电压。第四区为正常辉光放电

30、区，放电电流,第五区异常辉光放电 区。第六区称为第二过渡区 G点对应的电压称为弧光放电着火电压。第七区弧光放电区。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持某种放电形式。,PDP一般工作在第2-4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PDP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。2 气体放电理论电子繁流理论用以说明繁流放电中带电粒子的增长规律。巴邢定律说明从非自持放电到自持放电的条件,7.4.2 PDP,等离子体显示包括交流等离子体显示(ACPDP)与直流等离子体显示(

31、DCPDP)。1 ACPDPACPDP结构：在两块厚3-6mm的玻璃板上制作条状电极，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0.1-0.15mm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(58)104Pa的Ne-Ar混合气体(Ar占0.1%)后密封、老炼即可。,ACPDP结构,玻璃板介质覆盖层Ne-Ar气体Y电极X电极隔离玻璃,7-24 ACPDP结构,2 DCPDP,DCPDP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

32、交的X、Y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Ne气后密封、老炼即可。,DCPDP结构,1.铂丝2.玻璃板3.X电极4.Y电极5.阳极氧化铝板,7-26 DCPDP结构,彩色显示,DCPDP中的直流自扫描显示器(SSPDP)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示的。,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7-27。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，当扫描侧放电沿行逐个单元

33、移动时，显示侧相应各单元根据指令显示出所希望的图案。,7.5场致发光显示,EL：固体发光材料在电场激发下产生发光的现象 按照场致发光激发过程不同其分为两类：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，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（LED）。本征电致发光 高场电致发光：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/离化，电子在回复基态时辐射发光。大屏幕显示有前途的发展方向 低能电致发光：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。典型代表是荧光显示，主要用在数字、文字、简单图形显示等方面

34、。,7.5.1 LED发展情况,20世纪60年代人们用GaAsP外延生长技术制成了第一只实用化红光LED其后相继问世的是橙色、黄色LED。70年代绿光LED得以实现。80年代初，高亮度LED拓展了LED的应用范围。1991年，利用MOCBD外延工艺制作出的超高亮度红、橙、黄LED更使LED走出室外。1994年GaN超高亮度蓝光LED问世及其后不久的超高亮度绿光LED，还有近年的紫光GaN LED研制成功，,7.5.2 有机薄膜发光显示器（OLED）,1.OLED特点：(1)发光效率高、亮度大；(2)有机发光材料众多、价廉且易大规模/大面积生产(3)发光光谱覆盖红外到紫外，便于实现全彩色显示(4

35、)材料的机械性能良好，易加工；(5)驱动电压低，能与半导体集成电路的电压相匹配，驱动电路易实现OLED已成为当今超薄、大面积平板显示示器件研究的热门。,2 OLED器件结构,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。有单异质结构和双异质结构。,由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，光子的能量为:其中h为普朗克常数，为出射光子的频率，2为激子在激发态的能量，1为激子在基态的能量。,3 OLED发光机制,4 OLED器件的分类,无源矩阵OLED：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

36、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。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、高信息量的显示器，例如视频和图形显示等。,7.5.3高场电致发光显示,高场电致发光显示一般分为交流粉末电致发光(ACEL)、直流粉末电致发光(DCEL)、交流薄膜电致发光(ACTFE

37、L)、直流薄膜电致发光(DCTFEL)。,ACEL,DCEL,ACEL：将荧光粉(通常为:)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(其一为透明电极，另一为真空蒸镀金属电极)之间构成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数百伏，发光持续时间约 秒。采用不同的的荧光粉可获得红、蓝、黄、绿等各色光显示器。DCEL：荧光粉的涂层是导电的，正常使用前须在两电极上施加短暂作用的高电压脉冲，使Cu+从紧挨着阴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

38、上，使之发光。这种器件转换效率仅0.1%，但发光亮度高达300cd/m2,3薄膜电致发光原理,1)高场电致发光过程可以分为以下几步：(1)电子注入发光层。(2)电子通过高场加速成为过热电子。(3)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心，然后通过基质晶格传输能量，产生EL辐射。,薄膜电致发光的材料特性(1)基质材料特性:在TFEL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-族半导体材料的禁带宽度大于3.1eV(400nm)。常用的基质材料有ZnS和碱土硫化物SrS(CaS)。(2)发光中心特性:TFEL材料的发光中心是分立发光中心，一般用过渡族元素Mn2+和

39、三价稀土离子Re3+，Mn2+的发光为橙黄色。,3）EL驱动电路,由于TFEL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，提高发光域值电压Vy的绝对值（约200V），从而保证各像素点的发光域值电压一致性，使TFEL驱动工作可靠。,TFEL结构示意图,TFEL驱动系统的框图,TFEL彩色显示,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，可以构成彩色TFEL显示器。薄膜式电致发光显示器（TFEL）与液晶显示器（LCD）相比，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（CRT）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（PDP）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，寿命长等优点。,