显示技术第4章发光二级管显示技术.ppt

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1、1,第4章 发光二极管显示技术,4.1 发光二极管基本知识 4.1.1 半导体光源的物理基础 4.1.2 发光二极管的结构 4.1.3 发光二级管的驱动 发光二级管的特点及应用,第4章 发光二级管显示技术,2,4.1.1 半导体光源的物理基础,第4章 发光二级管显示技术,图 4-1 半导体PN结的形成,内建电场,（1）发光二级管的实质为半导体PN结晶片,3,图 4-2 半导体PN结加正向电压时的情况,第4章 发光二级管显示技术,4.1.1 半导体光源的物理基础,PN结加正向电压的情况,4,第4章 发光二级管显示技术,4.1.1 半导体光源的物理基础,图 4-3 PN结加正偏时电子与空穴复合释放

2、光能,5,第4章 发光二级管显示技术,4.1.1 半导体光源的物理基础,（2）发光二级管（LED）的发光颜色,发光二级管的发光颜色由形成P-N结的材料决定；不同材料构成的P-N结，电子与空穴复合时释放的光的波长不同，人眼从而看到LED发出不同的颜色。构成LED的P-N结材料常见的有：磷化镓（GaP)、砷化镓(GaAs)、氮化镓(GaN)等。,6,第4章 发光二级管显示技术,4.1.1 半导体光源的物理基础,（3）LED管压降与材料及结构有关,图 4-4 PN结的电压-电流特性,7,第4章 发光二级管显示技术,4.1.1 半导体光源的物理基础,图 4-5 不同颜色的发光二极管,8,第4章 发光二

3、级管显示技术,4.1.2 发光二极管的结构,（1）发光二级管（LED）的内部结构,图 4-6 发光二极管的内部结构,9,第4章 发光二级管显示技术,（2）发光二级管（LED）的外形构造,4.1.2 发光二极管的结构,图 4-7 发光二极管的外部构造,黄金导线结合部分,LED芯片,反射帽,环氧树脂透镜,负极引脚,LED芯片,正极引脚,10,图 4-8 发光二级管的外形和符号,第4章 发光二级管显示技术,（3）发光二级管（LED）的外形和符号,4.1.2 发光二极管的结构,11,第4章 发光二级管显示技术,4.1.3 发光二极管的驱动,（1）直流驱动,图 4-9 发光二级管的直流驱动,12,第4章

4、 发光二级管显示技术,4.1.3 发光二极管的驱动,a）直流驱动适用范围：直流驱动方式，适合于LED器件较少，发光强度恒定的情况。如：13路 公车指示牌。驱动电路简单，造价较低。,13,第4章 发光二级管显示技术,4.1.3 发光二极管的驱动,b）直流串联并联驱动,图 4-10 发光二级管的窜、并联直流驱动,如下图所示,14,第4章 发光二级管显示技术,4.1.3 发光二极管的驱动,（2）恒流驱动,图 4-11 发光二级管的恒流驱动,15,第4章 发光二级管显示技术,4.1.3 发光二极管的驱动,（3）脉冲驱动,图 4-12 发光二级管的脉冲驱动,16,第4章 发光二级管显示技术,4.1.3

5、发光二极管的驱动,图中,4-11所示,图 4-12 发光二级管的脉冲驱动,17,第4章 发光二级管显示技术,4.1.3 发光二极管的驱动,18,第4章 发光二级管显示技术,4.1.3 发光二极管的驱动,a)脉冲驱动种类：,图 4-13 集成电路脉冲源对LED的驱动-2,19,第4章 发光二级管显示技术,4.1.3 发光二极管的驱动,b）脉冲驱动,图 4-14 CMOS-IC对LED的脉冲驱动-1,20,第4章 发光二级管显示技术,4.1.3 发光二极管的驱动,C）脉冲驱动种类：,图 4-15 IC+T 对LED的驱动-3,21,第4章 发光二级管显示技术,4.1.4 发光二极管的特点及应用,（

6、1）LED的主要特点,A）LED为非相干光，光谱较宽，发散角大。B)发光颜色丰富C)亮度高D)单元体积小、重量轻、适用性强E)稳定性好、寿命长、基本无需维修F)抗冲击性强,22,第4章 发光二级管显示技术,4.1.4 发光二极管的特点及应用,G）LED使用低压电源，安全性高H)发光颜色丰富I)效能高J)响应时间快K)绿色照明产品L)价格较贵,23,第4章 发光二级管显示技术,4.1.4 发光二极管的特点及应用,（2）LED的主要应用,A）LED成为指示灯的主要光源B)点矩阵型和字段型数字显示器C)平面显示器显示电视画面D)作为各种电器的光源,24,第4章 发光二级管显示技术,4.2 发光二极管

7、显示器件,4.2.1 LED器件的显示原理,图 4-16 点阵LED的两种结构,25,第4章 发光二级管显示技术,4.2.1 LED器件的显示原理,图 4-17 共阳点阵LED的驱动波形,左图带圆圈的LED表示在寻址期间被点亮,26,第4章 发光二级管显示技术,图 4-18 点阵LED的亮度控制技术,4.2.1 LED器件的显示原理,27,第4章 发光二级管显示技术,图 4-19 多路驱动共阳点阵LED的亮度控制技术,4.2.1 LED器件的显示原理,28,第4章 发光二级管显示技术,图 4-20 七段LED数码管类型,4.2.1 LED器件的显示原理,29,第4章 发光二级管显示技术,4.2

8、 发光二极管显示器件,图 4-21 利用74LS48译码驱动器的LED数码管驱动电路,LED显示器件的扫描驱动电路（P64P66),可预置时间的定时电路,30,第4章 发光二级管显示技术,4.2.2 LED显示器件的扫描驱动电路,图 4-22 利用LED数码管显示的数字频率计,数字频率计电路图,31,第4章 发光二级管显示技术,图 4-23 利用LED数码管显示的数字频率计-显示部分,4.2.2 LED显示器件的扫描驱动电路,（静态锁存）,32,第4章 发光二级管显示技术,4.2.2 LED显示器件的扫描驱动电路,（2）3位LED单片机驱动电路,图 4-24 8031单片机通过8255驱动3位

9、LED数码管显示,33,第4章 发光二级管显示技术,4.2.2 LED显示器件的扫描驱动电路,（2）8位LED动态驱动电路,图 4-25 8位LED动态显示电路,34,第4章 发光二级管显示技术,4.3 有机发光二极管显示技术,有机发光二极管显示简介4.3.2 有机发光显示器件的分类及特点4.3.3 有机发光二极管前沿显示技术,35,第4章 发光二级管显示技术,有机发光二极管显示简介,4.4.1 OLED的特点 1.OLED结构 OLED（Organic Light Emitting Display，有机发光显示器）是一种利用有机半导体材料在电流的驱动下产生的可逆变色来实现显示的技术。OLED

10、优点：超轻、超薄、高亮度、大视角、低电压、低功耗、快响应、高清晰度、抗震、可弯曲、低成本、工艺简单，使用原材料少、发光效率高、温度范围宽等等。OLED被认为是最有发展前途的新一代显示技术。,36,第4章 发光二级管显示技术,有机发光二极管显示简介,37,第4章 发光二级管显示技术,（2）无源OLED矩阵等效模型,图 4-33 无源矩阵OLED等效模型,有机发光二极管显示简介,38,第4章 发光二级管显示技术,有机发光二极管显示简介,图4-26是OLED器件的结构示意图，在玻璃基板上溅射透明的ITO（Indium Tin Oxide，氧化铟锡，一种N型半导体，常温下具有良好的导电性能，对可见光具

11、有良好的透过率）膜作为阳极，在上面真空蒸镀二胺系化合物形成空穴传输层，再上面是由铝喹啉络合物（Alq3）形成的发光层，二萘嵌苯形成的电子传输层，制作的最后工序是在顶部淀积一层MgAg合金层作为阴极。,39,第4章 发光二级管显示技术,有机发光二极管显示简介,在阳极和阴极间加正向电压，驱动电子从阴极注入电子传输层，驱动空穴从阳极注入空穴传输层，电子传输层中的电子与空穴传输层中的空穴分别经迁移至发光层，在发光层中相遇，并使发光分子激发，后者经辐射而发出可见光。辐射光可从ITO一侧观察到，MgAg层阴极同时起着反射层的作用。上述电子传输层、空穴传输层和发光层的有机材料发绿光，可以选用三层的有机材料(

12、包括低分子和高分子两大类)来产生各色的OLED器件，所以在OLED器件研制的过程中，材料的选用至关重要，材料性能、器件结构及制作工艺决定着OLED显示器件的性能优劣。,40,第4章 发光二级管显示技术,4.3.2 有机发光显示器件的分类及特点,(1)按分子结构，OLED分为 小分子型OLED 高分子型OLED 镧系金属OLED。(2)按驱动方式分，OLED分为 无源OLED(基板需要外接驱动电路)有源OLED(驱动电路和显示阵列集 成在同一基板上(3)按显示方式分，OLED分为 被动矩阵显示 主动矩阵显示,41,3.OLED分类(1)按分子结构，OLED分为 小分子型OLED 高分子型OLED

13、 镧系金属OLED。(2)按驱动方式分，OLED分为 无源OLED(基板需要外接驱动电路)有源OLED(驱动电路和显示阵列集 成在同一基板上(3)按显示方式分，OLED分为 被动矩阵显示 主动矩阵显示,42,高分子OLED又称POLED，可采用旋涂、印刷(含打印喷涂)等方法制备，其制备工艺简单、成本低、不经过薄膜制备过程，适合于大生产和大屏幕化生产。POLED的驱动电压35V，反应速度快(几乎为即时反应)，符合动态影像的显示需求，是OLED TV的首选显示器件。镧系金属有机化合物属于稀土类发光材料，所以镧系金属OLED也称稀土OLED。在稀土OLED中，发光分子由一个金属核心和外围的有机壳层组

14、成，其发光机制与前两类OLED不同，加电后，先在外围有机壳层中形成激发态，然后将其能量传递给金属核心，金属核心去激时辐射出颜色比较纯正的光，光谱非常窄。,43,有源OLED又称TFT-OLED，它是一种静态的驱动方式。有源矩阵亮度高、分辨率高、效率高、集成度高、功耗低，易于彩色化和实现大面积显示。被动矩阵OLED(简称PMOLED)中，ITO和金属电极都是平行的电极条，二者相互正交，在交叉处形成LED，LED逐行点亮形成一帧可视图像。由于每一行的显示时间都非常短，要达到正常的图像亮度，每一行的LED的亮度都要足够高。例如一个100行的器件，每一行的亮度必须比平均亮度高100倍。这就需要很高的电

15、流和电压，从而引起功耗增加，显示效率急剧下降。这就使得PMOLED在大面积显示中的应用受到限制。,44,主动矩阵OLED(简称AMOLED)中，采用的是薄膜晶体管阵列(即TFT阵列)。先在玻璃衬底上制作CMOS多晶硅TFT，发光层制作在TFT之上。驱动电路完成两个功能，一是提供受控电流以驱动OLED，二是在寻址期之后继续提供电流以保证各个像素连续发光。和PM0LED不同的是，AMOLED的各个像素是同时发光的。这样单个像素的发光亮度的要求就降低了，电压也可相应地下降。这就意味着AMOLED的功耗比PMOLED要低很多，适合于大面积显示。可以预见，主动矩阵驱动技术将是今后OLED发展普遍采用的方

16、式。,45,4.OLED的彩色化 OLED可通过有机材料化学结构的变化很方便地选择发光色，比较容易解决蓝色发光问题，实现全彩色显示。常用的OLED彩色化技术有：RGB三色发光法 色变换法 白光法 特殊材料法,46,RGB三色发光法：它是分别采用三色发光材料各自独立发光后混色，是最为普及的彩色化技术。色变换法：它是采用蓝光材料，配合红、绿荧光体来产生各种颜色的。是将蓝色材料所发出来的蓝光转换成红、绿光以实现彩色显示的方法。该方法发光效率低。白光法：它是以白色发光层搭配彩色滤光片的“RGB三色发光法”，是目前大多厂商采用的一种技术。该技术发光效率高，但材料的使用效率低、工艺复杂。其最大优点是可以直

17、接应用LCD的彩色滤光片。特殊材料法：使用特殊材料，在不同的驱动电压下显示不同的颜色。,47,第4章 发光二级管显示技术,有机发光二极管前沿显示技术,尽管欧美掌握着基础专利，但是实现大规模产业化的国家和地区却集中在东亚，主要是日本、韩国和中国台湾省。根据产值排名，2005年第三季OLED前五大生产厂商为三星SDI、铼宝(RitDisplay)、先锋、悠景(Universion)与TDK，其中铼宝和悠景是中国台湾省的企业。,48,我国OLED的发展 我国从80年代末开始进行OLED器件的研制工作，目前已有近50家单位参与研发。OLED材料的价格极其昂贵，我国在有机发光材料的合成方面已经掌握了很多

18、关键技术，可以自己提供有机半导体材料，这对我国的企业进入OLED产业是一个巨大的优势。北京维信诺公司与清华大学在全彩OLED显示技术研制方面取得重大突破，已经开发出国内第一款全彩色OLED显示屏，建立了国内第一条OLED中试生产线，并在国内外申请并获得了30多项OLED专利，成立了联合实验室。维信诺公司生产的产品有VGS13264B型13264像素1.3英寸OLED显示屏、VGS12864B型12864像素2.1英寸OLED显示屏和VGS12864E型12864像素2.81英寸OLED显示屏。05年12月开始在江苏昆山建设大规模生产线。,49,上海航天上大欧德科技由航天科工集团和上海大学共同投

19、资成立，依托上海大学合作开发OLED技术，已有相关OLED产品。上海广电集团与中国科学院合作设立一条OLED的实验线，总计投资人民币6,000万元。浙江京东方公司在2001年11月以2250万美元的投资完成一次收购，在收购中就包含OLED技术。目前生产96RGB64像素OLED显示屏。,50,信利半导体有限公司是香港信利国际有限公司属下从事液晶显示领域业务的子公司,总公司设在香港，生产基地在广东省汕尾市，该公司投资6亿港币在广东省汕尾市的一条OLED生产线（200200mm）已经完成建设，初期产能为月产20万片，最终的产能可以达到大约每月生产100万片。2004年11月，TCL集团与香港城市大

20、学联合申请了科技部863平板显示OLED专项课题的研究，开始了OLED量产技术的开发。TCL显示科技（惠州）有限公司于2005年1月底顺利投产。该项目总投资2.5亿元，项目第一期产能为每年2 000万片OLED或LCD模块，并将逐步扩大到每年4 000万片。,51,52,成都电缆五粮液、先科等公司正积极筹备OLED产业化。意莱特公司（eLight Corporation）是一家专门从事OLED有机电致发光材料开发与制备的高科技公司，总部设在加拿大温哥华，斥资1500万元人民币在北京中关村高新技术园区注册了北京意莱特光电材料技术有限公司，已生产出一系列性能稳定可靠的高纯度多层有机电致发光材料，并

21、不断开发各种空穴传导材料、电子传导材料、发光材料等。深圳豪威真空光电子股份有限公司成立于1994年，是目前国内ITO导电玻璃供应商之一 南玻集团几年前开始研究开发专门用于OLED的ITO导电玻璃，取得了显著的进展，一些重要指标达到一定的水平。在生产设备方面，我国虽然有OLED生产设备的制造厂商，但是OLED的关键生产设备技术掌握在日本、韩国手中，我国只有通过进口才能得到。,53,数字电视图像质量的关键参数主要包括:清晰度、亮度、对比度、灰度级、色域覆盖率、相关色温、运动图像拖尾时间、可视角以及支持的图像格式、接口要求等，但其中最本质的还是清晰度指标。,54,第4章 发光二级管显示技术,有机发光

22、二极管前沿显示技术,（1）白光OLED技术（2）透明OLED技术（3）叠层OLED器件和多光子发射OLED（4）表面发射OLED技术（5）喷墨打印制备OLED（6）柔性OLED技术（7）微显示OLED技术,55,第4章 发光二级管显示技术,有机发光二极管前沿显示技术,（1）白光OLED技术（P72）,56,第4章 发光二级管显示技术,有机发光二极管前沿显示技术,（2）透明OLED技术（P73）,57,第4章 发光二级管显示技术,有机发光二极管前沿显示技术,（3）叠层OLED器件和多光子发射OLED（P73）,图 4-27 叠层式OLED器件结构图,58,第4章 发光二级管显示技术,有机发光二极

23、管前沿显示技术,（4）表面发射OLED技术（P74）,59,第4章 发光二级管显示技术,有机发光二极管前沿显示技术,（5）喷墨打印制备OLED（P74）,60,第4章 发光二级管显示技术,有机发光二极管前沿显示技术,（6）柔性OLED技术,图 4-28 柔性OLED显示器实例,61,第4章 发光二级管显示技术,有机发光二极管前沿显示技术,（7）微显示OLED技术,图 4-29 微显示OLED显示器实例,62,第4章 发光二级管显示技术,有机发光二极管驱动电路,（1）OLED等效图,图 4-30 OLED像素等效电路,63,第4章 发光二级管显示技术,有机发光二极管前沿显示技术,（2）OLED两种驱动方式,图 4-31 OLED的两种驱动方式,64,第4章 发光二级管显示技术,有机发光二极管前沿显示技术,（2）无源矩阵OLED驱动电路,图 4-32 无源矩阵OLED器件驱动电路,65,第4章 发光二级管显示技术,有机发光二极管前沿显示技术,（2）无源OLED驱动电压,66,第4章 发光二级管显示技术,有机发光二极管前沿显示技术,（2）无源OLED驱动电压,