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1、发光材料课件-(精) 作者： 日期：发光材料主讲：刘波同济大学物理系第七章显示技术中的荧光粉提纲7.1 引言7.2 阴极射线显示7.3 平板显示7.3.1 液晶显示（LCD）7.3.2等离子体显示屏（PDP）7.2.3 有机电致发光显示（OLED）7.2.4 场发射显示（FED）7.2 阴极射线显示定义：利用发光物质在电子束激发下产生的发光显示。发光过程：电子束的电子能量通常在几千至几万电子伏特，入射到发光材料中产生大量次级电子，离化和激发发光中心产生发光。用途：主要用于雷达、电视、示波器和飞点扫描等方面。其主要部件是阴极射线管。Cutaway rendering of a color CRT
2、:1.Three Electron guns (for red, green, and blue phosphor dots)2.Electron beams3.Focusing coils4.Deflection coils5.Anode connection6.Mask for separating beams for red, green, and blue part of displayed image7.Phosphor layer with red, green, and blue zones8.Close-up of the phosphor-coated inner side
3、of the screen阴极射线荧光粉阴极射线荧光粉主要用于电视示波器，雷达，计算机等各种荧光屏和显示器。要求：发光色调：红,绿,蓝三基色粉应具有良好的色饱和度。亮度-电流和特性：亮度-电流饱和效应是指荧光粉的发光效率随电子束电流密度的增大而下降的现象。温度猝灭特性：温度对阴极射线荧光粉的影响很大,特别是大功率显示器件要求高亮度。耐老化特性：荧光粉在长期的电子束轰击下,发光亮度逐渐下降的现象称为老化。缺陷和色心的形成导致。荧光粉的粒径和图像的清晰度：荧光粉粒径越小,显示的清晰度越高。ZnS:Ag阴极射线激发达到20%的效率。-1Eg=3.8eV,LO=350 cmY2O3:Eu3+效率只有8
4、%。Eg=5.6eV,LO=550 cm-1波长选择：ZnS:Ag蓝色Zn0.68Cd0.32S:Ag 绿色Zn0.13Cd0.87S:Ag 红色（Zn,Cd）Zn体系的缺点：1、Cd有毒，污染环境；2、红色波长最大680nm显色性不好，还有很多红外成分。Eu3+提供了重要的红色荧光成分黑白投影电视用荧光粉ZnS:Ag+Zn0.5Cd0.5S:Ag(或Zn0.9Cd0.1S:Cu,Al)彩色电视荧光粉蓝色荧光粉：ZnS:Ag+，发光效率高，可以接近理论极限。属于施主-受主对发光，Ag做为受主，施主可以是掺杂Al或Cl（分别占据Zn或S的格位）。ZnS:Ag+发射谱浅施主受主ZnS:Ag+能级图
5、绿色荧光粉：ZnS:Cu,Cl(或Al)同样属于施主-受主对发光，只是Cu受主能级离价带顶更高，因此其发射波长往长波方向移动到绿光，峰值位于530nm。有时为了把波长移动的更长一些，可以采取取7%的Zn用Cd取代，或是增加一些深受主能级例如掺杂金。红色荧光粉：(Zn,Cd)S:Ag和Zn3(PO4)2:Mn2+。（对人眼的显色性不好）YVO4:Eu3+Y2O2S:Eu3+对于Eu3+发红光的要求：1、5D07F4的700nm发射尽可能弱；2、5D1的发射尽可能通过交叉驰豫被猝灭。Eu3+发射谱眼睛敏感曲线(Zn,Cd)S:Ag发射谱红色阴极射线荧光粉性能7.3 平板显示平板电视和传统显像管电视
6、相比具有高清晰度显像、色彩更丰富、使用寿命更长、省电低功耗、外形轻薄美观、节省空间和低辐射的优点。平板显示已经成为未来电视的主流是大势所趋，按显示媒质和工作原理分为：液晶显示（LCD）等离子显示（PDP）有机电致发光显示（OLED）场发射显示（FED）7.3.1 液晶显示（LCD）液晶显示LCD（LiquidCrystal Display）。LCD液晶电视采用液晶显示面板，其主要的构成包括了，萤光管、导光板、偏光板、滤光板、玻璃基板、配向膜、液晶材料、薄模式晶体管等。原理：首先利用背光源投射出光线，这些光源会先经过一个偏光板然后再经过液晶分子，这时液晶分子受电压驱动发生偏转，偏转的角度大小会影
7、响穿透液晶的光线多少。透过液晶分子之后的光线接下来还必须经过前方的彩色滤光片与另一块偏光板。因此只要改变驱动液晶的电压值就可以控制最后出现的光线强度与色彩，进而能在液晶面板上变化呈现出不同色彩图像。7.3.2等离子体显示屏（PDP）利用惰性气体在电压作用下产生气体放电，形成等离子体，发射真空紫外辐射激发三基色荧光粉发射可见光的一种主动发光型平板显示器件。彩色交流等离子电视具有视角大、响应快等特点，适合大屏幕显示。目前最小的等离子电视也要在42寸以上，常见的等离子电视有42、50、55英寸、60英寸，最大已经发展到103英寸。PDP的结构放电气体Ne-XeHe-XeAr-XeHe-(Ar,Kr,
8、Xe)主要利用Xe发射的147nm（最强）和173nmVUV辐射。PDP常用荧光粉红色PDP荧光粉的激发谱和发射谱绿色PDP荧光粉的激发谱和发射谱蓝色PDP荧光粉的激发谱和发射谱1257.2.3 有机电致发光显示（OLED）基本结构：由一薄而透明具有半导体特性的铟锡氧化物(ITO)，与正极相连，另一个金属与阴极相连，构成如三明治结构。包括了空穴传输层(HTL)、发光层(EL)与电子传输层(ETL)。加上适当电压时，正极空穴与阴极电荷就会在发光层中复合，产生发光，依其配方不同产生红、绿和蓝RGB 三基色，构成基本色彩。OLED的优点：厚度可以小于1毫米，仅为LCD屏幕的1/3，重量更轻；固态机构
9、，没有液体物质，抗震性能更好，不怕摔；几乎没有可视角度的问题；响应时间是LCD的千分之一，显示运动画面不会有拖影现象；低温特性好，在零下40度时仍能正常显示，而LCD则无法做到；制造工艺简单，成本更低；发光效率更高，能耗比LCD要低；能够在不同材质的基板上制造，可以做成能弯曲的柔软显示器。OLED的缺点：寿命低于LCD寿命；大尺寸屏幕的生产有一定困难，目前多数是便携类的数码类产品。7.2.4 场发射显示（FED）发射与接收电极中导入高电压以产生电场，使电场激发电子轰击萤光粉，产生发光。此种发光原理与阴极射线管（CRT）类似。都是在真空中让电子撞击萤光粉发光。CRT由单一的电子枪发射电子束，透过
10、偏向轨（Deflation Yoke）来控制电子束发射扫瞄的方向，而FED显示器拥有数十万个主动冷发射子，因此在构造上FED可以达到比CRT节省空间的效果。其次在于电压部分，CRT大约需要15-30KV左右的工作电压，而FED的阴极电压约小于10KV。发展初期却无法与CRT的成本相比，主要原因是场发射元件的问题。最早提出的Spindt形式微尺寸阵列虽然是首度实现发射显示的技术，但它的阵列特性却限制显示的尺寸，主要原因是它的结构是在每个阵列单元上包含一个圆孔，圆孔内含一个金属锥，在制作过程中微影与蒸镀技术均会限制尺寸的大小。1991年NEC发表一篇有关纳米碳管的文章后，研究人员发现以纳米结构合成的石墨,或是纳米碳管作为场发射元件能够得到更好的场发射效率，因此纳米碳管合成技术成为FED研发的新方向。FED用荧光粉的要求210KV以下电子束（几mA/cm）激发时具有高的亮度；大电流密度条件下小的温度猝灭效应；快速相应；对于高分辨屏需要精细和分散性良好的颗粒；面板制造过程中对于热处理稳定。几点评论显示用发光材料取决于应用方式和显示原理；平面显示是发展主流，哪种显示方案最终占优势取决于：成本、制造工艺、是否足够节能环保、大规模生产难度等因素；除了发光材料本身发光性质外，外在的调控手段控制显示性能也会发挥重要作用。
