电致发光显示器【ELD】

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1、西北大学信息科学与技术学院现代显示技术2009.8.52010 wangxuewen第六章 电致发光显示器（electro Luminescense display 【ELD】 ） 西北大学信息科学与技术学院现代显示技术2009.8.5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

2、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.西北大学信息科学与技术学院现代显示技术2009.8.5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。西北大学信息科学与技术学院现

3、代显示技术2009.8.5 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。西北大学信息科学与技术学院现代显示技术2009.8.5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

4、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。西北大学信息科学与技术学院现代显示技术2009.8.51968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

5、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

6、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。西北大学信息科学与技术学院现代显示技术2009.8.51978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-E

7、LD 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。西北大学信息科学与技术学院现代显示技术2009.8.5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

8、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。 西北大学信息科学与技术学院现代显示技术2009.8.5ELD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、

9、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、遊戲機等西北大学信息科学与技术学院现代显示技术2009.8.5 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

10、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。西北大学信息科学与技术学院现代显示技术2009.8.52、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。西北大学信息科学与技术学院现代显示技术2009.

11、8.5 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。西北大学信息科学与技术学院现代显示技术2009.8.5 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

12、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。西北大学信息科学与技术学院现代显示技术2009.8.56.2 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。西北大学信息科学与技术学院现代显示技术2009.8.5AC-PELD的发光粉:用铜、铝等激活的硫化锌（ZnS：Cu，AL，或ZnS：Pb，C

13、u，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。西北大学信息科学与技术学院现代显示技术2009.8.5西北大学信息科学与技术学院现代显示技术2009.8.5二、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

14、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，西北大学信息科学与技术学院现代显示技术2009.8.5三、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

15、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。 西北大学信息科学与技术学院现代显示技术2009.8.5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。西北大学信息科学与技术学院现代显示技术2009.8.5四、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： 西北大学信息科学与技术学院现代显示技术2009.8.5 L与脉冲