1、2009.8.52010wangxuewen第六章 電致發光顯示器 （electro Luminescense display 【ELD】 ） 2009.8.5定義： 電致發光（Electro luminescence, EL）是將電能直接轉換成光能的一種物理現象。-是一種電控發光器件,是某些物質受電子激發而發出光.-是一種冷光源，-是靠熒光粉在交變電場作用下的本征發光，但亮度低，壽命僅有5000小時EL按激發過程不同可分為兩大類： 注入電致發光LED在半導體PN結加正偏壓時產生少數載流子注入，與多數載流子復合發光 。 高場電致發光ELD將發光材料粉末與介質的混合體或單晶薄膜夾持于透明電極板之

2、間，外施電壓，由電場直接激勵電子與空穴復合而發光.2009.8.5特點：ELD是一種主動發光型、平板式、全固體的顯示器件?？勺鳛槊婀庠春蛨D形顯示。發光的顏色：黃橙色、綠色、紅色、藍色等,且藍-綠色、綠色、黃色和黃-綠色EL顯示器也已有樣機。具有多功能如存儲記憶功能、光圖像存儲、光消除、電讀出等功能 與LED相比，較為大型化、方便易看，平均每一個像素的成本低。但是，在彩色化、多像素、大面積顯示時亮度、發光效率則不夠理想。與CRT相比成本較高。2009.8.5EL顯示器的亮度在85到3400cd/m2(25到1000ft)。對比度很高，圖像質量也很理想。至少一個模塊有一個灰度，能滿足圖像的要求。全

3、色和視頻是其未來可能的應用領域?？梢暦秶^大（從通常的位置到70度），工作環境溫度從055。雖然其需要的電壓相當高，但其電流很小，有時也可使用電池。電致發光顯示器價格貴，因此很少用于消費產品中。其典型的陣列尺寸為256512、320240和640200。2009.8.5發展簡況 1920年德國學者古登和波爾發現的，在某些物質加電壓后會發光。1923年蘇聯的羅塞夫發現了SiC中偶然形成的p-n結中的光發射。1936年 G. Destriau(德斯垂)發現摻入熒光粉ZnS的蓖麻油一加上電場就會發光。1947年美國學者Mcmaster(麥克瑪斯特)發明了導電玻璃，引起開發了平面光源-交流ELD，但亮

4、度不夠高1955年美國的沃爾夫在GaP上觀測到-族半導體發出的可見光，1962年美國的潘可夫從GaAs中獲得了紅外光，1966年以日本廣播電視中心為首的三菱電機、松下電器等相繼研制成矩陣型電極結構的ELD屏電視圖像顯示裝置。2009.8.51968年英國Vecht等人最早開發了DC分散型ELD顯示器件。20世紀60年代末松下公司開發了電視圖像用224224顯示屏。1968年美國貝爾(Ball)所研制出薄膜型ELD顯示器件，稱為“LUMOCEN”即分子中心發光的ELD。以ZnS為母體、發光中心是稀土鹵素化合物分子(TbF3)，發光亮度比分散型ELD高20世紀70年代后，由于薄膜晶體管（TFT）技

5、術的發展，EL在壽命、效率、亮度、存儲上的缺點得到了部分克服，成為大型顯示技術三大最有前途的發展方向之一。1974年S1D74國際會議上日本夏普TInoguchi等人發表了三層結構薄膜型ELD，高亮度、高可靠性、長壽命。夏普接著又開發了具有1000V高耐壓MOS晶體管和MOSIC，三層結構的ELD具備了存儲功能、光寫入和光消除等多種功能。在SID74國際會議上，希望薄膜型ELD能成為矩陣的大型信息顯示屏。2009.8.51978年法國MAbdalla等人開發了直流驅動薄膜型ELD。1980年荷蘭學者Tuowosuntola用原子層外延技術制作發光層，使器件的特性得到了顯著改善。接著，東京工業大

6、學為實現低壓驅動采用了MIS結構，大幅度地改善了驅動電壓，用分子束外延技術在GaAs基板上ZnSe發光層，實現了低壓驅動顯示屏。大阪大學采用多層重疊制作薄膜型ELD，用控制電壓法使之發出紅、黃、綠、藍各色光。在SID92國際會議上報道了單色直流型DC-ELD和交流型AC-ELD顯示屏。 薄膜型ACELD比DC-ELD具有更大的顯示容量和高亮度、長壽命。 在DC-ELD的顯示容量達640480個像素。薄膜型AC-ELD的高達1024864個像素，顯示尺寸為對角線45.7cm。2009.8.5松下已報道了對角線25.4cm，有1024768個像素加黑色襯底的薄膜型顯示屏。在10001x的環境照度下

7、，對比度為100：1，最大功耗40W，采用能量復得電路，使對角線25.4cm，640480個像素的顯示屏最大功耗降低到15W。荷蘭Lohia公司和日本夏普公司在2.5cm2.5cm的顯示屏上做出分辨力為20線/mm的薄膜型AC-ELD。美國cherry公司通過對ZnS：Mn熒光粉進行濾色得到紅、綠和藍三基色光。獲得了多色顯示。研制出640200個像素、對角線23cm的多色DC-ELD屏。Planar公司采用濾色片對黃色濾色時得到紅、綠、黃三色光，用光吸收型背電極和面基板上的圖案濾色片可獲得非常好的對比度，已研制出640200個像素，對角線為23cm的高對比度多色薄膜型Ac-ELD顯示屏。 采用

8、有源陣列驅動方案的高分辨率微型顯示器已研制成功。 2009.8.5ELD應用ELD特別適用于需要攜帶方便、圖像質量好和室外觀察的情況。ELD的產品包括有:汽車、便攜式計算機、復印機和醫療與過程控制儀表。ELD有從小型（幾厘米長）到巨大型（幾米長）的許多尺寸。最大的組合式EL顯示器適用于在機場與火車站顯示到達和出發時間信息。、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2009.8.561 電致發光的基本知識6.1.1 結構及原理ELD結構：- 采用固態薄膜技術制成。在2個導電板之間放置一個絕緣層

9、，一個薄的電致發光層,一個絕緣層，沉積而成。采用寬發射頻譜的涂鋅板或涂鍶板作電極。其電致發光層為100微米厚典型驅動電壓為10KHz，200V的交流電壓，因而需要較昂貴的驅動器集成電路。2009.8.52、ELD-是把ZnS等熒光粉混入纖維素等電介質中，直接的或間接的夾在兩電極之間，施加電壓后使之發光。 -是在玻璃基板或有機膠片上涂敷熒光粉后，施加電壓使之發光的平板型有源顯示器件，-是在半導體、熒光粉為主體的材料上，施加電壓而發光的一種現象。EL可分為：本征型電致發光ELD和電荷注入型電致發光LED兩大類。1、LED-是用GaAs等單晶半導體材料制作P-N結，施加電壓后，使P-N結產生電荷注入

10、而發光。以后介紹。2009.8.5ELD無機電致發光： 包括薄膜型、厚膜型、粉末型ELD顯示器件有：高壓交流驅動型和直流驅動型，分散型交流ELD顯示器件: 交流電壓驅動的分散型ELD器件; 直流分散型ELD。2009.8.5無機分散型ELD中，根據使用的基板材料不同，有玻璃基板和搪瓷基板兩種顯示屏。其中搪瓷型ELD約在70年代就應用于各種儀器面板、顯示燈等特定用途中，但由于亮度低、重量大、成本高等，巳逐漸地被軟片型(有機膠片)所代替。分散型ELD主要用于平面發光的輔助光源，其軟片型ELD作為液晶顯示屏的背光源。薄膜型ELD是人們期待的一種理想的平板顯示器件，-具有很大的魅力：功耗低，易于實現大

11、面積顯示。薄膜型Ac-ELD，按照施加電壓與發光特性的滯后現象，又可分為存儲型和恢復型兩類。2009.8.56.2 分散交流型AC -PELD一、 結構如圖6.1。1金屬電極、2發光顆粒3透明電介質、 4透明電極、5玻璃基片是將發光的熒光體埋入透明電介質中組成發光層。每一個微小發光體晶粒獨立懸浮于電介質中，發光層夾在透明電極和金屬電極之間，構成了分散交流型(AC-PELD)器件。2009.8.5AC-PELD的發光粉:用銅、鋁等激活的硫化鋅（ZnS：Cu，AL，或ZnS：Pb，Cu，AL）以ZnS為主體的熒光粉，作為形成發光中心的激活劑材料往往使用Cu、Mn、C1、A1等金屬工藝：是在玻璃基板

12、上蒸鍍透明電極，涂敷與樹脂等透明有機介質混合后的發光層（厚度為10100m） ，然后涂布高阻抗電介質絕緣層（絕緣反光層），最后蒸發背電極鋁層。為了防止機械損傷，在膜層上面往往涂敷樹脂涂料。各層一般30-60m。2009.8.52009.8.5二、發光現象大量的發光粉晶體懸浮在絕緣介質中，小晶粒線度為幾微米到幾十微米，由于發光層中介質是絕緣的，防止了發光材料與電極直接接觸，當外加電壓后，通過容性電流時，發現晶粒內呈線狀發光，與光致發光和陰極射線發光時熒光粉晶體發光不同，線狀發光在多數情況下呈現尾對尾的慧星形。線對的兩頭間的距離對多晶粉末為110 m ，對單晶可大于100 m ，甚至達到毫米量級，

13、發光線直徑0.1微米，發光線對的兩部分在交變電場作用下交替發光，而場強總是從其頭部指向尾部，發光線長度隨電場在線方向的分量增強而變長，但線對的頭之間距離保持不變。亮度可高達3105cdm2，2009.8.5三、電致發光的激勵機構：一般認為是碰撞電離，電子在高電場區被加速獲得足夠能量，同發光中心或晶格進行碰撞激勵和電離，離化后產生的電子可進入導帶，并在高電場區獲得加速，再去碰撞發光中心，不斷地反復碰撞激勵和電離就會倍增大量的自由電子，這些自由電子躍遷到導帶上。即在碰撞電離過程中產生倍增效應，會使更多的電子進入導帶，處于導帶上的自由電子返回原來狀態時而復合發光，一般在電場反向時與被激勵的發光中心復

14、合。上述過程的進行顯然必須有一定數量的初始電子，通常認為隧道效應和肖特基發射可提供。晶體中高電場區和初始電子的存在是碰撞離化過程的必要條件。 2009.8.5初始電子的機理 AC-PELD的發光過程分為：激勵過程和發光過程高電場下的發光機構模型，在熒光粉上施強電場時：從陷阱上釋放初始電子。電子在高電場作用下加速 運動，獲得高的能量。高能電子碰撞激勵電離發光中心和晶格，又產生新的電子。在高電場作用下價帶上的電子也可直接躍遷到導帶。2009.8.5四、發光效果：在透明電極和背面電極之間施加交流電壓時，隨著電壓上升，發光亮度也將上升。施加脈沖電壓驅動時，如圖,脈沖電壓上升和下降時，都能看到有光輸出。

15、發光亮度L與施加電壓的關系式為：式中，L0、C是與激勵條件、發光單元結構和熒光粉材料等有關的常數。施加脈沖電壓發光圖： 2009.8.5L與脈沖頻率有關： 在低頻范圍內，L與頻率成正比。 隨著頻率提高，L呈現飽和狀態。如果熒光粉中含有兩個發光中心，由于各個發光中心的L與頻率有關，故隨著頻率變化發光顏色將發生變化。例如，ZnS：Cu,Pb,Cl隨頻率的增高，發光顏色從綠色變到藍色；ZnS：Cu，Mn會從黃色變為綠色。L與溫度的關系是 在1000kHz以下，0-100范圍內發光亮度的大小沒有變化。2009.8.52004.72009.8.52004.72009.8.5 2009.8.56.3 分散

16、直流型電致發光(DC-PELD) （又稱厚膜型)DC-PELD的優點是：顯示外觀好。結構、工藝、設備較簡單，成本低。發光效率高?？梢杂谢叶??？纱竺娣e顯示。不足之處是：因高壓驅動，驅動電路成本高。亮度、壽命受限制。反射率較大。分辨力有限。DCEL現象由乍姆等人于1954年發現，1966年人們得到了高亮度ZnS：Mn、Cu DCEL發光材料。 2009.8.5一、結構：DC-ELD-是在熒光粉晶粒表面上覆蓋CuS等其它物質，用熱形成法而形成P-N結結構，結構與分散交流型相類似，但沒有高阻介質層，在發光層上直接設置電極。它具有二極管的整流特性，激勵機理和交流型一樣，只是在單方面施加電壓時才呈現發光。

17、分散直流型ZnS晶粒的模型圖2009.8.5 熒光粉要經過包銅工藝處理，-是將ZnS：Mn浸泡在銅鹽或亞銅鹽溶液中，經過處理形成P型導電層。器件性能與包銅數量有關，其電阻隨包銅量增加而降低，亮度則提高。當包銅量在0.4-0.45wt時，亮度最高，但會產生較大的渦電流，容易產生擊穿。所以，包銅量一般控制在0.25-0.35之間。2009.8.5要進行“熱成形工藝”(Forming Process)。-是在單元上加電壓后，開始時將有一個大電流(形成電流)通過，隨后電流明顯地下降，同時產生光輻射，經過一段時間后(約24h)，電流和亮度達到穩定值?！俺尚巍敝箅娏飨陆档匠跏贾档?/10左右?！俺尚巍鼻?/p>

18、ZnS：Mn熒光粉末層是一個均勻的絕緣層，施加電壓時，流過發光層的電流通過硫化銅CuS相的（較大）其等效電路圖 “成形”前后的單元等效電路圖為：2009.8.5在“形成”過程中，銅離子向陰極ZnS晶粒表面遷移，結果在靠近陽極的一例形成一個乏銅區，呈現高阻狀態，另一側仍是富銅區，呈現低阻狀態，產生P-N結結構，其等效電路圖b?！俺尚巍鼻昂蟮牡刃щ娐穲D2009.8.5-是Cu 從緊挨著陽極的熒光物表面上失落，形成一薄層高電阻的ZnS。之后，較低的工作電壓主要降在ZnS上，使之發光。這種器件轉換效率僅0.1%，但發光亮度高達300cd/mm（V=100V）。 實驗表明，放電單元的L與施加電壓呈現非線

19、性關系。 這對消除交叉干擾有利。研究表明：直流分散型ELD的發光-是電流激勵，即依靠傳導的直流電流流過熒光粉層而激勵發光中心發光。由于它是單極性電源驅動，所以它的驅動電路極其簡單。2009.8.5 6.4 薄膜型(TFELD) 薄膜型交流電致發光(AC-TPELD)的優點是：發光效率高，對比度高，壽命長，閾值陡，分辨力高，有灰度。環境性能好。有存儲記憶功能。視角大主動式發光。不足之處是：驅動電壓高，負載電容大。驅動電路昂貴。大面積、高密度面板的RC(線電阻單元電容)大，使脈沖延時、波形改變、有效電壓下降。藍色光ELD的亮度及發光效率低，難實現全色化。實現大面積、無缺陷、均勻薄膜的工藝要求高。車

20、間的超凈度要求高。成本高。2009.8.51、Ball薄膜交流型ELD結構與機理：1986年美國貝爾實驗室制作出薄膜EL器件 由美國Ball所提出的，稱做“LUMOCEN”器件，即分子發光中心，-是在發光的母體材料ZnS中添加稀土鹵化合物分子(TbF3)作為發光中心的器件。圖為具有代表性的LUMOCKN型器件結構 圖 LUMOCKN型器件 結構（4-絕緣層） 2009.8.5現在的ACTFEL一般采用雙絕緣層ZnS：Mn薄膜結構。器件由三層組成，發光層夾在兩絕緣層間，起消除漏電流與避免擊穿的作用。摻不同雜質則發不同的光，其中以摻Mn效率最高，加200V、5000Hz電壓時，亮度達5000cd/

21、mm。ACTFEL具有記憶特性：給之加一系列脈沖電壓，若下一個脈沖與上一個脈沖同方向，則發光亮度明顯減?。蝗粝乱幻}沖與上一脈沖反方向，則發光連讀明顯增加。利用記憶效應可以制成有灰度級的記憶板。 2009.8.5工藝：-在玻璃基板上蒸發厚度200nmSnO2透明導電膜電極，絕緣層用電介質300nm 厚HfO2膜，發光層用厚300 nm添加稀土鹵化合物(TbF3等)的ZnS材料，用蒸發技術依次制備各層薄膜。背面電極用平行的條形背電極鋁。機理-是在透明電極與背電極上施加交流電壓，當電壓超過某一值時，在兩電極的空間交叉點部位上就會發光。由于背電極是鋁，使發出的光反射，光將全部從玻璃基板側發射出去。發光

22、色隨添加稀土鹵化物材料不同而異。 2009.8.52、雙重絕緣層結構薄膜ELD：是在玻璃基板上蒸鍍SnO2透明導電膜(或ITO膜)，其上是200nm Y2O3(Si3N4)絕緣層。發光材料用500nm厚添加金屬Mn激活劑的ZnS發光層，在蒸鍍發光層后要進行“成形處理”，以改善熒光粉結晶性能；蒸鍍第二層的200nm Y2O3(Si3N4)絕緣層，各層薄膜依順序采用電子束蒸發技術來制備。背電極用蒸發鋁，透明電極和背電極做成各自平行的條形電極，且兩電極形成空間交叉的布線配置。2009.8.5為防止因吸收大氣中的水分而受潮，故在背電極上面覆蓋一塊密封用玻璃蓋板。在背電極與玻璃蓋板之間填入防潮吸濕劑或硅

23、油，用環氧樹脂粘接劑密封四周，保證長壽命、高可靠性的特性。繼Ball研究所的薄膜ELD后日本夏普公司研制出的， L高達5100cd/m2(5kHz，AC250V條件)， 壽命達2l04h2009.8.5高場電致發光顯示 交流薄膜電致發光顯示（ACTFEL） 2009.8.52009.8.5其工作原理：結構中發光層與電極間不直接接觸。施加電壓時，陷阱上釋放出電子并加速，向另一側電極運動，復合而發光。其中一部分電子殘留在絕緣層界面上，當施加反向電壓時，殘留在內部的電荷被疊加使發光層激勵離化，再復合而發光。同時使一部分電子殘留在另一電極側的絕緣層界面上 薄膜型ELD在一個脈沖中只發一次光，與分散型E

24、LD器件不同。 2009.8.52009.8.52009.8.5由于ZnS：Mn熒光粉層中存在著雜質和晶格缺陷等形成的局域能級，局域能級對薄膜型ELD的發光特性有很大的影響。因此，對形成發光中心的Mn的添加量應控制在一定的范圍內，獲得高的發光亮度。局域能級的分布如圖2009.8.5具有光分極電荷而發光，稱為ELD器件的光分極效應。圖：外加電壓下兩個電極帶正負電，光照下熒光粉產生電子空穴對，分別向兩極堆積的現象，2009.8.5 光先緩和效應：當ELD器件的兩電極保持短路狀態，并伴有外部光照射的情況下，則在發光層上被保存的分極電荷就會緩慢消失，而不發光的現象。如圖6.92009.8.5當使用外部

25、光照時，外部照射光比ZnS的Eg大的能量，即用比400nm短的光束。內部分極過渡電流在400K以下時非常小，在500K前后開始產生急劇地變化，說明ZnS薄膜在500K左右產生內部分極電荷。 或分極電荷反向電壓下復合發光并反向堆積，運動中也伴有發光2009.8.53、交流AC-TFELD的特性a、電壓U與L的特性曲線。圖中時間t是器件的老化時間，即亮度隨施加電壓的時間t而變化。隨著時間變化，曲線向高電壓一側移動，而亮度趨向飽和。有明顯的閾值電壓，電壓-亮度曲線非常陡峭且L高。圖 AC-TFELD的電壓亮度特性曲線 2009.8.5因交流驅動時，在發光層內產生分極電荷，分極電荷的分極電壓與驅動電壓

26、疊加后施加在發光層上，使其L明顯地增大。器件制作后一般要經過80h老化處理工藝，特性趨于穩定，完全穩定下器件可使用的壽命達2104h以上。施加脈沖電壓時的光輸出圖 2009.8.5b、AC-TFELD的存儲效應：如圖6.11。當施加的交流電壓U徐徐上升時，發光亮度L沿曲線()上升。上升后電壓徐徐下降時，L沿著曲線()下降。根據施加電壓的大小還可分別沿著曲線()別的路徑下降，組成無數的滯后曲線。這種現象稱為滯后效應。顯示了有可能進行模擬 量的存儲。在不增加Mn的雜質含量 和發光層的厚度時，器件 不會表現出存儲效應。2009.8.5c、當施加不同極性的脈沖電壓時發光強度高圖6.12，但當施加相同極

27、性的脈沖電壓時發光強度就下降，繼續施加相同極性的脈沖電壓就會變得不發光。產生此現象的原因：在于發光層中產生分極效應所致在相反極性脈沖電壓下發光層內部分極電壓使加到發光層上的有效電壓值更加，極化效應增強了有效電場，使亮度增加。在相同極性的脈沖電壓下，分極電壓和外電壓極性相反，使疊加在發光層上的有效電壓值降低，甚至不能發光。 2009.8.5d、AC-TFELD的光寫入和光消除：存儲效應型薄膜ELD具有光分極效應、光緩和效應，可使器件進行光寫入和光消除。首先，施加一交流脈沖維持電壓Us(=Uth)。施加脈沖的同時，伴隨著外部光照射，則發光層中因光注入載流子增加，故熒光體發光。光分極效應的光寫入工作

28、原理圖: a)維持脈沖波形 b)內部電壓波形2009.8.5發光時發光層中產生分極電壓UP與下一個脈沖電壓重疊。依次施加脈沖電壓時，就繼續發光。由于分極電壓UP與發光強度呈正比關系，故使光圖像的寫入成為可能。另一方面，在發光的脈沖電壓停止期間用外部光(L)照射時，發光層中分極電荷緩慢復合而消失。利用此光緩和效應由光照射而消除圖像稱為光消除特性。 2009.8.5圖 光緩和效應的光消除特性a)維持脈沖波形 b)內部分極電壓波形2009.8.5利用AC-TFELD的光寫入特性，可作為圖像存儲器件；可實現光筆顯示，可用光筆在顯示板上修改或寫入新的信息，實現人-機對話，具有重要意義。 將具有灰度圖案的

29、膠片放置在AC-TFELD的玻璃基板上(如圖)，用紫外線照射時，不同灰度處通過的光通量也不相同，故產生的光分極電場也有差異，當施加維持電壓后會顯示出一幅與原圖一樣的圖像。圖像清晰，其分辨力可達3線/mm。1-灰度圖案或膠片2009.8.5矩陣式2009.8.52009.8.54、薄膜直流型ELD（DC-TFELD) 結構與分散型DC-PELD同：在玻璃基板上蒸發透明電極，然后蒸發發光層(ZnS：Cu)，再制作背電極鋁，而后進行“成形”處理，在發光層上由于Cu離子的移動而產生N型ZnS區和CuxS的P型區，形成P-N結結構。圖表示了DC-TFELD從P-N結上產生發光的原理。2009.8.56.

30、5 ELD的各種材料一、發光材料 主要用ZnS發光材料。如表6.4。由于激發過程不同，其激活劑的添加量比熒光管中激活劑的大得多。用了Mn(黃橙色)、TbF3(綠色)，PrF3(白色)，DyF3(黃白色)等作為激活劑。其中，激活劑Mn的發光效率比較高。還用了SrS：Ce、Ba 2ZnS：Mn，CaS：Ce、ZnS：Te，Mn，CaS：Eu等材料，使用SrS、CaS等母體，混入Mn、Ce、Eu等遷移金屬、稀土類作為局域發光中心制作分散型ELD器件，得到了較窄的發光光譜。2009.8.5主要發光材料和激活劑 2009.8.5二、電介質材料 為使無機分散型ELD獲得高阻抗，在發光層的一側面上制作電介質

31、絕緣層，常用BaTiO3等高介電常數的電介質。 在有機膠片狀分散型交流ELD上，使用介電常數在815左右的彎曲性能好的高分子電介質。表6.5列出了有代表性的有機電介質的聚合物材料。 2009.8.5薄膜型交流ELD用的電介質材料有：Y2O3、Si3N4、Sm2O3 、Ta 2O3、BaTiO3、PbTiO3等。介電常數在10180之間，應該與發光材料、電極材料等相適應，與蒸發條件也有很大的關系。如用Si3N4絕緣層代替Y2O3對提高可靠性有利。雖Si3N4膜不會影響透明電極，而它和背電極鋁間粘著性差。為此，在鋁層與Si3N4之間需要插入SiO2層解決粘著性問題。 2009.8.5為防止電介質絕

32、緣層上的吸濕，有必要制備無針孔的致密薄膜。如圖：閾值電壓Uth與電介質的介電常數關系：電介質的介電常數高，Uth較低。為不降低發光亮度，發光層的電場強度不能太低。2009.8.5三、電極材料透明電極材料有In2O3和SnO2，或兩者混合的銦錫氧化物ITO導電膜。背面電極材料：蒸發鋁電極。對于透明ELD和雙層重疊的ELD多色化等其兩面電極材料都是使用In2O3膜。 響應速度決定：電極要透光性好、導電膜的電阻率小。2009.8.56.6 ELD的制作工藝 制備工藝較簡單，結構很像一個能發光的平行板電容器。兩個平行板電極中至少有一個是透明導電膜電極，另一個是金屬電極，兩電極之間有一層發光層和絕緣反光

33、層，電極上引出引線，最后涂敷防潮樹脂，加防潮蓋玻璃就制成了發光屏。這里介紹幾種典型制作工藝。一、分散交流型ELD屏的制作 分散交流型ELD中有無機型ELD(搪瓷屏和玻璃基板型顯示屏)和有機ELD(有機膠片軟屏)。 1分散交流型(玻璃基板屏)ELD 的制作工藝流程如下： 導電玻璃-發光層-TiO2反光耐壓層-背面鋁電極-電極引線-涂防潮樹脂加蓋防潮玻璃。 2009.8.5發光層制備：常用絲網印制方法和噴涂法。前者與制作印制電路板的絲網印制方法相類似，是將發光粉與有機介質粘合劑按比例混合成膏狀，用絲網印制制作發光層，制作時車間環境溫度為30，相對濕度50。噴涂法是將有機介質用噴槍均勻地噴涂到導電玻

34、璃上，然后用毛刷將發光粉均勻致密地刷于介質層上。為了減少針孔一般噴刷兩層，盡可能使發光粉層平整、均勻、無針孔。TiO2反光耐壓層的制作：與發光層制作方法相同，耐壓層制作后120烤箱中烘烤46h進行固化處理。金屬鋁膜使用真空蒸鍍方法制作。2009.8.5 2有機膠片型分散交流ELD屏的制作 它適用于作為液晶顯示屏(LCD)的背光源，其制作工藝流程如圖6.18。 2009.8.5發光層、絕緣層都用厚膜印制工藝，也可用絲網印制或刮屏的印制法進行涂膜。背電極使用鋁箔，可用低溫磁控濺射法在絕緣層上制作鋁電極。還可直接購買帶有導電膜的聚脂膠片作為基板依次進行發光層、絕緣層、濺射背面電極鋁、切片、塑料薄膜封

35、裝、老化、檢驗等工藝來制作ELD。2009.8.5三、分散直流型ELD的制作 與分散交流型ELD屏制作方法基本相類似。但需要進行“熱成形”處理，才能獲得良好的電致發光。四、薄膜交流型ELD的制作 介紹x-y矩陣驅動薄膜交流型二重絕緣層結構ELD的制作工藝，制作工藝流程如圖6.19。可看出薄膜ELD的性能在某種意義上起重要作用的是成膜技術。發光層膜、絕緣膜、透明電極膜、背電極鋁膜共有四種薄膜，再加上材料在內有必要進行優化設計。 2009.8.5薄膜交流型ELD的制作工藝流程圖2009.8.51發光層的成膜技術 發光色是根據發光母體中混入少量的不同雜質所制作的發光中心決定。因此，發光層成膜技術和絕

36、緣膜的質量直接關系到L、發光效率等。發光層是在高場(106V/cm)下發光的，所以其材料應具有良好的絕緣性和容易產生電子激勵的特性。目前已有黃橙色、綠色發光、多色發光。 (1)黃橙色發光膜的成膜 是以ZnS熒光粉為母體，混入少量金屬Mn雜質，混入比例為0.40.5wt。ZnS:Mn發光膜有物理方法和化學方法兩種。物理成膜方法：常用電子束蒸發和磁控濺射成膜方法。磁控濺射(RF)法制備發光層、絕緣膜、導電膜、背面電極金屬鋁。 2009.8.5化學成膜方法: 外延生長(ALE (Atomic Layer Epitaxy)法和化學氣相淀積法(MOCVD)，化學成膜致密性好，ALE法成膜的發光效率為81

37、m/w，比電子束蒸發提高4倍多；ALE法是把玻璃基板放入外延爐腔后，當升至一定溫度時，用ZnCl2蒸氣和H2S蒸氣交替通入在基板上生長ZnS膜。根據蒸氣進入次數可控制生長的每一層原子膜的膜層厚度。這種方法要送氣、排氣反復操作，比較麻煩且費時間。但爐腔內一次可放置多塊基板從而提高了生產效率。 MOCVD法在反應室內把基板加熱到300，H2氣攜帶有機介質與鋅混合物與H2S氣體在反應室中反應，在基板上形成ZnS膜。然后把TCM(有機介質與錳的混合液)用H2 氣攜帶導入反應室進行加熱分解直接制得ZnS:Mn發光膜。2009.8.5 (2) 多色發光膜的成膜 ALE 和MOCVD法是理想的成膜方法。 電

38、子束蒸發法制備多色發光膜是采用ZnS母體材料和稀土鹵化物多元蒸發方法。用不同的稀土鹵化物就可得到不同的發光色。濺射方法來制作多色發光層時，采用母體材料添加TbF3制作為綠色發光膜。對于紅色光是使用CaS:Eu，用多源電子束蒸發，基板溫度550 L為430cd/m2。藍色發光是使用SrS添加Ce、K，用電子束蒸發，基板溫度500以下可得到1600cd/m2的亮度。采用在ZnS：TbF3(綠色)和ZnS：SmF(紅色)層之間，夾入一層中間電極的多層重疊結構。中間電極和透明電極、中間電極和背電極之間各自施加電壓后，就可得到綠色和紅色的自由混色光。已有矩陣驅動的多色ELD混合色顯示屏，并可實現灰度顯示

39、。 2009.8.52絕緣膜成膜技術 為保證充分發揮發光腔的功能，對絕緣膜的要求是：膜質均勻、致密性好、無針孔、化學穩定性好。由于發光膜成膜時基板溫度為550高溫，要求高溫下絕緣膜不會產生剝離，且有良好的粘附性；應具有高的介電常數，耐高壓等特性。為適應材料的多樣性，一般采用電子束蒸發方法和磁控濺射方法為主要的成膜方法。 為提高屏的性能，器件結構采用多層絕緣層的組合結構，如圖6.20。把結構圖中上半部的SiNO+SiO2組合改換成SiNO+A12O3組合，絕緣層的耐壓程度可提高40V左右。為提高屏的可視性，在發光膜與上半部分絕緣膜之間制作一層黑色PrMnO3絕緣膜。 2009.8.53透明電極成

40、膜技術 希望透明電極導電膜具有大尺寸、透光性好、耐久性、耐腐蝕性等良好性能。成膜方法中古老的是化學噴霧法制作SnO 2膜，稱為奈塞透明導電膜。為改善導電性、耐腐蝕性，一般用In2O3膜或用In2O3中含5wt的SnO 2的ITO膜 2009.8.5化學制膜法比物理制膜法的設備簡單。噴霧法、浸漬法適合于用大面積基板或曲面玻璃基板制作透明電極。物理制膜方法有：真空蒸發法、磁控濺射法。它是在真空中玻璃基板溫度140180的低溫下，在玻璃基板上直接成膜。 一般在透明電極上，制作絕緣膜時容易使透明導電膜變黑，影響器件的透光性，應加以注意。為減小屏的功耗，透明導電膜應做厚些，阻抗做小些。但這樣又會在導電膜

41、的端邊位置上使發光照、絕緣膜的厚度變薄，容易引起局部擊穿。因此應整體考慮透明導電膜的厚度。 2009.8.5 4背電極膜成膜技術 背電極材料應選用在可見光范圍內反射率高的材料。因一方面起電極作用，還有反射光的作用。反射率高的材料有Ag、Al等。通常Al用真空蒸發或磁控濺射方法制作，鋁膜應具有平整、均勻致密、無針孔，以及附著力強的膜質。 2009.8.56.6 電致發光顯示器件的驅動方式一、多路驅動 二重絕緣層的三層結構的薄膜交流型ELD矩陣顯示屏的驅動電路原理圖。適于有380120個像素的ELD矩陣顯示屏。顯示屏的數據側有280條透明電極，掃描側鋁電極有120條，與數據側電極成垂直配置。各電極

42、群成梳狀結構。上下左右相互插入平行配置，每一條電極都分別通過接線端子與驅動電路相連接。圖上方數據側電極序號為1，3，i-1，i+1，279，下方數據側電極序號為2,4，i，i+2, 280。左側掃描電極為奇數1，3，j-1，i+1,，11 9，右側掃描電極為偶數2，4，j，j+2，120。 2009.8.52009.8.5 采用行順序掃描方式，在數據側上選擇偶數電極的同時，掃描側按順序選擇掃描電極。當進行一個畫面的掃描時，掃描線從第一條依次掃描到第120條止。負脈沖時，顯示屏上的全部像素同時被施加上電壓。這樣一個周期結束時，又重新開始從第一條掃描電極進行掃描寫入。這種交替周期的重復頻率稱作半幀

43、領率。一般頻率選擇在60120Hz。 為進一步了解驅動電路的工作原理，用像素點E(i，j)的寫入方式加以說明。驅動電路由高壓MOS晶體管和高壓二極管組成。 2009.8.5圖6.21。其工作原理可分三個階段進行。第一階段，發射初始自由電子。首先，掃描電極側的高壓MOS晶體管VFl，VF2，VF119,VF120處于導通狀態(ON)。同時,自由電子驅動電路開關SP為接通(ON)狀態。此時，數據側所有的高壓MOS晶體管VFl，VF2，VF279,VF280處于截止狀態(OFF)。也就是掃描電極接地為0V。數據電極通過公共線A和B與開關Sp連接，施加30V直流電壓，對全體像素充電，充電時間約為10s

44、，屬短時間充電。 2009.8.5圖6.21電極i上電壓波形(實線部分)，而其它的電極上的電壓波形如虛線。這一階段大約10s，時間非常短暫。至此所有的像素點還沒有達到發光所需要的電壓。2009.8.5 第二階段為進行調制放電驅動階段。掃描電極側的MOS晶體管全部處于截止狀態(0FF)，上升驅動電路開關SB轉換成導通狀態(ON)時，通過掃描側的公共線C和D在掃描電極上施加電壓30V。由于矩陣電極空間交叉點具有電容耦合性質，所以在所有的數據側驅動電極上，電壓都將上升到60V。隨后為了在像素E(j，j)上進行寫入發光，在選擇的數據側驅動電極i上，相連接的MOS晶體管VFki處于截止(OFF)狀態，與

45、其余的數據側驅動電極(ki)相連接的MOS晶體管VFi轉換成導通(ON)狀態，使數據側非選擇電極ki 的電極上的電荷放電，電壓為0V。2009.8.5第三階段，即寫入驅動階段。假如選擇的掃描電極j是偶數側電極時，奇數側寫入驅動開關S0為導通(ON)狀態，通過公共線C與D極管陽極相連接，使所有的奇數側掃描電極上升至190V。由于電容耦合性質，能使選樣的數據陰驅動電極i電壓上升到220V，而其它的數據側電極(ki )上的電壓只有160V。隨后與掃描電極j相連接的晶體管VFj轉換成導通(ON)狀態，此時掃描電極j上電壓變成0V。結果在選擇的像素點E(i，j)上施加了寫入電壓220V(脈沖峰值電壓)。

46、掃描電極j上的非選擇像素點E(k，j)( kI)上施加了低于閾值電壓的峰值電壓(160V)，使像素點E(i，j)發光顯示。 假如選擇的掃描電極為奇數側，則偶數側寫入驅動電路開關SE呈導通(ON)狀態。通過公共線D與二極管相連，使所有偶數掃描電極上電壓上升至+l 90V，這種驅動叫作寫入驅動。寫入時間約為35s。顯示屏的發光閾值電壓為190V，施加220V、100Hz頻率時，發光亮度可達170cd/m2。 2009.8.5二、有源矩陣驅動 有源矩陣型ELD-TFT顯示屏的結構：是在基板上用蒸發技術制作鋁膜和薄膜晶體管(TFT)，用公共漏電極和公共柵極在同一平面上垂直交叉相互配置。且第個TFT-V

47、F1的源極與電容Cs和TFT-VF2的柵極相連接。VF2的源極與電容一起與地線連接，VF3管的漏極與顯示屏上電極連接，組成一個單元。2009.8.5全畫面上像素點的驅動由各個驅動單元集成。ELD面板則是在這個有源矩陣驅動電路基板上涂敷分散型EL的發光層，發光層上蒸發制作PbO透明電極。矩陣驅動方法如下(如圖6.23)。在漏極群xi,xi+1，xi+2.和柵極群yj,yj+1, yj+2,.的選擇交叉點上施加脈沖電壓時，VF1管呈導通(ON)狀態，對電容充電，充電電壓由柵極上施加的脈沖幅寬決定，當充電電壓足夠大時，使VF2管柵壓增大而導通(ON)，通過ELD屏上的透明電極施加設定電壓。該電壓作用在ELD屏上，然后通過電容放電使柵極電壓慢慢下降。電容的充電電壓決定了VF2管的導通時間。ELD顯示屏的亮度與VF2管的導通時間也有關系。這樣對x電極群和y電極群順序掃描，使選擇的像素點發光。在有源矩陣驅動中，一般采用行順序掃描方式。 2009.8.5 圖6.23 有源矩陣驅動電路原理圖 2009.8.5三、光寫人、光消除、電讀出驅動 存儲型ELD矩陣顯示屏和無存儲型ELD顯示屏有相同的結構，電壓和亮度的滯后特性曲線。用圖6.24a