光显第七章PPT讲稿.ppt

《光显第七章PPT讲稿.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《光显第七章PPT讲稿.ppt（181页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、光显第七章光显第七章第1页，共181页，编辑于2022年，星期五7.1 电致变色显示技术电致变色显示技术 7.1.1 电致变色现象电致变色现象 电致变色（电致变色（eletro chromism，EC），从显示），从显示的角度看则是专门指的角度看则是专门指施加电压后物质发生氧化还原反应施加电压后物质发生氧化还原反应使颜色发生可逆性的变色现象。使颜色发生可逆性的变色现象。电致变色显示器件电致变色显示器件（Electro Chromism Device，ECD）在诸多领域的巨）在诸多领域的巨大应用潜力吸引了世界上许多国家不仅在应用基础研大应用潜力吸引了世界上许多国家不仅在应用基础研究，而且更在实用

2、器件的研究上投入了大量的人员和究，而且更在实用器件的研究上投入了大量的人员和资金，以求在这方面取得突破。资金，以求在这方面取得突破。第2页，共181页，编辑于2022年，星期五电致变色是指材料的光学属性（反射率、透过率、吸收率等）在外加电场的作用下发生稳定、可逆的颜色变化的现象，在外观上表现为颜色和透明度的可逆变化。具有电致变色性能的材料称为电致变色材料，用电致变色材料做成的器件称为电致变色器件。第3页，共181页，编辑于2022年，星期五电致变色主要有电致变色主要有3种形式：种形式：（1）离子通过电解液进入材料引起变色。）离子通过电解液进入材料引起变色。（2）金属薄膜电沉积在观察电极上。）金

3、属薄膜电沉积在观察电极上。（3）彩色不溶性有机物析出在观察电极上。）彩色不溶性有机物析出在观察电极上。第4页，共181页，编辑于2022年，星期五电致变色显示有以下突出的优点：电致变色显示有以下突出的优点：（1）显示鲜明、清晰，优于液晶显示板。）显示鲜明、清晰，优于液晶显示板。（2）视角大，无论从什么角度看都有较好的对比度。）视角大，无论从什么角度看都有较好的对比度。（3）具有存储性能，如写电压去掉且电路断开后，显示）具有存储性能，如写电压去掉且电路断开后，显示信号仍可保持几小时到几天，甚至一个月以上，存储功能信号仍可保持几小时到几天，甚至一个月以上，存储功能不影响寿命。不影响寿命。（4）在存

4、储状态下不消耗功率。）在存储状态下不消耗功率。（5）工作电压低，仅为）工作电压低，仅为0.520 V，可与集成电路匹配。，可与集成电路匹配。（6）器件可做成全固体化。）器件可做成全固体化。电致变色显示也有一些不容忽视的缺点，如电致变色显示也有一些不容忽视的缺点，如响应慢，响应速度（约响应慢，响应速度（约500 ms）接近秒的数量级，对）接近秒的数量级，对频繁改变的显示，功耗大致是液晶功耗的数百倍；往复频繁改变的显示，功耗大致是液晶功耗的数百倍；往复显示的寿命不高（只有显示的寿命不高（只有106107次）。次）。第5页，共181页，编辑于2022年，星期五电致变色材料具有双稳态的性能，用电致变色

5、材料做成的电致变色显示器件不仅不需要背光灯，而且显示静态图象后，只要显示内容不变化，就不会耗电，达到节能的目的。电致变色显示器与其它显示器相比具有无视盲角、对比度高等优点。用电致变色材料制备的自动防眩目后视镜，可以通过电子感应系统，根据外来光的强度调节反射光的强度，达到防眩目的作用，使驾驶更加安全。第6页，共181页，编辑于2022年，星期五电致变色智能玻璃能以较低的电压（2-5V）和较低的功率调节汽车、飞机内部的光线强度，使旅途更加舒适。目前，电致变色调光玻璃已经在一些高档轿车和飞机上得到应用。第7页，共181页，编辑于2022年，星期五电致变色是某些化合物在电荷作用下可逆地改变颜色的现象电

6、致变色材料一个很好的例子是聚苯胺，聚苯胺可以通过电化学过程或者苯胺的化学氧化过程来形成。如果把电极浸入含有低浓度苯胺的盐酸溶液中，在电极上就会产生聚苯胺薄膜。根据不同的氧化态，聚苯胺可以呈现为浅黄色或者深绿/黑色。其它找到技术应用的电致变色材料包括紫罗碱。更多的电致变色材料包括氧化钨(WO3)，它的主要化学用途是制作电致变色窗？或者智能窗。第8页，共181页，编辑于2022年，星期五电致变色窗电致变色玻璃是一种新型的功能玻璃。近几年来，电致变色玻璃在智能窗的应用开发研究方面开展得非常活跃，这种由基础玻璃和电致变色系统组成的装置利用电致变色材料在电场作用下而引起的透光（或吸收）性能的可调性，可实

7、现由人的意愿调节光照度的目的，同时，电致变色系统通过选择性地吸收或反射外界热辐射和阻止内部热扩散，可减少办公大楼和居民住宅等建筑物在夏季保持凉爽和冬季保持温暖而必须耗费的大量能源。第9页，共181页，编辑于2022年，星期五应用范围：近年来，随着能源的紧张，节能材料的研究和开发成为人们广泛关注的一个重要问题，以电致变色材料为核心的全固态灵巧窗（SW）可动态地调节太阳能的输出或输入和可见光谱，还可作为汽车等交通工具的挡风玻璃和大面积显示器，在建筑、运输及电子等工业领域有着广泛的应用前景。第10页，共181页，编辑于2022年，星期五由于颜色改变的持久稳固且仅在产生改变时需要能量，电致变色材料被用

8、于控制允许穿透窗户窗户（智能窗智能窗）的光和热的总量，也在汽车工业工业中应用于根据各种不同的照明条件下自动调整后视镜后视镜的深浅。紫罗碱和二氧化钛二氧化钛（TiO2）一起被用于小型数字显示器的制造。它很有希望取代液晶显示器，因为紫罗碱（通常为深蓝）与明亮的钛白色有高对比度，因此提供了显示器的高可视性第11页，共181页，编辑于2022年，星期五第12页，共181页，编辑于2022年，星期五7.1.2 电致变色显示器件电致变色显示器件 电电致致变变色色器器件件是是一一种种典典型型的的光光学学薄薄膜膜和和电电子子学学薄薄膜膜相相结结合合的的光光电电子子薄薄膜膜器器件件，能能够够在在外外加加低低压压

9、驱驱动动的的作作用用下下实实现现可可逆逆的的色色彩彩变变化化，可可以以应应用用在在被被动动显显示示、灵灵巧巧变变色窗等领域。色窗等领域。电电致致变变色色显显示示器器件件结结构构：电电致致变变色色器器件件一一般般由由5层层结结构构组组成成，包包括括两两层层透透明明导导电电层层、电电致致变变色色层层、离离子子导导电电层层、离离子子存存储储层层的的夹夹层层结结构构如如图图7.1（a）所所示示，其其显显示示原理如图原理如图7.2（b）所示。）所示。第13页，共181页，编辑于2022年，星期五图图7.1ECD结构及显示原理结构及显示原理第14页，共181页，编辑于2022年，星期五u根据电致变色层材料

10、的不同，根据电致变色层材料的不同，ECD又可分为以下又可分为以下2种种类型。类型。1.全固态塑料电致变色器件全固态塑料电致变色器件 全固态塑料电致变色器件采用低压反应离子镀全固态塑料电致变色器件采用低压反应离子镀工艺在工艺在ITO塑料衬底上制备塑料衬底上制备WO3和和NiO 电致变色薄膜，电致变色薄膜，采用采用MPEO-LiClO4高分子聚合物作电解质，制备透射高分子聚合物作电解质，制备透射型全固态塑料电致变色器件，变色调制范围达到型全固态塑料电致变色器件，变色调制范围达到30%左右。左右。2.混合氧化物电致变色器件混合氧化物电致变色器件 混合氧化物可以改善单一氧化物电致变色的性混合氧化物可以

11、改善单一氧化物电致变色的性能能,引起人们的关注。引起人们的关注。TiO2具有适宜的离子输运的微观结具有适宜的离子输运的微观结构、高的力学性能和化学稳定性，它与构、高的力学性能和化学稳定性，它与WO3混合制作电混合制作电致变色器件，加快了响应时间及延长了器件的寿命。致变色器件，加快了响应时间及延长了器件的寿命。第15页，共181页，编辑于2022年，星期五目前，已经产业化的电致变色器件有一下几类：电致变色智能调光玻璃、电致后视镜。电致变色智能玻璃在电场作用下具有光吸收透过的可调节性，可选择性地吸收或反射外界的热辐射和内部的热的扩散，减少办公大楼和民用住宅在夏季保持凉爽和冬季保持温暖而必须消耗的大

12、量能源。同时起到改善自然光照程度、防窥的目的。解决现代不断恶化的城市光污染问题。是节能建筑材料的一个发展方向。第16页，共181页，编辑于2022年，星期五7.2 场致发射显示技术场致发射显示技术FED Field Emission Display(or Field Effection Display)电子发射是指电子从阴极逸出进入真空或其它气体媒质中的过程。电子发射按照其获得外加能量的方式，即电子的受激发方式分为以下四种：热电子发射，光电子发射，次级电子发射及场致电子发射。第17页，共181页，编辑于2022年，星期五热电子发射：电子靠加热物体提供能量，当温度升高，电子的无序热运动的能量随之

13、增大，直致电子能够克服阻碍它逸出固体表面的阻力而逸出物体的发射；光电子发射：即外光电效应，与电子没有逸出物体表面的内光电效应有区别，电子靠光辐射吸收光量子能量而逸出物体产生的发射；次级电子发射：界外获得能量的电子穿入物体内部，把能量传递给物体内部的电子，使之逸出的发射方式；场致电子发射：也称自电子发射、冷发射，在物体表面加强电场以削弱阻碍电子逸出物体的力，利用隧道效应而产生的发射。第18页，共181页，编辑于2022年，星期五场致电子发射现象是在强外加电场作用下固体表面发生的发射电子的现象。它与热电子发射、光电子发射和二次电子发射的不同之处在于：热电子、光电子和二次电子的发射是由于固体内部电子

14、获得外部给予的能量而被激发、当被激发的电子具有高于表面逸出势垒的动能时就逸出固体表面的电子发射，而场致电子发射是利用加在物体表面的强电场束削弱阻碍电子逸出物体的力，并利用隧道效应使固体向真空发射出电子，由于外加强电场使表面势垒高度降低，宽度变窄，电子穿透势垒的几率增加，因而发射电流随之迅速增加，其电子主要来自费米能级附近较窄范围的能带上。第19页，共181页，编辑于2022年，星期五场致电子发射又称为冷电子发射，只需要在阴极表面加一个强电场，不需要任何附加的能量，就能使阴极内的电子具有足够的能量从表面逸出。它的一个重要应用就是场致电子发射显示器即FED（field emission displ

15、ay,FED）。第20页，共181页，编辑于2022年，星期五其工作原理是使用电场自发射阴极（cathode emitter）材料的尖端放出电子来轰击屏幕上的荧光粉，启动荧光粉而发光，有点类似CRT的工作原理，但不同的是CRT在显像管内部有三个电子枪，为了使电子束获得足够的偏离还不得不把显像管做得必须有一段距离长，因此CRT显示器又大又厚又重。而FED在每一个荧光点后面不到3mm处都放置了成千上万个极小的电子发射器，同时用场发射技术作为电子来源以取代传统CRT显像管中的热电子枪，由于不是使用热能，使得场发射电子束的能量分布范围较传统热电子束窄而且具有较高亮度，因而可以用于平面显示器并带来了很多

16、优秀特色。第21页，共181页，编辑于2022年，星期五7.2.1 场致发射显示器件的构成及工作原理场致发射显示器件的构成及工作原理 1.场致发射显示技术场致发射显示技术 场致发射显示（场致发射显示（Field Emission Display，FED）与真空荧光显示（）与真空荧光显示（VFD）和）和CRT有许多相似之有许多相似之处，它们都以高能电子轰击荧光粉。与处，它们都以高能电子轰击荧光粉。与VFD 不同的是，不同的是，它用冷阴极微尖阵列场发射代替了热阴极的电子源，它用冷阴极微尖阵列场发射代替了热阴极的电子源，用光刻的栅极代替了金属栅网，这种新型的自发光型用光刻的栅极代替了金属栅网，这种新

17、型的自发光型平板显示器件实际是平板显示器件实际是CRT的平板化，兼有的平板化，兼有CRT和固体和固体平板显示器件的优点，不需要传统偏转系统，可平平板显示器件的优点，不需要传统偏转系统，可平板化，无板化，无X射线，工作电压低，比射线，工作电压低，比TFT-LCD更节能，更节能，可靠性高。可靠性高。第22页，共181页，编辑于2022年，星期五真空荧光显示屏（VACUUM FLUORESCENT DISPLAY）是从真空电子管发展而来的显示器件，由发射电子的阴极（直热式，统称灯丝）、加速控制电子流的栅极、玻璃基板上印上电极和荧光粉的阳极及栅网和玻盖构成。它利用电子撞击荧光粉，使荧光粉发光，是一种自

18、身发光显示器件。由于它可以做多色彩显示，亮度高，又可以用低电压来驱动，易与集成电路配套，所以被广泛应用在家用电器、办公自动化设备、工业仪器仪表及汽车等各种领域中。VFD根据结构一般可分为2极管和3极管两种；根据显示内容可分为：数字显示、字符显示、图案显示、点阵显示；根据驱动方式可分为：静态驱动（直流）和动态驱动（脉冲）。第23页，共181页，编辑于2022年，星期五 2.场致发射显示器件的构成场致发射显示器件的构成 场致发射显示器件，即场致发射阵列平板显场致发射显示器件，即场致发射阵列平板显示器，或称为真空微尖平板显示器（示器，或称为真空微尖平板显示器（Mini Flat Panel，MFP）

19、，是一种新型的自发光平板显示器），是一种新型的自发光平板显示器件，它实际上是一种很薄的件，它实际上是一种很薄的CRT显示器，其单元结显示器，其单元结构是一个微型真空三极管（图构是一个微型真空三极管（图7.2），包括一个作为），包括一个作为阴极的金属发射尖锥，孔状的金属栅极以及有透明导电阴极的金属发射尖锥，孔状的金属栅极以及有透明导电层形成的阳极，阳极表面涂有荧光粉。由于栅极和阳极层形成的阳极，阳极表面涂有荧光粉。由于栅极和阳极间距离很小，但在栅极和阴极间加上不高的电压（小于间距离很小，但在栅极和阴极间加上不高的电压（小于100 V）时，）时，在阴极的尖端会产生很强的电场，当在阴极的尖端会产生很

20、强的电场，当电场强度大于电场强度大于5107 V/cm时，电子由于时，电子由于隧道效应隧道效应从从金属内部穿出进入真空中，并受阳极正电压加速，轰金属内部穿出进入真空中，并受阳极正电压加速，轰击荧光粉层实现发光显示。击荧光粉层实现发光显示。第24页，共181页，编辑于2022年，星期五 图图7.2微型真空三极管结构微型真空三极管结构第25页，共181页，编辑于2022年，星期五经典物理学认为，物体越过势垒，有一阈值能量；粒子能量小于此能量则不能越过，大于 此能量则可以越过。例如骑自行车过小坡，先用力骑，如果坡很低，不蹬自行车也能靠惯性过去。如果坡很高，不蹬自行车，车到一半就停住，然后退回去。量子

21、力学则认为，即使粒子能量小于阈值能量，很多粒子冲向势垒，一部分粒子反弹，还会有一些粒子能过去，好像有一个隧道，故名隧道效应（quantum tunneling）。可见，宏观上的确定性在微观上往往就具有不确定性。虽然在通常的情况下，隧道效应并不影响经典的宏观效应，因为隧穿几率极小，但在某些特定的条件下宏观的隧道效应也会出现。第26页，共181页，编辑于2022年，星期五 由微观粒子波动性所确定的量子效应。又称势垒贯穿1。考虑粒子运动遇到一个高于粒子能量的势垒，按照经典力学，粒子是不可能越过势垒的；按照量子力学可以解出除了在势垒处的反射外，还有透过势垒的波函数，这表明在势垒的另一边，粒子具有一定的

22、概率，粒子贯穿势垒。理论计算表明，对于能量为几电子伏的电子，方势垒的能量也是几电子伏，当势垒宽度为1埃时，粒子的透射概率达零点几；而当势垒宽度为10时，粒子透射概率减小到10-10，已微乎其微。可见隧道效应是一种微观世界的量子效应，对于宏观现象，实际上不可能发生。第27页，共181页，编辑于2022年，星期五在势垒一边平动的粒子，当动能小于势垒高度时，在势垒一边平动的粒子，当动能小于势垒高度时，按经典力学，粒子是不可能穿过势垒的。对于微按经典力学，粒子是不可能穿过势垒的。对于微观观粒子粒子，量子力学却证明它仍有一定的概率穿过，量子力学却证明它仍有一定的概率穿过势垒，实际也正是如此，这种现象称为

23、隧道效应。势垒，实际也正是如此，这种现象称为隧道效应。对于谐振子，按经典力学，由核间距所决定的位对于谐振子，按经典力学，由核间距所决定的位能决不可能超过总能量。能决不可能超过总能量。量子力学量子力学却证明这种核却证明这种核间距仍有一定的概率存在，此现象也是一种隧道间距仍有一定的概率存在，此现象也是一种隧道效应。效应。第28页，共181页，编辑于2022年，星期五第29页，共181页，编辑于2022年，星期五美国的一个摄制组，想拍一部中国农民生活的记录片。美国的一个摄制组，想拍一部中国农民生活的记录片。于是他们来到中国某地农村，找到一位柿农，说要买他于是他们来到中国某地农村，找到一位柿农，说要买

24、他10001000个柿子，请他把这些柿子从树上摘下来，并演示一下贮个柿子，请他把这些柿子从树上摘下来，并演示一下贮存的过程，谈好的价钱是存的过程，谈好的价钱是10001000个柿子给个柿子给2020美元。柿农很美元。柿农很高高兴兴地同意了。于是他找来一个帮手，一人爬到柿子树上，用地同意了。于是他找来一个帮手，一人爬到柿子树上，用绑有弯钩的长杆，看准长得好的柿子用劲一拧，柿子就掉了绑有弯钩的长杆，看准长得好的柿子用劲一拧，柿子就掉了下来。下来。下面的一个人就从草丛里把下面的一个人就从草丛里把柿子柿子找了出来，捡到一个找了出来，捡到一个竹筐里。柿子不断地掉下来，滚得到处都是。下面的人则手竹筐里。柿

25、子不断地掉下来，滚得到处都是。下面的人则手脚飞快地把它们不断地捡到竹筐里，同时还不忘高声大嗓地脚飞快地把它们不断地捡到竹筐里，同时还不忘高声大嗓地和树上的人拉着家常。在一边的美国人觉得这很有趣，自然和树上的人拉着家常。在一边的美国人觉得这很有趣，自然全都拍了下来。接着又拍了他们贮存柿子的过程。全都拍了下来。接着又拍了他们贮存柿子的过程。隧道视野效应第30页，共181页，编辑于2022年，星期五美国人付了钱就准备离开，那位收了钱的柿农却一把拉住他们说：“你们怎么不把买的柿子带走呢？”美国人说不好带，也不需要带，他们买这些柿子的目的已经达到了，这些柿子还是请他自己留着。“天底下哪有这样便宜的事情呢

26、？”那位柿农心里想。看着美国人远去的背影，柿农摇摇头感叹道：“没想到世界上还有这样的傻瓜！”那位柿农不知道，他的1000个柿子虽然原地没动地就卖了20美元，但那几位美国人拍的他们采摘和贮存柿子的记录片，拿到美国去却可以卖更多更多的钱。第31页，共181页，编辑于2022年，星期五 他也不知道，在那几个美国人眼里，他的那些柿子并不值钱，值钱的是他们的那种独特有趣的采摘、贮存柿子的生产生活方式。柿农的蝇头小利比起那几个美国人的利益来说实在不算什么。在企业的投资构成中，人们的决策者是像文中的柿农一样只看到眼前的比较直接的小利益还是能把眼光放长远一些，发现更大，但可能比较隐蔽的大利益呢？第32页，共1

27、81页，编辑于2022年，星期五隧道视野效应：一个人若身处隧道，他看到的就只是隧道视野效应：一个人若身处隧道，他看到的就只是前后非常狭窄的视野。不能缺乏远见和洞察力，视野前后非常狭窄的视野。不能缺乏远见和洞察力，视野开阔，方能看得高远。识时务者为俊杰。一件事情，开阔，方能看得高远。识时务者为俊杰。一件事情，重要的不是现在怎样，而是将来会怎样。要看到事物重要的不是现在怎样，而是将来会怎样。要看到事物的将来，就必须有高远的眼光。看清了它的将来，坚的将来，就必须有高远的眼光。看清了它的将来，坚定不移地去做，事业就已经成功了一半。明智的人总定不移地去做，事业就已经成功了一半。明智的人总会在放弃微小利益

28、的同时，获得更大的利益。会在放弃微小利益的同时，获得更大的利益。第33页，共181页，编辑于2022年，星期五麦当劳的应用麦当劳是全世界快餐业的巨无霸。这并不是创始人麦当劳兄弟的功劳。将麦当劳一手做大的，是瑞克罗克。克罗克是一个一生坎坷的人，年过五十后还事业无成，一次偶然的机会，发现业务报表上有一家叫麦当劳的汽车餐厅，这家餐厅的生意很是红火。克罗克敏锐地意识到，随着社会生活节奏的加快，麦当劳这样的快餐店会越来越受到青睐。立即找到了餐厅老板麦当劳兄弟，要求合伙做生意。克罗克陈述了自己的想法，要是去别的城市开几家分店的话，将会大大提高现在的营业额，但麦当劳兄弟并不感兴趣。因为当时凭着这一个店，一年

29、就已经能够稳赚25万美元。第34页，共181页，编辑于2022年，星期五克罗克进入快餐店后，很快就掌握了经营快餐店克罗克进入快餐店后，很快就掌握了经营快餐店的一套办法。曾多次建议麦当劳兄弟改善营业环的一套办法。曾多次建议麦当劳兄弟改善营业环境，以吸引更多的顾客；并提出配制份饭、轻便境，以吸引更多的顾客；并提出配制份饭、轻便包装、送饭上门等一系列经营方法，以扩大业务包装、送饭上门等一系列经营方法，以扩大业务范围，增加服务种类，获取更多的营业收入。由范围，增加服务种类，获取更多的营业收入。由于克罗克经营有道，为店里招徕了不少顾客，生于克罗克经营有道，为店里招徕了不少顾客，生意越做越好。意越做越好。

30、与此同时，克罗克不忘做大麦当劳的想法，与此同时，克罗克不忘做大麦当劳的想法，建议麦氏兄弟开设建议麦氏兄弟开设连锁店连锁店。在克罗克的努力下，。在克罗克的努力下，麦当劳在全美国的连锁店达到麦当劳在全美国的连锁店达到200200多家，克罗克多家，克罗克已经看到了一个快餐帝国的已经看到了一个快餐帝国的前景前景。第35页，共181页，编辑于2022年，星期五通过与麦氏兄弟的合作，看着快餐通过与麦氏兄弟的合作，看着快餐帝国帝国的美妙前景，克罗克决定买下麦当劳，的美妙前景，克罗克决定买下麦当劳，自己独自单干。自己独自单干。这件事在当时引起了巨大的轰动，这件事在当时引起了巨大的轰动，而快餐馆也借众人之口，深

31、入人心，大而快餐馆也借众人之口，深入人心，大大提高了其在美国的大提高了其在美国的知名度知名度。19681968年麦年麦当劳有当劳有10001000家店铺，家店铺，19781978年就达年就达50005000家。家。经过经过4040余年的发展，麦当劳已有余年的发展，麦当劳已有7 7万多家万多家店铺，遍布全球店铺，遍布全球100100多个国家和地区，几多个国家和地区，几乎达到了每四小时开一家新店的乎达到了每四小时开一家新店的速度速度。第36页，共181页，编辑于2022年，星期五识时务者为识时务者为俊杰俊杰。一件事情，重要的。一件事情，重要的不是现在怎样，而是将来会怎样。要看不是现在怎样，而是将来

32、会怎样。要看到事物的将来，就必须有高远的眼光。到事物的将来，就必须有高远的眼光。看清了它的将来，坚定不移地去做，事看清了它的将来，坚定不移地去做，事业就已经成功了一半。业就已经成功了一半。明智的人总会在放弃微小利益的同明智的人总会在放弃微小利益的同时，获得更大的时，获得更大的利益利益。第37页，共181页，编辑于2022年，星期五第38页，共181页，编辑于2022年，星期五 FED的制造过程与的制造过程与LCD很类似，采用的玻璃平板相很类似，采用的玻璃平板相同，薄膜沉积和光刻技术也很相似。制作阵列状的微同，薄膜沉积和光刻技术也很相似。制作阵列状的微尖锥结构时，采用两步光刻工艺，首先对微孔阵列

33、光尖锥结构时，采用两步光刻工艺，首先对微孔阵列光刻，这一步有很高的光刻精度（小于刻，这一步有很高的光刻精度（小于1.5 m），可用），可用紫外光步进曝光来实现，然后用蒸发和刻蚀制造微尖。用上紫外光步进曝光来实现，然后用蒸发和刻蚀制造微尖。用上述方法制造的阴极必须满足述方法制造的阴极必须满足3点要求：点要求：（1）在整个表面上具有均匀的电子发射。）在整个表面上具有均匀的电子发射。（2）提供充分的电流，以便在低电压下获得高亮度。）提供充分的电流，以便在低电压下获得高亮度。（3）在微尖和栅极之间没有短路。）在微尖和栅极之间没有短路。第39页，共181页，编辑于2022年，星期五 为了满足以上要求，采

34、用了下面两项技术：为了满足以上要求，采用了下面两项技术：（1）在导通的阴极和选通的微尖之间利用一）在导通的阴极和选通的微尖之间利用一个电阻层来控制电流，使每一选通的像素含个电阻层来控制电流，使每一选通的像素含有大量的微尖，可保证发射的均匀性。有大量的微尖，可保证发射的均匀性。（2）高发射密度（）高发射密度（104微尖微尖mm2）和小尺寸）和小尺寸（直径小于（直径小于1.5 m），使得在），使得在100 V激励电激励电压下获得压下获得l mA/mm2的电流密度，从而实现高的电流密度，从而实现高亮度。亮度。第40页，共181页，编辑于2022年，星期五第41页，共181页，编辑于2022年，星期五

35、采用上述方法制造的一种采用上述方法制造的一种15cm FED单色显示器的性能如下：单色显示器的性能如下：激励面积（激励面积（mm2）11090行列数行列数 256256光点尺寸（光点尺寸（mm2）0.12微尖密度（微尖密度（/mm2）104阳极阳极-阴极空间（阴极空间（m）200阴极阴极-栅极电压（栅极电压（V）80阴极阴极-阳极电压（阳极电压（V）400辉度（辉度（cd/m2）150300对比度对比度 1001响应时间（响应时间（s）5000平均功率耗散（屏）（平均功率耗散（屏）（W/cm2）1第42页，共181页，编辑于2022年，星期五 2.FED工作原理工作原理 FED工作原理如图工作

36、原理如图7.3所示，两块平板玻璃之间有所示，两块平板玻璃之间有200 m的间隙，底板上有一个排气管可抽气，显示器件的间隙，底板上有一个排气管可抽气，显示器件的阴极由交叉金属电极网组成，一层金属带连接阴极，另的阴极由交叉金属电极网组成，一层金属带连接阴极，另一层正交的金属带连接栅极，两层金属带之间由一层正交的金属带连接栅极，两层金属带之间由l m厚的厚的绝缘层分开，每一个像素由相交的金属带行列交叉点绝缘层分开，每一个像素由相交的金属带行列交叉点所选通，涂有荧光粉的屏对应于像素安放。每个像素所选通，涂有荧光粉的屏对应于像素安放。每个像素有数千个微电子管，即使有一些发射尖锥失效也不会有数千个微电子管

37、，即使有一些发射尖锥失效也不会影响像素显示，这一特点非常有利于提高成品率。如影响像素显示，这一特点非常有利于提高成品率。如果在这些微尖锥发射阵列上加上矩阵选址电路，就构果在这些微尖锥发射阵列上加上矩阵选址电路，就构成了成了FED。第43页，共181页，编辑于2022年，星期五图图7.3FED工作原理工作原理第44页，共181页，编辑于2022年，星期五FED基本结构和原理基本结构和原理结构：结构：由阳极基板和阴极基板构成，阳极基板为红绿蓝三色荧光粉粉条由阳极基板和阴极基板构成，阳极基板为红绿蓝三色荧光粉粉条为了保证色纯度，之间用黑矩阵隔开，为了保证色纯度，之间用黑矩阵隔开，阴极基板由可以行列寻

38、址的发射阵列和栅极组成。阴极基板由可以行列寻址的发射阵列和栅极组成。两基板之间有支撑以抵抗大气压力，基板之间用低熔点玻璃封接两基板之间有支撑以抵抗大气压力，基板之间用低熔点玻璃封接原理：原理：在栅极和阴极之间有一个电压差形成电场，使得微尖释出电子，在栅极和阴极之间有一个电压差形成电场，使得微尖释出电子，再经过阳极和阴极之间的高压电场加速电子使之轰击荧光粉而发光再经过阳极和阴极之间的高压电场加速电子使之轰击荧光粉而发光。第45页，共181页，编辑于2022年，星期五7.2.2 FED发展状况发展状况FED本质上是由许多微型本质上是由许多微型CRT组成的平板显示器，其具组成的平板显示器，其具备下列

39、优点：备下列优点：（1）冷阴极发射。）冷阴极发射。（2）低工作电压。）低工作电压。（3）自发光和高亮度。）自发光和高亮度。（4）宽视角和高速响应。）宽视角和高速响应。（5）很宽的环境温度变化范围。）很宽的环境温度变化范围。第46页，共181页，编辑于2022年，星期五各类电视机功耗的比较各类电视机功耗的比较 第47页，共181页，编辑于2022年，星期五FED是是20世纪世纪80年代末问世的真空微电子学的产物，兼有年代末问世的真空微电子学的产物，兼有有源矩阵液晶显示器（有源矩阵液晶显示器（AM-LCD）和传统）和传统CRT的主要优点，的主要优点，显示出强大的市场潜力。其工作方式与显示出强大的市

40、场潜力。其工作方式与CRT类似，但厚度仅类似，但厚度仅为几毫米，亮度、灰度、色彩、分辨率和响应速度可与为几毫米，亮度、灰度、色彩、分辨率和响应速度可与CRT相媲美；且工作电压低、功耗小、无相媲美；且工作电压低、功耗小、无X射线辐射，成为射线辐射，成为CRT的理想替代品。另外，的理想替代品。另外，FED不需背光、视角大、不需背光、视角大、工作温度范围宽等优点也对目前平板显示器的主流产工作温度范围宽等优点也对目前平板显示器的主流产品品AM-LCD提出了严峻的挑战。提出了严峻的挑战。FED已已经经被被认认为为是是未未来来起起重重要要作作用用的的一一种种平平板板显显示示器器件件和和技技术术，甚甚至至有

41、有可可能能在在办办公公设设备备和和家家用用显显示示器器件件方方面面取取代代CRT显显示示器器，当当然然，从从商商品品化化角角度度考考虑虑，FED还还需需要要一一定定的时间对工艺和制造技术进一步完善。的时间对工艺和制造技术进一步完善。第48页，共181页，编辑于2022年，星期五当前，只有法国的Pixtech和日本的富士通公司生产FED商用显示屏。其产品目标主要在小尺寸和高性能方面与LCDs相抗衡，制作FED显示屏所遇到的关键问题主要有两方面：一是低压FED（Vanode1kV）适用的荧光粉，二是高压FED中真空打火、阴极损伤等问题。第49页，共181页，编辑于2022年，星期五虽然LCDs在提

42、高图象质量和降低生产成本上都有显著的改进，但由于平板场致发射显示屏具有无阴极功耗、无预热延迟、可高度集成化、发射电流密度大、体积小和电压低等优点，使得它可能成为一代性能优良的显示器件，将具有良好的前景，同时场致发射还可应用于微波器件和传感器等方面，因此场致发射技术的研究是非常有意义的，所以FEDs仍然成为工业界和大学的研究热点第50页，共181页，编辑于2022年，星期五7.3 电致发光显示技术电致发光显示技术 7.3.1电致发光显示器件（电致发光显示器件（ELD）的分类及其特征）的分类及其特征按发光层的材料来分：按发光层的材料来分：有无机电敛发光有无机电敛发光有机电致发光两大类有机电致发光两

43、大类按结构上又可分：按结构上又可分：为薄膜型：薄膜型的发光层以致密的荧光体薄膜构成为薄膜型：薄膜型的发光层以致密的荧光体薄膜构成分散型两种：分散型的发光层以粉末荧光体的形式构成；分散型两种：分散型的发光层以粉末荧光体的形式构成；从驱动方式上：从驱动方式上：交流驱动型交流驱动型EL直流驱动型直流驱动型EL第51页，共181页，编辑于2022年，星期五 无无机机和和有有机机电电致致发发光光均均可可组组合合出出4种种EL显显示示器器件件。对对于于无无机机EL已已经经达达到到实实用用化化的的有有薄薄膜膜型型交交流流EL和和分分散散型型交交流流EL，其其荧荧光光体体母母体体都都是是以以硫硫化化锌锌为为主

44、主体体的的无无机机材材料料。薄薄膜膜型型交交流流EL具具有有高高辉辉度度、高高可可靠靠性性等等特特点点，主主要要用用于于发发橙橙黄黄色色光光的的平平板板显显示示器器；分分散散型型交交流流EL价价格格低低，容容易易实实现现多多彩彩色色显显示示，常常用用作作平平面面光光源源，如如液液晶晶显显示示器器的的背背光光源源。对对于于有有机机EL主主要要是是薄薄膜膜型型交交流流驱驱动动电电致致发发光光元元件件，其其它它类类型还没有达到实用化。型还没有达到实用化。第52页，共181页，编辑于2022年，星期五电电致致发发光光显显示示器器与与其其它它电电子子显显示示器器件件相相比比突出的特点突出的特点:（1）图

45、像显示质量高）图像显示质量高（2）受温度变化的影响小）受温度变化的影响小（3）EL是目前所知唯一的全固体显示元件，耐振动冲是目前所知唯一的全固体显示元件，耐振动冲击的特性极好，适合坦克、装甲车等军事应用。击的特性极好，适合坦克、装甲车等军事应用。（4）具有小功耗、薄型、质量轻等特征。）具有小功耗、薄型、质量轻等特征。（5）快速显示响应时间小于）快速显示响应时间小于1 ms （6）低电磁泄漏（）低电磁泄漏（Electro Magnetic Interference，EMI）。）。第53页，共181页，编辑于2022年，星期五ELD的发展：的发展：相对来说，相对来说，ELD的工作电压较高，彩色化进

46、展缓慢的工作电压较高，彩色化进展缓慢并且价格昂贵，因此以往的并且价格昂贵，因此以往的ELD，主要使用在其它显示技，主要使用在其它显示技术不能适应的特殊要求场合，而今装备和系统设计者可以术不能适应的特殊要求场合，而今装备和系统设计者可以在更加广泛的领域应用在更加广泛的领域应用ELD。由于。由于ELD改进了图像质量，改进了图像质量，具有更长的寿命和更高的可靠性，可以完全满足用户具有更长的寿命和更高的可靠性，可以完全满足用户日益增长的要求。日益增长的要求。作为一种新技术，作为一种新技术，ELD显示创新的步伐非常迅速，在显示创新的步伐非常迅速，在发光膜亮度方面的改进、驱动电路的开发扩展了显示器寿命；发

47、光膜亮度方面的改进、驱动电路的开发扩展了显示器寿命；亮度、对比度的重大改善；功耗的减小；专门的灰度算法；亮度、对比度的重大改善；功耗的减小；专门的灰度算法；改进包装以缩小尺寸；增强抗振动冲击及彩色开发，所有这改进包装以缩小尺寸；增强抗振动冲击及彩色开发，所有这些使些使ELD应用领域不断拓展。应用领域不断拓展。第54页，共181页，编辑于2022年，星期五7.3.2 ELD的基本结构及工作原理的基本结构及工作原理 1.分散型交流电致发光结构原理分散型交流电致发光结构原理 这一类型的这一类型的EL元件由元件由Sylvania公司最早开发，为公司最早开发，为第一代第一代EL结构形式的代表，广泛应用于

48、液晶显示器的背结构形式的代表，广泛应用于液晶显示器的背光源。光源。分散型交流分散型交流EL元件的基本结构如图元件的基本结构如图7.4所示。基板所示。基板为玻璃或柔性塑料板。透明电极采用为玻璃或柔性塑料板。透明电极采用ITO膜，发光层由荧膜，发光层由荧光体粉末分散在有机黏接剂中做成。荧光体粉末的母体光体粉末分散在有机黏接剂中做成。荧光体粉末的母体材料是材料是ZnS，其中添加了作为发光中心的活化剂和，其中添加了作为发光中心的活化剂和Cu、Cl、I及及Mn原子等，由此可得到不同的发光颜色。黏接剂中原子等，由此可得到不同的发光颜色。黏接剂中采用介电常数较高的有机物，如氰乙基纤维素等。发光层与采用介电常

49、数较高的有机物，如氰乙基纤维素等。发光层与背电极间设有介电体层以防止绝缘层被破坏，背电极用背电极间设有介电体层以防止绝缘层被破坏，背电极用Al膜做成。膜做成。第55页，共181页，编辑于2022年，星期五图图7.4分散型交流分散型交流EL元件的基本原元件的基本原理理分散型交流分散型交流EL元件的发光机理简述如下：元件的发光机理简述如下：ZnS荧光体粉末的粒径为荧光体粉末的粒径为530m，通常在一个，通常在一个ZnS颗粒中会存在点缺陷及线缺陷。电场在颗粒中会存在点缺陷及线缺陷。电场在ZnS颗粒内会呈非均匀分布，造成发光状态变颗粒内会呈非均匀分布，造成发光状态变化。在化。在ZnS颗粒内沿线缺陷会有

50、颗粒内沿线缺陷会有Cu析出，形成析出，形成电导率较大的电导率较大的CuxS，CuxS与与ZnS形成异质结。形成异质结。可以认为，这样就形成了导电率非常高的可以认为，这样就形成了导电率非常高的P型或型或金属电导状态。当施加电压时，在上述金属电导状态。当施加电压时，在上述CuxS/ZnS界面上会产生高于平均电场的电场强界面上会产生高于平均电场的电场强度（度（105106V/cm）。在这种高场强作用下，）。在这种高场强作用下，位于界面能级的电子会通过隧道效应向位于界面能级的电子会通过隧道效应向ZnS内内注入，与发光中心捕获的空穴发生复合，产生注入，与发光中心捕获的空穴发生复合，产生发光。当发光中心为