發(fā)光材料課件-7(精)

1、發(fā)光材料主講：劉波同濟大學物理系 第七章顯示技術中的熒光粉提綱¾7.1 引言¾7.2 陰極射線顯示¾7.3 平板顯示¾7.3.1 液晶顯示LCD¾7.3.2等離子體顯示屏PDP¾7.2.3 有機電致發(fā)光顯示OLED¾7.2.4 場發(fā)射顯示FED7.2 陰極射線顯示¾定義：利用發(fā)光物質在電子束激發(fā)下產(chǎn)生的發(fā)光顯示。¾發(fā)光過程：電子束的電子能量通常在幾千至幾萬電子伏特，入射到發(fā)光材料中產(chǎn)生大量次級電子，離化和激發(fā)發(fā)光中心產(chǎn)生發(fā)光。¾用途：主要用于雷達、電視、示波器和飛點掃描

2、等方面。其主要部件是陰極射線管。Cutaway rendering of a color CRT: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 zo

3、nes8.Close-up of the phosphor-coated inner side of the screen陰極射線熒光粉陰極射線熒光粉主要用于電視示波器，雷達，計算機等各種熒光屏和顯示器。要求：¾發(fā)光色調(diào)：紅,綠,藍三基色粉應具有良好的色飽和度。¾亮度-電流和特性：亮度-電流飽和效應是指熒光粉的發(fā)光效率隨電子束電流密度的增大而下降的現(xiàn)象。¾溫度猝滅特性：溫度對陰極射線熒光粉的影響很大,特別是大功率顯示器件要求高亮度。¾耐老化特性：熒光粉在長期的電子束轟擊下,發(fā)光亮度逐漸下降的現(xiàn)象稱為老化。缺陷和色心的形成導致。¾熒光粉的粒徑和圖

4、像的清晰度：熒光粉粒徑越小,顯示的清晰度越高。¾ZnS:Ag陰極射線激發(fā)到達20%的效率。-1Eg=3.8eV,LO=350 cm¾Y2O3:Eu3+效率只有8%。¾Eg=5.6eV,LO=550 cm-1¾波長選擇：¾ZnS:Ag藍色¾Zn0.68Cd0.32S:Ag 綠色¾Zn0.13Cd0.87S:Ag 紅色¾Zn,CdZn體系的缺點：1、Cd有毒，污染環(huán)境；2、紅色波長最大680nm顯色性不好，還有很多紅外成分。¾Eu3+提供了重要的紅色熒光成分黑白投影電視用熒光粉¾ZnS:Ag+Zn0

5、.5Cd0.5S:Ag(或Zn0.9Cd0.1S:Cu,Al)彩色電視熒光粉藍色熒光粉：ZnS:Ag+，發(fā)光效率高，可以接近理論極限。屬于施主-受主對發(fā)光，Ag做為受主，施主可以是摻雜Al或Cl分別占據(jù)Zn或S的格位。ZnS:Ag+發(fā)射譜淺施主受主ZnS:Ag+能級圖¾¾綠色熒光粉：¾ZnS:Cu,Cl(或Al)¾同樣屬于施主-受主對發(fā)光，只是Cu受主能級離價帶頂更高，因此其發(fā)射波長往長波方向移動到綠光，峰值位于530nm。¾有時為了把波長移動的更長一些，可以采取取7%的Zn用Cd取代，或是增加一些深受主能級例如摻雜金。紅色熒光粉：¾

6、(Zn,Cd)S:Ag和Zn3(PO4)2:Mn2+。對人眼的顯色性不好¾YVO4:Eu3+¾Y2O2S:Eu3+對于Eu3+發(fā)紅光的要求：1、5D07F4的700nm發(fā)射盡可能弱；2、5D1的發(fā)射盡可能通過交叉馳豫被猝滅。Eu3+發(fā)射譜眼睛敏感曲線(Zn,Cd)S:Ag發(fā)射譜紅色陰極射線熒光粉性能7.3 平板顯示平板電視和傳統(tǒng)顯像管電視相比具有高清晰度顯像、色彩更豐富、使用壽命更長、省電低功耗、外形輕薄美觀、節(jié)省空間和低輻射的優(yōu)點。平板顯示已經(jīng)成為未來電視的主流是大勢所趨，按顯示媒質和工作原理分為：¾液晶顯示LCD¾等離子顯示PDP¾有機電致

7、發(fā)光顯示OLED¾場發(fā)射顯示FED7.3.1 液晶顯示LCD¾液晶顯示LCDLiquidCrystal Display。LCD液晶電視采用液晶顯示面板，其主要的構成包括了，螢光管、導光板、偏光板、濾光板、玻璃基板、配向膜、液晶材料、薄模式晶體管等。原理：首先利用背光源投射出光線，這些光源會先經(jīng)過一個偏光板然后再經(jīng)過液晶分子，這時液晶分子受電壓驅動發(fā)生偏轉，偏轉的角度大小會影響穿透液晶的光線多少。透過液晶分子之后的光線接下來還必須經(jīng)過前方的彩色濾光片與另一塊偏光板。因此只要改變驅動液晶的電壓值就可以控制最后出現(xiàn)的光線強度與色彩，進而能在液晶面板上變化呈現(xiàn)出不同色彩圖像。7.3

8、.2等離子體顯示屏PDP¾利用惰性氣體在電壓作用下產(chǎn)生氣體放電，形成等離子體，發(fā)射真空紫外輻射激發(fā)三基色熒光粉發(fā)射可見光的一種主動發(fā)光型平板顯示器件。彩色交流等離子電視具有視角大、響應快等特點，適合大屏幕顯示。¾目前最小的等離子電視也要在42寸以上，常見的等離子電視有42、50、55英寸、60英寸，最大已經(jīng)開展到103英寸。PDP的結構放電氣體¾Ne-Xe¾He-Xe¾Ar-Xe¾He-(Ar,Kr,Xe)主要利用Xe發(fā)射的147nm最強和173nmVUV輻射。PDP常用熒光粉紅色PDP熒光粉的激發(fā)譜和發(fā)射譜綠色PDP熒光粉的激發(fā)譜和

9、發(fā)射譜藍色PDP熒光粉的激發(fā)譜和發(fā)射譜1257.2.3 有機電致發(fā)光顯示OLED¾根本結構：由一薄而透明具有半導體特性的銦錫氧化物(ITO)，與正極相連，另一個金屬與陰極相連，構成如三明治結構。包括了空穴傳輸層(HTL)、發(fā)光層(EL)與電子傳輸層(ETL)。¾加上適當電壓時，正極空穴與陰極電荷就會在發(fā)光層中復合，產(chǎn)生發(fā)光，依其配方不同產(chǎn)生紅、綠和藍RGB 三基色，構成根本色彩。OLED的優(yōu)點：¾厚度可以小于1毫米，僅為LCD屏幕的1/3，重量更輕；¾固態(tài)機構，沒有液體物質，抗震性能更好，不怕摔；¾幾乎沒有可視角度的問題；¾響應時間是

10、LCD的千分之一，顯示運動畫面不會有拖影現(xiàn)象；¾低溫特性好，在零下40度時仍能正常顯示，而LCD那么無法做到；¾制造工藝簡單，本錢更低；¾發(fā)光效率更高，能耗比LCD要低；¾能夠在不同材質的基板上制造，可以做成能彎曲的柔軟顯示器。OLED的缺點：¾壽命低于LCD壽命；¾大尺寸屏幕的生產(chǎn)有一定困難，目前多數(shù)是便攜類的數(shù)碼類產(chǎn)品。7.2.4 場發(fā)射顯示FED¾發(fā)射與接收電極中導入高電壓以產(chǎn)生電場，使電場激發(fā)電子轟擊螢光粉，產(chǎn)生發(fā)光。此種發(fā)光原理與陰極射線管CRT類似。都是在真空中讓電子撞擊螢光粉發(fā)光。¾CRT由單一的電子

11、槍發(fā)射電子束，透過偏向軌Deflation Yoke來控制電子束發(fā)射掃瞄的方向，而FED顯示器擁有數(shù)十萬個主動冷發(fā)射子，因此在構造上FED可以到達比CRT節(jié)省空間的效果。其次在于電壓局部，CRT大約需要15-30KV左右的工作電壓，而FED的陰極電壓約小于10KV。¾開展初期卻無法與CRT的本錢相比，主要原因是場發(fā)射元件的問題。最早提出的Spindt形式微尺寸陣列雖然是首度實現(xiàn)發(fā)射顯示的技術，但它的陣列特性卻限制顯示的尺寸，主要原因是它的結構是在每個陣列單元上包含一個圓孔，圓孔內(nèi)含一個金屬錐，在制作過程中微影與蒸鍍技術均會限制尺寸的大小。¾1991年NEC發(fā)表一篇有關納米碳管的文章后，研究人員發(fā)現(xiàn)以納米結構合成的石墨,或是納米碳管作為場發(fā)射元件能夠得到更好的場發(fā)射效率，因此納米碳管合成技術成為FED研發(fā)的新方向。FED用熒光粉的要求2¾10KV以下電子束幾mA/cm激發(fā)時具有高的亮度；¾大電流密度條件下小的溫度猝滅效應；¾快速