第六七章 PDP及电致发光

1、6.1 气体放电特性6.1.1 等离子体气体放电发光：气体放电发光：气体分子（原子）中的电子在电场的作用下或外电子的撞击下会从低能态跃迁到高能态。电子从高能态回到低能级时，就会产生发光现象。气体原子中电子跃迁到高能态时会脱离原子的束缚，此时原子便成为离子。处于电离态的气体和自由电子一起构成的导电粒子组合称为等离子体等离子体6.1.2 气体放电的伏安特性 调节气体二端的电压值，测量流过气体的电流大小，可以得到气体的伏安特性。气体的伏安特性表现出很大的非线性。IIIIIIIVVVIVIIVBVS10-1610-1410-1210-510-410-310-210-1110I0 200 400 600

2、 800 1000I 非自持放电区II 汤森区III 自持放电区IV 欠辉区V 正常辉光区VI 异常辉光区VII 弧光曲 气体中少量自由电子在电场作用下定向运动，产生电流。这 些电子如果有足够的能量使其他原子电离，则会产生更多的自由电子，形成雪崩过程，使电流指数增加。VeII0其中V为外加电压，为第一汤森系数，表示每伏外加电压产生的离子和电子对。 当正离子轰击阴极时，产生二次电子，二次电子产生额外的放电电流)()(01iiVVVVeeII其中Vi为气体电离电压，为第二汤森系数当离子产生的二次电子和二次电子产生的离子在数量上达到平衡时，就无需外电场产生额外的电离电荷便可维持放电，成为自持放电。0

3、1)(iVVeiBVV)/1ln(即VB称为击穿电压。此时可以降低外电压，仍能维持较大的放电点流。当电压低于VS时，放电熄灭，VS称为维持电压。气体放电显示一般工作在VB和VS之间+阴极光膜 负辉区 正柱区阳极辉区目前PDP显示中经常采用负辉区6.1.3帕邢定律11 )(deE/dVE/1) 1(VepEBAep/) 11ln(/pEBpdAe 在气体放电中，击穿电压取决于气压和电极间的间距的乘积)1ln(lnAPdBPdUB其中A,B取决于气体的种类，和气体及阴极材料有关。0)(pdddUB令 ，得到最低击穿电压)11ln(72. 2minABVB)11ln(172. 2)(minApd10

4、030010003000100000.31310301003001000AirNeNe+0.1%ArUBPd(torr-cm)不同气体的巴邢曲线6.2 PDP显示原理1964年美国伊利诺斯大学发明6.2.1 PDP显示的结构阴极透明阳极隔离板引火孔6.2.2 直流PDP显示的自扫描原理R123+250V+250VRsRD扫描阳极显示阳极复位阴极R123456阴极引火孔R接地， 1、2、3接+85V,复位阴极点火1接地，复位阴极加+85V， 电极1点火，而电极4不点火2接地， 1加+85V，电极2点火，电极5不点火依次类推，用三个位相的方波轮流交替，实现自扫描过程。图像显示的亮暗点由显示阳极控制

5、。当扫描到某点时，显示阳极加+250V，使放电通过引火孔到达上端。6.2.3 交流PDP显示介质层交流驱动可有效保护电极，延长寿命采用方波驱动。放电时电离的电荷在电场的作用下定向运动，最终堆积在介质层上当方波方向相反时，加在内部气体上的电压因该为脉冲电压加上电极上壁电压之和。因此平时只要加大于1/2的击穿电压作为维持电压，点亮时加一较高的脉冲，其间放电。关掉时加一反相的短脉冲，中和积累电荷，放电停止CWCWCg等效电路WgUUU0WWUU2当稳定放电时即)(20UUUgWU0UWUWUgI测量壁电压变化和Ug的关系UgUWCBA选择外加电压U0为C点的电压，则可得到二个稳定的工作点。加脉冲使电

6、压超过B点，则工作点自动落于A点，加反响脉冲使电压低于B点，则工作点落于C点。两条切线对应最大和最小的维持电压Vs6.3 彩色PDP显示器工作原理背板背板PDP面板面板前面板前面板Rear GlassData ElectrodesDielectricsRibs Colour PhosphorBlack Matrix背板背板Rear Glass Colour Phosphor不对称分布不对称分布喷砂法结构显微图印刷成形法感光成形法印刷法光成形法Front GlassSustain Electrodes(Transparent + Wire)Scan Electrodes (Transparent

7、 +Wire)前面板前面板封装封装Front GlassRear GlassNeon / Xenon GasSealClick像素结构像素结构 RibRibScan ElectrodeSustain ElectrodeXenon+NeonData ElectrodeColour PhosphorDielectricsRear GlassFront GlassAluminumBaseCLICKCLICKCLICKCLICKCLICKCLICK显示板显示板Panel GlassAssemble Aluminum BaseData Drive Board(COB)PDP的放大照片PDP显示的优缺点优

8、点：大视角，大屏幕，高对比度缺点： 像素较大，高分辨率较难实现 功耗较大，重量较大 荧光粉的寿命问题 当荧光材料或半导体在外电场的作用下而产生的发光称之为电致发光(EL, Electroluminescence) 电致发光分为：电场激发电致发光电荷注入电致发光电致发光器件分为：无机电致发光和有机电致发光无机发光分为：交流粉末型，直流粉末型，直流薄膜型和交流薄膜型7.1 无机电致发光的发光机理发光的最原始机理为电子的跃迁，当电子从高能态跃迁到低能态是就会发出光子：hEEn0硼酸（H3BO3)晶体中层状结构的结构单元为两个硼酸分子VVCmKUEmKUEc22220220介电子介电子：受原子团束缚的

9、电子，无法参与导电导电电子导电电子：介电子脱离原子团的束缚，可自由传递 参与导电根据量子力学理论导电电子和介电子的能量为其中：LmK2, 2, 1, 0mL为晶体长度禁带能带图导带介带w Eg2eV, 绝缘体w Eg 0, 导体w 0Egpp0，此时n标为n+辐射效率：IUopticalPexternal)(影响LED外部量子效率的三个因素为：半导体对光子的吸收半导体介质的界面反射1. 光折射中的临界角21212nnnnR211nnsin由于电子和空穴在导带和价带内具有既定的能级分布。其中电子在离导带1/2kT处具有最大的几率。同样情况出现在空穴在价带中的分布。因此当电子从导带跃迁到价带时，产

10、生一定的辐射带宽。典型的带宽kThv281.)(一个红光LED的发光光谱不同的材料其带宽不同LED的电流发光特性LED的电压、电流曲线 LED的发光强度和电流成较线形关系。而LED的伏安特性和二极管类似，有一个较明显的阈值电压。它的电流电压曲线如左图图中的曲线和常规的二极管电流电压特性曲线是一致的当加正向电压时，电压达到一定的阈值后，器件的电流开始增加这一电压即为PN结的势垒高度加正向电压时势垒高度降低，势垒两边载流子开始向对面扩散，复合发光开始加外封装以后的结构1P层在最外，n层在内部，以减少半导体对光子的吸收2. 采用球形的光学材料封装，增大光从半导体到外部的全反射临界角GaSe的折射率为

11、3.66也可采用侧面出光的方法宽禁带半导体和窄禁带半导体的结合。由于势垒较低，电子注入效率高。宽禁带阻止了电子和空穴的复合，复合在窄禁带半导体内进行。由于光子能量和宽禁带能量不相同，光不被宽禁带材料吸收。因此异质结发光二级管有较高的发光效率。 LED的响应速度较高，因此LED也可以做为光的调制器件。LED的截止频率为：fcmc12其中mc为少数载流子的寿命对于GaAs材料， mc在1-10ns之间，所以调制频率可达16到160MHz LED的调制速度用于用于LED的半导体材料的半导体材料 用于LED的半导体材料必须满足几个条件：a.材料必须具有一定的禁带宽度，使之能辐射所需的光波b.必须具有较

12、高的量子效率c.PN结发出的光必须能有效地传到外面 目前常用的为周期表中的IIIV族元素如红色LED常采用GaP:ZnO，绿的采用GaP:N，蓝色LED要求禁带宽度大于2.54eV，可用的材料包括GaN,ZnS,ZnSe,SiC等 几种常用LED材料及特性表 光谱及发光亮度1. 极限功耗PmPN结电流的升高会造成节温的升高，在最大的节温状态下所消耗的功率即为极限功耗2. 极限工作电流 Ifm极限功耗下的工作电流3. 最高允许反向电压Vs反向电压增加时，LED会击穿，击穿电压即Vs, LED 一般4-5伏4. 最大允许正向脉冲电流 Ifp在一定频率、一定占空比的正向电流驱动下所能承受的最大脉冲电

13、流5. 最高允许节温 TjmPN结的最大工作温度，超过会导致损坏6. 正向工作电流IF发光强度一般与正向工作电流成正比，正向工作电流成正比一般不超过极限工作电流的60%7. 正向工作电压VF正向工作电压一般控制在1.4-3V8. 法线发光强度IvLED发光面法线方向的发光强度，单位mcd9. 发光峰值波长发光强度最大所对应的波长10. 光谱半宽度从峰值波长到光强度变为峰值1/2时的波长间隔11. 半值角1/2光线偏离法线时发光强度的变小。发光强度变为峰值1/2时的角度LED的直流驱动恒流驱动，利用晶体管的恒流特性脉冲驱动LED的有效工作电流)/(TtIIonFaLED的矩阵扫描：H1,H2,为

14、扫描电压，由L1,L2的高低电平确定LED是否发光LED模块LED模块内部的连线7.4 有机电致发光有机电致发光(OEL,OLED) 有机电致发光器件采用有机分子作为发光材料由于OEL器件的发光机理属于电荷注入型，所以OEL器件有时也称为有机发光二极管(OLED)OEL显示器件有以下优点：1.有较高发光效率2.驱动电压较低3.响应速度较快4.薄膜型器件，可以做成较大面积7.4.1 有机电致发光器件结构及发光机理有机电致发光器件结构及发光机理OEL器件是利用导电子材料和导孔穴材料的特性，使电子及孔穴在它们体内或界面附近发生复合，从而发光 OEL器件结构分单层和多层单层器件为单层的发光薄膜夹于二电

15、极之间，如AL|Alq3|ITO它的能带图如下： 多层EL器件的结构图和能带图 最常用的发光材料是Alq孔穴传输材料则为TPD和NPB它们的典型器件结构图如下其中的CuPc为缓冲层 多数有机材料的发光颜色较纯Alq的发光颜色为绿色，峰值波长为528nm，它的发光特性如下图 上述典型Alq三层结构器件的驱动电压较低，电流较小，发光效率较高 7.4.2 有机电致发光有机电致发光材料与器件特性材料与器件特性 OEL材料包括电子传输材料，孔穴传输材料和掺杂材料 发光材料n口恶二唑衍生物（PBD）；三唑衍生物（TAZ）；8-羟基喹啉铝nPPOPH；PPOOPHn小分子有机物n小分子有机染料：选择范围广，

16、易提纯；存在浓度淬灭等问题，导致发射峰变宽或红移。 一般以低浓度掺杂在具有某种载流子性质的主体中。红、绿、蓝光均有成熟的染料。n有机金属配合物：既有有机物高荧光量子产率的优点，又有无机物稳定性好的优点。其中稀土络合物具有窄带波长发射、荧光寿命长等特点。n分子量500-2000，真空蒸镀成膜n共轭高分子聚合物n有良好的机械加工性能，大面积成膜；容易通过化学修饰调节光电性能；热、电稳定性良好；成本低，但纯度不易提高，性能比小分子化合物差。n分子量10000-100000，旋涂或喷墨打印7.4.3 彩色彩色有机发光显示有机发光显示器件器件 彩色器件的实现有几种方案：1.白色发光材料加彩色滤光片阵列2.蓝色发光材料加彩色荧光材料阵列3.三色发光材料阵列4.RGB三色材料多层结构目前普遍采用的为三色发光材料阵列结构和用蓝色发光材料激发荧光粉二种 彩色发光材料阵列 用蓝光OEL材料发光激发三色荧光粉 在Alq中掺杂其它的有机材料可以改变它的发光颜色及发光效率掺杂的作用是使原来在Alq中的能级跃迁转移到杂质能级中去光谱曲线 OEL器件的电极材料要求阳极有较大的功函数，如ITO，CNx以及导电聚合物等阴极材料要