平板显示技术：第九章ELD+VFD+E-paper

1、第九章第九章 其它显示技术其它显示技术9.1 无机电致发光显示（无机电致发光显示（ELD）v电致发光元件的结构原理电致发光元件的结构原理v电致发光元件的材料与制作电致发光元件的材料与制作1 处于激发态的分子、晶体和非晶态物质在退激处于激发态的分子、晶体和非晶态物质在退激过程中会产生辐射，即发光。根据其受激的方式，过程中会产生辐射，即发光。根据其受激的方式，这种激发态发光可以分为三种形式：这种激发态发光可以分为三种形式：光致发光（光致发光（photoluminescencephotoluminescence，PLPL）电致发光（电致发光（electroluminescenceelectrolum

2、inescence，ELEL）阴极发光（阴极发光（cathodeluminescencecathodeluminescence，CLCL） 一种是撞击式电致发光：电压直接或间接加在电一种是撞击式电致发光：电压直接或间接加在电极之间而引起的发光，如通常日光灯的发光。极之间而引起的发光，如通常日光灯的发光。另一种是电荷注入电致发光：电压加在直接固定于另一种是电荷注入电致发光：电压加在直接固定于单晶半导体单晶半导体( (如如GaAs)PNGaAs)PN结的电极上，由于载流子的结的电极上，由于载流子的注入而引起发光，如通常发光二极管注入而引起发光，如通常发光二极管(LED)(LED)的发光。的发光。

3、电致发光的两种类型电致发光的两种类型: :电致发光是电能转化为光能的过程。电致发光是电能转化为光能的过程。29.1.1 电致发光元件的结构原理v电致发光电致发光(electroluminescent，EL)是指半导体，是指半导体，主要是荧光体，在外加电场作用下的自发光现象。主要是荧光体，在外加电场作用下的自发光现象。v在在EL中分注入型发光和本征发光两大类。中分注入型发光和本征发光两大类。v注入型注入型EL的典型器件是发光二极管的典型器件是发光二极管(LED)，在外，在外加电场作用下使加电场作用下使PN结产生少数载流子注入，进结产生少数载流子注入，进而产生发光；而产生发光；v本征型本征型EL是

4、不伴随少数载流子注入而发光，即把是不伴随少数载流子注入而发光，即把ZnS等类型的荧光粉混入纤维素之类的电介质中，等类型的荧光粉混入纤维素之类的电介质中，直接地或间接地夹在两电极之间，施加电压后使直接地或间接地夹在两电极之间，施加电压后使之发光。之发光。3v19201920年德国学者古登和波尔发现，某些物质加上年德国学者古登和波尔发现，某些物质加上电压后会发光，人们把这种现像称为电致发光或电压后会发光，人们把这种现像称为电致发光或场至发光（场至发光（ELEL）。）。v19361936年，德斯垂将年，德斯垂将ZnSZnS荧光粉浸入蓖麻油中，并加荧光粉浸入蓖麻油中，并加上电场，荧光粉便能发出明亮的光

5、。上电场，荧光粉便能发出明亮的光。v19471947年美国学者麦克马斯发明了导电玻璃，多人年美国学者麦克马斯发明了导电玻璃，多人利用这种玻璃做电极制成了平面光源，但由于当利用这种玻璃做电极制成了平面光源，但由于当时发光效率很低，还不适合作照明光源，只能勉时发光效率很低，还不适合作照明光源，只能勉强作显示器件。强作显示器件。v19501950年，年， SylvaniaSylvania公司利用公司利用Sn02Sn02透明导电膜电极，透明导电膜电极，开发成功分散型开发成功分散型ELEL元件，作为平面型发光源，称元件，作为平面型发光源，称为第一代为第一代ELEL。研究历史4v19681968年，年，V

6、ecthVecth和和KahngKahng等人发表了两篇文章，被认为是第二代等人发表了两篇文章，被认为是第二代ELEL开始的标志。在此基础上，开始的标志。在此基础上，InoguchiInoguchi等人于等人于19741974年发表了关年发表了关于高辉度、长寿命的二层绝缘膜结构的薄膜型于高辉度、长寿命的二层绝缘膜结构的薄膜型ELEL元件的文章，元件的文章，并通过实验验证了并通过实验验证了ELEL用于电视画面显示的可能性。用于电视画面显示的可能性。v7070年代后，由于薄膜技术带来的革命，薄膜晶体管（年代后，由于薄膜技术带来的革命，薄膜晶体管（TFTTFT）技术）技术的发展的发展, EL, EL

7、在寿命、效率、亮度、存储上的技术有了相当的提在寿命、效率、亮度、存储上的技术有了相当的提高高, ,使得使得ELEL成为在显示技术中最有前途的发展方向之一。成为在显示技术中最有前途的发展方向之一。 v19831983年，日本开始了薄膜年，日本开始了薄膜ELDELD的批量生产。的批量生产。v近年，研究集中于全彩色显示和更大容量的显示方面。主要是近年，研究集中于全彩色显示和更大容量的显示方面。主要是从材料的角度进行研究。从材料的角度进行研究。vELEL冷光片是一种简单可靠的发光方式，因其具有轻、薄、抗震、冷光片是一种简单可靠的发光方式，因其具有轻、薄、抗震、耐冲击、低耗电、冷光等特性，早期在军事及航

8、天有广泛的应耐冲击、低耗电、冷光等特性，早期在军事及航天有广泛的应用。到目前为止，用。到目前为止，ELEL冷光片已在液晶背光、汽车工业、标示牌、冷光片已在液晶背光、汽车工业、标示牌、建筑及室内设计、广告、礼品玩具等领域有广泛应用。建筑及室内设计、广告、礼品玩具等领域有广泛应用。5国内研究v我国于二十世纪我国于二十世纪60年代以中国科学院长春物理研究所为主体，年代以中国科学院长春物理研究所为主体，正式确立研究及开发。正式确立研究及开发。v1982年中科院长春物理所成功的研制了年中科院长春物理所成功的研制了4X4米的矩阵式超大米的矩阵式超大型塑料发光屏幕，并在北京人民大会堂大礼堂悬挂应用型塑料发光

9、屏幕，并在北京人民大会堂大礼堂悬挂应用10年年之久。之久。v九十年代中期我国九十年代中期我国EL器件逐步开始进入民用领域，同时与器件逐步开始进入民用领域，同时与其相关配套电子驱动部分也迅猛发展，目前生产与市场均已其相关配套电子驱动部分也迅猛发展，目前生产与市场均已十分成熟。十分成熟。v粉末粉末AC电致发光器件技术目前主体分为：电致发光器件技术目前主体分为：EL玻璃屏（在玻玻璃屏（在玻璃上实施）、璃上实施）、EL搪瓷屏（在金属板上实施）、搪瓷屏（在金属板上实施）、EL塑料屏、塑料屏、EL线性器件（在电线上实施。线性器件（在电线上实施。v电致发光电致发光(EL)片又称冷光片、霓虹晶片、彩虹片等。其

10、主要片又称冷光片、霓虹晶片、彩虹片等。其主要优点为薄，轻，动态闪动，面发光均匀，生产优点为薄，轻，动态闪动，面发光均匀，生产(丝网印刷丝网印刷)及及装配使用工艺实施简单。装配使用工艺实施简单。vEL发光片主要应用于超薄广告灯箱，仪器仪表照明、发光发光片主要应用于超薄广告灯箱，仪器仪表照明、发光显示指示等显示指示等 6v电激发光是一种由电能转为光能的现象，因其在工电激发光是一种由电能转为光能的现象，因其在工作的过程中不会产生热量，所以一般俗称冷光。目作的过程中不会产生热量，所以一般俗称冷光。目前，行业内把前，行业内把EL冷光片叫为背光源、发光片等。冷光片叫为背光源、发光片等。v冷光片简称冷光片简

11、称EL,发光材料为硫化锌粒子，发光材料为硫化锌粒子，v通过夹在两极的交流电压驱动产生的交流电场，电通过夹在两极的交流电压驱动产生的交流电场，电子在发光层内高速运转，激活发光原子，使其被加子在发光层内高速运转，激活发光原子，使其被加速而获得足够能量，被电场激发的电子碰撞发光中速而获得足够能量，被电场激发的电子碰撞发光中心及荧光物质，而引致电子能极的跳跃心及荧光物质，而引致电子能极的跳跃变化变化复复合而导致发射出高效率冷光的一种物理现象，即电合而导致发射出高效率冷光的一种物理现象，即电激发光现象，激发光现象，7vEL塑料片的厚度一般在塑料片的厚度一般在0.2-0.5mm左右，是由绝缘基左右，是由绝

12、缘基底上喷涂了电致发光材料并夹在两层电极之间组成。底上喷涂了电致发光材料并夹在两层电极之间组成。v发光片可以通过使用不同的发光材料，比如硫化锌等，发光片可以通过使用不同的发光材料，比如硫化锌等，再掺杂其他成份的激活剂、共激活剂或添加萤光染色再掺杂其他成份的激活剂、共激活剂或添加萤光染色剂等，来调整光的亮度和颜色。剂等，来调整光的亮度和颜色。v改变频率同样能引起光的颜色变化，当频率增加时颜改变频率同样能引起光的颜色变化，当频率增加时颜色向偏蓝色向偏蓝(短波短波)的方向移动，而当频率减小时颜色会的方向移动，而当频率减小时颜色会向偏绿向偏绿(长波长波)的方向移动的方向移动,EL片的原始颜色是指电压片

13、的原始颜色是指电压115V/400HZ时发光片的发光颜色，一般为绿色或蓝时发光片的发光颜色，一般为绿色或蓝绿色。绿色。v塑料电塑料电(场场)致发光片具有很强的柔韧性，在不折损电致发光片具有很强的柔韧性，在不折损电极的前提下，可相对裁剪或弯曲而不影响发光性能；极的前提下，可相对裁剪或弯曲而不影响发光性能； 8v图像显示质量高图像显示质量高v受温度变化的影响小受温度变化的影响小v全固体显示元件全固体显示元件v小功耗、薄型、质轻小功耗、薄型、质轻不足：驱动电压高不足：驱动电压高 负载电容大负载电容大 蓝光效率低蓝光效率低 实现大面积、无缺陷、实现大面积、无缺陷、均匀薄膜的工艺要求高均匀薄膜的工艺要求

14、高91 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v由由SylvaniaSylvania公司最初开公司最初开发，是第一代发，是第一代ELEL的代的代表结构形式，目前广表结构形式，目前广泛用于液晶显示器的泛用于液晶显示器的背照光源。背照光源。v基板为玻璃或柔性塑基板为玻璃或柔性塑料板。料板。v透明电极采用透明电极采用ITOITO膜，膜，发光层由荧光体粉末发光层由荧光体粉末分散在有机粘结剂中分散在有机粘结剂中做成。做成。10v荧光体粉末的母体材料是荧光体粉末的母体材料是ZnSZnS，其中添加了作为发，其中添加了作为发光中心的活化剂和光中心的活化剂和CuCu，ClCl，I I及及MnMn原

15、子等，由此可原子等，由此可得到不同的发光颜色。得到不同的发光颜色。v粘结剂中采用介电常数较高的有机物如氰乙基纤维粘结剂中采用介电常数较高的有机物如氰乙基纤维素等。发光层与背电极间设有介电体层以防止绝缘素等。发光层与背电极间设有介电体层以防止绝缘层被破坏。背电极用层被破坏。背电极用AlAl膜做成膜做成. .v交流电致发光交流电致发光ACEL是大量几微米到几十微米的发是大量几微米到几十微米的发光粉状晶体悬浮在绝缘介质中的发光现象，也称德光粉状晶体悬浮在绝缘介质中的发光现象，也称德斯垂效应。斯垂效应。ACEL所加的电压通常为数百伏。所加的电压通常为数百伏。ACEL是晶体内的发光线发光，不是体发光。线

16、发是晶体内的发光线发光，不是体发光。线发光强度可达光强度可达3.4105cd/m2，总体发光亮度约，总体发光亮度约40cd/m2功率转换效率为功率转换效率为1/%，寿命约，寿命约1000小时。小时。 11发光颜色：发光颜色： 通过激活剂和共激活剂的组合可以在蓝色到黄色之间通过激活剂和共激活剂的组合可以在蓝色到黄色之间的范围内变化。在的范围内变化。在ZnS:Cu,ClZnS:Cu,Cl系中，通过调节系中，通过调节ClCl的含量，可的含量，可以获得从蓝色以获得从蓝色(460(460nm)nm)到绿色到绿色(510(510nm)nm)的发光。此外，由的发光。此外，由ZnSZnS：Cu,A1Cu,A1

17、系可得到绿色。由系可得到绿色。由ZnS:Cu,Cl,MnZnS:Cu,Cl,Mn系可得到黄色发光等。系可得到黄色发光等。粉末粉末AC-ELAC-EL板的特性：板的特性：122 薄膜型交流电致发光薄膜型交流电致发光v1974年高辉度、长寿命的年高辉度、长寿命的薄膜交流型薄膜交流型EL元件被制元件被制成，该元件是将发光层薄成，该元件是将发光层薄膜夹于两层绝缘膜之间组膜夹于两层绝缘膜之间组成三明治结构。目前已投成三明治结构。目前已投入商品市场。入商品市场。v结构：在玻璃基板上依次结构：在玻璃基板上依次积成透明电极、第一绝缘积成透明电极、第一绝缘层、发光层、第二绝缘层、层、发光层、第二绝缘层、背面电极

18、等。背面电极等。v发光层厚发光层厚0.51m，绝，绝缘层厚缘层厚0.30.5m。13高场薄膜电致发光（高场薄膜电致发光（TFEL）v目前的目前的ACTFEL多采用双绝缘层多采用双绝缘层ZnS:Mn薄膜结构。薄膜结构。v器件由三层组成，发光层夹在两绝缘层间，起消除漏电流与器件由三层组成，发光层夹在两绝缘层间，起消除漏电流与避免击穿的作用。避免击穿的作用。v掺不同杂质则发不同的光，其中掺掺不同杂质则发不同的光，其中掺Mn的发光效率最高，加的发光效率最高，加200V，5000Hz电压时，亮度高达电压时，亮度高达5000cd/m2。vACTFEL具有记忆效应，通常室内光照度下，记忆可维持几具有记忆效应

19、，通常室内光照度下，记忆可维持几分钟，在黑暗中可保持十几个小时。分钟，在黑暗中可保持十几个小时。vEL器件目前已被应用在背光源照明上，在汽车、飞机及其器件目前已被应用在背光源照明上，在汽车、飞机及其他设备仪器仪表、手机、手表、电子钟、他设备仪器仪表、手机、手表、电子钟、LCD模块、笔记本模块、笔记本电脑显示器等方面获得应用。也作为交通安全标志，公司标电脑显示器等方面获得应用。也作为交通安全标志，公司标志，出口通道等发光指示牌上的发光显示器件。志，出口通道等发光指示牌上的发光显示器件。14 TDEL（Thick-film Dialectric Electroluminescent Technol

20、ogy 厚膜电致发光技术）显示器的原理是利用一整片的蓝厚膜电致发光技术）显示器的原理是利用一整片的蓝色磷光为基础，激发其上的红色和绿色颜料，混合成三色的色磷光为基础，激发其上的红色和绿色颜料，混合成三色的RGB影像。由于不须要像等离子电视一样复杂的组件，也不须影像。由于不须要像等离子电视一样复杂的组件，也不须要要LCD的背光，的背光，37“的的TDEL电视样品厚仅电视样品厚仅2cm，重量则甚至不到，重量则甚至不到一公斤。从技术性能以及性能价格比方面进行比较，一公斤。从技术性能以及性能价格比方面进行比较，TDEL显示显示器要比器要比PDP和和LCD显示器好，是一项比较有发展前途的平板显示显示器好

21、，是一项比较有发展前途的平板显示器。器。 这项技术是一个加拿大籍中国人发明的，技术由加拿大这项技术是一个加拿大籍中国人发明的，技术由加拿大iFire公司拥有公司拥有 ，但由于没有其他公司参与，一直普及不起来。，但由于没有其他公司参与，一直普及不起来。TDEL显示器显示器15TDEL显示器的构造显示器的构造169.1.2 电致发光元件的材料与制作电致发光元件的材料与制作v电致发光元件的构成材料：电致发光元件的构成材料：v发光层材料发光层材料：一是添加合适的发光中心以获得可：一是添加合适的发光中心以获得可见光波长范围内的发光；二是能承受激发所必需见光波长范围内的发光；二是能承受激发所必需的的106

22、Vcm左右的强电场。一般采用添加有合适左右的强电场。一般采用添加有合适的发光中心的能隙比较宽的半导体材料。目前已的发光中心的能隙比较宽的半导体材料。目前已经实用化的母体材料是经实用化的母体材料是ZnS。v绝缘层材料绝缘层材料：非晶态氧化物或氮化物，铁电体非晶态氧化物或氮化物，铁电体（BaTiO3等）等）v电极材料电极材料：ITOv基板材料基板材料：玻璃玻璃1718EL元件各功能层的形成v1 发光层：多采用电子束蒸发、金属有机化学气相发光层：多采用电子束蒸发、金属有机化学气相沉积沉积MOCVD等真空蒸镀法。等真空蒸镀法。v对于难以采用真空蒸发的材质，一般是采有溅射镀对于难以采用真空蒸发的材质，一

23、般是采有溅射镀膜法，沉积速率大，便于连续化生产。而且发光中膜法，沉积速率大，便于连续化生产。而且发光中心在膜层中分布均匀；对于均匀性要求更高、晶体心在膜层中分布均匀；对于均匀性要求更高、晶体结构有特殊要求的膜层，可以采用原子层外延结构有特殊要求的膜层，可以采用原子层外延ALE(atomic layer epitaxy)等技术。等技术。v2 绝缘膜：溅射镀膜法绝缘膜：溅射镀膜法19209.2 真空荧光显示（真空荧光显示（VFD）v概述概述v工作原理及基本结构工作原理及基本结构v构成材料与制造工艺构成材料与制造工艺2122电子倒车后视镜电子倒车后视镜（高亮度）（高亮度）简易导航简易导航（多色）（多

24、色）在仪表上行车电脑在仪表上行车电脑VFDVFD 使用使用实实例例23 真空荧光显示真空荧光显示(Vacuum Fluorescent Display, VFD)是利用是利用真空荧光管进行显示，简称真空荧光管进行显示，简称VFD。这是一种。这是一种低能电子发光低能电子发光显显示器件，它克服了示器件，它克服了CRT体积大、电压高的缺点，虽然是真空体积大、电压高的缺点，虽然是真空器件，但工作电压低、体积小和亮度高。在环境亮度变化大器件，但工作电压低、体积小和亮度高。在环境亮度变化大和对低功耗无要求的场合有着优越和对低功耗无要求的场合有着优越 性，所以在低中档显示领性，所以在低中档显示领域，如计算器

25、、汽车、仪器仪表方面有广泛的应用。域，如计算器、汽车、仪器仪表方面有广泛的应用。9.2.1 9.2.1 概述概述24v荧光管显示器是具代表性的自发光型电子显示器件荧光管显示器是具代表性的自发光型电子显示器件之一，用途很广。不同厂家的荧光管显示器可能有之一，用途很广。不同厂家的荧光管显示器可能有不同名称，但国际学会及一般刊物中广泛称其为真不同名称，但国际学会及一般刊物中广泛称其为真空荧光管显示器空荧光管显示器(vacuum fluorescent display(vacuum fluorescent display，VFD)VFD)。v一种低能电子发光显示器件，它的显示特性与一种低能电子发光显示

26、器件，它的显示特性与CRTCRT、FEDFED类似，但它克服了类似，但它克服了CRTCRT体积大、电压高的缺点，体积大、电压高的缺点，虽然是真空器件，但工作电压低、体积小和亮度高。虽然是真空器件，但工作电压低、体积小和亮度高。在环境亮度变化大和对低功耗无要求的场合有在环境亮度变化大和对低功耗无要求的场合有LCDLCD无无法比拟的优点，所以在低中档显示领域，如计算器、法比拟的优点，所以在低中档显示领域，如计算器、汽车、仪器仪表方面有广泛的应用。汽车、仪器仪表方面有广泛的应用。v最初的最初的VFDVFD采用球形玻璃管，它是为显示一位数字而采用球形玻璃管，它是为显示一位数字而开发的，主要用于电子计算

27、器中的数字显示。基本开发的，主要用于电子计算器中的数字显示。基本上沿用普通电子管的生产工艺，外形如普通电子管上沿用普通电子管的生产工艺，外形如普通电子管中的拇指管，这种单管式荧光显示管用作数字或字中的拇指管，这种单管式荧光显示管用作数字或字符显示时，需将多个单管排列，体积大，安装不方符显示时，需将多个单管排列，体积大，安装不方便。便。25v此后，随着厚膜、薄膜技术的发展，以及逐渐实此后，随着厚膜、薄膜技术的发展，以及逐渐实现多色化等的技术进步，经过多年的变迁，逐渐现多色化等的技术进步，经过多年的变迁，逐渐达到目前的状态。达到目前的状态。vVFDVFD是由阴极、栅极、阳极构成的，至少观测侧是是由

28、阴极、栅极、阳极构成的，至少观测侧是密封于透明容器中的电子管。密封于透明容器中的电子管。v由阴极放出的电子在栅极控制下碰撞阳极，阳极由阴极放出的电子在栅极控制下碰撞阳极，阳极上按一定图形涂布的荧光体被低速电子束激发发上按一定图形涂布的荧光体被低速电子束激发发光，并由此显示出所需要信息的自发光型电子显光，并由此显示出所需要信息的自发光型电子显示器。示器。v与与CRTCRT类似，类似， VFDVFD是利用电子束激发荧光体使其发是利用电子束激发荧光体使其发光的电子管。但与光的电子管。但与CRTCRT所用的所用的101035kV35kV高能电子束高能电子束相比，相比，VFDVFD仅用仅用50V50V以

29、下的低能电子束以下的低能电子束。v二者电子束的形态也不相同，二者电子束的形态也不相同，CRTCRT采用线状电子束，采用线状电子束，进行光栅扫描或矢量扫描，进行光栅扫描或矢量扫描，VFDVFD采用喷淋状电子束，采用喷淋状电子束，通过栅极与阳极电位的组合，选择所需要显示的通过栅极与阳极电位的组合，选择所需要显示的信息。信息。 26特点v低工作电压低工作电压， 阳极和栅极的电压阳极和栅极的电压1 22 0V， 每一每一路的驱动电流几路的驱动电流几mA。 可以用集成电路直接驱动可以用集成电路直接驱动 ； v亮度高亮度高，蓝绿色为，蓝绿色为l0002000cdm2，用于汽车上，用于汽车上的平视显示器亮度

30、可达的平视显示器亮度可达10000cdm2以上；红色和以上；红色和蓝色为几百蓝色为几百cdm2；基本上没有视角的限制；颜色；基本上没有视角的限制；颜色清晰清晰,灰灰阶阶控制控制；v厚度厚度为为610mm，平板结构；一个，平板结构；一个DVD用的显示用的显示屏只有屏只有75mm14mm6mm， 而大型的长度可达而大型的长度可达550mm； v显示图案灵活显示图案灵活，可以做成笔段和符号的形状，也可，可以做成笔段和符号的形状，也可以点矩阵显示和全矩阵显示以点矩阵显示和全矩阵显示 。v可透过特定滤板任意更改颜色可透过特定滤板任意更改颜色27问题v阴极功耗大阴极功耗大。VFDVFD的总功耗主要有阴极加

31、热功率的总功耗主要有阴极加热功率 、 栅极功率和阳极功率。不管发光点有多少是开通发栅极功率和阳极功率。不管发光点有多少是开通发光的，只要一开机，阴极的加热始终常开。不考虑光的，只要一开机，阴极的加热始终常开。不考虑驱动电路的功率损耗，驱动电路的功率损耗，VFDVFD屏本身的阴极加热占全屏本身的阴极加热占全屏功耗的屏功耗的1 13 3以上；以上； v低阳极电压的工作条件下，难以找到合适的高效率、低阳极电压的工作条件下，难以找到合适的高效率、长寿命长寿命发光粉发光粉。限制了全彩色显示屏的开发；。限制了全彩色显示屏的开发； v真空结构真空结构， 难以制作大面积的电视显示屏。难以制作大面积的电视显示屏

32、。VFD VFD 的应用范围主要是用于家用电器的工作状态显示和的应用范围主要是用于家用电器的工作状态显示和仪器仪表的数码和符号、图表显示仪器仪表的数码和符号、图表显示 。 28VFDLCD视角视角对比度对比度EnvironmentDark or Normal(DSTN/STN/TN)背景没有露光现象且看不到未点灯字划背景没有露光现象且看不到未点灯字划背景有露光现象且可看到未点灯字划背景有露光现象且可看到未点灯字划没有限制没有限制 (170 度度)会因构造而限制视野角会因构造而限制视野角有角度限制有角度限制 (60-100 度度)颜色随角度产生变化颜色随角度产生变化操作温度操作温度-40+85不

33、影响反应速度不影响反应速度-30+85 影响反应速度影响反应速度反应速度反应速度10s温度不影响反应速度温度不影响反应速度65ms温度影响反应速度温度影响反应速度灰阶灰阶可利用驱动可利用驱动IC进行高灰阶功能表示进行高灰阶功能表示低灰阶功能表示低灰阶功能表示VFDVFD与与LCDLCD比较比较29 VFD 由于自发光不会产生如由于自发光不会产生如LCD的背光漏光现象的背光漏光现象.VFDLCD30v当阴极有电流通过时，当阴极有电流通过时，灯丝便产生热量，释放灯丝便产生热量，释放电子。这样一些电子穿电子。这样一些电子穿过栅格，均匀地打在阳过栅格，均匀地打在阳极的字符段上。凡是由极的字符段上。凡是

34、由电子开关通电的字符段，电子开关通电的字符段，受电子轰击后发亮；否受电子轰击后发亮；否则，发暗。这样通过控则，发暗。这样通过控制字符段的通电状态，制字符段的通电状态，控制不同的数字。控制不同的数字。9.2.2工作原理及基本结构工作原理及基本结构 工作原理31发光发光ONONON没有发光没有发光ONOFFOFF灯丝灯丝/Filament栅极栅极/Grid阳极阳极/AnodeVFDVFD发光原理发光原理32 VFD是利用氧化锌是利用氧化锌(ZnO:Zn)等类似荧光粉在几十电子伏能等类似荧光粉在几十电子伏能量轰击下的发光现象量轰击下的发光现象 。 在在VFD中，阴极发射电子，而阴极发射的电子能否通过

35、栅中，阴极发射电子，而阴极发射的电子能否通过栅极儿到达阳极，取决于栅极相对于阴极的电位。当栅极电位为极儿到达阳极，取决于栅极相对于阴极的电位。当栅极电位为正，阴极发射的部分电子被栅极截获，变成栅流，这部分电流正，阴极发射的部分电子被栅极截获，变成栅流，这部分电流越小越好；部分电子穿过栅孔打到阳极，激发荧光粉发光，而越小越好；部分电子穿过栅孔打到阳极，激发荧光粉发光，而成为阳极电流。当然这时阳极上必须是正电压。也就是栅极和成为阳极电流。当然这时阳极上必须是正电压。也就是栅极和阳极同时为正电压时，才能发光显示。阳极同时为正电压时，才能发光显示。VFD工作原理工作原理 典型的真空三极管工作原理典型的

36、真空三极管工作原理33VFD的结构的结构lVFDVFD基本结构由阳极、阴极、栅极和玻璃罩构成，典型基本结构由阳极、阴极、栅极和玻璃罩构成，典型的真空三极管结构。的真空三极管结构。34VFDVFD构造图构造图35v真空荧光显示管是一个真空容器，其上下是两块内侧镀有导电真空荧光显示管是一个真空容器，其上下是两块内侧镀有导电膜的平板玻璃，四周用玻璃粉进行密封，并且留有一个排气管。膜的平板玻璃，四周用玻璃粉进行密封，并且留有一个排气管。v灯丝为阴极，与电源灯丝为阴极，与电源“”极相接；阳极为涂有磷光物质的屏极相接；阳极为涂有磷光物质的屏幕，与电源正极相接，每个字符段由电子开关单独控制通电状幕，与电源正

37、极相接，每个字符段由电子开关单独控制通电状态；在灯丝与阳极之间有栅格，整个装置密封在被抽真空的玻态；在灯丝与阳极之间有栅格，整个装置密封在被抽真空的玻璃罩内。璃罩内。v为了堆持器件内的真空度，还放上一个环状消气器，内装消气为了堆持器件内的真空度，还放上一个环状消气器，内装消气剂。排气结束后，使用高频加热把消气剂中金属钡蒸发到平板剂。排气结束后，使用高频加热把消气剂中金属钡蒸发到平板玻璃的内侧面以吸收使用过程中器件内释放出来的气体。玻璃的内侧面以吸收使用过程中器件内释放出来的气体。36圈环圈环端子端子连接板连接板灯丝支架灯丝支架玻璃盖玻璃盖框架框架基板基板灯丝灯丝栅极栅极侧板侧板37单位荧光数码

38、管的结构单位荧光数码管的结构K G f a e g d c b KCathodes (heaters)GridGlassbackPlates389.2.3 构成材料与制造工艺构成材料与制造工艺vVFDVFD用的主要材料包括封装用玻璃、阴极材料、电极及引用的主要材料包括封装用玻璃、阴极材料、电极及引线端子用金属材料、阳极基板用的厚膜材料、荧光体等。线端子用金属材料、阳极基板用的厚膜材料、荧光体等。v为避免丝极妨碍画面显示，钨丝线表面包覆为避免丝极妨碍画面显示，钨丝线表面包覆BaBa、SrSr以及以及CaCa等材料构成的氧化物。对丝极施加电压使丝极加热至等材料构成的氧化物。对丝极施加电压使丝极加热

39、至620620，接着再用栅极对丝极释放的热电子进行控制与加，接着再用栅极对丝极释放的热电子进行控制与加速，通过栅极网孔的电子撞击至涂有荧光体的阳极，进速，通过栅极网孔的电子撞击至涂有荧光体的阳极，进而激发荧光体产生光。而激发荧光体产生光。v同样为避免栅极妨碍画面显示，利用蚀刻技术将厚同样为避免栅极妨碍画面显示，利用蚀刻技术将厚50m50m不锈钢板制成线宽不锈钢板制成线宽30m30m的网孔，只要对栅极施加正电荷，的网孔，只要对栅极施加正电荷，便可使丝极射出的电子加速扩散，并将电子诱导至阳极。便可使丝极射出的电子加速扩散，并将电子诱导至阳极。39v阳极基板则利用厚膜印刷技术制作铝质膜层导线，阳极基

40、板则利用厚膜印刷技术制作铝质膜层导线，接着再用低融点玻璃在导线上铺设绝缘层，显示接着再用低融点玻璃在导线上铺设绝缘层，显示画面的部位设有画面的部位设有through holethrough hole，该，该through holethrough hole绝缘层上方以黑铅形成电极，最后在电极表面涂绝缘层上方以黑铅形成电极，最后在电极表面涂布荧光体形成阳极发光显示单元。布荧光体形成阳极发光显示单元。v显示画面时分别对栅极与阳极施加正电位，非显显示画面时分别对栅极与阳极施加正电位，非显示部位则对栅极与阳极其中一方，或是两者同时示部位则对栅极与阳极其中一方，或是两者同时施加负电位，藉此方式阻止电子进入

41、荧光体产生施加负电位，藉此方式阻止电子进入荧光体产生撞击发光。撞击发光。40荧光粉v 大多数情况下，大多数情况下，VFDVFD的阳极电压采用的阳极电压采用12-50V12-50V。在。在这样低的电压下，能产生足够高辉度发光的荧光这样低的电压下，能产生足够高辉度发光的荧光粉，必须满足下列三个条件：粉，必须满足下列三个条件：v基质材料的禁带宽度必须足够宽，使得对可见光基质材料的禁带宽度必须足够宽，使得对可见光是透明的。而杂质能级必须合适，使得载流子跃是透明的。而杂质能级必须合适，使得载流子跃迁发出的光为所要求的颜色：迁发出的光为所要求的颜色：v必须有高的量子效率。因为轰击的电子能量低，必须有高的量

42、子效率。因为轰击的电子能量低，每个电子只能激发起几个电子产生辐射跃迁。每个电子只能激发起几个电子产生辐射跃迁。 v荧光粉本身必须具有足够的导电率，以便将入射荧光粉本身必须具有足够的导电率，以便将入射电子的负电荷引走。电子的负电荷引走。v目前只有发绿色的目前只有发绿色的ZnOZnO：ZnZn能完全符合上述要求。能完全符合上述要求。41v在低能电子激发中，电子的穿透深度很小。在低能电子激发中，电子的穿透深度很小。500e 500e V V的电子在的电子在Zn0Zn0：ZnZn和和ZnSZnS类的发光粉内的电子穿透类的发光粉内的电子穿透深度也不超过深度也不超过8.1nm8.1nm和和6.0nm6.0

43、nm。对阳极电压。对阳极电压l2Vl2V就正就正常发光的常发光的ZnOZnO：ZnZn来说，此时电子渗入到发光体内来说，此时电子渗入到发光体内的深度很浅。的深度很浅。 v发光粉的粒径一般为几个微米，因而发光只限于发光粉的粒径一般为几个微米，因而发光只限于发光粉的表面，要求发光粉的表面，要求VFDVFD中使用的发光粉，有较好中使用的发光粉，有较好的表面发光效率。的表面发光效率。 v对对CRTCRT中使用的大部分发光粉来说，表面电子的无中使用的大部分发光粉来说，表面电子的无辐射跃迁使其在小于辐射跃迁使其在小于2kV2kV的阳极电压下不发光或效的阳极电压下不发光或效率很低，这个电压称为率很低，这个电

44、压称为“死电压死电压”。而。而 ZnO:ZnZnO:Zn的的死电压几乎不存在或接近死电压几乎不存在或接近0V0V。 42v根据阴极射线发光理论可知，根据阴极射线发光理论可知， 发光亮度发光亮度 L L与阳极与阳极电压电压VaVa、阳极电流密度、阳极电流密度iaia、发光效率及激发占空、发光效率及激发占空 比比DfDf有如下关系：有如下关系： 式中的式中的L L是人眼所感觉到的亮度。是人眼所感觉到的亮度。v VFDVFD的电压低的电压低, , 是是CRTCRT的的1 1100100，即使在发光效率，即使在发光效率相当时，要得到相同的亮度也必须要有几百倍的相当时，要得到相同的亮度也必须要有几百倍的

45、平均阳极激发电流密度。平均阳极激发电流密度。v因而因而VFDVFD是低压大电流的发光器件，需要能提供较是低压大电流的发光器件，需要能提供较大电流的阴极和能够耐电流轰击的发光材料大电流的阴极和能够耐电流轰击的发光材料 。 43AMVFD + LEDAM-VFDAM-VFD在在HUDHUD上的应用上的应用44【横剖面】KEY1KEY19 9 ：Touch keyTouch keyKEY10KEY101313：Slider keySlider keySensor ICSensor ICCPUCPUSPI-busSPI-busUn-synchronism serialUn-synchronism se

46、rial电容感应式电容感应式 V VFD (FD (接触感应接触感应) )459.3 电子纸显示技术飞利浦E-INK电子纸惠普新型电子书46可卷曲电子纸应用空间广泛采用柔性基板材料制造出来的柔性电子纸，能够像纸张一采用柔性基板材料制造出来的柔性电子纸，能够像纸张一样轻薄、可卷绕或折叠以便于携带。目前柔性电子纸可采样轻薄、可卷绕或折叠以便于携带。目前柔性电子纸可采用塑料、薄型金属和超薄玻璃基板等。用塑料、薄型金属和超薄玻璃基板等。 479.3.1 电子纸 v电子纸电子纸Electronic Paper(E-Paper)，也称，也称Digital Paper、Paper-Like Display，

47、是一种视觉效果与纸张相似的电子显示，是一种视觉效果与纸张相似的电子显示装置，具有易于阅读、便于携带和低功耗等特性。装置，具有易于阅读、便于携带和低功耗等特性。v电子纸目前最主要的一种应用是电子书阅读器电子纸目前最主要的一种应用是电子书阅读器(E-Book Reader)，这是一种以电子纸为核心部件的便携式电子设备，这是一种以电子纸为核心部件的便携式电子设备，用于阅读电子图书报刊。用于阅读电子图书报刊。v电子纸还可广泛用于广告牌、信用卡、会员卡、钟表、电子电子纸还可广泛用于广告牌、信用卡、会员卡、钟表、电子标签、各种标签、各种 指示器、医疗器械以及数码相框、手机等便携式指示器、医疗器械以及数码相

48、框、手机等便携式消费产品；消费产品；v此外，电子纸目前的市场定位虽不是要取代液晶显示器，但此外，电子纸目前的市场定位虽不是要取代液晶显示器，但随着高亮度、高分辨率和高响应速度全彩色电随着高亮度、高分辨率和高响应速度全彩色电 子纸技术的发子纸技术的发展，其应用将很有可能会扩展到电脑显示器、电视机等更庞展，其应用将很有可能会扩展到电脑显示器、电视机等更庞大的应用领域大的应用领域 48优点v屏幕较大、和真正的纸张相似屏幕较大、和真正的纸张相似v无论在明亮的日光下还是昏暗的环境中，都可以 v利用反射方式来显示出内容，感觉就和阅读报纸一样v具有超薄、像印刷物一样的可视性具有超薄、像印刷物一样的可视性v关

49、闭电源后仍保持显示状态的记忆特性关闭电源后仍保持显示状态的记忆特性v属于不需背照灯的反射方式，因此不需要一直通电属于不需背照灯的反射方式，因此不需要一直通电v显示效果看起来清清楚楚v具有不会浪费地球森林资源及环保概念等优势具有不会浪费地球森林资源及环保概念等优势v随意存取，反复使用随意存取，反复使用v 一种方式是手写输入，另一种方式是通过网络下载刷新内容49缺点v离价位低、重量轻、容易看等纸张特性还有一段距离v昂贵且复杂的原料制作过程成本高 50515253电子纸的发展电子纸的发展54第一代有影响的第一代有影响的eInk电子书：电子书： Sony LIBRI -2004 2004iRexiRe

50、x电子书阅读器电子书阅读器 - 2005- 200555Kindle掀起电子书阅读器热潮56Amazon Kindle（亚马逊）不仅打开（亚马逊）不仅打开电子书阅读器市场，也奠定电子电子书阅读器市场，也奠定电子纸在电子书应用上的主流显示技纸在电子书应用上的主流显示技术地位。术地位。由于无需背光模块构造，因此由于无需背光模块构造，因此Kindle 1次充电可使用次充电可使用90小时，或翻页小时，或翻页10,000次。次。即使即使1天阅读时间超过天阅读时间超过12小时，小时，Kindle亦可连续使用超过亦可连续使用超过1星期而星期而不需充电。不需充电。 2007年年11月发布月发布,卖出卖出50万

51、台以上万台以上569.3.2 电子墨水显示技术电子墨水显示技术v 早在早在1970年代初已出现电子纸的想法，这是年代初已出现电子纸的想法，这是当时计算机屏幕质量太差所激起的浪花。当时计算机屏幕质量太差所激起的浪花。 v 1980，在，在PARC的薛立登的基本构想：将一些与人的薛立登的基本构想：将一些与人类头发差不多宽度的塑料珠嵌入一张有弹性的的透类头发差不多宽度的塑料珠嵌入一张有弹性的的透片中。每颗珠子都是双色调，半白半黑，各带着相片中。每颗珠子都是双色调，半白半黑，各带着相反的电荷。若施加适当的电场到透片表面，珠子就反的电荷。若施加适当的电场到透片表面，珠子就会翻转、定位，将黑或白面呈现在观

52、视面上，达到会翻转、定位，将黑或白面呈现在观视面上，达到油墨写在正确位置的效果。油墨写在正确位置的效果。 57电子纸的显示技术之电子纸的显示技术之1: Gyricon 媒体公司媒体公司的智能纸（的智能纸（Smart Paper)v旋转球柔板显示器。旋转球柔板显示器。v由由Nick SheridonNick Sheridon在施乐公司开发在施乐公司开发的的GyriconGyricon电子墨水诞生于上世纪电子墨水诞生于上世纪七十年代。七十年代。v使用双色调的微小对称固体电珠使用双色调的微小对称固体电珠到处旋转游走。到处旋转游走。v由白色与黑色树脂制成。由白色与黑色树脂制成。58vGyriconGy

53、ricon的核心部分是一片看上去与普通纸张类似的核心部分是一片看上去与普通纸张类似的透明胶片，但是在胶片里面分布了高达百万计的的透明胶片，但是在胶片里面分布了高达百万计的直径在直径在100100微米左右大小的带电小球。微米左右大小的带电小球。v每个小球的一面涂上了带负电黑色涂料，另一面涂每个小球的一面涂上了带负电黑色涂料，另一面涂上带正电的白色涂料。上带正电的白色涂料。v这些小球被密封在透明的充满润滑油的硅胶片中。这些小球被密封在透明的充满润滑油的硅胶片中。v在硅胶片的表面构造了类似液晶在硅胶片的表面构造了类似液晶TFTTFT一样的电路，一样的电路，能够按照需要在不同的位置施加正电压或者负电压

54、。能够按照需要在不同的位置施加正电压或者负电压。这样内部泡在润滑油中的带电小球就会在电场的作这样内部泡在润滑油中的带电小球就会在电场的作用下发生旋转，选择性的将黑色或者白色部分翻转用下发生旋转，选择性的将黑色或者白色部分翻转出来，在宏观上形成需要显示的文字或者图案。出来，在宏观上形成需要显示的文字或者图案。v而当而当GyriconGyricon断开电源，已经旋转到位的小球便保断开电源，已经旋转到位的小球便保持之前的旋转排列方式，宏观上就将显示内容保存持之前的旋转排列方式，宏观上就将显示内容保存下来，像杂志一样长时间稳定显示。下来，像杂志一样长时间稳定显示。 59旋转球柔板显示器的问题v分辨率低

55、分辨率低vGyriconGyricon显示会受带电小球旋转的约束显示会受带电小球旋转的约束如果胶片中小如果胶片中小球排列太疏，那么最终画面连续性和对比度将会下降；而球排列太疏，那么最终画面连续性和对比度将会下降；而小球又不能排列太紧密，以免影响正常旋转。与此同时，小球又不能排列太紧密，以免影响正常旋转。与此同时，如果小球尺寸太大，显示画面难免有颗粒感；而缩小小球如果小球尺寸太大，显示画面难免有颗粒感；而缩小小球尺寸又受到微细加工水平的限制，无法快速取得突破。尺寸又受到微细加工水平的限制，无法快速取得突破。 v响应时间太长响应时间太长vGyriconGyricon变化颜色依靠加电使带电双色小球旋

56、转，而要转变化颜色依靠加电使带电双色小球旋转，而要转动动100100微米固态小球耗费时间超过微米固态小球耗费时间超过100100毫秒毫秒 v有源电路驱动复杂有源电路驱动复杂v单色显示单色显示v制造工艺复杂制造工艺复杂60电子纸的显示技术之2:E-Ink电子墨公司的电子墨电子墨公司的电子墨v电子墨是一种加工成薄膜状的专用电子墨是一种加工成薄膜状的专用材料，与电子显示设备结合在一起材料，与电子显示设备结合在一起使用，是使用，是化学、物理学和电子技术化学、物理学和电子技术的综合应用。的综合应用。 v雅各布布森利用电泳原理，悬浮在雅各布布森利用电泳原理，悬浮在液体中的带电粒子，在电场推动下液体中的带电

57、粒子，在电场推动下的运动。的运动。v由于悬浮在水中，这些胶囊被印在由于悬浮在水中，这些胶囊被印在纸上或荷电材料上时，看起来就像纸上或荷电材料上时，看起来就像墨。因此称为电子墨。墨。因此称为电子墨。v使用内含色粒的透明微囊，色粒在使用内含色粒的透明微囊，色粒在液态介质中浮动而达到色彩变化的液态介质中浮动而达到色彩变化的效果，其制造过程使用了商业上微效果，其制造过程使用了商业上微囊封包的标准技术。囊封包的标准技术。61电子墨水电子墨水v电子墨水颗粒中含有黑色和白色粒子，黑色染料能电子墨水颗粒中含有黑色和白色粒子，黑色染料能使透明颗粒呈现黑色，白色粒子则能依感应电荷之使透明颗粒呈现黑色，白色粒子则能

58、依感应电荷之不同而移动改变色彩。不同而移动改变色彩。v只要把这种电子墨水涂到纸、布或其它平面物体上，只要把这种电子墨水涂到纸、布或其它平面物体上，并配合需要适当地施加电流来改变颗粒颜色，便可并配合需要适当地施加电流来改变颗粒颜色，便可显示所欲呈现的图案和文字。显示所欲呈现的图案和文字。v电子墨水可调整颗粒内的染料颜色，来呈现多样的电子墨水可调整颗粒内的染料颜色，来呈现多样的色彩与图案。电子纸张的优点是耗电量非常低，而色彩与图案。电子纸张的优点是耗电量非常低，而其画面即使断电也能继续维持不变其画面即使断电也能继续维持不变。v利用电泳显示利用电泳显示(Electrophoretic Display

59、，EPD)即即利用电泳原理实现光反射式的双稳态显示成像。利用电泳原理实现光反射式的双稳态显示成像。v电泳是指在电场的作用下，带正、负电的粒子分别电泳是指在电场的作用下，带正、负电的粒子分别移向电场两极的运动现象。移向电场两极的运动现象。 62E-InkE-Ink还能实现单个胶囊的多级灰度显示。还能实现单个胶囊的多级灰度显示。 63E-InkE-Ink电子纸电子纸的工作原理的工作原理v利用电泳原理形成画面。利用电泳原理形成画面。v电子墨由数百万个尺寸极小的微胶囊构成，直径与头发电子墨由数百万个尺寸极小的微胶囊构成，直径与头发丝相当。丝相当。v每一个微胶囊中含有白色和黑色颗粒，分别带有正电荷每一个

60、微胶囊中含有白色和黑色颗粒，分别带有正电荷和负电荷，它们悬浮在清洁的液体中。和负电荷，它们悬浮在清洁的液体中。当带正电的白色当带正电的白色二氧化钛停留在微囊的观视面时，呈现的就是白色的页二氧化钛停留在微囊的观视面时，呈现的就是白色的页面；面；v而当某个微囊下方的电极带负电时，就会将这些粒子拉而当某个微囊下方的电极带负电时，就会将这些粒子拉到另一侧，结果在该点便产生一个油墨似的影像，直到到另一侧，结果在该点便产生一个油墨似的影像，直到相反的电流脉冲再将这些白色粒子送回去。相反的电流脉冲再将这些白色粒子送回去。v若将整个程序反过来，就可以产生暗底白字的效果。若将整个程序反过来，就可以产生暗底白字的