显示与成像技术第一部显示第六章发光二级管显示技术

4.1.1半导体光源的物理基础

第4章发光二级管显示技术图4-1半导体PN结的形成内建电场（1）

发光二级管的实质为半导体PN结晶片本文档共65页；当前第1页；编辑于星期日\16点4分1图4-2半导体PN结加正向电压时的情况第4章发光二级管显示技术4.1.1半导体光源的物理基础

PN结加正向电压的情况本文档共65页；当前第2页；编辑于星期日\16点4分2第4章发光二级管显示技术4.1.1半导体光源的物理基础

图4-3PN结加正偏时电子与空穴复合释放光能本文档共65页；当前第3页；编辑于星期日\16点4分3第4章发光二级管显示技术4.1.1半导体光源的物理基础

（2）

发光二级管（LED）的发光颜色发光二级管的发光颜色由形成P-N结的材料决定；不同材料构成的P-N结，电子与空穴复合时释放的光的波长不同，人眼从而看到LED发出不同的颜色。

构成LED的P-N结材料常见的有：磷化镓（GaP)、砷化镓(GaAs)、氮化镓(GaN)等。本文档共65页；当前第4页；编辑于星期日\16点4分4第4章发光二级管显示技术4.1.1半导体光源的物理基础

（3）

LED管压降与材料及结构有关

图4-4PN结的电压-电流特性本文档共65页；当前第5页；编辑于星期日\16点4分5第4章发光二级管显示技术4.1.1半导体光源的物理基础

图4-5不同颜色的发光二极管本文档共65页；当前第6页；编辑于星期日\16点4分6第4章发光二级管显示技术4.1.2发光二极管的结构

（1）

发光二级管（LED）的内部结构图4-6发光二极管的内部结构本文档共65页；当前第7页；编辑于星期日\16点4分7第4章发光二级管显示技术（2）

发光二级管（LED）的外形构造4.1.2发光二极管的结构

图4-7发光二极管的外部构造黄金导线结合部分LED芯片反射帽环氧树脂透镜负极引脚LED芯片正极引脚本文档共65页；当前第8页；编辑于星期日\16点4分8图4-8发光二级管的外形和符号第4章发光二级管显示技术（3）

发光二级管（LED）的外形和符号4.1.2发光二极管的结构

本文档共65页；当前第9页；编辑于星期日\16点4分9第4章发光二级管显示技术4.1.3发光二极管的驱动

（1）

直流驱动图4-9发光二级管的直流驱动本文档共65页；当前第10页；编辑于星期日\16点4分10第4章发光二级管显示技术4.1.3发光二极管的驱动

a）直流驱动适用范围：直流驱动方式，适合于LED器件较少，发光强度恒定的情况。如：13路公车指示牌。驱动电路简单，造价较低。本文档共65页；当前第11页；编辑于星期日\16点4分11第4章发光二级管显示技术4.1.3发光二极管的驱动

b）直流串联并联驱动图4-10发光二级管的窜、并联直流驱动如下图所示本文档共65页；当前第12页；编辑于星期日\16点4分12第4章发光二级管显示技术4.1.3发光二极管的驱动

（2）

恒流驱动图4-11发光二级管的恒流驱动本文档共65页；当前第13页；编辑于星期日\16点4分13第4章发光二级管显示技术4.1.3发光二极管的驱动

（3）脉冲驱动图4-12发光二级管的脉冲驱动本文档共65页；当前第14页；编辑于星期日\16点4分14第4章发光二级管显示技术4.1.3发光二极管的驱动

图中,4-11所示图4-12发光二级管的脉冲驱动本文档共65页；当前第15页；编辑于星期日\16点4分15第4章发光二级管显示技术4.1.3发光二极管的驱动

本文档共65页；当前第16页；编辑于星期日\16点4分16第4章发光二级管显示技术4.1.3发光二极管的驱动

a)脉冲驱动种类：图4-13集成电路脉冲源对LED的驱动-2本文档共65页；当前第17页；编辑于星期日\16点4分17第4章发光二级管显示技术4.1.3发光二极管的驱动

b）脉冲驱动图4-14CMOS-IC对LED的脉冲驱动-1本文档共65页；当前第18页；编辑于星期日\16点4分18第4章发光二级管显示技术4.1.3发光二极管的驱动

C）脉冲驱动种类：图4-15IC+T对LED的驱动-3本文档共65页；当前第19页；编辑于星期日\16点4分19第4章发光二级管显示技术4.1.4发光二极管的特点及应用

（1）

LED的主要特点A）

LED为非相干光，光谱较宽，发散角大。B)发光颜色丰富C)亮度高D)单元体积小、重量轻、适用性强E)稳定性好、寿命长、基本无需维修F)抗冲击性强本文档共65页；当前第20页；编辑于星期日\16点4分20第4章发光二级管显示技术4.1.4发光二极管的特点及应用

G）

LED使用低压电源，安全性高H)发光颜色丰富I)效能高J)响应时间快K)绿色照明产品L)价格较贵本文档共65页；当前第21页；编辑于星期日\16点4分21第4章发光二级管显示技术4.1.4发光二极管的特点及应用

（2）

LED的主要应用A）

LED成为指示灯的主要光源B)点矩阵型和字段型数字显示器C)平面显示器显示电视画面D)作为各种电器的光源本文档共65页；当前第22页；编辑于星期日\16点4分22第4章发光二级管显示技术4.2发光二极管显示器件4.2.1LED器件的显示原理

图4-16点阵LED的两种结构本文档共65页；当前第23页；编辑于星期日\16点4分23第4章发光二级管显示技术4.2.1LED器件的显示原理图4-17共阳点阵LED的驱动波形左图带圆圈的LED表示在寻址期间被点亮本文档共65页；当前第24页；编辑于星期日\16点4分24第4章发光二级管显示技术图4-18点阵LED的亮度控制技术4.2.1LED器件的显示原理本文档共65页；当前第25页；编辑于星期日\16点4分25第4章发光二级管显示技术图4-19多路驱动共阳点阵LED的亮度控制技术4.2.1LED器件的显示原理本文档共65页；当前第26页；编辑于星期日\16点4分26第4章发光二级管显示技术图4-20七段LED数码管类型4.2.1LED器件的显示原理本文档共65页；当前第27页；编辑于星期日\16点4分27第4章发光二级管显示技术4.2发光二极管显示器件图4-21利用74LS48译码驱动器的LED数码管驱动电路

LED显示器件的扫描驱动电路（P64～P66)可预置时间的定时电路本文档共65页；当前第28页；编辑于星期日\16点4分28第4章发光二级管显示技术4.2.2LED显示器件的扫描驱动电路图4-22利用LED数码管显示的数字频率计数字频率计电路图本文档共65页；当前第29页；编辑于星期日\16点4分29第4章发光二级管显示技术图4-23利用LED数码管显示的数字频率计-显示部分4.2.2LED显示器件的扫描驱动电路（静态锁存）本文档共65页；当前第30页；编辑于星期日\16点4分30第4章发光二级管显示技术4.2.2LED显示器件的扫描驱动电路（2）3位LED单片机驱动电路图4-248031单片机通过8255驱动3位LED数码管显示本文档共65页；当前第31页；编辑于星期日\16点4分31第4章发光二级管显示技术4.2.2LED显示器件的扫描驱动电路（2）8位LED动态驱动电路图4-258位LED动态显示电路本文档共65页；当前第32页；编辑于星期日\16点4分32第4章发光二级管显示技术4.3有机发光二极管显示技术

有机发光二极管显示简介4.3.2

有机发光显示器件的分类及特点4.3.3

有机发光二极管前沿显示技术本文档共65页；当前第33页；编辑于星期日\16点4分33第4章发光二级管显示技术有机发光二极管显示简介4.4.1OLED的特点

1.OLED结构

OLED

（OrganicLightEmittingDisplay，有机发光显示器）是一种利用有机半导体材料在电流的驱动下产生的可逆变色来实现显示的技术。

OLED优点：超轻、超薄、高亮度、大视角、低电压、低功耗、快响应、高清晰度、抗震、可弯曲、低成本、工艺简单，使用原材料少、发光效率高、温度范围宽等等。

OLED被认为是最有发展前途的新一代显示技术。

本文档共65页；当前第34页；编辑于星期日\16点4分34第4章发光二级管显示技术有机发光二极管显示简介图4-26OLED器件的结构示意图ITO阳极空穴传输层电子传输层发光层MgAg阴极玻璃基板1～2mm50nm本文档共65页；当前第35页；编辑于星期日\16点4分35第4章发光二级管显示技术（2）无源OLED矩阵等效模型

图4-33

无源矩阵OLED等效模型有机发光二极管显示简介本文档共65页；当前第36页；编辑于星期日\16点4分36第4章发光二级管显示技术有机发光二极管显示简介

图4-26是OLED器件的结构示意图，在玻璃基板上溅射透明的ITO（IndiumTinOxide，氧化铟锡，一种N型半导体，常温下具有良好的导电性能，对可见光具有良好的透过率）膜作为阳极，在上面真空蒸镀二胺系化合物形成空穴传输层，再上面是由铝喹啉络合物（Alq3）形成的发光层，二萘嵌苯形成的电子传输层，制作的最后工序是在顶部淀积一层MgAg合金层作为阴极。本文档共65页；当前第37页；编辑于星期日\16点4分37第4章发光二级管显示技术有机发光二极管显示简介

在阳极和阴极间加正向电压，驱动电子从阴极注入电子传输层，驱动空穴从阳极注入空穴传输层，电子传输层中的电子与空穴传输层中的空穴分别经迁移至发光层，在发光层中相遇，并使发光分子激发，后者经辐射而发出可见光。辐射光可从ITO一侧观察到，MgAg层阴极同时起着反射层的作用。上述电子传输层、空穴传输层和发光层的有机材料发绿光，可以选用三层的有机材料(包括低分子和高分子两大类)来产生各色的OLED器件，所以在OLED器件研制的过程中，材料的选用至关重要，材料性能、器件结构及制作工艺决定着OLED显示器件的性能优劣。本文档共65页；当前第38页；编辑于星期日\16点4分38第4章发光二级管显示技术4.3.2

有机发光显示器件的分类及特点

(1)按分子结构，OLED分为

小分子型OLED

高分子型OLED

镧系金属OLED。

(2)按驱动方式分，OLED分为

无源OLED(基板需要外接驱动电路)

有源OLED(驱动电路和显示阵列集

成在同一基板上

(3)按显示方式分，OLED分为

被动矩阵显示

主动矩阵显示

本文档共65页；当前第39页；编辑于星期日\16点4分39

3.OLED分类

(1)按分子结构，OLED分为

小分子型OLED

高分子型OLED

镧系金属OLED。

(2)按驱动方式分，OLED分为

无源OLED(基板需要外接驱动电路)

有源OLED(驱动电路和显示阵列集

成在同一基板上

(3)按显示方式分，OLED分为

被动矩阵显示

主动矩阵显示

本文档共65页；当前第40页；编辑于星期日\16点4分40

高分子OLED又称POLED，可采用旋涂、印刷(含打印喷涂)等方法制备，其制备工艺简单、成本低、不经过薄膜制备过程，适合于大生产和大屏幕化生产。POLED的驱动电压3～5V，反应速度快(几乎为即时反应)，符合动态影像的显示需求，是OLEDTV的首选显示器件。

镧系金属有机化合物属于稀土类发光材料，所以镧系金属OLED也称稀土OLED。在稀土OLED中，发光分子由一个金属核心和外围的有机壳层组成，其发光机制与前两类OLED不同，加电后，先在外围有机壳层中形成激发态，然后将其能量传递给金属核心，金属核心去激时辐射出颜色比较纯正的光，光谱非常窄。

本文档共65页；当前第41页；编辑于星期日\16点4分41

有源OLED又称TFT-OLED，它是一种静态的驱动方式。有源矩阵亮度高、分辨率高、效率高、集成度高、功耗低，易于彩色化和实现大面积显示。

被动矩阵OLED(简称PMOLED)中，ITO和金属电极都是平行的电极条，二者相互正交，在交叉处形成LED，LED逐行点亮形成一帧可视图像。由于每一行的显示时间都非常短，要达到正常的图像亮度，每一行的LED的亮度都要足够高。例如一个100行的器件，每一行的亮度必须比平均亮度高100倍。这就需要很高的电流和电压，从而引起功耗增加，显示效率急剧下降。这就使得PMOLED在大面积显示中的应用受到限制。本文档共65页；当前第42页；编辑于星期日\16点4分42

主动矩阵OLED(简称AMOLED)中，采用的是薄膜晶体管阵列(即TFT阵列)。先在玻璃衬底上制作CMOS多晶硅TFT，发光层制作在TFT之上。驱动电路完成两个功能，一是提供受控电流以驱动OLED，二是在寻址期之后继续提供电流以保证各个像素连续发光。和PM0LED不同的是，AMOLED的各个像素是同时发光的。这样单个像素的发光亮度的要求就降低了，电压也可相应地下降。这就意味着AMOLED的功耗比PMOLED要低很多，适合于大面积显示。可以预见，主动矩阵驱动技术将是今后OLED发展普遍采用的方式。本文档共65页；当前第43页；编辑于星期日\16点4分434.OLED的彩色化

OLED可通过有机材料化学结构的变化很方便地选择发光色，比较容易解决蓝色发光问题，实现全彩色显示。

常用的OLED彩色化技术有：

⑴RGB三色发光法⑵色变换法⑶白光法⑷特殊材料法本文档共65页；当前第44页；编辑于星期日\16点4分44

⑴RGB三色发光法：它是分别采用三色发光材料各自独立发光后混色，是最为普及的彩色化技术。

⑵色变换法：它是采用蓝光材料，配合红、绿荧光体来产生各种颜色的。是将蓝色材料所发出来的蓝光转换成红、绿光以实现彩色显示的方法。该方法发光效率低。

⑶白光法：它是以白色发光层搭配彩色滤光片的“RGB三色发光法”，是目前大多厂商采用的一种技术。该技术发光效率高，但材料的使用效率低、工艺复杂。其最大优点是可以直接应用LCD的彩色滤光片。

⑷特殊材料法：使用特殊材料，在不同的驱动电压下显示不同的颜色。

本文档共65页；当前第45页；编辑于星期日\16点4分45第4章发光二级管显示技术

有机发光二极管前沿显示技术尽管欧美掌握着基础专利，但是实现大规模产业化的国家和地区却集中在东亚，主要是日本、韩国和中国台湾省。根据产值排名，2005年第三季OLED前五大生产厂商为三星SDI、铼宝(RitDisplay)、先锋、悠景(Universion)与TDK，其中铼宝和悠景是中国台湾省的企业。

本文档共65页；当前第46页；编辑于星期日\16点4分46

我国OLED的发展我国从80年代末开始进行OLED器件的研制工作，目前已有近50家单位参与研发。

OLED材料的价格极其昂贵，我国在有机发光材料的合成方面已经掌握了很多关键技术，可以自己提供有机半导体材料，这对我国的企业进入OLED产业是一个巨大的优势。

北京维信诺公司与清华大学在全彩OLED显示技术研制方面取得重大突破，已经开发出国内第一款全彩色OLED显示屏，建立了国内第一条OLED中试生产线，并在国内外申请并获得了30多项OLED专利，成立了联合实验室。维信诺公司生产的产品有VGS13264B型132×64像素1.3英寸OLED显示屏、VGS12864B型128×64像素2.1英寸OLED显示屏和VGS12864E型128×64像素2.81英寸OLED显示屏。05年12月开始在江苏昆山建设大规模生产线。本文档共65页；当前第47页；编辑于星期日\16点4分47

上海航天上大欧德科技由航天科工集团和上海大学共同投资成立，依托上海大学合作开发OLED技术，已有相关OLED产品。

上海广电集团与中国科学院合作设立一条OLED的实验线，总计投资人民币6,000万元。

浙江京东方公司在2001年11月以2250万美元的投资完成一次收购，在收购中就包含OLED技术。目前生产96×RGB×64像素OLED显示屏。本文档共65页；当前第48页；编辑于星期日\16点4分48

信利半导体有限公司是香港信利国际有限公司属下从事液晶显示领域业务的子公司,总公司设在香港，生产基地在广东省汕尾市，该公司投资6亿港币在广东省汕尾市的一条OLED生产线（200×200mm）已经完成建设，初期产能为月产20万片，最终的产能可以达到大约每月生产100万片。

2004年11月，TCL集团与香港城市大学联合申请了科技部863平板显示OLED专项课题的研究，开始了OLED量产技术的开发。TCL显示科技（惠州）有限公司于2005年1月底顺利投产。该项目总投资2.5亿元，项目第一期产能为每年2000万片OLED或LCD模块，并将逐步扩大到每年4000万片。本文档共65页；当前第49页；编辑于星期日\16点4分49显示器电压特性亮度发光效率寿命重量厚度响应速度视角彩色度CRT差良良优差差优优优LCD优良良良优优中中良PDP差良中中良良良优良OLED优优优良优优优优优本文档共65页；当前第50页；编辑于星期日\16点4分50

成都电缆五粮液、先科等公司正积极筹备OLED产业化。

意莱特公司（eLightCorporation）是一家专门从事OLED有机电致发光材料开发与制备的高科技公司，总部设在加拿大温哥华，斥资1500万元人民币在北京中关村高新技术园区注册了北京意莱特光电材料技术有限公司，已生产出一系列性能稳定可靠的高纯度多层有机电致发光材料，并不断开发各种空穴传导材料、电子传导材料、发光材料等。

深圳豪威真空光电子股份有限公司成立于1994年，是目前国内ITO导电玻璃供应商之一

南玻集团几年前开始研究开发专门用于OLED的ITO导电玻璃，取得了显著的进展，一些重要指标达到一定的水平。在生产设备方面，我国虽然有OLED生产设备的制造厂商，但是OLED的关键生产设备技术掌握在日本、韩国手中，我国只有通过进口才能得到。本文档共65页；当前第51页；编辑于星期日\16点4分51

数字电视图像质量的关键参数主要包括:

清晰度、亮度、对比度、灰度级、色域覆盖率、相关色温、运动图像拖尾时间、可视角以及支持的图像格式、接口要求等，但其中最本质的还是清晰度指标。本文档共65页；当前第52页；编辑于星期日\16点4分52第4章发光二级管显示技术

有机发光二极管前沿显示技术（1）白光OLED技术（2）透明OLED技术（3）叠层OLED器件和多光子发射OLED（4）表面发射OLED技术（5）喷墨打印制备OLED（6）柔性OLED技术（7）微显示OLED技术

本文档共65页；当前第53页；编辑于星期日\16点4分53第4章发光二级管显示技术

有机发光二极管前沿显示技术（1）白光OLED技术

（P72）

本文档共65页；当前第54页；编辑于星期日\16点4分54第4章发光二级管显示技术

有