顯示與成像技術(shù)第一部顯示發(fā)光二級管顯示技術(shù)第1頁/共67頁24.1.1半導(dǎo)體光源的物理基礎(chǔ)

第4章發(fā)光二級管顯示技術(shù)圖4-1半導(dǎo)體PN結(jié)的形成內(nèi)建電場（1）

發(fā)光二級管的實質(zhì)為半導(dǎo)體PN結(jié)晶片第2頁/共67頁3圖4-2半導(dǎo)體PN結(jié)加正向電壓時的情況第4章發(fā)光二級管顯示技術(shù)4.1.1半導(dǎo)體光源的物理基礎(chǔ)

PN結(jié)加正向電壓的情況第3頁/共67頁4第4章發(fā)光二級管顯示技術(shù)4.1.1半導(dǎo)體光源的物理基礎(chǔ)

圖4-3PN結(jié)加正偏時電子與空穴復(fù)合釋放光能第4頁/共67頁5第4章發(fā)光二級管顯示技術(shù)4.1.1半導(dǎo)體光源的物理基礎(chǔ)

（2）

發(fā)光二級管（LED）的發(fā)光顏色發(fā)光二級管的發(fā)光顏色由形成P-N結(jié)的材料決定；不同材料構(gòu)成的P-N結(jié)，電子與空穴復(fù)合時釋放的光的波長不同，人眼從而看到LED發(fā)出不同的顏色。

構(gòu)成LED的P-N結(jié)材料常見的有：磷化鎵（GaP)、砷化鎵(GaAs)、氮化鎵(GaN)等。第5頁/共67頁6第4章發(fā)光二級管顯示技術(shù)4.1.1半導(dǎo)體光源的物理基礎(chǔ)

（3）

LED管壓降與材料及結(jié)構(gòu)有關(guān)

圖4-4PN結(jié)的電壓-電流特性第6頁/共67頁7第4章發(fā)光二級管顯示技術(shù)4.1.1半導(dǎo)體光源的物理基礎(chǔ)

圖4-5不同顏色的發(fā)光二極管第7頁/共67頁8第4章發(fā)光二級管顯示技術(shù)4.1.2發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)

（1）

發(fā)光二級管（LED）的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖4-6發(fā)光二極管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)第8頁/共67頁9第4章發(fā)光二級管顯示技術(shù)（2）

發(fā)光二級管（LED）的外形構(gòu)造4.1.2發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)

圖4-7發(fā)光二極管的外部構(gòu)造黃金導(dǎo)線結(jié)合部分LED芯片反射帽環(huán)氧樹脂透鏡負極引腳LED芯片正極引腳第9頁/共67頁10圖4-8發(fā)光二級管的外形和符號第4章發(fā)光二級管顯示技術(shù)（3）

發(fā)光二級管（LED）的外形和符號4.1.2發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)

第10頁/共67頁11第4章發(fā)光二級管顯示技術(shù)4.1.3發(fā)光二極管的驅(qū)動

（1）

直流驅(qū)動圖4-9發(fā)光二級管的直流驅(qū)動第11頁/共67頁12第4章發(fā)光二級管顯示技術(shù)4.1.3發(fā)光二極管的驅(qū)動

a）直流驅(qū)動適用范圍：直流驅(qū)動方式，適合于LED器件較少，發(fā)光強度恒定的情況。如：13路公車指示牌。驅(qū)動電路簡單，造價較低。第12頁/共67頁13第4章發(fā)光二級管顯示技術(shù)4.1.3發(fā)光二極管的驅(qū)動

b）直流串聯(lián)并聯(lián)驅(qū)動圖4-10發(fā)光二級管的竄、并聯(lián)直流驅(qū)動如下圖所示第13頁/共67頁14第4章發(fā)光二級管顯示技術(shù)4.1.3發(fā)光二極管的驅(qū)動

（2）

恒流驅(qū)動圖4-11發(fā)光二級管的恒流驅(qū)動第14頁/共67頁15第4章發(fā)光二級管顯示技術(shù)4.1.3發(fā)光二極管的驅(qū)動

（3）脈沖驅(qū)動圖4-12發(fā)光二級管的脈沖驅(qū)動第15頁/共67頁16第4章發(fā)光二級管顯示技術(shù)4.1.3發(fā)光二極管的驅(qū)動

圖中,4-11所示圖4-12發(fā)光二級管的脈沖驅(qū)動第16頁/共67頁17第4章發(fā)光二級管顯示技術(shù)4.1.3發(fā)光二極管的驅(qū)動

第17頁/共67頁18第4章發(fā)光二級管顯示技術(shù)4.1.3發(fā)光二極管的驅(qū)動

a)脈沖驅(qū)動種類：圖4-13集成電路脈沖源對LED的驅(qū)動-2第18頁/共67頁19第4章發(fā)光二級管顯示技術(shù)4.1.3發(fā)光二極管的驅(qū)動

b）脈沖驅(qū)動圖4-14CMOS-IC對LED的脈沖驅(qū)動-1第19頁/共67頁20第4章發(fā)光二級管顯示技術(shù)4.1.3發(fā)光二極管的驅(qū)動

C）脈沖驅(qū)動種類：圖4-15IC+T對LED的驅(qū)動-3第20頁/共67頁21第4章發(fā)光二級管顯示技術(shù)4.1.4發(fā)光二極管的特點及應(yīng)用

（1）

LED的主要特點A）

LED為非相干光，光譜較寬，發(fā)散角大。B)發(fā)光顏色豐富C)亮度高D)單元體積小、重量輕、適用性強E)穩(wěn)定性好、壽命長、基本無需維修F)抗沖擊性強第21頁/共67頁22第4章發(fā)光二級管顯示技術(shù)4.1.4發(fā)光二極管的特點及應(yīng)用

G）

LED使用低壓電源，安全性高H)發(fā)光顏色豐富I)效能高J)響應(yīng)時間快K)綠色照明產(chǎn)品L)價格較貴第22頁/共67頁23第4章發(fā)光二級管顯示技術(shù)4.1.4發(fā)光二極管的特點及應(yīng)用

（2）

LED的主要應(yīng)用A）

LED成為指示燈的主要光源B)點矩陣型和字段型數(shù)字顯示器C)平面顯示器顯示電視畫面D)作為各種電器的光源第23頁/共67頁24第4章發(fā)光二級管顯示技術(shù)4.2發(fā)光二極管顯示器件4.2.1LED器件的顯示原理

圖4-16點陣LED的兩種結(jié)構(gòu)第24頁/共67頁25第4章發(fā)光二級管顯示技術(shù)4.2.1LED器件的顯示原理圖4-17共陽點陣LED的驅(qū)動波形左圖帶圓圈的LED表示在尋址期間被點亮第25頁/共67頁26第4章發(fā)光二級管顯示技術(shù)圖4-18點陣LED的亮度控制技術(shù)4.2.1LED器件的顯示原理第26頁/共67頁27第4章發(fā)光二級管顯示技術(shù)圖4-19多路驅(qū)動共陽點陣LED的亮度控制技術(shù)4.2.1LED器件的顯示原理第27頁/共67頁28第4章發(fā)光二級管顯示技術(shù)圖4-20七段LED數(shù)碼管類型4.2.1LED器件的顯示原理第28頁/共67頁29第4章發(fā)光二級管顯示技術(shù)4.2發(fā)光二極管顯示器件圖4-21利用74LS48譯碼驅(qū)動器的LED數(shù)碼管驅(qū)動電路4.2.2

LED顯示器件的掃描驅(qū)動電路（P64～P66)可預(yù)置時間的定時電路第29頁/共67頁30第4章發(fā)光二級管顯示技術(shù)4.2.2LED顯示器件的掃描驅(qū)動電路圖4-22利用LED數(shù)碼管顯示的數(shù)字頻率計數(shù)字頻率計電路圖第30頁/共67頁31第4章發(fā)光二級管顯示技術(shù)圖4-23利用LED數(shù)碼管顯示的數(shù)字頻率計-顯示部分4.2.2LED顯示器件的掃描驅(qū)動電路（靜態(tài)鎖存）第31頁/共67頁32第4章發(fā)光二級管顯示技術(shù)4.2.2LED顯示器件的掃描驅(qū)動電路（2）3位LED單片機驅(qū)動電路圖4-248031單片機通過8255驅(qū)動3位LED數(shù)碼管顯示第32頁/共67頁33第4章發(fā)光二級管顯示技術(shù)4.2.2LED顯示器件的掃描驅(qū)動電路（2）8位LED動態(tài)驅(qū)動電路圖4-258位LED動態(tài)顯示電路第33頁/共67頁34第4章發(fā)光二級管顯示技術(shù)4.3有機發(fā)光二極管顯示技術(shù)4.3.1

有機發(fā)光二極管顯示簡介4.3.2

有機發(fā)光顯示器件的分類及特點4.3.3

有機發(fā)光二極管前沿顯示技術(shù)第34頁/共67頁35第4章發(fā)光二級管顯示技術(shù)4.3.1有機發(fā)光二極管顯示簡介4.4.1OLED的特點

1.OLED結(jié)構(gòu)

OLED

（OrganicLightEmittingDisplay，有機發(fā)光顯示器）是一種利用有機半導(dǎo)體材料在電流的驅(qū)動下產(chǎn)生的可逆變色來實現(xiàn)顯示的技術(shù)。

OLED優(yōu)點：超輕、超薄、高亮度、大視角、低電壓、低功耗、快響應(yīng)、高清晰度、抗震、可彎曲、低成本、工藝簡單，使用原材料少、發(fā)光效率高、溫度范圍寬等等。

OLED被認為是最有發(fā)展前途的新一代顯示技術(shù)。

第35頁/共67頁36第4章發(fā)光二級管顯示技術(shù)4.3.1有機發(fā)光二極管顯示簡介圖4-26OLED器件的結(jié)構(gòu)示意圖ITO陽極空穴傳輸層電子傳輸層發(fā)光層MgAg陰極玻璃基板1～2mm50nm第36頁/共67頁37第4章發(fā)光二級管顯示技術(shù)（2）無源OLED矩陣等效模型

圖4-33

無源矩陣OLED等效模型4.3.1有機發(fā)光二極管顯示簡介第37頁/共67頁38第4章發(fā)光二級管顯示技術(shù)4.3.1有機發(fā)光二極管顯示簡介

圖4-26是OLED器件的結(jié)構(gòu)示意圖，在玻璃基板上濺射透明的ITO（IndiumTinOxide，氧化銦錫，一種N型半導(dǎo)體，常溫下具有良好的導(dǎo)電性能，對可見光具有良好的透過率）膜作為陽極，在上面真空蒸鍍二胺系化合物形成空穴傳輸層，再上面是由鋁喹啉絡(luò)合物（Alq3）形成的發(fā)光層，二萘嵌苯形成的電子傳輸層，制作的最后工序是在頂部淀積一層MgAg合金層作為陰極。第38頁/共67頁39第4章發(fā)光二級管顯示技術(shù)4.3.1有機發(fā)光二極管顯示簡介

在陽極和陰極間加正向電壓，驅(qū)動電子從陰極注入電子傳輸層，驅(qū)動空穴從陽極注入空穴傳輸層，電子傳輸層中的電子與空穴傳輸層中的空穴分別經(jīng)遷移至發(fā)光層，在發(fā)光層中相遇，并使發(fā)光分子激發(fā)，后者經(jīng)輻射而發(fā)出可見光。輻射光可從ITO一側(cè)觀察到，MgAg層陰極同時起著反射層的作用。上述電子傳輸層、空穴傳輸層和發(fā)光層的有機材料發(fā)綠光，可以選用三層的有機材料(包括低分子和高分子兩大類)來產(chǎn)生各色的OLED器件，所以在OLED器件研制的過程中，材料的選用至關(guān)重要，材料性能、器件結(jié)構(gòu)及制作工藝決定著OLED顯示器件的性能優(yōu)劣。第39頁/共67頁40第4章發(fā)光二級管顯示技術(shù)4.3.2

有機發(fā)光顯示器件的分類及特點

(1)按分子結(jié)構(gòu)，OLED分為

小分子型OLED

高分子型OLED

鑭系金屬OLED。

(2)按驅(qū)動方式分，OLED分為

無源OLED(基板需要外接驅(qū)動電路)

有源OLED(驅(qū)動電路和顯示陣列集

成在同一基板上

(3)按顯示方式分，OLED分為

被動矩陣顯示

主動矩陣顯示

第40頁/共67頁41

3.OLED分類

(1)按分子結(jié)構(gòu)，OLED分為

小分子型OLED

高分子型OLED

鑭系金屬OLED。

(2)按驅(qū)動方式分，OLED分為

無源OLED(基板需要外接驅(qū)動電路)

有源OLED(驅(qū)動電路和顯示陣列集

成在同一基板上

(3)按顯示方式分，OLED分為

被動矩陣顯示

主動矩陣顯示

第41頁/共67頁42

高分子OLED又稱POLED，可采用旋涂、印刷(含打印噴涂)等方法制備，其制備工藝簡單、成本低、不經(jīng)過薄膜制備過程，適合于大生產(chǎn)和大屏幕化生產(chǎn)。POLED的驅(qū)動電壓3～5V，反應(yīng)速度快(幾乎為即時反應(yīng))，符合動態(tài)影像的顯示需求，是OLEDTV的首選顯示器件。

鑭系金屬有機化合物屬于稀土類發(fā)光材料，所以鑭系金屬OLED也稱稀土OLED。在稀土OLED中，發(fā)光分子由一個金屬核心和外圍的有機殼層組成，其發(fā)光機制與前兩類OLED不同，加電后，先在外圍有機殼層中形成激發(fā)態(tài)，然后將其能量傳遞給金屬核心，金屬核心去激時輻射出顏色比較純正的光，光譜非常窄。

第42頁/共67頁43

有源OLED又稱TFT-OLED，它是一種靜態(tài)的驅(qū)動方式。有源矩陣亮度高、分辨率高、效率高、集成度高、功耗低，易于彩色化和實現(xiàn)大面積顯示。

被動矩陣OLED(簡稱PMOLED)中，ITO和金屬電極都是平行的電極條，二者相互正交，在交叉處形成LED，LED逐行點亮形成一幀可視圖像。由于每一行的顯示時間都非常短，要達到正常的圖像亮度，每一行的LED的亮度都要足夠高。例如一個100行的器件，每一行的亮度必須比平均亮度高100倍。這就需要很高的電流和電壓，從而引起功耗增加，顯示效率急劇下降。這就使得PMOLED在大面積顯示中的應(yīng)用受到限制。第43頁/共67頁44

主動矩陣OLED(簡稱AMOLED)中，采用的是薄膜晶體管陣列(即TFT陣列)。先在玻璃襯底上制作CMOS多晶硅TFT，發(fā)光層制作在TFT之上。驅(qū)動電路完成兩個功能，一是提供受控電流以驅(qū)動OLED，二是在尋址期之后繼續(xù)提供電流以保證各個像素連續(xù)發(fā)光。和PM0LED不同的是，AMOLED的各個像素是同時發(fā)光的。這樣單個像素的發(fā)光亮度的要求就降低了，電壓也可相應(yīng)地下降。這就意味著AMOLED的功耗比PMOLED要低很多，適合于大面積顯示。可以預(yù)見，主動矩陣驅(qū)動技術(shù)將是今后OLED發(fā)展普遍采用的方式。第44頁/共67頁454.OLED的彩色化

OLED可通過有機材料化學結(jié)構(gòu)的變化很方便地選擇發(fā)光色，比較容易解決藍色發(fā)光問題，實現(xiàn)全彩色顯示。

常用的OLED彩色化技術(shù)有：

⑴RGB三色發(fā)光法⑵色變換法⑶白光法⑷特殊材料法第45頁/共67頁46

⑴RGB三色發(fā)光法：它是分別采用三色發(fā)光材料各自獨立發(fā)光后混色，是最為普及的彩色化技術(shù)。

⑵色變換法：它是采用藍光材料，配合紅、綠熒光體來產(chǎn)生各種顏色的。是將藍色材料所發(fā)出來的藍光轉(zhuǎn)換成紅、綠光以實現(xiàn)彩色顯示的方法。該方法發(fā)光效率低。

⑶白光法：它是以白色發(fā)光層搭配彩色濾光片的“RGB三色發(fā)光法”，是目前大多廠商采用的一種技術(shù)。該技術(shù)發(fā)光效率高，但材料的使用效率低、工藝復(fù)雜。其最大優(yōu)點是可以直接應(yīng)用LCD的彩色濾光片。

⑷特殊材料法：使用特殊材料，在不同的驅(qū)動電壓下顯示不同的顏色。

第46頁/共67頁47第4章發(fā)光二級管顯示技術(shù)4.3.3

有機發(fā)光二極管前沿顯示技術(shù)盡管歐美掌握著基礎(chǔ)專利，但是實現(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的國家和地區(qū)卻集中在東亞，主要是日本、韓國和中國臺灣省。根據(jù)產(chǎn)值排名，2005年第三季OLED前五大生產(chǎn)廠商為三星SDI、錸寶(RitDisplay)、先鋒、悠景(Universion)與TDK，其中錸寶和悠景是中國臺灣省的企業(yè)。

第47頁/共67頁484.4.2

我國OLED的發(fā)展我國從80年代末開始進行OLED器件的研制工作，目前已有近50家單位參與研發(fā)。

OLED材料的價格極其昂貴，我國在有機發(fā)光材料的合成方面已經(jīng)掌握了很多關(guān)鍵技術(shù)，可以自己提供有機半導(dǎo)體材料，這對我國的企業(yè)進入OLED產(chǎn)業(yè)是一個巨大的優(yōu)勢。

北京維信諾公司與清華大學在全彩OLED顯示技術(shù)研制方面取得重大突破，已經(jīng)開發(fā)出國內(nèi)第一款全彩色OLED顯示屏，建立了國內(nèi)第一條OLED中試生產(chǎn)線，并在國內(nèi)外申請并獲得了30多項OLED專利，成立了聯(lián)合實驗室。維信諾公司生產(chǎn)的產(chǎn)品有VGS13264B型132×64像素1.3英寸OLED顯示屏、VGS12864B型128×64像素2.1英寸OLED顯示屏和VGS12864E型128×64像素2.81英寸OLED顯示屏。05年12月開始在江蘇昆山建設(shè)大規(guī)模生產(chǎn)線。第48頁/共67頁49

上海航天上大歐德科技由航天科工集團和上海大學共同投資成立，依托上海大學合作開發(fā)OLED技術(shù)，已有相關(guān)OLED產(chǎn)品。

上海廣電集團與中國科學院合作設(shè)立一條OLED的實驗線，總計投資人民幣6,000萬元。

浙江京東方公司在2001年11月以2250萬美元的投資完成一次收購，在收購中就包含OLED技術(shù)。目前生產(chǎn)96×RGB×64像素OLED顯示屏。第49頁/共67頁50

信利半導(dǎo)體有限公司是香港信利國際有限公司屬下從事液晶顯示領(lǐng)域業(yè)務(wù)的子公司,總公司設(shè)在香港，生產(chǎn)基地在廣東省汕尾市，該公司投資6億港幣在廣東省汕尾市的一條OLED生產(chǎn)線（200×200mm）已經(jīng)完成建設(shè)，初期產(chǎn)能為月產(chǎn)20萬片，最終的產(chǎn)能可以達到大約每月生產(chǎn)100萬片。

2004年11月，TCL集團與香港城市大學聯(lián)合申請了科技部863平板顯示OLED專項課題的研究，開始了OLED量產(chǎn)技術(shù)的開發(fā)。TCL顯示科技（惠州）有限公司于2005年1月底順利投產(chǎn)。該項目總投資2.5億元，項目第一期產(chǎn)能為每年2000萬片OLED或LCD模塊，并將逐步擴大到每年4000萬片。第50頁/共67頁51顯示器電壓特性亮度發(fā)光效率壽命重量厚度響應(yīng)速度視角彩色度CRT差良良優(yōu)差差優(yōu)優(yōu)優(yōu)LCD優(yōu)良良良優(yōu)優(yōu)中中良PDP差良中中良良良優(yōu)良OLED優(yōu)優(yōu)優(yōu)良優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)第51頁/共67頁52

成都電纜五糧液、先科等公司正積極籌備OLED產(chǎn)業(yè)化。

意萊特公司（eLightCorporation）是一家專門從事OLED有機電致發(fā)光材料開發(fā)與制備的高科技公司，總部設(shè)在加拿大溫哥華，斥資1500萬元人民幣在北京中關(guān)村高新技術(shù)園區(qū)注冊了北京意萊特光電材料技術(shù)有限公司，已生產(chǎn)出一系列性能穩(wěn)定可靠的高純度多層有機電致發(fā)光材料，并不斷開發(fā)各種空穴傳導(dǎo)材料、電子傳導(dǎo)材料、發(fā)光材料等。

深圳豪威真空光電子股份有限公司成立于1994年，是目前國內(nèi)ITO導(dǎo)電玻璃供應(yīng)商之一

南玻集團幾年前開始研究開發(fā)專門用于OLED的ITO導(dǎo)電玻璃，取得了顯著的進展，一些重要指標達到一定的水平。在生產(chǎn)設(shè)備方面，我國雖然有OLED生產(chǎn)設(shè)備的制造廠商，但是OLED的關(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)備技術(shù)掌握在日本、韓國手中，我國只有通過進口才能得到。第52頁/共67頁53

數(shù)字電視圖像質(zhì)量的關(guān)鍵參數(shù)主要包括:

清晰度、亮度、對比度、灰度級、色域覆蓋率、相關(guān)色溫、運動圖像拖尾時間、可視角以及支持的圖像格式、接口要求等，但其中最本質(zhì)的還是清晰度指標。第53頁/共67頁54第4章發(fā)光二級管顯示技術(shù)4.3.3

有機發(fā)光二極管前沿顯示技術(shù)（1）白光OLED技術(shù)（2）透明OLED技術(shù)（3）疊層OLED器件和多光子發(fā)射OLED（4）表面發(fā)射OLED技術(shù)（5）噴墨打印制備OLED（6）柔性O(shè)LED技術(shù)（7）微顯示OLED技術(shù)

第54頁/共67頁55第4章發(fā)光二級管顯示技術(shù)4.3.3

有機發(fā)光二極管前沿顯示技術(shù)（1）白光OLED技術(shù)

（P72）

第55頁/共67頁56第4章發(fā)光二級管顯示技術(shù)4.3.3

有機發(fā)光二極