第四章： 光显示材料.
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化。
满足FED使用条件的荧光粉：ZnO:Zn、ZnCa2O4
（蓝光）、ZnCa2O4:Mn（绿粉）、Gd2O2S:Tb（绿 粉）、Y2O2S:Eu（红粉）。 缺点：亮度偏低，开发新型FED发光粉成为当务之急。
2018/8/10
16
CRT与FED
项目 CRT FED
阴极类型
加速电压 扫描方式
热阴极
15～30kV 逐点扫描
253.7nm紫外光
中性
选粉
去离子水洗
2018/8/10
11
荧光粉的发光特性表征
CRT典型发光粉特性
阴极射线管显示器的优缺点
优点：
视角度大、无坏点、色彩还原度高、 色度均匀、可调节的多分辨率模式、 响应时间极短 缺点： 体积大，重量大，耗电量大，辐射较 强，容易磁化等 阴极射线管显示器
2.2 FED(Field Emission Display)发光材料
2018/8/10
9
源自文库
杂质类型
激活剂：对某种特定的化合物起激活作用，使原来不发光或发
光很微弱的材料发光，如ZnS: Ag
共激活剂：与激活剂协同激活基质的杂质，掺入后有利于发光
中心的形成，称为共激活剂，如ZnS：Cu，Al
敏化剂：能够将所吸收的能量传给发光中心，有助于激活剂引
起的发光，使发光亮度增加，称为敏化剂，如YF3：Yb，Er Ni等
阴极射线管显示器（Cathode Ray Tube，CRT） 等离子体显示器（Plasma Display Panel，PDP）
电致发光显示器（Electroluminescent Display, ELD） 真空荧光显示器（Vacuum Fluorescent Display， VFD） 发光二极管显示器（Light Emitting Diode Display， LED Display） 有机发光二极管显示器（Organic Light Emitting Diode Display，OLED Display） 场致发射显示器（Field Emission Display，FED） 液晶显示器（Liquid Crystal Display，LCD） 电致变色显示器（Electrochromism Display， ECD）
发光机理： 属于电子射线激发发光（阴极发光）。将强电场
集中在阴极上面的圆锥形发射极上，通过电场使电子
发射到真空中（冷阴极）。
特点：
图像质量好，耗能低，体积薄，亮度高。
2018/8/10
14
FED基本结构
FED发光材料
FED采用矩阵式逐行扫描方式，寻址时间较长（几十
微秒），使发光粉库仑负载较大，容易发光饱和并老
压来驱动，易与集成电路配套，用于家电产品、AV
产品、车载设备和测试设备等方面。
2018/8/10
18
结构：玻璃面板 阴极 栅极 阳极（涂荧光物质） 玻璃衬底
基本原理：当对涂有氧化材 料的阴极加热时，它在近 650度时发射热电子。热电 子被金属网栅加速后，再轰 击阳极的荧光物质发光。
Liquid Crystal on Silicon 硅基液晶
2.1 CRT(Cathode Ray Tube)显示的特点
组成： 电子枪(Electron Gun)，偏转线圈(Deflection coils)，荫罩
(Shadow mask)，荧光粉层(Phosphor)及玻璃外壳
工作原理：在电子枪中，阴极
电子显 示器件
本身不发光， 而是利用信息 调制外光源而 使其达到显示 的目的
非主动发光型 （受光型）
图像直接显示 在显示器件的 屏幕上
按观看位置分类
把显示器件生成的较 小图像源，通过透镜 等光学系统放大投影 于屏幕上
直观式
Digital Light Processor 数字光处 理器
投影式
背投式
正投式
1.显示技术发展史
黑白显示
激光显示 OLED 3D显示 电子纸技术
彩色显示
FED
数字显示
显示器的時代变迁
OLED 2005~??
LCD 1980~2050~??
CRT 1940~2025
1940
2000
2025
2050
2.发光显示材料
按发光类型分类
利用信息来调制个像素 的发光亮度和颜色，进 行直接显示 主动发光型 （发光型）
猝灭剂：损害发光性能，使发光强度降低的杂质。如Fe、Co、
惰性杂质：对发光性能影响较小，对发光亮度和颜色不起直接
作用的杂质，如碱金属、碱土金属等。
荧光粉的制备
配料(Y2O3:Eu) （Y0.96Eu0.04）2O3
助熔剂（NH4Cl，Li2SiO3）
球磨
石英坩埚 氧化铝坩埚
烧结
1340℃下灼烧 1~2h
被灯丝间接加热至约2000 ℃时， 阴极发射大量的电子，经加速、 聚焦、偏转后轰击荧光屏上的 荧光粉，发出可见光。 电子枪 聚焦系统 加速电极 偏转系统 荧光屏
CRT显像管图像显示原理 Principle of image display scheme for CRT
电子束electron beam
electron gun 电子枪 Pixel 像素
1TV-field 1场信号 scan line 扫描线
灰度: 控制每个像素的电子束强度 ☞ 1 场信号: 扫描过程中每个图像的扫描周期
CRT荧光粉
CRT荧光粉一般具有高的发光效率和各种各样的发射光
谱。制备CRT发光材料的原材料要求具有较高的纯度。例如，
Fe、Co、Ni、Mn质量分数不超过1×10-7，Cu的质量分数不 超过5×10-8。 荧光粉由基质、激活剂和助熔剂组成。 荧光粉基质可分为：
为降低基质结晶温度， 促进晶体形成和长大， 并使激活剂易于进入晶 格中而加入的物质。往 往不含在最终产品中。
氧化物：ZnO：Zn 硫化物：ZnS：Cu，Al；CdS 硅酸盐：Zn2SiO4：Mn2+ 钨酸盐：CaWO4 稀土化合物：Y2O3；YGdO2S：Tb
冷阴极
300～8000V 矩阵式逐行扫描
寻址时间
ns量级
几十μs
2018/8/10
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2.3 真空荧光显示器（VFD）
VFD(vacuum fluorescence display)是1967年由伊势电
子工业公司开发的光电显示器件，它利用电子撞击荧 光粉，使荧光粉发光，是一种自身发光显示器件。 用途：它可以做多色彩显示，亮度高，又可以用低电
满足FED使用条件的荧光粉：ZnO:Zn、ZnCa2O4
（蓝光）、ZnCa2O4:Mn（绿粉）、Gd2O2S:Tb（绿 粉）、Y2O2S:Eu（红粉）。 缺点：亮度偏低，开发新型FED发光粉成为当务之急。
2018/8/10
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CRT与FED
项目 CRT FED
阴极类型
加速电压 扫描方式
热阴极
15～30kV 逐点扫描
253.7nm紫外光
中性
选粉
去离子水洗
2018/8/10
11
荧光粉的发光特性表征
CRT典型发光粉特性
阴极射线管显示器的优缺点
优点：
视角度大、无坏点、色彩还原度高、 色度均匀、可调节的多分辨率模式、 响应时间极短 缺点： 体积大，重量大，耗电量大，辐射较 强，容易磁化等 阴极射线管显示器
2.2 FED(Field Emission Display)发光材料
2018/8/10
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源自文库
杂质类型
激活剂：对某种特定的化合物起激活作用，使原来不发光或发
光很微弱的材料发光，如ZnS: Ag
共激活剂：与激活剂协同激活基质的杂质，掺入后有利于发光
中心的形成，称为共激活剂，如ZnS：Cu，Al
敏化剂：能够将所吸收的能量传给发光中心，有助于激活剂引
起的发光，使发光亮度增加，称为敏化剂，如YF3：Yb，Er Ni等
阴极射线管显示器（Cathode Ray Tube，CRT） 等离子体显示器（Plasma Display Panel，PDP）
电致发光显示器（Electroluminescent Display, ELD） 真空荧光显示器（Vacuum Fluorescent Display， VFD） 发光二极管显示器（Light Emitting Diode Display， LED Display） 有机发光二极管显示器（Organic Light Emitting Diode Display，OLED Display） 场致发射显示器（Field Emission Display，FED） 液晶显示器（Liquid Crystal Display，LCD） 电致变色显示器（Electrochromism Display， ECD）
发光机理： 属于电子射线激发发光（阴极发光）。将强电场
集中在阴极上面的圆锥形发射极上，通过电场使电子
发射到真空中（冷阴极）。
特点：
图像质量好，耗能低，体积薄，亮度高。
2018/8/10
14
FED基本结构
FED发光材料
FED采用矩阵式逐行扫描方式，寻址时间较长（几十
微秒），使发光粉库仑负载较大，容易发光饱和并老
压来驱动，易与集成电路配套，用于家电产品、AV
产品、车载设备和测试设备等方面。
2018/8/10
18
结构：玻璃面板 阴极 栅极 阳极（涂荧光物质） 玻璃衬底
基本原理：当对涂有氧化材 料的阴极加热时，它在近 650度时发射热电子。热电 子被金属网栅加速后，再轰 击阳极的荧光物质发光。
Liquid Crystal on Silicon 硅基液晶
2.1 CRT(Cathode Ray Tube)显示的特点
组成： 电子枪(Electron Gun)，偏转线圈(Deflection coils)，荫罩
(Shadow mask)，荧光粉层(Phosphor)及玻璃外壳
工作原理：在电子枪中，阴极
电子显 示器件
本身不发光， 而是利用信息 调制外光源而 使其达到显示 的目的
非主动发光型 （受光型）
图像直接显示 在显示器件的 屏幕上
按观看位置分类
把显示器件生成的较 小图像源，通过透镜 等光学系统放大投影 于屏幕上
直观式
Digital Light Processor 数字光处 理器
投影式
背投式
正投式
1.显示技术发展史
黑白显示
激光显示 OLED 3D显示 电子纸技术
彩色显示
FED
数字显示
显示器的時代变迁
OLED 2005~??
LCD 1980~2050~??
CRT 1940~2025
1940
2000
2025
2050
2.发光显示材料
按发光类型分类
利用信息来调制个像素 的发光亮度和颜色，进 行直接显示 主动发光型 （发光型）
猝灭剂：损害发光性能，使发光强度降低的杂质。如Fe、Co、
惰性杂质：对发光性能影响较小，对发光亮度和颜色不起直接
作用的杂质，如碱金属、碱土金属等。
荧光粉的制备
配料(Y2O3:Eu) （Y0.96Eu0.04）2O3
助熔剂（NH4Cl，Li2SiO3）
球磨
石英坩埚 氧化铝坩埚
烧结
1340℃下灼烧 1~2h
被灯丝间接加热至约2000 ℃时， 阴极发射大量的电子，经加速、 聚焦、偏转后轰击荧光屏上的 荧光粉，发出可见光。 电子枪 聚焦系统 加速电极 偏转系统 荧光屏
CRT显像管图像显示原理 Principle of image display scheme for CRT
电子束electron beam
electron gun 电子枪 Pixel 像素
1TV-field 1场信号 scan line 扫描线
灰度: 控制每个像素的电子束强度 ☞ 1 场信号: 扫描过程中每个图像的扫描周期
CRT荧光粉
CRT荧光粉一般具有高的发光效率和各种各样的发射光
谱。制备CRT发光材料的原材料要求具有较高的纯度。例如，
Fe、Co、Ni、Mn质量分数不超过1×10-7，Cu的质量分数不 超过5×10-8。 荧光粉由基质、激活剂和助熔剂组成。 荧光粉基质可分为：
为降低基质结晶温度， 促进晶体形成和长大， 并使激活剂易于进入晶 格中而加入的物质。往 往不含在最终产品中。
氧化物：ZnO：Zn 硫化物：ZnS：Cu，Al；CdS 硅酸盐：Zn2SiO4：Mn2+ 钨酸盐：CaWO4 稀土化合物：Y2O3；YGdO2S：Tb
冷阴极
300～8000V 矩阵式逐行扫描
寻址时间
ns量级
几十μs
2018/8/10
17
2.3 真空荧光显示器（VFD）
VFD(vacuum fluorescence display)是1967年由伊势电
子工业公司开发的光电显示器件，它利用电子撞击荧 光粉，使荧光粉发光，是一种自身发光显示器件。 用途：它可以做多色彩显示，亮度高，又可以用低电