无机电致发光器件

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i:绝缘层;p:发光层;d :厚度; :介电常数;C:电容; V:电压;Vth:阈值;S:显示区域面积。 平行板电容值C = 0rS/d。 在求发光层阈值电压Vth时,通过器件的电流小,忽略发光层的 电阻,并假设上、下绝缘层材料和厚度相同,由此可等效为三 个平行板电容串联。求Vp(Vth)与各上述各参数的关系。
ACTFELD发光亮度与掺杂浓度的关系
➢ 在较低的掺杂浓度范围内,发光亮度随着浓度 的增加而增加,并达到一个极大值,随着浓度 的增加,发光亮度反而下降,即出现深度猝灭 现象。
➢ ZnS:TbF3,ZnS: ErF3,ZnS:HoF3 ACTFELD 的亮度极大值分别为2300cd/m2,1100cd/m2 和600cd/m2,分别对应最佳掺杂浓度为 1.4102mol,7.0103mol和 3.0103mol 。
9) ACTFELD的驱动电压极性与光输出波形
驱动电压极性与光输出波形
➢ 当施加不同极性的脉冲电压时发光强度高。 ➢ 当施加相同极性的脉冲电压时发光强度就下降。 ➢ 继续施加相同极性的脉冲电压甚至不能发光。 ➢ 原因:由于发光层中产生内建电场和电子被驱赶到处于
暂态阳极对应的发光层和绝缘层界面处所致。造成发光 层有效电压降低,碰撞离化几率减少,发光降低,甚至 不能发光。
ACTFELD发光亮度与掺杂浓度的关系
➢ 三种稀土离子Tb,Er Ho掺杂 的ZnS ACTFELD。
➢ 以ZnZSn:HS:oTFb3F为3,例Z,nS三: 者Er均F3,为绿光, 主要发射谱线的峰值波长分别 为542,552和550nm。
➢ 增加发光中心的数目,有利于 提高发光亮度,但是随着掺杂 浓度的增加,减少了发光中心 之间的距离,发光中心之间的 相互作用将导致能量传递和浓 度猝灭。
5.在此强电场作用下,会使电子注入到ZnS层中, 经电场加速,成为过热电子。
6.过热电子直接碰撞Mn2+会引起其激发,引发EL 发光。
3) 分散型直流ELD亮度-电压特性及发光效率-电压特性
➢ L-V特性和-V同分散型交流 ELD。
➢ 直流驱动: V=100V, L=500cd/m2。
➢ 占空比1%的脉冲波形电压驱 动:亮度等同直流驱动。
2. 发光效率随电压的增加,先 是增加而后减小。发光 效率的最大值一般可从 亮度出现饱和趋势的电 压区域得到。
3.2.2.分散型直流ELD
1) 分散型直流ELD基本结构: ① ITO玻璃基板。 ② 包铜处理:将ZnS荧光体
浸在Cu2SO4溶液中进行 热处理,使其表面产生具 有电导性的CuxS层。 ③ 将ZnS:Cu, Mn荧光体粉末 与少量粘结剂的混合物在 其上均匀涂布,厚度为 30-50µm。 ④ 背面电极:Al。
5
4
8
6~8
4~6
23
1.5
3
150
0.5
7
22
3.5
7
140
1.5~2
19~35
击穿模式 自熄 自熄
自熄 传播 传播 自熄 传播
复合绝缘层:利用绝缘各种特性互补,提高绝缘层综合特性。 Si3N4+SiO2 :Si3N4的EB比较高,性能稳定,自熄击穿,是一种质量优良的绝缘介 质。但它于玻璃粘附性不好,因此使用SiO2做为和玻璃的过渡层。SiO2性能稳定, 与玻璃粘附性好,但小,用它做为过渡层时,一般厚度很小即可。 Ta2O5+SiO2:克服Ta2O5传播性击穿。
2) 绝缘层作用-保护发光层,使器件稳定
➢ ACTFELD中电场高达106V/cm,应选用针孔少,致密,
介质损耗因子tan小,高击穿场强(Ebd)的绝缘层。
➢ 具有高的介电常数,减少绝缘层上的电压,以保证发
光层上有足够电压。
➢ 绝缘层应具有高的品质因素:Q= ·EBd= 0·r·EBd。其中,
为介电常数, r为相对介电常数。
ACTFELD发光亮度与掺杂浓度的关系
➢ Z(4422FFHnH979S///1222:1/E2+44r4IIF4I11S13555薄3///22/22相发发)膜对射射,4I增强强1掺5/大 度2度杂相, 减增浓对同 小加度减时 而。增少,4G加而41F1,红/52/2绿色4色发I41I51发光/52/和2光和 ➢ 交4杂发F74浓射叉/G2度。驰121H/2增但豫或9/2加是:和4F时这从74/F2, 一能5/2可 过级2H4G能 程图9/21发 发,的1/2的生 生2交H能在2叉1H1/级2两驰11/4差2个豫F9非被/,24能F常激不9级/2接发利➟差近离于4与F。子绿5/当2之光掺
2) 分散型交流ELD发光机制:
Fischer模型:
➢ZnS荧光体粉末的粒径:5-30µm。通 常在一个ZnS颗粒中会存在点缺陷及 线缺陷。电场在ZnS颗粒内会呈非均 匀分布,造成的发光状态也不会相同。
➢当观察一个ZnS颗粒时,发光先从若 干孤立的点开始,随着电场增加,两 点的发光逐渐延伸,相互靠近,汇合 成彗星状的发光。
2) 分散型直流ELD发光机制
1. ITO:正极。AL:负极。 2. 在定形化处理过程中Cu2+离子会从透明电极附近的
荧光体粒子向AL电极一侧迁移。
3.结果在透明电极一侧会出现没有CuxS包覆的电 阻率高的ZnS 层(脱铜层)。
4.外加电压的大部分会作用在脱铜层上,在该层 中形成106V/cm的强电场。
➢ 当发光中心为Mn时,如上所述发生的电子与这些发光中心碰撞 使其激发.引起EL发光。
3) 分散型交流ELD的亮度-电压特性及发光效率-电压特性
1. 亮度L与电压间的关系为 1 L L0 exp[(V0 /V )2 ] L0与V0分别为常数,其 数值的大小与荧光体的 粒径,活化剂及共活化 剂的浓度,发光层的厚 度,有机粘结剂的介电 常数等相关。
➢ 器件的发光机制:碰撞激发型 ➢ 由于没有绝缘膜保护,很难保证不发生绝缘破坏,
因此难以稳定地维持强电场,从来自百度文库需要导入限制 电流层。
3.4 陶瓷厚膜为绝缘介质的电致发光器件 –加拿大ifire公司 ceramic thick-film dielectric electroluminescent devices (TDELDs)
➢ =0.5-1lm/W。
3.3 薄膜型ELD的制备和原理
3.3.1薄膜型交流ELD(ACTFELD)
1) 薄膜型交流ELD基本结构: 在玻璃基板上依次积层透明电极(ITO),第一绝缘层, 发光层,第二绝缘层,背光电极(Al)等。发光层厚0.51µm,绝缘层厚0.3-0.5µm,全膜厚只有2µm左右。
间,几率较小,因此,Er3在ZnS具有中等的最 佳掺杂浓度(7.0103mol)和亮度极大值 (1100cd/m2)。
11) flat panel ACTFEL displays (from Planar Systems Inc.)
3.3.2.薄膜型直流电致发光(DC-TFELD)
➢ 器件结构:在薄膜发光层的两侧直接形成电极。 1-Al电极;2-发光层;3-透明电极;4-玻璃基板。
4) 绝缘层薄膜的品质因素
品质因素:Q=ε·EBd=ε0·εr·EBd作为选择绝缘层 薄膜的重要指标。
5) ACTFELD对透明电极的要求
ITO:低电阻率,大尺寸,均匀性、透光性好、耐久 性、耐腐蚀性,表面平整等良好性能。
为减小ELD显示屏的功耗,应增加透明导电膜的厚度, 减少阻抗。由此会在导电膜的端边位置上使发光照、 绝缘膜的厚度变薄,容易引起局部击穿。
无机类EL材料和显示器分类
3.1 ELD概述
➢ 3.1.1 电致发光(EL) :指半导体,主要是荧光体在 外加电场作用下的自发光现象。
➢ 3.1.2 ELD的历史: 1936年—法国的Destriau 就发现EL现象。 1950年— Sylvania公司开发成功分散型EL元件。 1983年—日本开始薄膜ELD的批量生产。
➢ 在ZnS颗粒内沿线缺陷会有Cu析出,形成电导率较大的CuxS(P 型或金属电导状态), CuxS与ZnS形成异质结。
➢ 当施加电压时.CuxS/ZnS界面上会产生高于平均场强的电场强 度(105-106v/cm)。使位于界面能级的电子通过隧道效应向ZnS内 注入,与发光中心捕获的空穴发生复合,产生发光。
➢ 高电场区和初始电子的 存在是碰撞离化过程的 必要条件。
7) ACTFELD亮度-电压特性及发光效率-电压特性
➢ 亮度在Vth处急剧上升, 此后出现饱和倾向。
➢ 发光效率在亮度急剧上 升的电压范围内达最大 值。
➢ 上升沿:数微秒, 下降沿:数毫秒, 亮度:与电压频率(数千 赫兹)呈正比增加。
8) ACTFELD等效电路
➢ 脉冲极性反向时,外加电场与内建电场叠加,发光层上 的有效电压增加,电子从另一界面隧穿进入发光层,对 发光离子的碰撞离化几率增加,发光增强。
10) ACTFELD发光材料特性
RGB三基色中,红光由ZnS:Mn的橙黄光通过滤光片得到, 效率1lm/W;绿光ZnS:Tb,效率1lm/W;蓝光SrS:Ce的 CIE色坐标为:x=0.19,y=0.38的蓝绿光,效率大于 1lm/W 。SrS:Ce成为白光的最佳选择材料。
① 视角大,无闪烁。 ② 图像显示质量高。 ③ 工作温度范围宽;受温度变化的影响小。 ④ 是全固体显示元件。 ⑤ 有小功耗、薄型、质轻等特征。
3.2分散型ELD的结构和原理
3.2.1.分散型交流ELD
1) 分散型交流ELD基本结构: ① 基板为ITO(In2O3:SnO2~10%重量
比,导电:几十,透光率: 85%)玻璃板或柔性塑料板。 ② 发光层由荧光体粉末分散在有机 粘结剂中做成。 ③ 荧光体粉末:ZnS:Cu,Cl, 或Mn 原子等,可得到不同的发光色。 ④ 粘结剂中采用介电常数比较高的 有机油如氰乙基纤维素等。 ⑤ 介电质层:防止绝缘层被破坏。 ⑥ 背面电极:Al。
ACTFELD发光亮度与掺杂浓度的关系
ZnS:TbF3,ZnS: ErF3,ZnS:HoF3 ACTFELD发射光谱与浓度关系
ACTFELD发光亮度与掺杂浓度的关系
➢对蓝于光Z5Dn3S:T7bFF6的3 薄跃膜迁,逐随渐着减掺小杂,浓直度到的消增失加。, ➢交能将级能叉上量驰的传豫电递:子给一可 邻个以 近被列 未激辐 被发射 的的跃TTbb迁33离离到子子5D,,4能使处级其于,基5D而3
态➟7(F无6上辐的射电能子量跃传迁递到)7F7F60能7级F0,的即交5叉D3驰豫5D。4 , 这Tb一3离过子程在有Z利nS于薄5D膜4 中有7F很6的高绿的色最发佳光浓,度所以, (1.4102mol),从而有最高的发光亮度的极 大值(2300cd/m2)。
ACTFELD发光亮度与掺杂浓度的关系
应从ELD器件的整体要求兼顾透明导电膜的厚度和电 阻率。
6) ACTFELD发光机制
➢ 当于V隧>穿V效th(1应cd,/m电2)子时从,绝由 缘层与发光层间的界面 能级隧穿进入发光层的 导带,被106V/cm的强电 场加速,使其成为过热 电子,并碰撞激发Mn等 发光中心。被激发的内 壳层电子从激发能级向 原始能级返回时,产生 EL发光。
➢ 击穿时呈自熄性而非传播性。 ➢ 良好的透明性,粘附性,平整性和化学稳定性。 ➢ 制备工艺简单-电子束蒸发,溅射。
材料 Y2O3 Al2O3 Si3N4 Ta2O5 PbTiO3 BaTiO3 SrTiO3
3) 主要绝缘层材料的介电特性
EBd(MV/cm)
EBd (C/cm2)
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3~5
3~5
8
3.1.3 ELD分类: ➢ 按结构:分散型EL和薄膜型EL。前者的发光
层以粉末荧光体的形式构成。后者的发光层以 致密的荧光体薄膜构成。 ➢ 按驱动方式:交流驱动型EL和直流驱动型EL。
➢ 以上可以排列组合出四种EL元件的类型。
➢ 以上四种EL器件的特征如下图所示。
3.1.4 ELD的特征 :
➢ZnS:HoF3薄膜,掺杂浓度增加,5F55I8(红 光)明显上升,5S25I8(绿光)相对降低。
➢交叉驰豫:从能级图,5S25I4能级差与 5I85I7的能级差非常接近。当掺杂浓度增加 时,发生5S25I4➟5I85I7的交叉驰豫,不 利于绿光发射。交叉驰豫几率很大,正因 如此,Ho3在ZnS具有较低的最佳掺杂浓度 (3.0103mol)和亮度(600cd/m2)。
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