第7章-电光转换现象与发光及图像显示器件

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1、第7章 电光转换现象与发光及图像显示器件光电子技术基础厚德博学 求实创新l目前主要的平板显示器包括目前主要的平板显示器包括: 阴极射线管阴极射线管CRT (Cathode ray tube) 等离子体显示板等离子体显示板PDP (Plasma display panel) 液晶显示器液晶显示器LCD (Liquid crystal displays)属于被动显示也属于被动显示也就是非辐射显示就是非辐射显示 场发射显示器场发射显示器FED (Field emission displays) 有有机电致发光显示器机电致发光显示器OLED (Organic light-emitting diode

2、displays ) 平板显示器的种类平板显示器的种类7.1 发光二极管发光二极管7.1.1 发光二极管的工作原理及结构发光二极管的工作原理及结构 lLED的全称Light Emitting Diode,即发光二极管，是一种半导体固体发光器件，它是利用固体半导体芯片作为发光材料，当两端加上正向电压，半导体中的载流子发生复合引起光子发射而产生光。LED可以直接发出红、黄、蓝、绿、青、橙、紫、白色的光。LED工作原理工作原理内容 LED（Light Emitting Diode）就是发光二极管，属于一种固态的半导体器件。它由两个半导体（P型和N型半导体）和中间一个有源层组成。当它两端加上正负电压时

3、，电子开始移动并和空穴（带正电的离子）结合产生辐射光，即直接把电转化为光。LED器件结构器件结构优点优点高光效高节能光源快速响应光源方向性好光色多，运行成本低寿命长，灯具结构合理安全性高环保7.1.2 发光二极管的特性及技术发光二极管的特性及技术LED驱动电源技术驱动电源技术l1. 低电压驱动l2. 过度电压驱动l3. 高电压驱动l4. 市电驱动 无论是哪一种驱动，LE照明主要是有恒压和恒流的区别，目前恒压设计会危害LED的未来发展，恒压方式也是暂时的过渡，很快会被恒流技术取代。LED的配光技术的配光技术lLED的配光技术主要是指LED的光学设计，包括LED的初次光学设计和二次光学设计。l二次

4、光学设计涉及的配光器件分为聚光和反射两类。聚光器件包括：聚光透镜和聚光杯。反射镜继续沿用传统光源灯具的设计。l散热技术一直是LED的主要关注问题之一，光源的工作温度与其工作寿命密切相关。l大功率LED散热封装技术分为：高散热封装结构和覆晶式封装结构。 LED厂商在散热封装上的具体做法包括降低封装的热阻抗、改善晶片外形、采用小型晶粒、改用矽质封装材料与陶瓷材料、改善LED的封装方法等。LED的散热技术的散热技术7.1.3 LED的应用领域的应用领域LED的应用领域的应用领域7.2 液晶显示器（液晶显示器（LCD）什么是液晶？ 液晶态物质既具有液体的流动性和连续性，又保留了晶体的有序排列性， 物理

5、上呈现各向异性。液晶显示器（液晶显示器（LCD）液晶的发展历史液晶的发展历史1850年年 普鲁士医生鲁道夫菲尔绍（Rudolf Virchow）等人就发现神经纤维的萃取物中含有一种不寻常的物质。 1877年年 德国物理学家奥拓雷曼（Otto Lehmann）运用偏光显微镜首次观察到了液晶化的现象。 1883年年3月月14日日 植物生理学家斐德烈莱尼泽（Friedrich Reinitzer）观察到胆固醇苯甲酸酯在热熔时有两个熔点。 1888年年 莱尼泽反复确定他的发现后，向德国物理学家雷曼请教。当时雷曼建造了一座具有加热功能的显微镜去探讨液晶降温结晶之过程，而从那时开始，雷曼的精力完全集中在该

6、物类物质。 1888年年 出版分子物理学，特别值得一提的是，在书中首次提出了显微镜学研究方法，通过对晶体显微镜和用它所作的观察。 20世纪世纪 化学家伏兰德（D. Vorlander）的努力由聚集经验使他能预测哪一类的化合物最可能呈现液晶特性，然后合成取得该等化合物质，于是雷曼关于液晶的理论被证明。 1922年年 法国人弗里德（G. Friedel）仔细分析当时已知的液晶，把他们分为三类：向列型（nematic）、层列型（smectic）、胆固醇（cholesteric）。 1930-1960年年 在弗里德之后，液晶研究暂时进入低谷。主要是由于当时没有发现液晶的实际应用。但是，在此期间，半导体

7、电子工业却获得了长足的发展。为使液晶能在显示器中的应用，透明电极的图形化以及液晶与半导体电路一体化的微细加工技术必不可缺。随着半导体工业的进步，这些技术已趋向成熟。 液晶的发展历史液晶的发展历史20世纪60年代，随着半导体集成电路（integrated circuit）技术的发展，电子设备实现了进一步的小型化。上述技术的进步，对于在液晶显示装置（display）中的应用是必不可少的，随着材料科学和材料加工技术的进一步发展，以及新型显示模式和驱动技术的开发，液晶显示技术获得了快速发展。 液晶的发展历史液晶的发展历史20世纪世纪60年代年代 随着半导体集成电路（integrated circuit

8、）技术的发展，电子设备实现了进一步的小型化。 1968年年任职美国RCA公司的G.H.Heilmeier发表采用DS（dynamic scattering，动态散射）模式的液晶显示装置。在此之后，美国企业最早开始了数字式液晶手表实用化的尝试。 1971年年 一家瑞士公司制造出了第一台液晶显示器。液晶的发展历史液晶的发展历史7.2.1 液晶的分类和特性液晶的分类和特性近晶相液晶（近晶相液晶（S型）型）l近晶相液晶由棒状或条状分子组成，分子排列成层状，层近晶相液晶由棒状或条状分子组成，分子排列成层状，层内分子长轴互相平行，其方向垂直于层面，或与层面倾斜内分子长轴互相平行，其方向垂直于层面，或与层面

9、倾斜排列。因分子排列整齐，其规整性接近晶体，具有二维有排列。因分子排列整齐，其规整性接近晶体，具有二维有序，层内分子之间作用力大，层间分子作用力小，每层厚序，层内分子之间作用力大，层间分子作用力小，每层厚度约度约23。近晶液晶粘度大，分子不易转动，即响应速。近晶液晶粘度大，分子不易转动，即响应速度慢，一般不宜作显示器件。度慢，一般不宜作显示器件。向列相液晶（向列相液晶（N型）型）l向列相液晶由长、径比很大的棒状分子组成，分子质向列相液晶由长、径比很大的棒状分子组成，分子质心没有长程有序性，具有类似于普通液体的流动性，心没有长程有序性，具有类似于普通液体的流动性，分子不能排列成层，能上下、左右、

10、前后滑动，只在分子不能排列成层，能上下、左右、前后滑动，只在分子长轴方向上保持相互平行或近似平行。分子长轴方向上保持相互平行或近似平行。胆甾相液晶（胆甾相液晶（CH）l这是一种分子成扁平层状排列的液晶材料，层内分子互相这是一种分子成扁平层状排列的液晶材料，层内分子互相平行，分子长轴平行于层平面，不同层的分子长轴方向稍平行，分子长轴平行于层平面，不同层的分子长轴方向稍有变化，沿层的法线方向排列成螺旋状结构。有变化，沿层的法线方向排列成螺旋状结构。l向列相液晶与胆甾相液晶可以互相转换，在向列相液晶中向列相液晶与胆甾相液晶可以互相转换，在向列相液晶中加入旋光材料，会形成胆甾相，在胆甾相液晶中加入消旋

11、加入旋光材料，会形成胆甾相，在胆甾相液晶中加入消旋光向列相材料，能将胆甾相转变成向列相。光向列相材料，能将胆甾相转变成向列相。l胆甾相液晶在显示技术中很有用，胆甾相液晶在显示技术中很有用，TNTN、STNSTN、相变、相变(Pc)(Pc)显显示都是在向列相液晶中加入不同比例的胆甾相液晶而获得示都是在向列相液晶中加入不同比例的胆甾相液晶而获得的。的。胆甾相液晶（胆甾相液晶（CH）扭曲向列型液晶显示器扭曲向列型液晶显示器(TN-LCD)l液晶分子沿面排列，分子长轴在上下基板之间连续扭曲液晶分子沿面排列，分子长轴在上下基板之间连续扭曲90，夹入两电极基板之间，制成液晶盒，自然光经起偏，夹入两电极基板