Generated by Foxit PDF Creator Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
光电显示材料(1)Optoelectronic Display Materials
光电技术学院
Generated by Foxit PDF Creator Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
主要内容
1、光电显示的物理基础
2、光电显示材料和器件的基本特性
Generated by Foxit PDF Creator Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
二、显示技术的发展及分类
1、显示技术的发展
年，德国人布劳恩发明了第一只CRT实现了电信号向光输出的转换，成为电子显示技术的起点。
年，英国人约翰·贝尔德根据尼普可夫原理设
计出机械式电视系统。
年，美国无线电公司(RCA)俄裔科学家佐里金
发明的光电摄像管和显像管打开了电视系统由机械进入电子时代的大门，出现了黑白电视。1928年，佐里金又取得了彩色电视系统的发明专利。
年，德国开始了世界上最早的电视广播。
年，RCA公司研制了第一只彩色显像管。
Generated by Foxit PDF Creator Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
现今的显示器发展方向是平板显示器，平板显示器
是60-70年代发展起来的LCD、LED、PDP、ELD等显示器，如今平板显示器所占市场份额已超过CRT。
平板显示有CRT无法超越的优点：分辨率不断提高、显示面积不断扩大、功耗低、体积小，与数字技术很容易融合。
发展方向：高分辨率、大显示容量、平板化和大型化
Generated by Foxit PDF Creator Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
光电显示物理基础
一、光辐射与光
光辐射与半导体的相互作用
（两方面）
光辐射频段：
紫外辐射、可见光和红外辐射
(390~770nm)
光子与其它微观粒子作用规律：
能量和动量守恒
Generated by Foxit PDF Creator Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
参数关系:
λν=c
E=hν=hc
λ
−34h=6.626×10
6J⋅s101m=10µm=10nm=10Å
1eV=1.602×10
8−199Jc=3×10m/s
Generated by Foxit PDF Creator Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
二、半导体的辐射跃迁
辐射跃迁: 伴随有发射光子的电子跃迁.
1.本征辐射跃迁：电子从导带跃迁至价带
直接跃迁和间接跃迁: 直接跃迁几率比间接跃迁几率大得多. 发
光器件多采用直接跃迁半导体.
Generated by Foxit PDF Creator Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
2. 激子辐射复合
（1
）自由激子直接带隙半导体间接带隙半导体hν=Eg−Exhν=Eg−Ex−Ep
（2）束缚激子hν=Eg−Ex−Eb
Generated by Foxit PDF Creator Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
3. 能带与杂质能级之间的辐射跃迁
（1）浅跃迁（2
）深跃迁
4. 施主与受主间的辐射跃迁：被施主束缚的电子和被受主束缚的空穴相复合。
Generated by Foxit PDF Creator Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
三、半导体的无辐射复合
1. 俄歇复合：由三个载流子（如两个电子和一个空穴或两个
空穴和一个电子）的相互作用，即发生碰撞所引起。
Generated by Foxit PDF Creator Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
判断在半导体中是否发生俄歇复合过程的原则：
1、少数载流子寿命随多数载流子浓度的增加而缩短2、非平衡少数载流子寿命谁少数载流子浓度的增加而降低3、载流子的寿命随温度升高而降低4、发光的浓度淬灭5、发光的温度淬灭6、热发光7、发射俄歇电子。
Generated by Foxit PDF Creator Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
2. 表面复合
两种表面态：理想表面引起的，近表面层的能带结构与体内不同；实际表面的缺陷、杂质，表面能级位于禁带之中
3. 通过缺陷或掺杂物的复合
4. 多声子复合
受激电子的能量转变为晶格振动的能量，需要以较高的几率发射出一定数目的声子。
Generated by Foxit PDF Creator Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
四、电致发光
魏德曼-瓦维洛夫发光定义：
超过发光体所处温度下热辐射的辐射，并且这种辐射具有超过光振动周期的持续时间1.发光的分类：
按激发停止后余辉的长短:
-8(1)荧光: 余辉时间10s
Generated by Foxit PDF Creator Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
按激发方式:
（1）光致发光：受入射光的激发而产生
（2）化学发光：某些化学反应中释放的能量可以转变为光能。
（3）摩擦发光：机械作用所引起的发光。机械压力作用下由于压电效应可以形成局部电场,在局部电场作用下可以发生齐纳击穿,从而产生电子-空穴对, 然后它们复合时可以发射出光子.
（4）阴极射线发光：在高能电子束（阴极射线作用之下固体的发光。
（5）电致发光：在直流或交流电场直接作用下引起的发光。
Generated by Foxit PDF Creator Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
2. 电致发光的两种形式:
①由于载流子注入晶体中及随后的复合所引起的(直流低电压). 如p-n结.②由于粉末材料在强电场(通常是交流电场)作用下通过碰撞电离激发而产生的.
电致发光的特点：
1、直接将电能转化为光能，是最直接的光激发方法；2、发光体属于整个电路的一部分（影响发光效率）；3、样品本身以及样品上电致发光的不均匀性；4、非平衡载流子的复合过程受到电场的控制。
Generated by Foxit PDF Creator Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
一、PN结的形成
在一块
N型半导体（or P type），用杂质补偿的方法掺
入一定数量的3 价元素（or 5价元素）将这一部分区域转换成P型（或N型），则在它们的界面处便生成PN结。PN结是晶体二极管及其它半导体的基本结构，在集成电路中极其重要。
PE
N
Generated by Foxit PDF Creator Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
N区留下正离子→P区生成负离子。
伴随着扩散和复合运动在PN结界面附近形成一个空间电荷区：
N
区――则为正
内建电场E
P区――则为负
内建电场 →形成少子的漂移运动区中空穴→P区
消弱内建电场E
区中电子→N区
Generated by Foxit PDF Creator Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
对于P型半导体和N型半导体结合面，离在一块本征半导体在两侧通过扩散不同的杂子薄层形成的空间电荷区称为PN结。质,分别形成N型半导体和P型半导体。此时将在
在空间电荷区，由于缺少多子，所以也N型半导体和P型半导体的结合面上形成如下物称耗尽层。理过程:因浓度差
多子的扩散运动→由杂质离子形成空间电荷区
↓
空间电荷区形成内电场↓↓
内电场促使少子漂移内电场阻止多子扩散最后,多子的扩散和少子的漂移达到动态平衡。
Generated by Foxit PDF Creator Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
二、PN结的单向导电性
当外加电压使PN结中P区的电位高于N区的电位，称为加正向电压，简称
正偏；反之称为加反向电压，简称反偏。(1) PN结加正向电压时
•低电阻
•大的正向扩散电流
––υDPN
结加正向电压时的导电情况
PN结的伏安特性
Generated by Foxit PDF Creator Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
二、PN结的单向导电性在一定的温度条件下，由本征激发决定的少子浓度是一定
的，故少子形成的漂移电流是恒定的，基本上与所加反向电压当外加电压使PN结中P区的电位高于N区的电位，称为加正向电压，简称的大小无关，这个电流也称为。正偏；反之称为加反向电压，简称反偏反向饱和电流。(2) PN结加反向电压时
•高电阻
•很小的反向漂移电流
PN结的伏安特性
PN结加反向电压时的导电情况
Generated by Foxit PDF Creator Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
二、PN结的单向导电性
PN结加正向电压时，呈现低电阻，具有较大的正向扩散电流；
PN结加反向电压时，呈现高电阻，具有很小的反向漂移电流。
由此可以得出结论：PN结具有单向导电性。
Generated by Foxit PDF Creator Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
二、PN结的单向导电性
(3) PN结V-I 特性表达式
iD=IS(e
其中
vD/VT
−1)
IS ——反向饱和电流VT ——温度的电压当量且在常温下（T=300K）
kTVT==0.026V=26 mV
q
PN结的伏安特性
Generated by Foxit PDF Creator Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
三、PN结的反向击穿
当PN结的反向电压增加到一定数值时，反向电流突然快速增加，此现象称为PN结的反
向击穿。
热击穿——不可逆雪崩击穿齐纳击穿
电击穿——可逆
Generated by Foxit PDF Creator Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
3. 电致发光的机理
（1）注入式发光
①正向偏置的p-n
结
加上正向电压, 使得势
垒高度降低而载流子的势能提高,于是可以继续发生载流子的扩散: 空穴从p区注入n 区, 电子从n区注入p区, 即有正向电流通过. 与此同时,在结附近扩散长度范围内, 注入的空穴与n区电子复合而发光. 同样地, 注入电子与p区空穴复合而发光.
Generated by Foxit PDF Creator Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
②异质结
Φb>Φb, 加上正向电压V后p区的空穴较易注入n 区, eh并与n区电子相复合而发光, 即n区为发光区.
Generated by Foxit PDF Creator Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
③肖特基势垒
加上正电压时势垒降低, 有少数载流子从表面反型层流入体积中, 与半导体的多数载流子相复合而发光.
Generated by Foxit PDF Creator Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
（2）碰撞的电离激发
在强电场作用下半导体中电子被加速，与晶格原子或发光中心发生非弹性碰撞作用，同时失去从电场得到的一部分能量。如果每次碰撞损失的能量小于两次碰撞之间由电场所获得的能量，则电子的动能可以逐渐增加直至大于E，在这g种能量值下出现把能量转交给价带电子或发光中心并产生新载流子的可能性。新载流子与原来电子一样可以被电场加速。在足够强的电场下这些过程的结果可以使载流子数目雪崩般倍增。这时可能会有一部分电子-空穴对复合，并发射出光子。
Generated by Foxit PDF Creator Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
光电显示材料和器件的基本特性
一、显示材料特性
材料：利用光发射直接进行显示。激励方式主要有电子束激发、光激发和电场激发等
材料：利用电场作用下材料光学性能的变化实现显示，通过反射、散射、干涉等现象，对其它光源所发出的入射光进行控制，即通过光交换进行显示。
Generated by Foxit PDF Creator Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
按显示原理分：
CRTCathode Ray Tube，阴极射线管LCDliquid crystal display，液晶显示
PDPplasma display panel，等离子体显示
ELDelectro luminescence display，电致发光显示LEDlight emitting diode，发光二极管
OLEDorganic light emitting diode，有机发光显示VFDvacuum fluorescence display，真空荧光显示FEDfield emission display，场发射显示
Generated by Foxit PDF Creator Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
二、光电显示的分类
二、光电显示的分类
Generated by Foxit PDF Creator Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
三、显示器的主要参量
显示器的参量实际指与显示图像的质量有关的参量。
1、亮度
2显示器所显示画面的亮度，单位cd/m，不同的场
合对亮度的要求不同。
1 暗室中亮度在30～45 cd/m2，我们感觉足够亮。
2 白天室内使用的显示器画面亮度应在70 cd/m2以上。3 室外使用的平板显示器画面亮度要达到300cd/m2。4 明亮的阳光直射雪地亮度可达50000 cd/m2，是人眼忍受的极限。人眼所能感觉的最低亮度为0.03cd/m2。
Generated by Foxit PDF Creator Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
2、对比度和灰度
a 对比度：指画面上最大亮度与最小亮度的比
LL+LLb为环境光照到显C=→C=LminLmin+Lb示屏上产生的亮度
好的图像显示应达到30的对比度。
b 灰度：指图像的黑白亮度层次，亮暗之间的过渡统称为灰色。显示灰度级数越多，图像层次越分明，图像也越柔和。
人眼在明亮的白天观看图片时可分辨的最大灰度级
为100级。显示器重现原图像时灰度达到8级，人眼就可获得较佳的图像。
Generated by Foxit PDF Creator Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
3、分辨率
能够分辨出图像最小细节的能力，是人眼观察图像清晰程度的标志，用能够从屏幕上分辨出黑白交替直线条的总数来表示。
CRT显示器用每帧画面的扫描行数或扫描线数来表示，如525，625，1024等。
平板显示则直接用电极线数来表示，例如1024×768，指水平分辨力1024线，垂直分辨力768线，它所显示的画面由1024×768个像素构成。
显然，分辨力越高，则每帧画面的像素就越多，包
含的细节越多，信息量就越大，图像越清晰。
高清电视(HDTV)扫描行数或电极线数要大于1000。
Generated by Foxit PDF Creator Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
4、响应时间和余辉时间
响应时间：从打开电源(施加电压)到图像显示所用
的时间
余辉时间：从关掉电源(撤掉电压)到图像完全消失
所用的时间
响应和余辉时间短，有利于画面的快速切换，在显
示快速运动图像时，不会出现拖尾或余像。
Generated by Foxit PDF Creator Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
电视图像显示要求响应时间小于1/30(s)，作为计算
机的监视器则要求低，10ms或100ms都可以。
主动发光型显示器很容易达到1/10000(s)，而非主
动发光型显示器(LCD)，一般超过10ms，目前最高水平4ms，这与液晶本身的特性有关。
5、显示色
指主动发光型显示器所发出的光的颜色或非主动发
光型显示器所透射或反射的光的颜色
图像显示一般用黑白和全彩色，不用单色和多色。
CRT已经能够显示色彩十分逼真的全彩色电视图像，
LCD也不存在困难，而对于主动发光型的LED、ELD等则是最近才解决全彩色显示问题，主要原因是能够发蓝光而且效率高的LED、ELD不易找到。
Generated by Foxit PDF Creator Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
6、发光效率
发光型显示器件所发出的光通量与器件所消耗功率
之比，单位为lm/w，其中光通量是考虑了人眼的视觉感光特性以后的光辐射功率。
发光效率高的显示器件有：OLED(可达15lm/w)，
VFD(10 lm/w)，PDP(1lm/w)，LCD显示器光源的发光效率占主要地位。
发光效率决定了显示器件工作时的功率消耗。例如
在显示器市场中占主流地位的LCD和PDP，42寸AC-
PDP消耗功率为450W，而LCD的消耗功率不到200W。
Generated by Foxit PDF Creator Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
7、工作电压与消耗电流
驱动显示器工作所施加的电压即为显示器的工作电
压，显示器工作时流过它的电流即为消耗电流，两者之积即为显示器消耗的功率。
外加电压有直流和交流，LCD须交流供电，LED直流供电，PDP两者都可。
LCD、LED、OLED和VFD工作电压较低，可用集成电路驱动，成本低。而PDP工作电压高(可达200V)，难以实现集成电路驱动，驱动电路成本高，约占整机的2/3。
LCD消耗电流最低，在μA/cm2量级。
Generated by Foxit PDF Creator Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
8、存储功能
指撤掉外加电压后仍能保持显示状态的功能。可
降低显示器件的功耗，简化驱动电路。
具有此功能的显示器有ELD、AC-PDP和某些材料
的LCD。
9、寿命
能实现实用化、商品化的显示器，其寿命至少达到3万小时，CRT、LCD、LED和VFD都不成问题，ELD和PDP是最近几年才解决的。
Generated by Foxit PDF Creator Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
10、视角
在受光式被动显示中，观察角度不同，对比度不同。在液晶显示中视角问题特别突出。由于液晶分子具有光学各向异性液晶分子长轴和短轴方向光吸收不同，因而引起对比度不同，但采用多种办法已解决了这个问题。在发光式主动显示中几乎不存在视角问题，因为像元就是光辐射源，光空间分布是均匀的，视角大又均匀。
Generated by Foxit PDF Creator Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
除此之外，还有其他一些参量，如重量、体积、显示面积和性价比等，不同的场合有不同的要求。平板显示器与CRT相比占绝对优势的是扁平度，即对角线尺寸与整机厚度之比，CRT小于1.1，而平板显示器大于4。
技术参数：屏幕尺寸42英寸，
屏幕比例16:9，分辨率
1366×768，响应时间4ms，
屏幕亮度500cd/m2，对比度
1000:1，水平视角176度，垂
直视角176度，显示色彩687
亿色彩数。宽1133×高755 ×
长虹液晶电视LT4219P厚109mm，整机功耗250W，
正常使用约60000
小时左右。
Generated by Foxit PDF Creator Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
表
参数
各种光电显示器件性能
视角
空间
分辨率对比度
功耗大屏幕全色
器件
CRTLCDPDPFEDELDLED
△△◎◎△○◎◎◎◎◎△○◎○◎◎◎◎×◎◎◎◎◎○◎○◎○△○◎○○△△△◎△○△△△◎○○○◎
注：◎------优，○------良，△------差，×------很差:LCD的△◎指LCD直视显示大屏幕难，投影显示大屏幕容易
Generated by Foxit PDF Creator Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
Thanks!
Generated by Foxit PDF Creator Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
光电显示材料(1)Optoelectronic Display Materials
光电技术学院
Generated by Foxit PDF Creator Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
主要内容
1、光电显示的物理基础
2、光电显示材料和器件的基本特性
Generated by Foxit PDF Creator Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
二、显示技术的发展及分类
1、显示技术的发展
年，德国人布劳恩发明了第一只CRT实现了电信号向光输出的转换，成为电子显示技术的起点。
年，英国人约翰·贝尔德根据尼普可夫原理设
计出机械式电视系统。
年，美国无线电公司(RCA)俄裔科学家佐里金
发明的光电摄像管和显像管打开了电视系统由机械进入电子时代的大门，出现了黑白电视。1928年，佐里金又取得了彩色电视系统的发明专利。
年，德国开始了世界上最早的电视广播。
年，RCA公司研制了第一只彩色显像管。
Generated by Foxit PDF Creator Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
现今的显示器发展方向是平板显示器，平板显示器
是60-70年代发展起来的LCD、LED、PDP、ELD等显示器，如今平板显示器所占市场份额已超过CRT。
平板显示有CRT无法超越的优点：分辨率不断提高、显示面积不断扩大、功耗低、体积小，与数字技术很容易融合。
发展方向：高分辨率、大显示容量、平板化和大型化
Generated by Foxit PDF Creator Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
光电显示物理基础
一、光辐射与光
光辐射与半导体的相互作用
（两方面）
光辐射频段：
紫外辐射、可见光和红外辐射
(390~770nm)
光子与其它微观粒子作用规律：
能量和动量守恒
Generated by Foxit PDF Creator Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
参数关系:
λν=c
E=hν=hc
λ
−34h=6.626×10
6J⋅s101m=10µm=10nm=10Å
1eV=1.602×10
8−199Jc=3×10m/s
Generated by Foxit PDF Creator Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
二、半导体的辐射跃迁
辐射跃迁: 伴随有发射光子的电子跃迁.
1.本征辐射跃迁：电子从导带跃迁至价带
直接跃迁和间接跃迁: 直接跃迁几率比间接跃迁几率大得多. 发
光器件多采用直接跃迁半导体.
Generated by Foxit PDF Creator Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
2. 激子辐射复合
（1
）自由激子直接带隙半导体间接带隙半导体hν=Eg−Exhν=Eg−Ex−Ep
（2）束缚激子hν=Eg−Ex−Eb
Generated by Foxit PDF Creator Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
3. 能带与杂质能级之间的辐射跃迁
（1）浅跃迁（2
）深跃迁
4. 施主与受主间的辐射跃迁：被施主束缚的电子和被受主束缚的空穴相复合。
Generated by Foxit PDF Creator Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
三、半导体的无辐射复合
1. 俄歇复合：由三个载流子（如两个电子和一个空穴或两个
空穴和一个电子）的相互作用，即发生碰撞所引起。
Generated by Foxit PDF Creator Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
判断在半导体中是否发生俄歇复合过程的原则：
1、少数载流子寿命随多数载流子浓度的增加而缩短2、非平衡少数载流子寿命谁少数载流子浓度的增加而降低3、载流子的寿命随温度升高而降低4、发光的浓度淬灭5、发光的温度淬灭6、热发光7、发射俄歇电子。
Generated by Foxit PDF Creator Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
2. 表面复合
两种表面态：理想表面引起的，近表面层的能带结构与体内不同；实际表面的缺陷、杂质，表面能级位于禁带之中
3. 通过缺陷或掺杂物的复合
4. 多声子复合
受激电子的能量转变为晶格振动的能量，需要以较高的几率发射出一定数目的声子。
Generated by Foxit PDF Creator Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
四、电致发光
魏德曼-瓦维洛夫发光定义：
超过发光体所处温度下热辐射的辐射，并且这种辐射具有超过光振动周期的持续时间1.发光的分类：
按激发停止后余辉的长短:
-8(1)荧光: 余辉时间10s
Generated by Foxit PDF Creator Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
按激发方式:
（1）光致发光：受入射光的激发而产生
（2）化学发光：某些化学反应中释放的能量可以转变为光能。
（3）摩擦发光：机械作用所引起的发光。机械压力作用下由于压电效应可以形成局部电场,在局部电场作用下可以发生齐纳击穿,从而产生电子-空穴对, 然后它们复合时可以发射出光子.
（4）阴极射线发光：在高能电子束（阴极射线作用之下固体的发光。
（5）电致发光：在直流或交流电场直接作用下引起的发光。
Generated by Foxit PDF Creator Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
2. 电致发光的两种形式:
①由于载流子注入晶体中及随后的复合所引起的(直流低电压). 如p-n结.②由于粉末材料在强电场(通常是交流电场)作用下通过碰撞电离激发而产生的.
电致发光的特点：
1、直接将电能转化为光能，是最直接的光激发方法；2、发光体属于整个电路的一部分（影响发光效率）；3、样品本身以及样品上电致发光的不均匀性；4、非平衡载流子的复合过程受到电场的控制。
Generated by Foxit PDF Creator Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
一、PN结的形成
在一块
N型半导体（or P type），用杂质补偿的方法掺
入一定数量的3 价元素（or 5价元素）将这一部分区域转换成P型（或N型），则在它们的界面处便生成PN结。PN结是晶体二极管及其它半导体的基本结构，在集成电路中极其重要。
PE
N
Generated by Foxit PDF Creator Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
N区留下正离子→P区生成负离子。
伴随着扩散和复合运动在PN结界面附近形成一个空间电荷区：
N
区――则为正
内建电场E
P区――则为负
内建电场 →形成少子的漂移运动区中空穴→P区
消弱内建电场E
区中电子→N区
Generated by Foxit PDF Creator Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
对于P型半导体和N型半导体结合面，离在一块本征半导体在两侧通过扩散不同的杂子薄层形成的空间电荷区称为PN结。质,分别形成N型半导体和P型半导体。此时将在
在空间电荷区，由于缺少多子，所以也N型半导体和P型半导体的结合面上形成如下物称耗尽层。理过程:因浓度差
多子的扩散运动→由杂质离子形成空间电荷区
↓
空间电荷区形成内电场↓↓
内电场促使少子漂移内电场阻止多子扩散最后,多子的扩散和少子的漂移达到动态平衡。
Generated by Foxit PDF Creator Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
二、PN结的单向导电性
当外加电压使PN结中P区的电位高于N区的电位，称为加正向电压，简称
正偏；反之称为加反向电压，简称反偏。(1) PN结加正向电压时
•低电阻
•大的正向扩散电流
––υDPN
结加正向电压时的导电情况
PN结的伏安特性
Generated by Foxit PDF Creator Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
二、PN结的单向导电性在一定的温度条件下，由本征激发决定的少子浓度是一定
的，故少子形成的漂移电流是恒定的，基本上与所加反向电压当外加电压使PN结中P区的电位高于N区的电位，称为加正向电压，简称的大小无关，这个电流也称为。正偏；反之称为加反向电压，简称反偏反向饱和电流。(2) PN结加反向电压时
•高电阻
•很小的反向漂移电流
PN结的伏安特性
PN结加反向电压时的导电情况
Generated by Foxit PDF Creator Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
二、PN结的单向导电性
PN结加正向电压时，呈现低电阻，具有较大的正向扩散电流；
PN结加反向电压时，呈现高电阻，具有很小的反向漂移电流。
由此可以得出结论：PN结具有单向导电性。
Generated by Foxit PDF Creator Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
二、PN结的单向导电性
(3) PN结V-I 特性表达式
iD=IS(e
其中
vD/VT
−1)
IS ——反向饱和电流VT ——温度的电压当量且在常温下（T=300K）
kTVT==0.026V=26 mV
q
PN结的伏安特性
Generated by Foxit PDF Creator Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
三、PN结的反向击穿
当PN结的反向电压增加到一定数值时，反向电流突然快速增加，此现象称为PN结的反
向击穿。
热击穿——不可逆雪崩击穿齐纳击穿
电击穿——可逆
Generated by Foxit PDF Creator Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
3. 电致发光的机理
（1）注入式发光
①正向偏置的p-n
结
加上正向电压, 使得势
垒高度降低而载流子的势能提高,于是可以继续发生载流子的扩散: 空穴从p区注入n 区, 电子从n区注入p区, 即有正向电流通过. 与此同时,在结附近扩散长度范围内, 注入的空穴与n区电子复合而发光. 同样地, 注入电子与p区空穴复合而发光.
Generated by Foxit PDF Creator Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
②异质结
Φb>Φb, 加上正向电压V后p区的空穴较易注入n 区, eh并与n区电子相复合而发光, 即n区为发光区.
Generated by Foxit PDF Creator Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
③肖特基势垒
加上正电压时势垒降低, 有少数载流子从表面反型层流入体积中, 与半导体的多数载流子相复合而发光.
Generated by Foxit PDF Creator Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
（2）碰撞的电离激发
在强电场作用下半导体中电子被加速，与晶格原子或发光中心发生非弹性碰撞作用，同时失去从电场得到的一部分能量。如果每次碰撞损失的能量小于两次碰撞之间由电场所获得的能量，则电子的动能可以逐渐增加直至大于E，在这g种能量值下出现把能量转交给价带电子或发光中心并产生新载流子的可能性。新载流子与原来电子一样可以被电场加速。在足够强的电场下这些过程的结果可以使载流子数目雪崩般倍增。这时可能会有一部分电子-空穴对复合，并发射出光子。
Generated by Foxit PDF Creator Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
光电显示材料和器件的基本特性
一、显示材料特性
材料：利用光发射直接进行显示。激励方式主要有电子束激发、光激发和电场激发等
材料：利用电场作用下材料光学性能的变化实现显示，通过反射、散射、干涉等现象，对其它光源所发出的入射光进行控制，即通过光交换进行显示。
Generated by Foxit PDF Creator Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
按显示原理分：
CRTCathode Ray Tube，阴极射线管LCDliquid crystal display，液晶显示
PDPplasma display panel，等离子体显示
ELDelectro luminescence display，电致发光显示LEDlight emitting diode，发光二极管
OLEDorganic light emitting diode，有机发光显示VFDvacuum fluorescence display，真空荧光显示FEDfield emission display，场发射显示
Generated by Foxit PDF Creator Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
二、光电显示的分类
二、光电显示的分类
Generated by Foxit PDF Creator Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
三、显示器的主要参量
显示器的参量实际指与显示图像的质量有关的参量。
1、亮度
2显示器所显示画面的亮度，单位cd/m，不同的场
合对亮度的要求不同。
1 暗室中亮度在30～45 cd/m2，我们感觉足够亮。
2 白天室内使用的显示器画面亮度应在70 cd/m2以上。3 室外使用的平板显示器画面亮度要达到300cd/m2。4 明亮的阳光直射雪地亮度可达50000 cd/m2，是人眼忍受的极限。人眼所能感觉的最低亮度为0.03cd/m2。
Generated by Foxit PDF Creator Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
2、对比度和灰度
a 对比度：指画面上最大亮度与最小亮度的比
LL+LLb为环境光照到显C=→C=LminLmin+Lb示屏上产生的亮度
好的图像显示应达到30的对比度。
b 灰度：指图像的黑白亮度层次，亮暗之间的过渡统称为灰色。显示灰度级数越多，图像层次越分明，图像也越柔和。
人眼在明亮的白天观看图片时可分辨的最大灰度级
为100级。显示器重现原图像时灰度达到8级，人眼就可获得较佳的图像。
Generated by Foxit PDF Creator Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
3、分辨率
能够分辨出图像最小细节的能力，是人眼观察图像清晰程度的标志，用能够从屏幕上分辨出黑白交替直线条的总数来表示。
CRT显示器用每帧画面的扫描行数或扫描线数来表示，如525，625，1024等。
平板显示则直接用电极线数来表示，例如1024×768，指水平分辨力1024线，垂直分辨力768线，它所显示的画面由1024×768个像素构成。
显然，分辨力越高，则每帧画面的像素就越多，包
含的细节越多，信息量就越大，图像越清晰。
高清电视(HDTV)扫描行数或电极线数要大于1000。
Generated by Foxit PDF Creator Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
4、响应时间和余辉时间
响应时间：从打开电源(施加电压)到图像显示所用
的时间
余辉时间：从关掉电源(撤掉电压)到图像完全消失
所用的时间
响应和余辉时间短，有利于画面的快速切换，在显
示快速运动图像时，不会出现拖尾或余像。
Generated by Foxit PDF Creator Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
电视图像显示要求响应时间小于1/30(s)，作为计算
机的监视器则要求低，10ms或100ms都可以。
主动发光型显示器很容易达到1/10000(s)，而非主
动发光型显示器(LCD)，一般超过10ms，目前最高水平4ms，这与液晶本身的特性有关。
5、显示色
指主动发光型显示器所发出的光的颜色或非主动发
光型显示器所透射或反射的光的颜色
图像显示一般用黑白和全彩色，不用单色和多色。
CRT已经能够显示色彩十分逼真的全彩色电视图像，
LCD也不存在困难，而对于主动发光型的LED、ELD等则是最近才解决全彩色显示问题，主要原因是能够发蓝光而且效率高的LED、ELD不易找到。
Generated by Foxit PDF Creator Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
6、发光效率
发光型显示器件所发出的光通量与器件所消耗功率
之比，单位为lm/w，其中光通量是考虑了人眼的视觉感光特性以后的光辐射功率。
发光效率高的显示器件有：OLED(可达15lm/w)，
VFD(10 lm/w)，PDP(1lm/w)，LCD显示器光源的发光效率占主要地位。
发光效率决定了显示器件工作时的功率消耗。例如
在显示器市场中占主流地位的LCD和PDP，42寸AC-
PDP消耗功率为450W，而LCD的消耗功率不到200W。
Generated by Foxit PDF Creator Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
7、工作电压与消耗电流
驱动显示器工作所施加的电压即为显示器的工作电
压，显示器工作时流过它的电流即为消耗电流，两者之积即为显示器消耗的功率。
外加电压有直流和交流，LCD须交流供电，LED直流供电，PDP两者都可。
LCD、LED、OLED和VFD工作电压较低，可用集成电路驱动，成本低。而PDP工作电压高(可达200V)，难以实现集成电路驱动，驱动电路成本高，约占整机的2/3。
LCD消耗电流最低，在μA/cm2量级。
Generated by Foxit PDF Creator Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
8、存储功能
指撤掉外加电压后仍能保持显示状态的功能。可
降低显示器件的功耗，简化驱动电路。
具有此功能的显示器有ELD、AC-PDP和某些材料
的LCD。
9、寿命
能实现实用化、商品化的显示器，其寿命至少达到3万小时，CRT、LCD、LED和VFD都不成问题，ELD和PDP是最近几年才解决的。
Generated by Foxit PDF Creator Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
10、视角
在受光式被动显示中，观察角度不同，对比度不同。在液晶显示中视角问题特别突出。由于液晶分子具有光学各向异性液晶分子长轴和短轴方向光吸收不同，因而引起对比度不同，但采用多种办法已解决了这个问题。在发光式主动显示中几乎不存在视角问题，因为像元就是光辐射源，光空间分布是均匀的，视角大又均匀。
Generated by Foxit PDF Creator Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
除此之外，还有其他一些参量，如重量、体积、显示面积和性价比等，不同的场合有不同的要求。平板显示器与CRT相比占绝对优势的是扁平度，即对角线尺寸与整机厚度之比，CRT小于1.1，而平板显示器大于4。
技术参数：屏幕尺寸42英寸，
屏幕比例16:9，分辨率
1366×768，响应时间4ms，
屏幕亮度500cd/m2，对比度
1000:1，水平视角176度，垂
直视角176度，显示色彩687
亿色彩数。宽1133×高755 ×
长虹液晶电视LT4219P厚109mm，整机功耗250W，
正常使用约60000
小时左右。
Generated by Foxit PDF Creator Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
表
参数
各种光电显示器件性能
视角
空间
分辨率对比度
功耗大屏幕全色
器件
CRTLCDPDPFEDELDLED
△△◎◎△○◎◎◎◎◎△○◎○◎◎◎◎×◎◎◎◎◎○◎○◎○△○◎○○△△△◎△○△△△◎○○○◎
注：◎------优，○------良，△------差，×------很差:LCD的△◎指LCD直视显示大屏幕难，投影显示大屏幕容易
Generated by Foxit PDF Creator Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
Thanks!