chapter 9 光顯示材料

本章大綱9.1 光顯示技術發展概況9.2 陰極射線管 (CRT) 發光材料9.3 場發射顯示材料9.4 等離子體顯示材料9.5 電致發光材料9.6 發光二極管材料9.7 液晶顯示材料

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Chapter 9 光顯示材料

9.1 光顯示技術發展概況9.1.1 顯示技術的發展

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一百多年前德國布朗發明了陰極射線管 (Cathode Ray Tube ，簡稱CRT) ，實現了光電顯示。

由於 CRT 是電真空器件，有體積大、笨重、工作電壓高、輻射 X 線等不可克服的缺點，難以向輕便化、高亮度化、節能化方向發展。

這就促進了平板顯示 (Flat Panel Display ，簡稱 FPD) 技術的發展，特別是液晶顯示 (Liquid Crystal Display ，簡稱 LCD) 技術的發展。

液晶顯示具有低電壓、微功耗、易與集成電路相匹配、容易彩色化以及可被動式顯示等特點，所以在較短時間內發展成為一種新興產業。

20 世紀 60 年代出現液晶顯示技術， 70 年代形成扭曲向列液晶顯示 (Twisted Nematic-LCD， TN-LCD) ， 80 年代發展到超扭曲向列液晶顯示 (Super Twisted Nematic-

LCD， STN-LCD) ， 90 年代發展到更高層次的薄膜晶體管有源矩陣液晶顯示 (Thin Film

Transistor Active Matrix-LCD， TFT AMLCD) 。

圖 9-1 為光電顯示的分類示意圖，由圖可知，光電顯示分為投影式、直視式、虛擬式。投影顯示中 CRT和 AM˙LCD 投影是主流。

9.1 光顯示技術發展概況9.1.1 顯示技術的發展

3 圖 9-1 　光電顯示的分類

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9.1 光顯示技術發展概況9.1.2 顯示器件的性能評價顯示器件的參數有很多，但關鍵參數有亮度、發光效率、對

比、電壓、功耗、分辨率、灰度、壽命 ( 穩定性 ) 、視角、色彩、響應時間等。

亮度亮度指顯示器件的發光強度。它是指垂直於光束傳播方向單位面積上的發光強度，單位為 cd/m2。發光式顯示器件和受光式液晶顯示器件( 採用背照明透射式顯示 ) 均採用亮度參數。

發光效率發光效率 (luminescene efficiency) 是指顯示器件輻射出的單位能量

(W) 所發出的光通量，單位為 l m/W 。一般發光式顯示器件的發光效率為 0.1 lm/W~1.5 lm/W ，其中真空螢光顯示發光效率高達 1 lm/W~10 lm/W 。發光效率是衡量發光材料性能的非常重要的參數。

對比度對比度表示顯示部分的亮度和非顯示部分的亮度之比。在室內照明條件下對比度達 5:1 ，能基本上滿足顯示要求。液晶有源矩陣顯示對比度達到 100:1 以上。

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9.1 光顯示技術發展概況9.1.2 顯示器件的性能評價顯示器件的參數有很多，但關鍵參數有亮度、發光效率、對

比、電壓、功耗、分辨率、灰度、壽命 ( 穩定性 ) 、視角、色彩、響應時間等。

灰度灰度表示顯示器亮度的等級。以亮度的 21/2倍發光強度的變化劃分等級。灰度越高，圖像層次越分明，彩色顯示中顏色更豐富，圖像更柔和。

響應時間與餘輝時間響應時間表示從施加電壓到顯示圖像所需要的時間，又稱為上升時間。而當切斷電壓後到圖像消失所需要的時間稱為餘輝時間，又稱下降時間。一般為微秒量級。視頻圖像顯示要求響應時間和餘輝時間加起來小於 50 ms 才能滿足視頻的要求。

壽命和穩定性發光顯示器件初始亮度衰減一半所需時間稱為半壽命，一般即指壽命。受光顯示器件的主要顯示指標保持正常的時間為使用壽命。同時濕度、溫度、紫外光等環境狀態和穩定性也是很重要參數。

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9.1 光顯示技術發展概況9.1.2 顯示器件的性能色彩

顯示顏色分為黑白、單色、多色、全色。顯示顏色是衡量顯示器件性能優劣的重要參數。

發光顯示以紅光、綠光、藍光三基色加法混色得到任意顏色。 CRT、 LCD及 PDP已可顯示幾百種顏色。

視角在受光式被動顯示中，觀察角度不同，對比度不同。在液晶顯示中視角問題特別突出。由於液晶分子具有光學各向異性，液晶分子長軸和短軸方向吸收不同，因而引起對比度不同，但 LCD 採用 MVA( 多疇垂直排列 )、 IPS(共面轉換 )、 ASM(軸對稱多疇模式 ) 、光學補償膜等各種手段，視角特性能達到應用要求。

工作電壓和功耗驅動顯示器件所施加的電壓為工作電壓。工作電壓與器件消耗電流的乘積為功

耗。因此，要求工作電壓低、功耗少，並容易與集成電路相匹配。

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9.1 光顯示技術發展概況9.1.3 光顯示材料特性光顯示材料是指把電信號轉換成可見光信號的材料。從廣義角度看，光顯示材料中也包括顯示屏支撐材料 -玻璃基板。

光顯示材料分為發光材料和受光材料。物質發光過程有激發、能量傳輸、發光三個過程。

受光材料是利用電場作用下材料光學性能的變化實現顯示的。例如，改變入射光的偏振狀態、選擇性光吸收、改變光散射態、產生光干涉等。材料電光特性變化的陡度、響應速度、電壓、功耗等參數直接影響顯示器性能。

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參數

器件大屏幕全色視角分辯率對比度功耗工作電壓

CRTLCDPDPFEDFLDLED

△△◎◎△○◎

◎◎◎◎△○

◎○◎◎◎◎

○◎○◎○△

○◎○○△△

△◎△○△△

△◎○○○◎

表 9-1 　各種光電顯示器件性能

9.1 光顯示技術發展概況9.1.3 光顯示材料特性

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9.2 陰極射線管 (CRT) 發光材料

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9.2 陰極射線管 (CRT) 發光材料

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9.2 陰極射線管 (CRT) 發光材料陰極射線發光材料具有高發光效率和寬發射光譜。

這些光譜包括可見光區、紫外區和紅外區。

CRT 發光材料特性：發光材料 : 陰極射線發光的能量效率表示為整個發光過程各階段過程效率的乘積，即

(9-1)

式中 : 是散射因子； hv 是發射光子的平均能量； E 是形成電子 -電洞對的平均能量； S 是由熱電子 - 電洞對到發光中心的能量轉換的量子效率； Q 式發光中心內部輻射躍遷的量子效率。

設定 S•Q=1 。若和 E 已知，就可得的值。 E 值與材料禁度帶寬度有關，一般取禁帶寬度 Eg的 2~3 倍。只要取決於組成發光粉元素的原子量和材料結晶狀態。因此，值與顆粒幾何因子有關。尤其對高分辨率顯示，發光粉顆粒尺寸要小於 5m 。

QSEhv /1

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9.2 陰極射線管 (CRT) 發光材料發光粉表面電荷負載：當激發電壓降至”死電壓”以下，發光消

失。”死電壓”一般為 1~2 kV 。在低電壓下發光效率降低，主要原因是表面形成非發光層 (也稱”死層” ) 和產生空間電荷。

在高電流密度激發下，發光層表面容易變粗糙，形成無輻射中心，降低發光效率。

敏化劑 : 對發光材料來說，某種雜質有助於激活劑引起的發光，使發光亮度增加，這類雜質叫敏化劑。敏化劑與共激活劑的作用效果一樣，但兩者的作用原理不一樣。如上轉換材料YF3:Yb、 Er中 Yb 是敏化劑， Er 是激活劑，通過 YF3吸收激發能，把能量傳給 Er3+發光。

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9.2.1 CRT 發光材料原料性質惰性雜質 : 惰性雜質是指對發光性能影響較小、對發光亮度和顏

色不起直接作用的雜質，如鹼金屬、鹼土金屬。

色彩是紅、綠、藍三基色混合得到的。這三種基色在 CIE( 國際照明委員會 ) 色坐標圖中構成一個三角形，如圖 9-2 所示。紅、綠、藍三點越接近曲線邊緣，顏色越純，即顏色越正，色飽和度越好。

三基色材料的色坐標必須適合 PAL制的要求；每一單色螢光粉的發光效率要高。當激發紅、綠、藍三基色發光粉的三束電流比在顯示白場時，要接近 1:1:1 。典型 CRT 發光粉特性如表 9-2 所示。

14 圖 9-2 CIE-xy 色度圖

9.2.1 CRT 發光材料原料性質

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9.2.1 CRT 發光材料原料性質

表 9-2 CRT典型發光粉特性

組　　　分發光色主波長(nm)

流明效率(lm/W)

餘輝時間 * 用　　　途

藍黃綠紅白綠黃綠紅綠紅

450530626450560525544626525636

2117， 2313– 8–8． 7–6． 7

SSMS

MMMLL

彩色 CRT彩色 CRT彩色 CRT黑白 CRT 示波管，雷達，投影管投影管投影管微機 CRT微機 CRT

ZnS:AgZnS:Cu,AlY2O2S:Eu3+ZnS:Ag(Zn,Cd)S:Cu,AlZn2SiO4:Mn2+Y3(Al, Ga)5O12:Tb3+Y2O3:Eu3+Zn2SiO4:Mn2+Asγ-Zn3(PO4)2:Mn2+

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9.2.2 CRT 發光材料的製備 CRT 發光材料的製備製程可分為原料的製備、提純、配料、灼燒、包膜處理等幾個步驟。

現以 Y2O3 : Eu 作為代表介紹製備製程。按分子 (Y0.96Eu0.04)2O3配好料，與適當的助熔劑 (如 NH4Cl、 Li2SiO3等 )混磨均勻，裝入石英坩鍋或氧化鋁鍋中，在 1,340 oC 下灼燒 1 h~2 h ，高溫出爐，冷至室溫，在 253.7 nm 紫外光激發下選粉，用去離子水洗至中性，然後進行包膜處裡。

包膜處禮方法是 : 將粉放入矽酸鉀和硫酸鋁溶液中，混合攪拌幾分鐘後，靜置澄清，倒去沉澱，水洗 2~3 次，再加 GeO2的飽和溶液充分攪拌 ( 不水洗 )。 K2O˙xSiO2中 x=1.5左右。反應式如下 :

沉澱在 Y2O3 : Eu顆粒表面上， GeO2的作用是防止 Y2O3 : Eu 在感光膠中水解。

33234232 SiOAlSOAlSiOK

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9.3 場發射顯示材料

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9.3 場發射顯示材料9.3.1 發光材料在 CRT、 FED、 VFD( 真空螢光顯示， Vacuum Fluorescence Display)三種顯示中均使用電子束激發的發光材料，但加速電子束的電壓不同。

CRT 加速電壓為 15 KV~30 KV ， FED 為 300 V~8 KV ， VED 為 20 V~100 V 。

CRT 採用逐點掃描方式，尋址時間短，約為奈秒量級，而 FED 採用矩陣式逐行掃描方式，尋址時間為幾十微秒。 FED 的電流大並長時間尋址，使發光粉庫倫負載很大， FED粉容易發光飽和並老化。

氧化物 FED 發光材料優於硫化物材料。在高電流密度激發下， ZnS 基質材料表面粗糙，易老化。另一方面，為防止表面電荷的積累，必須考慮發光粉表面導電性。氧化物材料表面導電性好，因為氧化物材料具有高濃度的氧空位和晶格間陽離子。

圖 9-3 為 ZnGa2O4 和 ZnO:Zn 的熱釋放光強度曲線。圖 9-3 表明， ZnGa2O4具有高濃度和寬深度範圍的陷阱，是氧空位引起的。

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9.3 場發射顯示材料9.3.1 發光材料

圖 9-3 ZnO:Zn和 ZnGa2O4熱釋發光

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9.3.2 冷陰極材料 CRT和 FED 的主要區別在於陰極結構和材料。前者採用熱陰極；

後者採用平面陣列的微尖冷陰極，微尖密度為 106 微尖 /cm2~109

微尖 /cm2(每像元對應 1,000 多個微尖 ) ，平均電流密度可達 103

A/cm2。在室溫下，可利用微尖形成強電場並發射電子。

因此，要求微尖材料功函數低、穩定性好、熱導率高、擊穿電壓高等。

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9.4 等離子體顯示材料 (PDP)9.4.1 氣體材料 PDP氣體材料有 He、 Ne、 Ar、 Kr、 Xe 以及 Hg蒸氣等。 AC-PDP用 Ne氣， DC-PDP用 Ne、 Ar、 Hg混合氣體。彩色 PDP用 He : Xe (2%)或 Ar : Hg混合混合氣體。

前者 Xe 輻射 147nm 紫外光，後者 Hg 輻射 253.7nm 紫外光。

這些紫外光激發紅、綠、藍三基色螢光粉。 Ne氣體放電輻射橙色光，因此其顯示是單色的。在單色 PDP 中摻入 Ar氣或 Hg ，可降低工作電壓。

Ne : Ar 是混合氣放電電壓降低，其氣體放電工作原理用圖 9-4氣體能級表示。 Ne原子亞穩激發能級略高於 Ar 離化能。所以，氣體放電時， Ar原子容易電離。電離反應式為

式中 : Ne* 表示亞穩激發態； e- 表示電子。這種混合氣體稱為 Penning氣體。

eArNeArNe

eNeeNe

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9.4 等離子體顯示材料 (PDP)9.4.1 氣體材料

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9.4 等離子體顯示材料 (PDP)9.4.1 氣體材料

圖 9-4 　惰性氣體能級圖

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9.4 等離子體顯示材料 (PDP)9.4.2 三基色螢光粉

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9.4 等離子體顯示材料 (PDP)9.4.2 三基色螢光粉 PDP 使用的螢光粉應滿足有關條件如：

(1) 在真空紫外區高效發光； (2) 在同一放電電流時，通過三基色螢光粉發光混合獲得白色光； (3)三基色螢光粉具有鮮明的色彩度； (4) 在真空紫外光和離子轟擊下穩定性好； (5)塗粉和熱處理製程具有穩定性； (6) 餘輝時間短。

PDP三基色螢光粉應具有遠紫外光且發光效率高，同時要求在紫外光輻射和氣體放出離子條件下穩定性好。表 9-3 中列出三基色氧化物螢光粉的組成、色彩和相對亮度。

電視顯示要求餘輝短的螢光粉，例如 :紅色用 Y2O3:Eu3+，綠色用BaAl12O19:Mn2+，藍色用 BaMgAl14O23:Eu2+。

如表 9-4 所示。 PDP 螢光粉燒結製作製程與 CRT 螢光粉和 EL 發光粉相似。

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發光材料發光顏色相對亮度 (%)

BaMgAl14O23:Eu2+

(Ca、 Sr、 Ba)10(PO4)6Cl2:Eu2+

Y2SiO5:Ce3+

Zn2SiO4:Mn2+

BaO 6Al2O3:Mn2+

Y2SiO5:Tb3+

LaPO4:Ce3+、 Tb3+

(Y、 Gd)BO3:Eu3+

Y2O3:Eu3+

YVO4:Eu3+

藍色藍色藍色綠色綠色綠色綠色紅色紅色紅色

231819100838178353222

表 9-3 PDP三基色螢光粉

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螢　光　粉相對量子效率(147nm)

相對量子效率(170nm)

餘輝時間(ms)

(La0.87Tb0.13)PO4

(La0.6Ce0.27Tb0.13)PO4

(Gd0.87Ce0.1Tb0.03)PO4

(Y0.6Ce0.27Tb0.13)PO4

(Gd0.6Ce0.27Tb0.13)PO4

1.11.11.01.351.35

1.41.51.11.351.45

131210––

表 9-4 PDP綠色螢光粉

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9.4 等離子體顯示材料 (PDP)9.4.3 基板材料 PDP 是由兩塊玻璃基板夾著惰性氣體和三色基螢光粉構成

的。 PDP屏幕尺寸大，製程過程中玻璃基板要經過一系列的厚膜印刷和高溫燒結，因此對玻璃基板要求高。通常燒結溫度在450oC~600oC 之間，封接溫度為 380oC~400oC ，排氣最高溫度為 350oC 。

表 9-5 數據表明， PD200玻璃在熱膨脹係數、應變點、退火點、軟化點方面均優於鈉鈣玻璃。

由表 9-6 可見， CS25 應變點高，改善了熱性能，並具有足夠大的楊氏弱性模量，使 3 mm厚玻璃板滿足製程過程的機械強度要求。

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9.4 等離子體顯示材料 (PDP)9.4.3 基板材料

性能參數 PD200 鈉鈣玻璃

熱膨脹係數 (1/K)應變點 ( )℃退火點 ( )℃軟化點 ( )℃密度 (g/m3)

8310–7

5706208302.77

8510–7

5115547352.49

表 9-5 PD200 和鈉鈣玻璃性能比較

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9.4 等離子體顯示材料 (PDP)9.4.3 基板材料

特　性　參　數 CD25 標準鹼性玻璃

應變點 ( )℃退火點 ( )℃軟化點 ( )℃熱膨脹係數(50℃～ 30 ,10℃ –7/K)楊氏彈性模量 (9.8103Pa)密度 (g/cm3)體電阻對數值 ( cm)

61065484884

8.282.8810.5

50654572685

7.042.496.65

表 9-6 CS25 和標準鹼性玻璃特性

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9.5 電致發光材料發光材料在電場作用下的發光材料稱為電致發光

(Electroluminescence， EL) 。

電致發光有高電場發光 ( 又稱本徵發光 ) 和低電場結型發光 (也稱注入型發光 ) 。

前者發光材料是粉末或薄膜材料，後者是晶體材料。

電致發光是指高電場發光。低電場結型發光器件是發光二極體(Light Emitting Diode ，簡稱 LED) 。

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9.5 電致發光材料

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9.5 電致發光材料9.5.1 無機電致發光材料一、粉末發光材料 ZnS 是粉末電致發光材料最佳基質材料。這種材料對 ZnS純度要求

高，特別是 Fe、 Co、 Ni 等重金屬雜質含量要求低於 0.1×10-6~ 0.3×10-6，同時要求結晶狀態好，有較好的分散性和流動性。

製備 ZnS 有硫化氫法、均相沉澱法、氣相合成法等。氣相合成法製備的 ZnS純度高、結晶狀態好，缺點是成本高。

在粉末 ZnS 材料中，發光特性是由一些特殊雜質 (激活劑和共激活劑 ) 所決定。交流電場下， Cu 是激活劑， Al3+、 Ca3+、 In3+ 、稀土元素和 Cl、 Br、 I 是共激活劑。

發光特性與這些激活劑和共激活劑的元素、濃度、燒結條件等有關。

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9.5 電致發光材料9.5.1 無機電致發光材料

表 9-7 列出粉末發光材料的基本特性和亮度特性。表 9-7 表明， ZnS

材料是主要基質材料，覆蓋可見光區，發光效率較高，為 14 lm/V ，但亮度、效率、壽命、顏色方面還不足。

發光材料發光顏色mas

(nm)尺寸小於 10m顆粒所占比例 (%)

亮度(cd/m2)

擊穿電壓(V)

ZnS:CuZnS:Cu、 AlZnS:Cu、Mn(Zn 、 Cd)(S 、Se):CuZnS:Cu

淺藍色綠色黃色

橙紅色藍色

455510580

650455

>60>55>50

>75>65

19.959.719.9

19.919.9

350350350

350350

表 9-7 　粉末電致發光材料特性

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圖 9-5 表示粉末 EL 材料發光光譜。可見 ZnS 基質發光粉光譜能覆蓋可見光波段。

圖 9-5 　粉末交流電致發光光譜

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圖 9-6 所示。 Cu雜質主要起兩種作用 : 一是 Cu取代 Zn 成受主，組成發光中心；二是 Cu析出在線缺陷上，形成導電性發光線。

圖 9-6 ZnS:Cu,Cl粉末交流電致發光的形貌

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9.5 電致發光材料9.5.1 無機電致發光材料二、薄膜發光材料：將發光體制成薄膜後，在電場作用下發光，稱為薄膜電致發光

(Film Electroluminescence ，稱為 FEL) 。

薄膜電致發光器件由襯底玻璃板、 ITO 電極、絕緣層、發光層、絕緣層和背金屬電極組成。

發光材料要求覆蓋整個可見光範圍，禁帶寬度大於 3.5 eV 。寬禁帶 II – VI族化合物半導體，例如 ZnS、 CaS、 SrS、 Zn2SiO4

和 ZnGa2O4等。

表 9-8 列出 FEL 基質材料的物理性質。表 9-8 所列出的禁帶寬度在 3.83eV 以上，在可見光區透明。在這些基質材料中參入過渡金屬 (Mn)或稀土元素 (Eu 、 Tb 、 Ce) 而得到發光中心。

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晶體結構 ZnS閃鋅礦

CaS石鹽

SrS石鹽

CaGa2S4

正交晶系SrGa2S4

正交晶系ZnGa2O4

尖晶石Zn2SiO4

鈹石矽

晶格常數(nm) 離子性Eg(eV)

介電常數

0.540 9 0.6233.838.32

0.569 7 ≥0.7854.417.30

0.601 9 4.309.40

a=2.009b=2.009c=1.211–4.2015.0

a=2.084b=2.049c=1.221–4.401.40

8.37 –4.40–

–5.40–

表 9-8 EL 基質材料性能

9.5 電致發光材料9.5.1 無機電致發光材料表 9-8 列出 EL 基質材料的物理性質。表 9-8 所列出的禁帶寬度在

3.83eV 以上，在可見光區透明。在這些基質材料中參入過渡金屬(Mn)或稀土元素 (Eu 、 Tb 、 Ce) 而得到發光中心。

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發光材料發光顏色 CIEx

CIEY

亮度 (cd/m2)60 Hz

光流明效率(lm/W)

ZnS:Mn2+

CaS:Eu2+

ZnS:Mn（加濾光片）ZnS:TbSrS:CeSrGa2S4:Ce

ZnS:MnSrS:Ce

黃色紅色紅色綠色藍色藍色藍色白色

0.50.680.65

0.300.300.150.150.44

0.500.310.35

0.600.500.100.190.48

3001265

100100

510

470

3～ 60.20.8

0.6～ 1.30.8～ 1.6

0.20.31.5

表 9-9 FEL 材料

9.5 電致發光材料9.5.1 無機電致發光材料 ZnS : Mn2+ 是典型的薄膜電致發光材料。 ZnS 晶格是由 Zn 和 S 原

子組成的閃鋅礦晶系。 ZnS : Mn 光流明效率可達到 4 lm/W~5 lm/W ，激發頻率為 60Hz ，最高亮度為 300mcd/m2~500 mcd/m2

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9.5.2 有機電致發光材料近來，有機電致發光 (Organic Electroluminescence ，簡稱 OEL)取得令人興奮的進展。在無機電致發光中發出藍色光是一個難題，但在有機材料中卻容易得到高亮度的藍色光。

圖 9-7 列出一些有機電致發光材料。芳香族胺類材料是主要電洞 (hole) 傳輸材料，具有較高的電洞遷移率 (hole mobility) ，禁帶寬等特點。

多層結構有機電致發光器件中電洞傳輸層起電子阻擋層作用。圖中 TPD和 NPB 是典型的電洞傳輸材料。

Alq3、 BAlq3、 BeQ2、 DPVBi 等材料是基質材料。

其中 Alq3 是最常用的材料，電子遷移率為 10-5 cm2/(V.s) ，電致發光響應速度小於 1s ，一般發光層厚度為 100 nm ，驅動電壓為 10 V左右。

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9.5.2 有機電致發光材料

Toshiba 3.5 inches Full color OLED

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9.5.2 有機電致發光材料

圖 9-7 　有機電致發光材料

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9.5.2 有機電致發光材料表 9-10 列出 Alqs(8羥基喹啉的 Al配合物 )三基色發光特性。表 9-10說明， OEL 光流明效率高，綠光色度接近 CRT ，但藍光和紅光色度純度低。這是由於光譜譜帶寬，需要調整摻雜濃度，改進半寬度。改進基質和摻雜劑，可提高流明效率。

發光顏色藍綠紅

基質材料摻雜材料亮度 (cd/m2)CIE xCIE y驅動電壓 (V)流明效率 (lm/W)

Balq芘

3550.1630.194

100.56

Alq香豆素1 9800.2630.619

83.9

AlqDCJT770

0.6160.381

91.3

表 9-10 Alqs 發光特性

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9.6 發光二極管材料發光二極管 (Light Emitting Diode ，簡稱 LED) 是輻射光的半導體

二極管。施加正向電壓時，通過 pn結分別把 n區電子注入到 p區、p區電洞注入到 n區，電子和電洞複合發光，把電能直接轉化成光能。

LED 是能量轉換效率較高的固體發光器件，具有小型化、高效率、長壽命、堅固可靠、低電壓 (約 2V) 、低電流 (20 mA~50 mA) 等特性。

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9.6.1 材料特性和發光機理 LED是 pn結本徵發光器件。要獲得各種顏色的 LED 、並有高效率發光， LED 材料應具備三個條件 :

(1) 材料的導電性易控制； (2) 對發射光的透明性好； (3) 發光躍遷機率高。

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9.6.1 材料特性和發光機理一、材料導電性能易控制

LED 器件結構核心是 pn結。要製作 pn結，需要在高純度單晶材料中摻入極少量施主或受主雜質，得到 n型材料或 p型材料，且這些材料要有良好的導電性。 GaAs、 GaP等 III – V族材料具有這種性能。在 GaAs 中雜質濃度和化學計量比偏差引起本徵缺陷濃度低於時，可得到低電阻 n-GaAs或 p-GaAs 。容易製作 pn結 GaAs LED 。

二、對發射光的透明性好半導體和絕緣體材料具有吸收端。當光能量低於吸收端時，光可以透過；

當光能量高於吸收端時，光被吸收，不能透過。材料的光吸收端就是該材料的禁帶寬度。一般來說本徵發光能量略微低於禁帶寬度約 0.1 eV 。圖 9-8為 III – V族化合物半導體材料的禁帶寬度和發光波長。此圖表明，可利用三元系或四元系混晶方法得到任意禁帶寬度，因而，可得到任意波長的發光。

49

9.6.1 材料特性和發光機理

圖 9-8 Ⅲ -Ⅴ族化合物半導體禁帶寬度與晶格常數的關係

圖 9-8為 III – V族化合物半導體材料的禁帶寬度和發光波長。此圖表明，可利用三元系或四元系混晶方法得到任意禁帶寬度，因而，可得到任意波長的發光。

50

9.6.1 材料特性和發光機理三、發光躍遷機率高

LED注入發光是由 p區少數載子 (carrier) 一電子和 n區少數載子一電洞分別與 p區多數載子一電洞和 n區多數載子一電子相結合而發光，亦即一對電子和電洞結合輻射 1個光子。

從能量守恆角度，電子和電洞結合前後動量要守恆，光子本身動量很少，所以要求電子和電洞動量之和接近零。滿足這種條件時，光吸收或光輻射過程的躍遷機率高。這過程稱為直接躍遷 (direct transition) 。

不滿足上述動量守恆條件時，發光前後能量差傳送到晶格，增加晶格振動能。這種發光躍遷過程稱為間接躍遷 (indirect transition) 。

兩種躍遷機率完全決定於能帶結構。

51


(a) 直接躍遷 (GaAs) (b) 間接躍遷 (GaP) (c) 等電子陷阱 (GaP:N)圖 9-9 　能帶結構模型

圖 9-9 為能帶結構圖。由圖 9-9(a) 可知，直接躍遷的價帶頂和導帶底處在同一位置。圖 9-9(b) 表示間接躍遷，導帶底和價帶頂不處在同一位置，結果發光效率低。為了改善發光效率，在 GaP 中摻入 N原子，形成等電子陷阱，見圖 9-9(c) 。等電子陷阱束縛激子，通過激子發光提高了發光效率，發光效率仍低於直接躍遷，但比間接躍遷高。

52


圖 9-10 GaPxAs1-x禁帶寬度、外量子效率與 x 的關係

圖 9-10 表示 GaAs 和 GaP 混晶系能帶結構變化。直接躍遷的GaAs 和間接躍遷的 GaP混晶形成三元系時， GaP摩爾比增加，禁帶變寬，發光波長向短波移動。

53


54

9.6.2 材料製備 LED襯底材料是單晶體，其中 GaAs、 GaP、 InP 單晶體已工業生產，生產時一般採用水平布裏奇曼法 (Bridgeman method) 、液封提拉法和外延生長法。

包括液相磊晶 (Liquid Phase Epitaxial， LPE) 、氣相磊晶 (Vapor Phase Epitaxial， VPE) 、分子束外延 (MBE) 、金屬有機化合物化學氣相沉積 (MOCVD) 等。

磊晶製程是 LED 器件製作的關鍵製程。表 9-11 中歸納了各種 LED的製作方法和性能。

55

9.6.2 材料製備

材料製作方法發光色波長

(nm)

外量子效率流明效率亮度(mcd)發光層襯底產品 (%)

最高(%)

產品(lm/W)

最高(lm/W)

GaP(Zn,O)Ga0.65Al0.35As

Ga0.65Al0.35As

GaAs0.6P0.4

GaAs0.45P0.55(N)

GaAs0.35P0.65(N)

InGaAlPGaAs0.25P0.75(N)

GaAs0.15P0.85(N)

InGaAlPGaAs0.1P0.9(N)

InGaAlPGaP(N)GaP(N)GaPZnTe0.1Se0.9

GaPGaAsGaAlAsGaAsGaPGaPGaAsGaPGaPGaAsGaPGaAsGaPGaPGaPZnSe

LPELPE(SH)LPE(DH)VPE+擴散VPE+擴散VPE+擴散MOCVD(DH)VPE+擴散VPE+擴散MOCVD(DH)VPE+擴散MOCVD(DH)LPELPELPEMBE(DH)

紅紅紅紅紅橙橙橙黃黃黃黃綠黃綠黃綠純綠綠

700660660660650630620610590590583566565560555512

約 4約 3約 150.10.20.34.20.30.12–0.10–0.30.120.08–

157210.150.50.65–0.600.251.26.20–0.70.30.25.3

約 0.8約 1.2約 6.60.040.150.6–1.00.5–0.55–1.80.960.54–

3.02.11.20.070.351.2–2.01.1–1.1–4.31.61.3617

305003 000201003003 0003002002 500200800500250200–

表 9-11 　各種 LED製作法和性能

56

9.6.3 各種 LED 的性能由表 9-11 可見， GaAlAs 雙異質結紅色 LED 亮度達到

3cd， InGaN雙異質結藍光達到 2.5cd ，已在開發的有 InGaAlP混晶高亮度黃光 LED 。

一、 GaP : ZnO紅光 LED 1970年 GaP紅光 LED開始進行工業生產，用 LPE法在 GaP襯底上

外延生長 pn結髮光層。 Zn-O 對等電子中心作為發光中心，發光效率最高達到 15% ，是當前廣泛應用的紅光 LED 。

二、 GaP : N綠光 LED 生產技術類似於 GaP : ZnO紅光 LED ，但摻入雜質不同。摻 N得到

等電子陷阱，發光波長 565 nm ，發光效率 0.3%~0.7% ，發光效率低，但比視感度比紅光高 10 倍，肉眼感覺很亮。

三、 GaAsP紅光 LED GaAs1-xPx系中 x值不同，發光由紅外波長到綠光波長。用 VPE法生長 n型 GaAsP ，然後擴散 Zn得到 pn結。發光波長為 650 nm 。

57

9.6.3 各種 LED 的性能四、 GaAlAs系 LED

Ga1-xAlxAs系隨 x值增大禁帶寬度增大，發光波長由 900 nm 變到 640 nm 。因此用 GaAlAs 作襯底，異質結 (SH)或雙異質結 (DH)提高發光效率。在 20 mA 條件下，工業生產 SH結構外量子效率為 3%， DH結構外量子效率為 15% ，亮度達到 3,000 mcd ，可應用於汽車尾燈、道路指示。

五、 InGaAlP系橙、黃光 LED InGaAlP混晶組分比在很大範圍內具有直接躍遷的能帶結構，是近幾年得到應用的新型 LED 材料。發光波長 660 nm到 555 nm 之間具有直接帶結構，由紅光到綠光波段內將能得到高效 LED 器件。 InGaAlP LED ，黃光和橙光亮度為 1,000 mcd 以上。如圖 9-11為 InGaAlP橙光 LED 的斷面結構。

六、 GaN系藍光 LED GaN具有直接躍遷的寬禁帶結構，是很有潛力的藍光材料，但很難製備單晶體和 p型單晶薄膜。

58

9.6.3 各種 LED 的性能

材料

製作方法發光色

波長

(nm)

外量子效率流明效率亮度(mcd)

發光層襯底產品(%)

最高(%)

產品(lm/W)

最高(lm/W)

In0.23Ga0.77

N(Si,Zn)ZnSe-ZnCdSeSiC(N,Al)In0.06Ga0.94

N(Si,Zn)

Al2O3

ZnSeSiCAl2O3

MOCVD(DH) MBE(DH)LPEMOCVD(DH)

藍綠藍藍藍

500 489470450

– –0.023.8

2.4 1.30.055.4

– ––3． 6

– 1． 6––

2 000 –302 500

表 9-11 　各種 LED製作法和性能（續）

59


圖 9-11 InGaAlP橙色 LED結構

60


圖 9-12InGaN/AlGaN雙異質結構 LED結構

中村等人研製成功 InGaN DH結構藍色 LED ，斷面結構如圖 9-12 所示。它的發光波長 450 nm ，亮度為 2,500 mcd 。這一結果展示了 LED 彩色化顯示的前景。

61

9.7 液晶顯示材料 1888 年奧地利植物學家 Reinitzer 發現了熱致液晶 (thermotropic

liquid crystal) ，至今已有一百多年的歷史。

所謂液晶 (liquid crystal) 是介於晶體和液體之間的中間態。液晶具有晶體的各向異性和液體的流動性，又稱為流動晶體或液態晶體。

液晶的流動性表明，液晶分子之間作用力是微弱的，要改變液晶分子取向排列所需外力很小。例如，在幾伏電壓和每平方釐米幾微安電流密度下就可以改變向列液晶分子取向。

另一方面，液晶分子結構決定了液晶具有較強的各向異性的物理性能，稍微改變液晶分子取向，就明顯地改變液晶的光學和電學性能。

62

9.7 液晶顯示材料

63

9.7 液晶顯示材料

64

9.7.1 液晶分子結構和分類根據液晶分子幾何形狀分為棒狀分子、板狀分子和碗狀分子。液

晶顯示主要用於棒狀分子液晶。一、棒狀液晶

棒狀液晶分子是由中心部和末端基團組成的。中心部是由剛性中心橋鍵連接苯環 (benzene ring) 、聯苯環 (biphenyl ring) 、環己烷(cyclohexane) 、嘧啶環 (pyrimidine ring) 等組成。中心橋鍵是雙鍵、酯基 (alkyoxycarbonyl) 、甲亞胺基 (methyleniminl) 、偶氮基 (azo-group) 、氧化偶氮基 (azoxy) 等功能團。末端基團有烷基 (alkyl) 、烷氧基 (alkoxy) 、酯基、羧基 (carboxy) 、氰基 (cyano-) 等。中心部和末端基不同組合形成不同液晶相和不同物理特性。當棒狀分子幾何長度 (L) 和寬度 (d)比 L/d>4 時，才具有液晶相。

二、液晶相液晶分子結構和分子之間相互作用不同，液晶分子取向排列不同，

可分三大類，即向列相、近晶相和膽甾相。

65

9.7.1 液晶分子結構和分類

(a) 向列相液晶 (b)膽甾相液晶 (c)近晶相液晶

圖 9-13 　液晶相和分子排列

66

(1) 向列相 (mematic): 如圖 9-13(a) 所示，在長軸方向上，液晶分子之間平行排列，但分子

重心隨機分佈。如圖 9-14 中所示，取小區域，其區域內液晶分子平均取向表示為指向矢 (director)n ，液晶分子有序度 S 表示為

(6-2) 式中 : 表示 v 內的平均值； i 表示指

向量 n 和某一液晶分子長軸之間夾角。液晶分子長軸與 n 完全平行，即 i =0 時，亦即 S = 1 。液晶分子無取向，隨機分佈時，， S= 0 。一般向列相 S = 0.5~0.6 。

(2)膽甾相 (cholesteric): 如圖 9-13(b) 所示為膽甾相液晶分子排列，每分子層內液晶分子排列與向列相一致，每層之間指向矢 n 有錯位，成螺旋結構，分子層法線為螺旋軸，螺距 P 表示指向矢旋轉 360o所經過的距離。膽甾相液晶多數是板狀液晶。

1cos32/1 2 iS

i2cos3 i

2cos

3/1cos2 i


取小區域，其區域內液晶分子平均取向表示為指向向量 (director)n ，液晶分子有序度 S 表示為

(6-2) 式中 : 表示內的平均值； i 表示指

向量 n 和某一液晶分子長軸之間夾角。液晶分子長軸與 n 完全平行，即 i =0 時，亦即 S = 1 。液晶分子無取向，隨機分佈時，， S= 0 。一般向列相 S = 0.5~0.6 。

67


圖 9-14 　液晶指向向量和有序參數

1cos32/1 2 iS i

2cos3 V i2cos

3/1cos2 i

9.7.1 液晶分子結構和分類 (3)近晶相 (smectic):

圖 9-13(c) 所示為一種近晶相。其基本特徵是液晶分子層狀排列，液晶分子長軸與層面垂直或傾斜，或層內規則排列或無規則排列，分成十幾個相，這些相的特性歸納在表 9-12 中。

層面與液晶分子長軸層內二維無序

六方晶系二維有序分子長軸傾斜方向

二維晶體三維有序

小大

垂直傾斜

SmASmC

SmBSmISmF

SmLSmJSmG

SmESmKSmH

－對角線方向邊方向

表 9-12 　近晶相分類

9.7.1 液晶分子結構和分類三、液晶材料特性和器件要求

光顯示技術對液晶材料的物理參量的主要要求如下 : (1) 介電各向異性 ()：液晶材料的介電各向異性是指平行和垂直於分子軸的介電常數之差 :

是液晶材料最主要的物理參量之一，它決定著液晶分子在電場中的行為，如臨界電壓、響應速度等。

(2) 光學各向異性 (n)：光在液晶中傳播時，非常光 (e光 ) 的折射率與尋常光 (o光 ) 的折射率之差為光學各向異性。即

若 n >0 ，稱為正光性液晶，反之 n <0 ，為負光性液晶。會影響液晶顯示器件的視角、對比度、響應速度等。

(3) 粘度 (V)：液晶材料的粘度對顯示器件的電光響應速度影響很大，而且隨溫度降低， V增加很快，這就是液晶顯示在低溫下不能正常工作的主要原因。

||

nnnnn oe ||

9.7.1 液晶分子結構和分類三、液晶材料特性和器件要求

光顯示技術對液晶材料的物理參量的主要要求如下 : (4) 閾值電壓 (V10)：加電壓後使液晶顯示器件的透光率達到 10% 時所需

的電壓稱為閾值電壓。在一般的筆劃顯示中希望 V10 要低，以便可使用一個電池 (1.5 V) 即可驅動。

(5) 彈性常數比 (k33/k11) ： k33為液晶材料的彎曲彈性常數， k11是展曲彈性常數。 k33/k11的大小與液晶電光曲線的陡度有關。比值愈小，電光曲線就愈陡峭，掃描線數就愈多。

9.7.2 常用的 LCD 材料按中心橋鍵歸納主要類型有如下十幾種。一、甲亞胺類

此類液晶應用於動態散射 (Dynamic Scattering ， DS) 和電控雙折射(Electric Control Birefringence， ECB)模式。表 9-13 中。 TN-LCD 初期用此類液晶材料。但西夫堿基容易吸收水分解，穩定性差，未能得到實際應用。

序號

Y Z相變溫度 ( )℃

C-N N-I

No1No2No3No4

CH3O-

C2H5O-

C3H7-

C4H9O-

C4H9-

C4H9-

-CN-CN

22376565

478077

108

負負正正

9.7.2 常用的 LCD 材料二、安息香酸酯類

這類液晶化合物中心部兩個苯環之間由酯類連接，其分子結構和典型化合物列入表 9-14 中。這類液晶穩定性好，化合物品種豐富，具有多種性能，混合液晶的主要組分得到廣泛應用。

Y Z

相變溫度 (℃)

C-N N-I

CH3O-

CH30-

C5H11-

C6H13-

C6H13O-

C5H11-

C5H11-

-CN

5529

(33)45

7742

(12)47

負正正正

9.7.2 常用的 LCD 材料

73

三、聯苯類和聯三苯類這類液晶是正性液晶，是末端基為烷基和烷氧基的氰基聯苯液晶化合物。

它具有無色、化學性能穩定、光化學性能穩定、介電各向異性及粘度和雙折射率等數值適中的特點，廣泛應用於 LCD 。

Y Z 相變溫度 (℃)

C-N N-I

C5H11O-

C6H13-

C5H11-

C7H15O-

-CN-CN-CN-CN-CN

24144854

182

35296874

257

正正正正正


74

四、環己烷基碳酸酯類這類液晶化合物於表 9-16 中。它們的特點是粘度低 (v<20×10-6 m2/s) 、

溫度範圍寬。當 Z末端基為烷基、烷氧基時，粘度很低，是快速響應混合液晶的主要組分。

Y Z

相變溫度 (℃)

C-N N-I

C4H9-

C5H11-

C3H7-

C4H9-

C3H7-

C6H13-

C5H11-

C2H5O-

C5H11O-

-CN

2637472954

3147786669

負負負負正


75

五、苯基環己烷基類和聯苯基環己烷基類這類液晶化合物列於表 9-17 中。它們的穩定性好、粘度低。因此，這類

材料是非常有用的 LCD 材料。

Y Z相變溫度 (℃)

C-N N-I

C3H7-

C5H11-

C5H11-

-CN-CN

433095

4555

219

正正正


7676

六、嘧啶類表 9-18 列出典型的嘧啶類液晶材料。這類液晶具有介電各向異性大

、溫度範圍寬、彈性常數比很小的特點，用於寬度範圍、低閾值、多路驅動顯示。

8 1133 / kk

Y Z

相變溫度 (℃)

C-N N-I

C7H15-

C6H13-

C6H13-

-CN-CNC6H13O-

C9H190-

44943137

502466061

正正正正


777777

七、環己烷類乙基類表 9-19 所列液晶化合物具有乙基中央橋鍵的環乙烷基類化合物的特點。主

要特點是粘度低，尤其兩端末端基均為烷基或烷氧基時，粘度很低，彈性常數比約為 1.0 。因此，這類液晶是快速響應的多路驅動材料。

1133 / kk

n M

相變溫度 (℃)

C-N(S) S-N N(S)-I

C3H7-

C5H11-

C3H7-

C5H11-

C7H15-

C2H5O-

C2H5O-

-CN-CN-CN

2118383045

–––––

3446455155

負負正正正


78787878

八、環己烯類表 9-20 為環己烯液晶的典型化合物。這類液晶特點是低粘度和低雙折射率

。 08.0n

N m

相變溫度 (℃)

C-N(S) S-N N(S)-I

335

573

(–11)(29)(4)

123621

273930


79797979

九、二苯乙炔類烷基烷氧基二苯乙炔類典型液晶化合物如表 9-21 所示。這類液晶具有

大雙折射率、低粘度、高相變溫度的特點。

n m X

相變溫度 (℃)

C-N N-I

34455

22222

––F–

CH3

8954456242

9680518954


80808080

十、二氟苯撐類表 9-22 列出 2， 3- 二氟苯撐類液晶化合物。這類液晶分子側鏈引入二個氟原子，使介電各向異性為負，同時粘度低。

分子結構

F

C5H11 OC2H5COO

F

F

C3H7 OC2H5COO

F

C C

F

C5H11 OC2H5

F

C C

F

C5H11 OC2H5

F

C C

F

C5H11 OC2H5

F

C

F

C3H7 OC2H5C

F

相變溫度 (℃) n

C51N631

C87Sn(81)SA98N222I

C57N61I C84N2291

–4.6

–4.1

–4.4

-4.1

0.09

0.11

0.25

0.29

18

37

17

27


81818181

十一、手性摻雜劑向列液晶裏摻入具有螺旋結構的手性材料，可以控制 TN-LCD 中液晶分

子扭曲方向，防止向錯缺陷，同時在 WBE和 STN 顯示中控制液晶分子扭曲角度和螺距等。表 9-23 列出典型的手性劑化合物。


82828282

83838383

十二、鐵電液晶材料

鐵電液晶分子具有三個條件 : (1) 分子具有手性基； (2) 在分子長軸垂直方向上有永久偶極子； (3)具有 S*相，例如 S*

c、 S*l 相等。

具有這種特性的液晶化合物以合成了 2,000 多種。鐵電液晶分子與向列液晶分子的中央部分結構一致，末端烷基或烷氧基比向列液晶稍長。主要差別在另一末端有間隙部和手性基。表 9-24 和表 9-25分別列出手性基和間隙部基團。


84848484


表 9-24 　鐵電液晶化合物的手性基種類

85858585


(A)(B)(C)(D)(E)

——O——COO——OCO——OCOO—

(F)(G) (H)(I)

—CO——OCnH2nO—(n=3 ～ 5)

—CH=CH0——CH=CXCOO—(X=H ， CN ， Cl ， CH3)

表 9-25 　間隙部的種類

86868686

9.7.3 配向材料因為液晶分子之間相互作用力微弱，器件中基板表面狀態直接影響

液晶分子配向排列，利用基板表面塗布取向材料控制液晶分子排列。取向材料要求強附著力、透明、穩定、絕緣性能好等。

聚醯亞胺系取向膜材料的特點是單體的聚醯胺酸具有良好的可溶性，作塗布材料容易調解濃度和粘度，可通過固化形成不熔不溶的穩定的透明膜。圖 9-15 表示聚醯亞胺系高分子的聚合反應。

87878787

9.7.3 配向材料

88888888

9.7.3 配向材料

89898989

9.7.3 配向材料

O

C

O

C

N

O

C

O

C

N R2R1

O

C

O

C

O

C

O

C

NH NH

HO OH

O

C

O

C

O O

O

C

O

C

NH2 NH2 R2R1 +

[1]

[2]

[3]

R2

R1

圖 9-15 　聚醯亞胺系高分子的聚合反應路線

90909090

9.7.3 配向材料表 9-26 列出聚醯亞胺系材料的結構和特點。表 9-26 表明 R1和 R2結構不同，聚醯亞胺取向膜熱穩定性、附著力、透明

性、預傾角及固化溫度都不同。

No

O

CONH2

R R RSi

R '

R '

Si

R '

R '

O

n

S

O

O

O

O O

CF3

C

CF3

C

O

y

C

O

y

H

H

R1 的結構 R2 的結構特點

1 2 3 4 5 6

耐熱穩定性好化學穩定性好和基板聚密結合好透明性好穩定性好透明性好耐化學性好傾角大低溫固化性好

91919191

9.7.4 偏振膜 TN、 STN、 FLC等 LCD 器件均是調製偏振光的顯示器，因此偏振

膜是不可缺少的材料。偏振膜利用雙色性、雙折射、反射和散射等光學性質的某一種。

液晶顯示用偏振膜是利用高分子膜雙色性製作。一般用 PVA(聚乙烯醇， polyvinyl alcohol) 薄膜作偏振膜基片，用濕式延伸法均勻拉伸 PVA 膜，使 PVA 分子按延伸方向排列，同時吸附碘化物或染料，得到偏振基片。為了提高耐熱、耐濕性，用硼碳、乙二醛等的交聯反應，減小 OH 基的聚乙烯化。

為確保偏振膜的壽命和機械強度，偏振基片兩面借粘接劑粘貼醋酸纖維薄膜或聚酯膜或聚碳酸酯薄膜，使偏振膜的耐熱、耐濕性能提高。這種支撐膜具有無雙折射、透明、表面平滑、耐熱、耐濕、高機械強度等特點。

92929292

9.7.4 偏振膜

93939393

9.7.5 ITO玻璃

94949494

9.7.5 ITO玻璃把 ITO(銦錫氧化物 )塗布在平板玻璃上可形成 ITO玻璃 ( 又稱透明導

電玻璃 ) 。 ITO玻璃是所有平板顯示共用的基板材料。器件製造製程、熱處理、加工

條件及器件性能等不同，對玻璃基板材料、表面平整度、熱和機械性能等要求不同。

一、玻璃基板 TN和 STN 使用鹼石灰玻璃， TFT-LCD 使用無鹼玻璃、硼矽玻璃、石英玻璃等。表 9-27 列出玻璃的組分和特性。 TN和 STN 器件製造製程的最高溫度為 450oC ，容許伸縮量小於。鹼金屬對 TFT 影響很大，因此 TFT LCD 使用無鹼金屬。多晶矽 TFT製作製程的最高溫度 650oC ，所以使用熔融石英玻璃。

二、 ITO 膜 ITO 膜是透明導電膜，是一種含氧空位的 n型氧化物半導體材料。 ITO 膜

主要性能有電阻率、透過率、穩定性及蝕刻特性。 ITO 膜電阻率和透過率與氧化銦中錫含量、氧空位濃度及膜厚度有關。隨著 LCD 分辨率的提高，單矩陣顯示中， ITO 電極刻蝕精度要求高， ITO 膜太厚影響刻蝕精度。

95959595

9.7.5 ITO玻璃

玻璃的種類鹹石灰玻璃(AS)

中性硼矽玻璃(AX)

無鹹玻璃

AN 其他熔融石英

化學組分（%質量）

SiO2

Al2O3

B2O3

ROR2O

72.52–

1213.5

725977

56152

27–

49111525–

>99.93010–6

––

210–6

熱膨脹率 (1/K)50℃～ 200℃畸變點 ( )℃密度 (g/cm3)楊氏模量 (104Pa)泊松比彎曲強度 (kPa)折射率耐熱衝擊 ( )℃水的接觸角 ( )℃

810–6

5102.49

7 3000.216701.52856.7

510–6

5302.41

7 1000.185501.5013014.4

410–6

6602.78

8 9000.236901.5614029.5

510–

6

5902.76

6 9000.286501.5315031

0.510–6

1.0702.20

743103

0.177001.451000

–

表 9-27 　玻璃的組分和特性

96969696

9.7.5 ITO玻璃把 ITO(銦錫氧化物 )塗布在平板玻璃上可形成 ITO玻璃 ( 又稱透明導

電玻璃 ) 。

製作 ITO 方法有蒸鍍法、濺射法、高溫熔膠膜法及浸漬燒結法。其中工業生產大量使用濺射法，將氧化銦和氧化錫混合物燒結成靶材，在氬氣和少量氧氣混合氣體中玻璃基板上濺射得到 ITO 膜。在膜厚 20 nm~30 nm 時，電阻率為 2.0×10-4 •cm ~ 2.5×10-4 •cm 。在 1m2大面積玻璃基板上可製備成均勻的 ITO 膜。

chapter 9 光顯示材料

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