Alternating-Current Thin-Film Electroluminescent Device Characterization - Ahmed, Mustafa M. Abdalla (Vysoké učení technické v Brně. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií, 2008)
Jádrem této disertační práce bylo studovat optické a elektrické charakteristiky tenkovrstvých elektroluminiscenčních součástek řízených střídavým proudem (ACTFEL) a zejména vliv procesu stárnutí luminiforů na jejich optické a elektrické vlastnosti. Cílem této studie měl být příspěvek ke zvýšení celkové účinnosti luminoforů, vyjádřené pomocí jasu, účinnosti a stability. Vzhledem k tomu, že současnou dominantní technologií plochých obrazovek je LCD, musí se další alternativní technologie plošných displejů porovnávat s LCD. Výhodou ACTFEL displejů proti LCD je lepší rozlišení, větší teplotní rozsah činnosti, větší čtecí úhel, či možnost čtení při mnohem vyšší intenzitě pozadí. Na druhou stranu je jejich nevýhodou vyšší energetická náročnost, problém s odpovídající barevností tří základních barev a podstatně vyšší napětí nutné pro činnost displeje. K dosažení tohoto cíle jsme provedli optická, elektrická a optoelektrická měření ACTFEL struktur a ZnS:Mn luminoforů. Navíc jsme studovali vliv dotování vrstvy pomocí KCl na chování mikrostruktury a na elektroluminiscenční vlastnosti (zejména na jas a světelnou účinnost) ZnS:Mn luminoforů. Provedli jsme i některá, ne zcela obvyklá, měření ACTFEL součástek. Vypočítali jsme i rozptylový poměr nabitých barevných center a simulovali transportní charakteristiky v ACTFEL součástkách. Studovali jsme vliv stárnutí dvou typů ZnS:Mn luminoforů (s vrstvou napařenou či získanou pomocí epitaxe atomových vrstev) monitorováním závislostí svítivost-napětí (L-V), velikost vnitřního náboje - elektrické pole luminoforu (Q-Fp) a kapacitance-napětí (C-V) ve zvolených časových intervalech v průběhu stárnutí. Provedli jsme krátkodobá i dlouhodobá měření a pokusili jsme se i o vizualizaci struktury luminoforu se subvlnovým rozlišením pomocí optického rastrovacího mikroskopu pracujícího v blízkém poli (SNOM). Na praktickém případu zeleného Zn2GeO4:Mn (2% Mn) ACTFEL displeje, pracujícího při 50 Hz, jsme také studovali stabilitu svítivosti pomocí měření závislosti svítivosti na napětí (L-V) a světelné účinnosti na napětí (eta-V). Přitom byl zhodnocen význam těchto charakteristik. Nezanedbatelnou a neoddělitelnou součástí této práce je i její pedagogický aspekt. Předložený text by mohl být využit i jako učebnice pro studenty na mé univerzitě v Lybii.

The objective of this thesis is to study the optical and electrical characterization of Alternating-Current Thin-Film ElectroLuminescent (ACTFEL) devices, and specifically the aging process of phosphor materials that comprise the ACTFEL display in an effort to improve the overall performance of the primary phosphor colors in terms of brightness, efficiency and stability. Since the dominant flat-panel display technology is the LCD, an alternative flat-panel display technology must gauge itself in terms of the LCD. The advantages of ACTFEL displays in comparison with LCDs are the ability to pattern much smaller pixel, performance over a wider temperature range, full-viewing angle, and readability with much greater intensity background light. The disadvantages of ACTFEL displays against LCD ones are larger power consumption, lack of adequate chromaticity of the three primary colors, and much larger driving voltages. To achieve these objectives, the optical, electrical, and opto-electric measurements of the ACTFEL structures and ZnS:Mn phosphor hosts were carried out. Moreover, the effect of KCl co-doping on the microstructure and the electroluminescent properties (mainly brightness and luminous efficiency) of ZnS:Mn phosphors has been investigated, too. A non-common electrical characterization of ACTFEL devices has also been provided. We also calculated charged center scattering rates, and simulated the electron transport process in an ACTFEL device The study of the aging characteristics of evaporated and atomic layer epitaxy ZnS:Mn phosphors has been undertaken by monitoring the luminance-voltage (L-V) internal charge-phosphor field (Q-Fp) and capacitance-voltage (C-V) electrical characteristics at in selected time intervals during aging. Short-term and long-term ACTFEL aging studies has been provided and an attempt to visualize locally the structure of phosphor with a subwavelenght resolution using Scanning near-field optical microscope (SNOM) has also been presented. The practical case of a green Zn2GeO4:Mn (2% Mn) ACTFEL device operated at 50 Hz was studied and a luminance stability by a measurement of luminance-voltage (L-V) and luminous efficiency-voltage (eta-V) characteristics has been evaluated. A non-negligible and indiscreptible task of this thesis was also its pedagogical aspect. Therefore, the presented text can be considered as a textbook suitable for our students in Libya.
Charakterizace tenkovrstvých elektroluminiscenčních součástek
Keywords: elektroluminiscenční tenká vrstva řízená střídavým proudem (ACTFEL); elektroluminiscenční displej; luminofor; ZnS:Mn; napařený ZnS:Mn; epitaxe atomové vrstvy; Zn2GeO4:Mn; ZnS:Mn dotovaný KCl; topografie; elektrické charakteristiky; přenesený náboj; podprahové napětí; děrová driftová délka; transportní charakteristiky; optické charakteristiky; jas; prahové napětí; fotoindukovaný náboj; fotoindukovaná svítivost; teplotní jevy; vliv tloušťky; proces stárnutí; analyza stárnutí; trendy stárnutí; mikroskopie v optickém blízkém poli (SNOM); měření; Alternating-Current Thin-Film ElectroLuminescence (ACTFEL); electroluminescent displays; phospors; ZnS:Mn; evaporated ZnS:Mn; atomic layer epitaxy ZnS:Mn; Zn2GeO4:Mn; ZnS:Mn doped with KCl; topography; electrical characteristics; subthreshold voltage-induced transferred charge; hole drift length; transport characteristics; optical characteristics; brightness and threshold voltage; photo-induced charge; photo-induced luminance; temperature and thickness effects; aging process; aging analysis; aging trends; Scanning Near-field Optical Microscopy (SNOM); measurement