新型AC PDP介质保护层制备与性能研究

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等离子体显示器(Plasma display panel,PDP)具有亮度高、色彩还原度好、灰度丰富、对动态画面响应速度高、抗电场和磁场能力强、厚度薄等优点。直到本世纪初,PDP一直被认为是最有希望取代传统CRT(Cathode ray tube)显示器的平板显示技术之一。但是,目前PDP在商用平板显示器市场的份额呈下降趋势。究其原因,过高的驱动电压导致其功耗和成本偏高。研究发现,改善放电单元介质保护层的放电特性是降低交流等离子体显示器(Alternating current plasma display panel,AC PDP)驱动电压的有效方法。本论文以交流等离子体显示器的介质保护层为研究对象,在不增加成本和工艺复杂度的前提下,以降低器件功耗为目标,系统研究四种新型介质保护层的制备方法及放电性能。其中,Zn、Sn共掺杂MgO/MgO、LaB6/MgO和MgO-LaB6/MgO的双层膜结构和工艺为本论文的主要创新点。论文的主要研究内容包括:1.采用第一性原理方法分别计算了Al掺杂MgO和Zn、Sn共掺杂MgO材料的能带结构,利用Hagstrum理论计算了基于俄歇中和与俄歇去激过程的二次电子发射系数。计算结果表明,这两种掺杂方案均能有效降低MgO的禁带宽度,提高材料的二次电子发射系数。因此,采用这两种掺杂材料作为AC PDP介质保护层从理论上可以有效降低器件的放电电压。2.自行设计并搭建了AC PDP面向放电测试系统。该系统包括驱动电源、真空系统、充放气模块、放电单元矩阵四个部分,可模拟AC PDP的工作环境,用于对论文所制备的新型介质保护层进行放电性能测试,验证新型AC PDP介质保护层的可行性。3.采用水热法制备了Al掺杂MgO粉末,并旋涂在AC PDP商用前基板(有MgO介质保护层)上构成Al掺杂MgO/MgO双层介质保护层结构。考察了反应时间、反应温度、溶液填充度、尿素用量、Al掺杂量五个因素对Al掺杂MgO粉末形貌、晶向结构的影响。结果表明,以AC PDP的实际使用条件(10%Xe-Ne,400torr)为例,该介质保护层相对于传统MgO介质保护层的最小着火电压降低了11.2%、最大着火电压降低了14.8%、最大维持电压降低了18.2%、最小维持电压降低了4.2%、放电延迟时间降低了15.8%。4.提出共沉淀法制备Zn、Sn共掺杂MgO粉末,并采用旋涂法在AC PDP商用前基板上制备了Zn、Sn共掺杂MgO/MgO双层介质保护层结构。结果表明,按优化工艺参数制备出的Zn、Sn共掺杂MgO晶粒尺寸为纳米量级,晶向以MgO(110),(111)为主。在上述工艺条件下制备的Zn、Sn共掺杂MgO/MgO双层介质保护层的放电电压和放电延迟时间都获得了降低。在10%Xe-Ne,400 torr条件下,该介质保护层相对于传统MgO介质保护层的最小着火电压降低了3.6%、最大着火电压降低了13.2%、最大维持电压降低了11.7%、最小维持电压降低了12.5%、放电延迟时间降低了33.1%。5.提出丝网印刷方法在AC PDP商用前基板上制备了多晶LaB6不连续膜,形成LaB6/MgO双层介质保护层结构,利用LaB6的低逸出功特性,补充AC PDP放电所需的初始电子。考察了丝网目数、球磨、LaB6含量、烧结温度四个因素对薄膜形貌、晶体结构、透过率和放电性能的影响。放电测试结果表明,在10%Xe-Ne,400 torr条件下,该介质保护层相对于传统MgO单层介质保护层的最小着火电压降低了4.6%、放电延迟时间降低了15.1%。6.提出射频磁控溅射在AC PDP商用前基板上制备了LaB6掺杂MgO薄膜,形成MgO-LaB6/MgO双层保护层结构。考察了溅射功率、靶材中LaB6/LaB6+MgO的质量比对薄膜形貌、晶体结构、透过率以及放电性能的影响。放电测试结果表明,在10%Xe-Ne,400 torr条件下,该介质保护层相对于传统MgO介质保护层的最小着火电压降低了29.6%、最大着火电压降低了27.3%、最大维持电压降低了31%、最小维持电压降低了33%、放电延迟时间降低了14.1%。比较上述四种方案,MgO-LaB6/MgO双层介质保护层结构在降低AC PDP放电电压、提高放电效率方面的优势最为明显。
摘要第5-7页
ABSTRACT第7-9页
第一章 绪论第13-20页
    1.1 引言第13-14页
    1.2 PDP的发展历程第14-15页
    1.3 AC PDP的研究现状第15-19页
        1.3.1 AC PDP存在的问题第15-16页
        1.3.2 AC PDP介质保护层的研究现状第16-19页
    1.4 本论文的主要内容和贡献第19-20页
第二章 AC PDP工作原理及气体放电理论第20-34页
    2.1 AC PDP的结构和工作原理第20-24页
        2.1.1 AC PDP的工作原理第20-21页
        2.1.2 AC PDP的结构第21-23页
        2.1.3 AC PDP介质保护层第23-24页
    2.2 AC PDP介质保护层的二次电子发射系数第24-26页
    2.3 AC PDP的气体放电理论第26-34页
        2.3.1 气体放电伏安特性第27-28页
        2.3.2 汤生放电理论第28-29页
        2.3.3 帕邢定律第29-31页
        2.3.4 气体放电延迟时间第31-34页
第三章 AC PDP新型介质保护层二次电子发射系数的理论计算第34-52页
    3.1 引言第34页
    3.2 AC PDP新型介质保护层材料的能带结构和态密度计算第34-38页
        3.2.1 第一性原理计算理论第34-37页
        3.2.2 AC PDP介质保护层能带结构和态密度的计算过程第37-38页
    3.3 AC PDP介质保护层二次电子发射系数计算第38-42页
        3.3.1 基于俄歇中和的二次电子发射系数计算第38-40页
        3.3.2 基于俄歇去激的二次电子发射系数计算第40-42页
    3.4 计算结果与讨论第42-50页
        3.4.1 纯MgO态密度及能带结构第42-43页
        3.4.2 Al掺杂MgO晶体的能带结构和二次电子发射系数第43-46页
        3.4.3 Zn和Sn共掺杂MgO晶体的能带结构和二次电子发射系数第46-50页
    3.5 本章小结第50-52页
第四章 Al掺杂氧化镁介质保护层的制备及性能研究第52-75页
    4.1 引言第52页
    4.2 实验过程第52-58页
        4.2.1 Al掺杂MgO粉末的制备第52-53页
        4.2.2 Al掺杂MgO薄膜的制备第53-54页
        4.2.3 性能测试分析第54-58页
    4.3 Al掺杂MgO粉末形貌与结构表征第58-66页
        4.3.1 溶液填充度的影响第58-59页
        4.3.2 反应温度的影响第59-61页
        4.3.3 反应时间的影响第61-62页
        4.3.4 尿素用量的影响第62-63页
        4.3.5 铝掺杂量的影响第63-65页
        4.3.6 水热法合成Al掺杂MgO粉末的机理第65-66页
    4.4 Al掺杂MgO薄膜形貌与放电性能表征第66-73页
        4.4.1 Al掺杂MgO薄膜表面形貌与光学性能第66-67页
        4.4.2 Al掺杂MgO薄膜放电电压第67-72页
        4.4.3 Al掺杂MgO薄膜放电延迟时间第72-73页
    4.5 本章小结第73-75页
第五章 Zn和Sn共掺杂MgO介质保护层的制备及性能研究第75-88页
    5.1 引言第75页
    5.2 实验过程第75-77页
        5.2.1 Zn和Sn共掺杂MgO粉末的制备第75-76页
        5.2.2 Zn和Sn共掺杂MgO薄膜的制备第76-77页
        5.2.3 性能测试分析第77页
    5.3 Zn和Sn共掺杂MgO粉末形貌与结构表征第77-84页
        5.3.1 Zn和Sn掺杂浓度的影响第77-80页
        5.3.2 Zn和Sn摩尔比的影响第80-81页
        5.3.3 烧结温度的影响第81-83页
        5.3.4 Zn和Sn共掺杂MgO粉末的XPS表征及形成机理第83-84页
    5.4 Zn和Sn共掺杂MgO薄膜形貌与放电性能表征第84-86页
        5.4.1 Zn和Sn共掺杂MgO薄膜表面形貌及光学性能第84-85页
        5.4.2 Zn和Sn共掺杂MgO薄膜放电电压第85-86页
        5.4.3 Zn和Sn共掺杂MgO薄膜放电延迟时间第86页
    5.5 本章小结第86-88页
第六章 多晶LaB_6用于AC PDP介质保护层的研究第88-121页
    6.1 引言第88-89页
    6.2 丝网印刷法制备LaB_6/MgO介质保护层工艺及性能研究第89-100页
        6.2.1 丝网印刷原理第89页
        6.2.2 实验过程第89-91页
        6.2.3 LaB_6/MgO双层介质保护层形貌结构与光学性能表征第91-96页
        6.2.4 LaB_6/MgO双层介质保护层放电性能表征第96-100页
    6.3 磁控溅射法制备MgO-LaB_6/MgO介质保护层工艺及性能研究第100-119页
        6.3.1 磁控溅射原理第100-101页
        6.3.2 实验过程第101-102页
        6.3.3 混合靶材中LaB_6含量对介质保护层形貌与性能的影响第102-112页
        6.3.4 溅射功率对介质保护层形貌与性能的影响第112-118页
        6.3.5 MgO-LaB_6/MgO双层介质保护层放电延迟时间第118-119页
    6.4 本章小结第119-121页
第七章 结论与展望第121-124页
    7.1 结论第121-122页
    7.2 展望第122-124页
致谢第124-125页
参考文献第125-136页
博士在学期间的研究成果第136-137页
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