用于PDP的Zn2+掺杂MgO薄膜制备与研究

论文摘要

相比液晶显示器件（LCD）,等离子显示（PDP）具有宽视角、高亮度、全彩色、大尺寸、响应速度快、色彩还原性好等优点,在大尺寸（50〞+）高端显示市场中占据非常重要的地位。在PDP研究生产过程中,也存在着产品生产成本较高,发光效率低,中小尺寸PDP显示器件无法满足高清晰度和高分辨率的要求。解决以上问题需要从材料、制作工艺、后期面板结构设计以及驱动电路设计等方面进行改良。在AC-PDP中,放电材料介质保护层直接与放电气体接触,其材料成分、制作工艺、性能优劣等对于AC-PDP的生产成本、提高显示器件的发光效率从而降低整机功耗、优化电路设计以及改善气体放电性能有着至关重要的作用。目前国内外的研究主要集中在对MgO放电材料进行掺杂改性上。由于ZnO具有低于MgO的功函数,故而放电材料掺入Zn2+离子有可能提高薄膜的二次电子发射效率,进而提高气体发光效率,降低整机功耗。而采用溶胶-凝胶（sol-gel）工艺能够获得掺杂比例严格的的掺杂薄膜。本课题采用溶胶-凝胶工艺制备Zn2+掺杂MgO薄膜,并对其结构与放电特性进行分析。主要实验方案及相关结论如下：1.采用硝酸镁为镁元素的前驱物,醋酸锌作为掺杂材料的前驱物,无水乙醇作为溶剂,火棉胶作为表面活性剂,按照一定比例混合并搅拌均匀,静置陈化制备成溶胶,通过旋转涂覆镀膜和高温退火处理的方式,制备成Zn2+掺杂MgO薄膜,研究不同溶胶比例,不同退火温度以及掺杂量改变条件下,薄膜的结晶情况、表面形貌、光电特性。2.当火棉胶与无水乙醇体积比为3：7时,制备的溶胶比较稳定,并且经过成膜处理后,薄膜表面平整,致密性最好。薄膜在500℃时出现结晶态,随着退火温度的增加,薄膜（200）面择优取向比较明显。进一步提高退火温度时,在600℃时出现氧化镁（220）面的衍射峰。通过对薄膜厚度的测试可知,经过退火处理后,掺杂浓度对薄膜的厚度影响非常小,单次制备的薄膜厚度在25nm左右,工艺重复进行十次,制得的薄膜厚度在250nm左右；通过控制旋涂次数,可获得所需厚度的薄膜样品。对薄膜光学透过率的分析可知,薄膜掺杂比例对透过率的影响较小制备厚度约150nm的薄膜,可见光范围内平均透过率在85%以上；N2氛围下的透过率高于空气氛围下退火得到的透过率3.研究制备了PDP模拟放电单元模块,进行了气体放电性能测试。不同掺杂比例的模拟放电单元具有不同的着火电压,不同压强下最小着火电压多分布于掺杂比为10%的曲线上。在30torr气体压强下,混合气体成分Xe（5%）+Ne（85%）,掺杂比例为10%时,最低着火电压与纯净MgO制备的放电单元最低着火电压相比,降低了3.48%。本实验的研究结果,对AC-PDP放电材料的选择以及工艺参数的优化具有-定的指导和借鉴意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 PDP发展历史
• 1.3 等离子显示研究现状
• 1.3.1 优化气体成分研究现状
• 1.3.2 优化电极设计及改进单元结构研究现状
• 1.3.3 新型放电材料的研究现状
• 1.3.3.1 MgO薄膜研究现状
• 1.3.3.2 掺杂氧化镁薄膜的研究现状
• 1.4 本课题主要研究意义及主要内容
• 第二章 AC-PDP工作原理及溶胶-凝胶相关知识
• 2.1 PDP分类
• 2.2 三电极表面放电型结构AC-PDP工作原理
• 2.3 气体放电理论
• 2.3.1 汤生放电理论
• 2.3.2 帕邢定律
• 2.3.3 气体放电相似定律
• 2.4 PDP放电特性和发光机理
• 2.5 溶胶-凝胶法的原理和特点
• 2.5.1 溶胶-凝胶法制制备薄膜工艺优点
• 2.5.2 浸渍提拉法
• 2.5.3 旋转涂覆法
• 2.6 本章小结
• 第三章 溶胶-凝胶法制备掺杂薄膜及性能表征
• 3.1 实验主要仪器设备及原材料选择
• 3.1.1 实验主要仪器设备
• 3.1.2 实验原材料的选择
• 3.1.3 衬底表面的预处理
• 3.1.3.1 硅片清洗
• 3.1.3.2 ITO玻璃衬底清洗
• 3.2 主要实验步骤
• 3.2.1 溶胶制备
• 3.2.2 旋转涂覆法制备薄膜
• 3.2.3 薄膜的干燥处理
• 3.3 主要测试手段
• 3.3.1 薄膜厚度的测量方法
• 3.3.2 X射线衍射（XRD）分析薄膜物相结构
• 3.3.3 EDS电子能谱分析仪分析薄膜成分
• 3.3.4 其他测试方法
• 3.4 溶胶-凝胶法制备掺杂薄膜测试结果
• 3.4.1 研究制备纯氧化镁薄膜最佳工艺参数
• 3.4.1.1 火棉胶含量对薄膜成膜质量的影响
• 3.4.1.2 热处理过程升温速率对薄膜成膜质量的影响
• 3.4.2 薄膜物相结构分析
• 3.4.2.1 退火温度对物相结构的影响
• 3.4.2.2 涂覆次数对物相结构的影响
• 3.4.2.3 掺杂比例对物相结构的影响
• 3.4.3 掺杂薄膜的成分分析
• 3.4.4 掺杂薄膜的厚度测试
• 3.4.5 掺杂薄膜的透过率测试分析
• 3.4.5.1 退火条件对薄膜的通光性能的影响
• 3.4.5.2 镀膜层数对薄膜的通光性能的影响
• 3.4.5.3 掺杂比例的改变对薄膜透过率的影响
• 2+掺杂MgO薄膜导电性能的研究'>3.4.6 Zn²⁺掺杂MgO薄膜导电性能的研究
• 3.5 本章小结
• 第四章 模拟放电单元放电特性测试及结果分析
• 4.1 PDP模拟单元封接工艺研究
• 4.1.1 模拟单元封接工艺研究
• 4.1.2 PDP模拟放电单元设计与制备
• 4.1.3 充放气系统模块设计
• 4.1.4 模拟放电单元电路模块设计
• 4.2 PDP模拟放电单元放电特性相关研究
• 4.2.1 气体压强与着火电压关系
• 4.2.2 模拟真实PDP工作放电特性分析
• 4.2.3 模拟放电单元工作稳定性分析
• 4.3 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 下一步工作方向
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的研究成果