（材料加工工程专业论文）PDP用BaMgAllt10gtOlt17gt：Eult2gt蓝色荧光粉包膜研究.pdf

摘要 作为p d p 显示器件的关键材料之一，荧光粉对于p d p 技术的发展和p d p 显示器性能的 发挥起着至关重要的作用。其中以铝酸盐为基质的b a m g a l l o o l 7 ：e u ”( b a m ) 蓝粉由于其 很高的量子效率、纯正的色坐标及较好的化学稳定性，已获得了广泛应用。但是b a m 蓝 粉在经历5 0 0 6 0 0 的高温过程时，会发生非常严重的热劣化发光亮度下降。色坐标漂 移，对其使用性能和p d p 的工作寿命都造成了非常不利的影响。而目前研究界所提出的几 种解决方式均难以很好的解决该问题。 通过热劣化试验，研究了b a m 蓝粉发光性能与灼烧温度和灼烧时间之间的关系。试验 结果表明：随着灼烧温度的升高( 5 0 0 以上) b a m 蓝粉的发光亮度逐渐下降，色坐标减 小；当温度超过5 5 0 后，热劣化程度加剧；在6 0 0 时，b m 讧蓝粉的相对亮度只有6 9 ， 色坐标( y ) 从初始时的0 0 6 5 0 降至了0 0 5 6 3 。为了研究b a 】蓝粉的热劣化机理，通过光 电子能谱( x p s ) 和x 射线衍射( x r d ) 分别对b a m 蓝粉发光中心e u 的电子结合能和晶 体结构的变化进行了分析。结果表明e u ”被氧化成e u ”和由加热过程引起晶体结构的变化 这两方面因素的共同作用导致了b a m 蓝粉的热劣化。 本文首先以非均相沉淀法为基础，分别开发出氢氧化铝沉淀法和碳酸铝铵沉淀法两种工 艺对b a m 蓝粉进行包膜处理，均在b a m 蓝粉表面制各出y - a 1 2 0 ，包膜。研究结果表明： 对于a l ( o h ) 3 沉淀法，当p h = 4 5 和4 8 ，前驱体加料比例为1 0 和1 5 时，包膜层的包覆 率较高，膜层组织呈微小颗粒状均匀分布与荧光粉表面；当p h = 5 2 和6 o 时，包膜层生长 成为长径比很大的针状组织。当前驱体加料比例处于o 5 2 0 时，随着前驱体加料比例 逐渐增加膜层厚度逐渐增加，当加料比例大于2 0 时，膜层由原先较平整的表面转而呈现 出“羊齿状”的生长形态。对于n 王4 a 1 0 ( o 均h c 0 3 包膜法，当p h = 85 ，加料比例为o5 时，包膜层的包覆率和均匀性相对较高；随着前驱体加料比例进一步增加，膜层厚度进一步 增加，但均匀性会有所下降。热劣化试验结果表明，该两种包膜对于b a m 蓝粉的抗劣化性 能的改善效果并不明显，相比之下，由a l ( o 均3 沉淀法制各的包膜蓝粉抗劣化性能较好，在 6 0 0 时，相对亮度为8 0 ，高于未包膜蓝粉1 1 。 基于a 1 2 0 3 包膜的研究工作本文又开发出工艺简单且质量稳定的s i 0 2 液相包膜工艺， 并就如何通过p h 值、前驱体加料比例和加料速度等工艺参数对包膜形貌进行有效控制开展 了系统的试验研究。结果表明：当p h = 7 1 1 ，前驱体加料比例为5 1 5 ，陈化时间为2 4 h 时，滴加速度为5 删n l i n 时，s i 0 2 包膜达到了较高的包覆率、均匀性和致密度。且抗劣 化性能较未包膜b a m 蓝粉有了显著的提高。在保证初始亮度不发生下降的同时( 1 0 5 ) ， 随着灼烧温度的升高劣化程度较未包膜蓝粉明显缓和。在6 0 0 ，s i 0 2 包膜蓝粉亮度可达 9 2 ，色坐标为o 0 5 8 0 。表明该包膜b a m 蓝粉完全可以满足实际使用的要求。在此基础上， 本文还对s i 0 2 包膜层与荧光粉基体之间的结合机制、s i 0 2 包膜的成膜机制以及包膜的抗劣 怖制进行了探讨。结果表明：s i 0 2 包膜与b a m 蓝粉基体之间形成了化学键合，保证了包 东南大学博士学位论文 膜与荧光粉之间的结合强度。s 1 0 ，包膜良好的抗劣化作用，主要是具有其平整的表面形貌和 致密的组织有效地阻挡了外界氧原子的入侵，起到了扩散阻挡层的作用。同时也进一步证明 了b a m 蓝粉发光中心e u 2 + 的氧化是造成b a m 蓝粉热劣化的主要原因，而晶体结构变化对 发光性能的影响相对较小。 晟后，本文采用了k u b l k a m u n k 模型对包膜荧光粉层进行了数学建模，并进行了理论 计算，结果表明，在包膜厚度相同的前提下，包膜层组织的折射率越低，随之，由于包膜层 对出射和入射光线的吸收和散射而造成的发光效率下降的幅度就越小。这就从光学角度证明 了s i 0 2 包膜优于a 1 2 0 3 包膜的原因所在，并为就如何进行包膜材料的选择提供了理论上的 参考。 关键词：p d p 荧光粉b a m g a l l 0 0 1 7 ：e u ( b a m ) 热劣化包膜y a 1 2 0 3 非均相沉淀 法s i 0 2 结台机制 抗热劣化机制 i i 东南大学叶：卜学位论文 a b s t r n c t b e i n gac r i t i c a lm a 汜r i a li np d pa p p a m t u s ，p h o s p h o ri so fe x t r a o r d i n a r yi m p o r 【a n c et 0t h e d e v e l o p m e n to fp d pt e c h n i q u ea n di t sa p p l i c a t i o np r o p e r t j e sa l u n 面n a t eb a s eb a m g a l i o o l 7 ：e u ” b l u ep h o s p h o ri so fv e r yi m p o n a n c ed u et oi t s r e l a d v e l y1 1 i g hq u a n t u me m c i e cy p u r e c 1 1 r o m a t j c i t ya n dc h e i i l i c a is t a b i l i t y h o w e v 盯，w h e na 缸rb a k e da f5 0 旷6 0 0 ，s e v e r et h e 砌l d e g r a d a n o nw o u l dh a p p e nt ob a m ，p r e s e n t sl u 栅n e s c e n c ed e c r e a s i i l ga n dc h _ o i r i a 廿c i t ys l l i f 【t i l i s l c i n dd e g r a d a 6 0 nw i l lb ead e t r i m e n 【a lf a c t o rt ob o t hp h o s p h o r sa p p l i c a t i o np r o p e r t ya n dw o r k i n g l i f eo fp d pa p p a r a t u s u pt 0n o w ，s o m e 】e a s u r e sp o s e ds 枷lc o u l dn o ts 0 1 v et h i sp r o b l e m e 髓c t i v e l y t h er e l a t i o n s l l i pb e t w e e np h o s p h o rl u n 吐n e s c e n c ep r o p e r t i e sa n db a k i i 增t e m p e 珀“ea n db a k i n g 廿t n ew e r es t u d i e dw i mt h e r m a ld e g r a d a 6 0 ne x p e r i i r 圮n 【r e s u l 乜i n d i c a t e dm a tb o t hl u i l l i n a n c ea n d c l 】r o i n a t i c i t yd e c r e a s e df a d l l a l l yw i t hb a k i n gt c n 币e r a n l r et i s i n g t o5 0 0 a n da b o v e a s t e m p e m t i l r er e a c h e d5 5 0 t h ed e g m d a t i o ne x t e ma g g m v a t e d 觚h e r w h e na t6 0 0 ，l u i i l i n a n c e o i l l y1 l 】a i n t a i n c da t6 9 ，a n dc i 】m n l a t i c i t yc o o r d i l l a t eyd e c r e a s e d 仃o mi n “i a l0 0 6 5 0t oo 0 5 6 3 f o r l ep _ p o s et os t u d yn l e 山e r i i l a ld e g r a d a n o nm c c l l a n i s i i l e l e c 奸o nb i n d i n ge n c r g yo fb a m l u i n i n e s c e n c ec 即t e ri 沁a n dc r y s t a ls 仃i l c t u r cw e r ci n v e s n g a t e db yx 船yp h o t o e l e c 仃o ns p 。c m m l ( x p s ) 锄dx 一翰yd i 册a c 血n ( x r d ) ，r e s p e c t i v e l y r e s u l t s u s 廿a t e dt h a tb o t ho x i d a t i o no fe u 口 i n i oe u ”a n dc h a n g i n go f c r y s t a ls t n l c 眦r e s u l t e dmm em e r r 衄ld e f a d a 6 0 n 珊s y ，a l ( o 勘p r e c i p n a t i o n 眦t h o da n dn 地a l o ( o d h c 0 3p r e c i p i t 砒i o 眦t h o dw c r e d e v e l o p e dr e s p e c t i v e l yb a s e do nh e t e r o g e o u sp r e c i p i 协t i o n ，a n da l lo b t a i n c dy a 1 2 仉c o a t j i l g l a y e rr e s u 恼i n d i c a t e dm a ta st ot h ef o l l m r 戏t h o d w h e np ha 4 5o r4 8 ，a d d i t i o np r 叩0 n i o no f p m c u r s o rw a s1 0 o r1 5 ，m ec o a 血gl a y e rh a dr c l a t i v eh i g l lc o a n n gr a t i o ，a n dd i s 研b u t e d u l l i f o m d yo nt l l es l l r f a c eo fp h o s p h o ri nt h ef o mo ft i n yp a r t i c l e w h n ep h - 5 2o r6 0 ，c o a b n g l a y e rg r e wi m os p i c u l ew i t hh i g hr a t eo f l e l l g t ht or a d i u s w 1 l e na d d i 廿o np r o p o n i o ni so 5 。2 0 ， t l l et h i c k n e s so fc o a t i n gl a y e ri n c r c a s e dg f a d u a l l y a n dt h ei i l o r p h o l o g y 廿a m f o r m e d 丘o mf b m l e l u l l i f o r ms t a t ei n 沁a c c i d e m e ds t a t e a st ol e t t e r 仃l e t h o d ，w h e np h = 8 5 ，a d d i t i o np m p o r t i o w a s o 5 ，廿他l a y e fw i t l lr e l a t i v eh j g hc o a t i n gr a d oa n du n i f 0 加：，i t yc a nb eo b t a i n e d ，a n d 让su i i i 枷t y w 0 1 l l dd e c r 髓s ea sa d d i n o np r o p o r t i o ni n c r e a s e df l l r t h e l1 1 砌m ：l a ld e 野a d a t i o ne 砷e r i m e n tr e s u n s n l u s 扛a t e dt i l a tb o t l lt 坨s ec o a t i n gp h o s p h o rd i dn o tp r e s e mf a v o 柏b l ep m t e c 廿v ce 行毫c t b a s e dl l p o ne x p l o r e dr e s u l t so fa 1 2 0 3c o a d n gw o r k ，as 呻l ea n ds t a b l es i 0 2c o a 吐n gt e c 晡q u e w a se i l l p o l d e r e d ，a n dt h e 嘶t i c a lp r o b l 哪h o wt 0e 恤c t i v e l yc o n 廿0 lm o r p h o l o g i e so fc o a 吐n gi i l m t h 柏u g hp hv a l u e ，a d d h i o np r o p o r 【i o no fp r e c i 腮o r a n da d d i t i o n v e l o c i t yw 盯ee x p l o r e d e x p e r i m e n 诅lr e s u l t si n d i c a t e dt h a tw h e np h 一7 11 ，a d d h i o np r o p o r t i o n 。5 1 5 ，a g 吨t i m e r4 ha n da d d i 廿o nv e l o c i c y = 5 刖血n ，t h ec o a 石n gn l mw i t hh i g hc o a t i n gr a t i o ，u n j f o r 嘶t ya n d c 0 1 p a c id e 昏e ew a sp r e p a r e d t 1 1 i sk i n dc o a t e db a mp r e s e n t e de x c e l l e ma n t i - t h e 玎n a ld e g r a d a t i o n i 东南大学哺士学泣沦文 e 仃e c i o nt h ep r e 嘶s eo fi n 地l l u l l 】i n a n c e ( 1 0 5 ) ，s i 0 2c o a t e db a ml u 商n a n c ek e p ta t9 2 a t 6 0 0 ，w h i c hi sh i g h e rt h a n 【h a to fu n c o a t e db a mb y2 3 ，a n dc 1 1 r o i l l a t i c i t yw a so 0 5 8 f u f t h e 哪o r e ，t h ec o n t a c ti n e c h a n i s mb e t w e e nc o a t i n gi a y e ra n dp h o s p h o lc o a d n gm e c h a n i s ma n d a n 6 一t h e 丌1 】a l d e 铲a d a t i o nm e c h a n i s mw e f ed i s c u s s e d r e s u l t ss h o w e dt h a ts i 0 2c o a n n g 丘l m c o n 诅c t e dw i i hp h o s p h o ri nt h ef b r mo fc h e m c a lb o n d j n g ，a n ds e r v e da s ab l o c k1 a y e rt oo b s t n l c t o x y g e na t o 札t h e s ef e s u l t s a l s oc o n 丘r 腓dt h a tt h er m i ni e a s o no ft h e n m ld e g r a d a t i o n i n e c h a l l i s mo f b a mw a so x i d a 廿o no f e u ” f j n a l l y k u b j k a - m u n k 叩c a lm o d e lw a sa p p i i e dt oc a l c u l a t em co p t i c a lb e l l a v i o ro fc o a t i n g p 1 1 0 s p h o fl a y e rr e s u l t si l l u s 缸a t e dt h a tt h el o w e fr e 打a c t i v ei n d e x ，t h el o w e rd e s c e n d e n te x t e n to f l u 面n e s c e n c ee f i i c i e n c yc a l i s e db ya b s o r p t i o na n dd i s p e r s i o no fc o a t i n gl a y e rt oi n c i d e ml i g h ta n d e i i 】e 唱e ml 培h t ，w h i c hc o n f i m e dt 1 1 a tt l l er c a s o n sw h ys i 0 2c o a t i l l g 五1 ml l a da d v a 诅g eo v e ra 1 2 0 3 c o a t i n gm m f 沁ma s p e c to fo p t i c sa n dp r o v i d ee f & c n v ct h e o r e t i c a lr e f e r e eo nh o wt oc h o o s e p r o p e rc o a 血g m t 嘶a 1 k e yw o r d s ：p d p ；p h o s p h o r ；b a m g a l l 0 0 1 7 ：e u 弘 h e t e r o g e n c o u sp r e c i p i t a t i o n ；y - a 1 2 0 3 ；s i 0 2 ； i t l e c h a n i s m ( b a m ) ；t h e m m ld e g r a d 撕o l l ；s l l r f a c ec o a t i l l g ； c o n t a c tm e c i l a n i s m ；a m i l t l l e r m a l d e g r a d a t i o n 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。尽我所知，除了文中特别加班标注和致谢的地方外论文中不包含 其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：兽也日 期：埤f ( 9 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位 论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人 电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论 文被肖阗和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包 括刊登) 授权东南大学研究生院办理。 研究生签名 蟛丝 导师 日期： 猡，7 w 第璋绪言 第一章绪言 发光材料广泛应用于显示、显像、辐射场的探测和记录段医药放射图像的各种摄影技术等领域。 尤其在关系到国民经济和人们日常生活的显示、显像和照明等领域，具有更突出的意义。 p d p 是最近几年来发展起来的一种新型平板显示器件，由于具有易于实现大屏幕、显示效果好、 无辐射等特点，因而被认为是未来最有发展前途的显示器之一。在种类众多的荧光粉家族中铝酸 盐基质荧光粉由于具有较高的量子效率和纯正的色品坐标，因而占据着重要地位。其中发蓝色光的 b a m g a l l 0 0 1 7 ：e u ( b a m ) 荧光粉由于其在1 4 7 n m 和2 5 3 n i i l 附近均具有很高的激发效率因而不仅 在照明领域得到了应用，而且在p d p 显示技术领域也发挥了重要作用，目前已进入商用阶段。但是 b a m 蓝粉存在较为明显的热劣化倾向，在p d p 制屏过程中，当b a m 蓝粉经历5 0 0 6 0 0 的高温 过程后，就会发生较为严重的热劣化，导致发光性能显著下降，大大限制了其使用性能。 针对这一问题，各国研究人员从多种角度开展了研究。主要的解决途径有开发新型发光材料、 优化和开发新型合成制各工艺、掺杂技术、制屏工艺的改进以及包膜技术等。但是目前这些方法均 存在着一些不足之处。如开发新型发光材料尽管可能从根本上避免热劣化，但是该方面的研究进展 缓慢，难以跟上目前p d p 的发展步伐。而在开发新型合成方法方面，研究人员也提出诸如溶胶一凝 胶法、喷雾热解法、微波合成法等新型合成工艺，但是由于在成本以及粉体本身性能方面与通过传 统高温固相法合成的荧光粉依然存在明显的差距，难以实现替代。此外在制屏工艺的改进方面 可以通过优化烧结参数降低烧结温度，以缓解热劣化程度的目的，但是该方法存在着明显的适应性 较差的不足。 在这些解决途径当中，研究的重点主要集中在新型发光材料的开发，对现有发光材料的成分调 整以及合成工艺的优化改进方面以期从材料本身上对荧光粉加以改进，而烧结工艺的改进和包膜 处理由于无法从根本上避免热劣化，属于缓解措施，目前并没有得到重视。 但是从目前的研究现状来看，在新型发光材料的开发或是对现有发光材料改进优化方面，进展并不 尽人意，新开发的荧光粉还无法在发光效率、色坐标以及化学稳定性等方面超越现有的铝酸盐基质 荧光粉。而包膜技术由于具有抗劣化效果突出，工艺简单，成本低廉等特点，已在蓄光型荧光粉( 长 余辉荧光粉) 、场发射显示( f e d ) 用荧光粉、阴极射线管( c r t ) 用荧光粉以及灯用粉领域得到了 应用，包膜可以有效提高荧光粉在热湿环境下的化学稳定性。鉴于包膜技术在其他领域的显著效果， 可以预期包膜在提高b a m 蓝粉的抗热劣化性能方面也应该可以起到其应有的效果。如果该技术得 以成功，不仅可以起到缓解b a m 蓝粉热劣化程度的作用，而且可能对提高b a m 蓝粉的抗工作劣化 性能也能发挥一定的作用。 基于以上思路，本课题对b a m 蓝粉包膜技术进行了探索和研究，针对包膜层的形貌控制、界 面结合机制以及包膜的抗劣化机制等几种关键问题开展了研究。研究表明，包膜b a m 蓝粉的热稳 定性得以显著提高，其在高温情况下的劣化程度得到了有效缓解。本技术的研制成功不仅可缓解 b a m 蓝粉的热劣化程度，而且可以应用到其他类型的荧光粉上，进一步发掘了现有荧光粉的使用性 东南大学博士学位论文 能，具有非常重要的实际意义。 本项研究得到了江苏省科技招标项目( b g 2 0 0 2 0 2 4 ) 的大力支持，在此表示衷心的感访 。本研 究工作仅得出阶段性成果，该技术的完善尚需后继大量的工作。在本论文撰写上，由于学识水平有 限，文中可能会存在不少缺点和错误，诚恳地希望各位师长予以斧正1 2 筇章文献综述 第二章文献综述 2 1 引言 随着以计算机、通信为核心的信息网络的普及，以及移动信息终端产品市场的迅速扩大，作为 视频界面的显示器展现出良好的市场前景，成为最令人瞩目的电子产品领域之一。综观显示器的发 展历史，从笨重的c r t 发展到今天的各种显示器件，如l e d 、l c d 、f e d 等，功能各异、品类繁 多。可以预见重量轻、厚度薄、亮度更亮、色彩更丰富、对比度更佳、分辨率更高、价格更低廉、 更具人性化等特点一定代表着未来显示技术的发展方向。新型平板显示器件( f p d ) 代表了这一发 展趋势，而等离子体显示屏( p l a s i md i s p l a yp a n e l ，p d p ) 由于其具有易于实现大屏幕、显示效果好、 无辐射等优点，而日益受到世界各国的关注，目前它被认为是未来最有发展前途的显示器之一“1 。 而荧光粉作为p d p 显示器件中的关键材料对p d p 技术的发展及p d p 显示器性能的发挥起着 至关重要的作用。自然围绕着p d p 用荧光粉及相关方面研究也就成为近期的热点3 ”5 ”。 在p d p 用荧光粉中，铝酸盐类荧光粉由于其具有很高的量子效率、纯正的色坐标及较好的化学 稳定性，而占据了重要地位，目前商用的p d p 用绿色和蓝色荧光粉均以铝酸盐为基质。但是铝酸盐 荧光在p d p 制屏的高温烧结过程中，存在着热劣化倾向。p d p 用铝酸盐荧光粉的劣化主要包括工席 劣化和工作劣化两个方面5 。 目前针对这一问题，各国研究人员主要从( 1 ) 开发新型发光材料：( 2 ) 优化和开发新型合成制备工 艺( 3 ) 掺杂技术：( 4 ) 制屏工艺的改进( 烧结工艺的改进) ( 5 ) 荧光粉包膜技术等几个方面进行了 研究，并给出了相应的解决途径。但是每种方法均存在不同程度的局限性。但相比而言，荧光粉包 膜技术具有保护效果好，适应性强，工艺简单等优点。但是目前仍存在很多技术困难。如能对这种 方法进行深入研究，并有所突破，则将进一步发挥了现有荧光粉的发光性能同时还延长了荧光粉 的使用寿命，进而提高了p d p 显示器整机性能，因而具有极其重要的意义。 本章将就p d p 显示器及其关键材料荧光粉的发展现状作简要介绍，重点分析引发p d p 用铝酸盐 类荧光粉，尤其是b a m g a l l o o l 7 ：e u 2 + ( b a m ) 荧光粉劣化外在原因。在对现有几种主要改进措施的优 缺点的综合分析和比较的基础上确定了包膜技术的优势所在。通过对各种包膜技术特点以及包膜 材料的分析，明确了本课题的研究方向及主要内容。 2 2 等离子显示器及荧光粉的发展现状 2 2 1 等离子体显示屏的结构及其工作原理 p d p 按照工作方式可将p d p 分为电极与气体直接接触的直流型p d p 和电极上覆盖介质层的交 流型p d p 两大类。目前研究最多的是单基板式( 又称表面放电式) 交流p d p 。p d p 技术是利用氖、 氙等混合气体在密闭空间放电的显示装置，屏幕采用等离子管作为发光元件，大量的等离子管排列 东南大学博士学位论文 在一起构成屏幕。产生等离子体生成真空紫外线( v u v ) ，激发荧光粉发光成像。 图2 1 彩色a c p d p 的结构 f i g2 - ls t m c n l r eo fc o l o ra c p d p 典型的表面放电型a c p d p 的结构如示意图2 - l 所示，一般由三层结构组成。以两块玻璃作 基板，相隔一定问距，四周经气密性封接形成放电空间。放电空间内充入氖、氙混合气体作工作媒 质。在两块玻璃基板的内侧面上置有金属氧化物导电薄膜作激励电极。当向电极上加入电压，放电 空间内的工作媒质一氖、氙混合气体便发生等离子体放电现象。气体等离子体放电产生v u v 紫外光， v u v 光激发荧光屏，荧光屏发射出可见光。显现出图像。当使用涂有三原色( 也称三基色) 荧光粉 的荧光屏时，v u v 光激发荧光屏，荧光屏发出的光则呈红、绿、蓝三原色。当每一原色单元实现2 5 6 级灰度后再进行混色，便实现彩色和全色显示，与显像管发光相似。 在基板层的里面涂有导电材料的垂直条即寻址电极( a d d r e s se l e c 廿o d e ) 中间层是发光单元 阵列第三层表面涂有导电材料的水平条。要点亮某个地址的发光单元，开始要在相应行上加较高 的电压，等该发光单元点亮后，可用低电压维持发光单元的亮度。关掉某个发光单元，只要将相应 的电压降低。通过改变控制电压，可以使等离子板显示不同灰度的图形。由于p d p 彩色图像由各个 独立的发光单元综台而成，因此图像鲜艳、明亮、干净而清晰。 图2 2 是典型的表面放电式p d p 发光单元结构示意图1 。 4 菊= 章文献综述 l i g h t 图2 2p d p 的发光单元结构 ( a ) 前基板( b ) 寻址电极( c ) 气体放电( d ) 荧光粉( 红绿蓝) ( e ) 辅助电极( d 后基板 f i g 2 2 s 锄c t u r co f p d pu 血 ( a ) 曲n ts u b s 汀a t e a d d 佗s se l e c 订o d e ( c ) g a sd i s c h a r g e ( d ) p h o s p h o r ( r g b ) ( c ) a u 】( i l i a r ye l e c 拉o d e ( d r e 盯s u b s 廿a t e 发光单元的工作过程为：在电压作用下惰性气体变成等离子态一等离子气体发射v u v 真空紫 外光一v u v 光激发荧光粉发出可见光。 激发态 基态 图2 3 真空紫外光激发下荧光粉发光过程示意图 f 遮2 - 31 r h el u i 血鹏s c e n c eo f p h o s p h o re x c n e d b yv u v v u v 真空紫外光激发下荧光粉的发光过程如图2 - 3 所示。v u v 光照射到荧光粉表面时，一部 分被反射，一部分被吸收，另一部分则透射出荧光粉层。当荧光粉的基质吸收能量后，基质电子从 基态跃迁到激发态，电子返回基态时发生辐射跃迁，产生光子。由于发光中心的不同而产生出不同 颜色的可见光。 东南大学博= e 学应论文 2 2 2 等离子体显示屏的特点及其发展现状 p d p 最突出的优势是易于实现大屏幕平板显示。由于p d p 具有简单的结构，发光单元数量的 增多即可实现屏幕的增大，而不会有显示亮度的损失。p d p 显示器易于与大规模集成电路联合，体 内零部件任凭拆卸，工艺方便易行，结构更加简单，适合现代化大批量生产。 除此之外，相比c r t 和l c d ，p d p 具有更高的技术优势1 ： 一、与直视型c r t 显像管相比 p d p 具有高亮度、大视角、全彩色和高对比度的特点，图像更加清晰，色彩更加鲜艳，感受 更加舒适，效果更加理想，令c r t 无法比拟； - p d p 显示器的体积更小、重量更轻，而且无x 射线辐射； 由于p d p 各个发光单元的结构完全相同，因此不会出现c r t 显像管常见的图像几何畸变： p d p 屏幕亮度非常均匀没有亮区和暗区，而不像a 玎屏幕中心的亮度比四周亮度要高 一些： 由于p d p 的显示不需要借助于电磁场，因此不会受电磁干扰，具有更好的环境适应能力；在 p d p 可以增加电磁屏蔽设计，能够防止辐射，对眼睛几乎没有伤害，更有效地呵护人的健康，具有 良好的环保特性。 p d p 屏幕不存在聚焦的问题，因此完全消除了显像管某些区域聚焦不良或散焦的顽症：不会 产生显像管的色彩漂移现象，而表面平直也使大屏幕边角处的失真和色纯度变化得到彻底改善。 = 、与l c d 液晶显示屏相比 p d p 显示有亮度高，屏幕亮度高达6 0 0 9 0 0 c d ，m 2 ，因此可以在明亮的环境下，让人心情愉 快地欣赏大画面的视讯节目： p d p 色彩还原性好、灰度丰富，能提供格外亮丽、均匀平滑的画面； p d p 对迅速变化的画面响应速度快； p d p 视野开阔，能提供格外亮丽、均匀平滑的画面和前所未有的更大观赏角度。 p d p 的机械强度较高，更加适合公共信息显示，如飞机场、火车站、展示会场、企业研讨、 学术会议等。 三、与背投电视相比 m p 体积小、重量轻、无辐射： 不存在背投彩电普遍存在的闪烁现象和图像几何变形。 另外，p d p 具有丰富和友好的输入接口，可接驳市面上几乎所有的信号源，功能可以像多媒体 电脑一样。可接收电源、电脑、摄像机、投影机、v c d 、d v d 、h d t v 等各种信号源，还可以在将 来收看数字电视、上网、接收卫星电视。 当然，p d p 也存在一些缺陷，主要表现在以下几个方面： 一、p d p 显示屏上的玻璃极薄，表面不能承受太大或太小的大气压力，更不能承受意外的重压； 二、p d p 显示屏的每一颗像素都是独立地自行发光，相比于c r t 使用一支电子枪而言，耗电 6 第二章文献综述 量大大增加。一般p d p 显示器的耗电量高于3 0 0 瓦； 三、制作1 艺复杂，成品率低，导致p d p 价格较贵，目前4 2 英寸p d p 市场售价3 万元人民币 左右这也是限制p d p 迅速走向市场化的主要障碍： 四、荧光粉的性能仍有待提高。荧光粉是p d p 的核心部件，现有荧光粉仍存在光效偏低、色纯 度稍差、余辉时间长、稳定性较差等问题。 在可以预期的未来岁月里，p d p 显示器将具有光明的前景、其市场潜力十分巨大，据美国市场 调查公司s t r a t e g y 预测报告称，世界p d p 市场将进入高速增长期，以p d p 和l c d 为代表的平板电 视机到2 0 0 4 年将达到2 9 0 万台，2 0 0 5 年将出现加速增长，达到7 0 0 万台，价值达1 3 6 亿美元。另 据韩国l g 电子公司预测，世界彩色p d p 市场至2 0 0 5 年将达到4 8 0 万台，4 0 4 2 英寸将成为主流 5 0 6 0 英寸将逐渐发展。p d p 现已作为太屏幕显示屏，在壁挂式电视、大屏幕公共显示屏和视频会 议系统中得到了广泛的应用，下一步将挺进彩电市场。随着成本的降低、性能的不断提高，p d p 电 视普及的时代指日可待。 p d p 在中国还处于成长初期，离完全成熟的市场还有不少距离。但国家对p d p 的发展十分重视， 2 0 0 2 年9 月，国家信息产业部召开了中国等离子产业发展战略研讨会，会议达成了以下共识：( 一) 从产业结构调整上看，发展等离子彩电产业是我国彩电结构提升的需要；( 二) 从技术上看，等离子 彩电是今后数字电视时代较为理想的选择；( 三) 从发展的需求来看，一旦等离子彩电价格降到消费 者能够接受的程度，等离子彩电市场容量将会得到更大的发展：( 四) 从生产能力上看，我国的研发 基础和制造能力已初具规模。并建议将p d p 纳入数字电视体系，国家给予等离子彩电较大力度的政 策及资金扶持。 2 3 等离子体显示屏用荧光粉及其存在的问题 2 _ 3 1 等离子体显示屏对荧光粉发光性能的要求 p d p 荧光粉的激发源是由惰性气体x e 或h e 、x e 组成的混和气体放电产生的真空紫外光，主 要是由1 4 7 n m 的共振线和中心位于1 7 2 n m 的弱带组成，随着x e 气压的增大，1 7 2 n m 弱带的强度会 增强“。在如此高能量( 7 1 2 e v ) 的激发下，p d p 荧光粉需要承受比3 普通灯用荧光粉强得多的 冲击，对荧光粉的要求也更高。为满足p d p 的工作要求，荧光粉必须具备以下特性： 一、对v u v 光具有强吸收，具有高的发光效率； 二、色纯度高，色坐标位置佳； 三、稳定性高，能够经受p d p 制作时4 0 0 6 0 0 的烤屏和工作时v u v 光的长时间轰击； 四、余辉时间短，一般应小于5 r n s ，否则会导致前后影像重叠，运动图像效果变差： 五、涂覆性能良好，要求荧光粉粒径细小、分布集中、形貌规则，在涂覆液中具有良好的分散 性。 表2 一l 列出了一些可用做p d p 荧光粉的发光材料4 1 ，“。”。目前已经商用的p d p 荧光粉有红粉： ( y ，g d ) b 0 3 ：e u 3 + ，y 2 0 3 ：e u 3 + ，绿粉：b a a l l 2 0 1 9 ：m n 2 + ，z n 2 s i 0 4 ：m 矿，蓝粉：b a m g a l l o o l 7 ：e u 2 + ， 查堕查兰竖：! 堂焦笙茎 b a m g a l l 4 0 2 3 ：e u 2 + 等，这些荧光粉的量子效率比较高。可以看出，铝酸盐在其中占据了很大比重 b a a l l 2 0 1 9 ：m n 2 + 绿粉和b a m g a l l 0 0 1 7 ：e u 2 + 蓝粉均以铝酸盐为基质c 表2 1p d p 用荧光粉及其发光特性，4 4 。5 1 t a b l e2 1c h a r a c t e r i s t i c so f v a r i o u sp h o s p h o rf o r p d p 荧光粉cie坐标 相对辐射效率 n t s cg r e e n z n 2 s i 0 4 ：m n b a a l l 2 0 1 9 ：m n b a m g a l l 4 0 ：m n s r m l 2 0 1 9 ：m n z n a l l 2 0 1 9 ：m n c a a l l 2 0 1 9 ：m n y b 0 3 ：n h l b 0 3 ：t b g d b 0 3 ：n s c b 0 3 ：t b s “s i 3 0 6 c 1 4 ：e u n t s cr e d y 2 0 3 ：e u y 2 s i 0 3 ：e u y 3 a l j 0 1 2 ：e u z “3 口0 4 ) 2 ：m n y b 0 3 ：e u ( y g d ) b 0 3 ：e u g b b 0 3 ：e u s c b 0 3 ：e u h b 0 3 ：e u n t s c m u e c a w o ：p b y 2 s i 0 3 ：c e b a m g 舢l 0 0 1 7 ：e u x o 2 l 0 2 1 o 1 6 0 1 5 o 1 6 o 1 7 0 1 5 0 3 3 0 _ 3 3 0 3 3 0 3 5 01 4 0 6 7 o 6 5 0 6 6 0 6 3 o 6 7 o 6 5 0 6 5 0 6 4 o 6 1 o 6 3 o 1 4 0 1 7 0 1 6 0 1 4 7 y o 7 1 0 7 1 0 7 4 0 7 3 0 7 5 o 7 4 o 7 5 0 6 l 0 6 l o 6 l 06 0 0 3 3 0 - 3 3 o 3 4 o 3 4 0 3 7 0 3 3 0 | 3 5 o _ 3 5 0 3 6 0 3 9 o 3 7 o 0 8 0 1 7 0 0 9 0 ，0 6 7 2 0 2 1 o 9 2 0 6 2 05 4 0 3 4 0 1 1 0 1 1 o 5 3 0 3 6 2 - 3 o 6 7 0 6 2 0 4 7 0 _ 3 4 2 o 2 2 0 9 4 0 9 4 0 7 4 o 7 4 2 1 b a m g a l l 4 0 2 ，：e u 0 1 4 2 00 8 72 6 8 图2 4 是商用p d p 荧光粉的激发光谱4 0 、4 刚。其中绿粉为b a a l l 2 0 1 9 ：m n ”，蓝粉为b a m g a l l 4 0 2 e u ”。图2 5 是商用p d p 三基色荧光粉的发射光潜4 0 ，4 酣。 “ 分 忘 g 强 蠢 鼍 “ 邑 葛 w a v e l e n g t l l ( 砌) 图2 - 4p d p 荧光粉的激发光谱( r ：( y ，g d ) b o ，：e u ”，g ：b a a l l 2 0 1 9 ：m n 2 + ，b ：b a m g a l l 4 0 2 3 e u 2 + ) f i g 2 _ 4e x c i t a t i o ns p e c t mo f r ，g bp b o s p h o r s ( r ：( y ，g d ) b 0 3 ：e u ”，g ：b a a l l 2 0 1 9 ：m n 2 + b ：b a m g a l l 4 0 2 3 ：e u 2 + ) 蚤 矗 蛊 卫 g 乏 葛 2 w a v e l e n 百h ( n m ) 图2 5p d p 荧光粉的发射光谱( r ：( y ，g d ) b 0 3 ：e u ，g ：b a a l l 2 0 1 9 ：m n 2 + ，b ：b a m g a l l 4 0 2 3 e u 2 ) f i g 2 5e 吐s s i o ns p e c 订ao f r ，g bp h o s p h