若干新型荧光粉阴极射线发光特性及其在场发射显示器中的应用

摘要

场发射平板显示器(FED)由于其优良的性能，成为近年新型显示器研究的热点之一。制备性能优良的场发射平板显示器的关键，一个是场发射阴极的设计和制备，另一个是荧光屏的制备。荧光材料及荧光屏工艺技术的发展在FED达到实用化进程中起着至关重要的作用。 本论文首先回顾了场发射显示器的发展状况、场发射显示器用荧光屏及荧光粉的研究状况，并讨论了目前存在的问题。紧接着叙述了场发射显示器原理和场发射显示用荧光粉的发光理论及色度学基本理论。本论文重点描述针对上述问题开展的场发射显示器荧光屏制备技术及新型荧光粉的研究工作和成果。 本论文的主要研究工作如下： 1．针对场发射显示器件工作的特点，建立了可应用于不同工作条件下的场发射器件的荧光屏制备工艺系统。优化了沉淀法、丝网印刷法、光学曝光技术、以及在荧光薄膜面上涂敷有机膜、蒸镀铝膜的工艺，确立了工艺规范。采用丝网印刷法和旋转涂覆法可以把荧光粉层控制在约一个半荧光粉颗粒的厚度，适用于低压FED荧光屏，并解决了这两种工艺中荧光粉层和衬底之间的附着力问题。 2．研究了几种新型荧光粉在场发射工作条件下的性能。主要包括SrGa<,2>S<,4>：Eu<'2+>新型绿色荧光粉、两种光源用白光荧光粉如三基色荧光粉混合成的白光荧光粉以及新型单一组份的Ba<,3>Gd(PO<,4>)<,3>：Dy<'3+>白色荧光粉、以及掺入导电颗粒后的高压荧光粉ZnS：Ag,Al的性能。 3．用现有的荧光屏技术制作可寻址的单色和彩色FED荧光屏。从理论上分析了所设计的2”彩色荧光屏三基色像素点结构的彩色显示效果。采用整体阴极测试性能发现，三基色像素点可实现白场显示。 4．用现有的荧光屏技术制作高亮度平面光源荧光屏，并研究了大电流密度电子束条件下工作的平面光源荧光屏的发光性能。平面光源亮度、寿命等的影响因素除了器件结构、电子束激发条件外，主要为荧光屏制屏工艺。因此，本文从理论和实验两方面分析了相关的影响因素。 5．研究了发光管的荧光屏亮度和功耗之间的关系。除了电子枪，荧光粉固有的性能及在大电流密度电子束轰击下的化学稳定性、荧光屏制屏工艺也影响了发光管的亮度、寿命。 本论文的主要研究成果如下： 1．研究了采用高温固相法合成的SrGa<,2>S<,4>：Eu<'2+>新型荧光粉的阴极射线发光性能。首次研究了该荧光粉在低电压、大电流密度电子束条件下工作的衰减机理。 2．采用Y<,3>(Al,Ga)<,5>O<,12>：Tb(YAGG：Tb)、Y<,2>O<,3>：Eu和ZnS：Ag,Al三种荧光粉，混合成色温为9824.9 K～5315.9 K的光源用白光荧光粉。 3．首次研究了新型单一组份白色荧光粉Ba<,3>Gd(PO<,4>)<,3>：Dy<'3+>在中低压下的阴极射线发光性能以及大电流密度电子束轰击下的稳定性。 4．为了提高低压下的发光性能，在高压荧光粉ZnS：Ag,Al中掺入导电颗粒。研究发现，掺杂1％的导电颗粒后，荧光粉在低压下的亮度性能有了明显的提高，从而证明了在荧光粉中掺杂适当比例的导电颗粒提高中低压下荧光屏的亮度性能的可行性。 5．研究了高亮度平面光源荧光屏的影响因素。实验证明，选用YAGG：Tb荧光粉，用沉淀法制作荧光屏，荧光粉量为6.8 mg/cm<'2>，衬底选用导热性较好、散热较快的石英玻璃，铝膜厚度为200 nm，荧光屏性能较好，最高亮度可达11万cd/m<'2>。对电子轰击前后荧光屏被轰击区域的分析显示，大电流长时间轰击后YAGG：Tb荧光粉表面碳含量增加，并且发生了化学变化，Ga的价态降低。 6．研究了发光管用荧光粉ZnS：Cu,Au,Al和Y<,2>O<,2>S：Eu在电子轰击下的稳定性。实验分析显示，在大电流密度电子束长时间轰击后，发光管用荧光粉ZnS：Cu,Au,Al和Y<,2>O<,2>S：Eu的表面各自形成了不透光的ZnO和Y<,2>O<,3>氧化物层，和碳层一起导致了发光管荧光屏的性能降低。 本论文对场发射显示器用荧光屏技术及荧光粉的性能研究，对场发射器件不同工作条件下的荧光屏制作和荧光粉的选取具有实际的指导意义。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章引言

1.1研究背景

1.2本博士论文工作的主要目的

1.3本博士论文的主要工作和章节内容安排

参考文献

第2章基本理论与实验原理

2.1场致电子发射与场发射显示器原理

2.2荧光粉发光理论

2.3色度学基本理论

2.4实验测试方法与仪器介绍

参考文献

第3章FED荧光屏制作工艺研究

3.1沉淀法制作工艺研究

3.2丝网印刷法制作工艺研究

3.3光学曝光技术制作工艺研究

3.4铝膜的制作

3.5小结

参考文献

第4章新型FED荧光粉性能研究

4.1 SrGa2S4：Eu2+荧光粉性能研究

4.2光源用白光荧光粉性能研究

4.3 PRT荧光粉低压特性的改进研究

4.4小结

参考文献

第5章荧光屏技术的应用研究

5.1 FED显示屏

5.2平面光源

5.3发光管的亮度性能与功耗分析

5.4小结

参考文献

第6章结论和建议

6.1主要研究结果

6.2进一步研究的建议

附录

致谢