大屏幕CRT投影显示中微腔荧光屏的研制

摘要

随着电子技术和显示技术的迅猛发展，大屏幕高清晰度电视已成为当今电视行业的主要潮流，CRT(阴极射线管)投影电视正成为该潮流的主导产品，其相关的研究是显示领域的热点之一。传统CRT投影管中荧光屏的制作，大都采用沉淀法在玻璃沉底上沉积一层荧光粉。该荧光屏发光为自发辐射，发射波谱较宽，通常峰值半宽约为100nm左右，且发光按Lambertion(郎伯)余弦分布，致使投影管的单色性、方向性都不好，最终造成显示图像色彩不鲜艳，分辨率低，投影屏幕亮度低等缺陷。为此，本研究提出采用基于光学微腔的投影管制作方法，即把荧光粉置于多层膜构成的介质微腔内，通过微腔效应，控制腔内能量模式密度，使不同波段的光发射得到增强或抑制，且使发射光集中在较小的角度范围内，这样不仅可以使发射波峰变窄，峰值强度增大，而且可以增强发光的方向性。 文中概述了光学微腔的基本原理和薄膜光学设计理论，着重研究了所设计的微腔荧光屏的结构和制作方法。采用的法布里-波罗平面微腔结构是一种典型的三明治结构，由前反射镜、薄膜荧光粉层、后反射镜三部分组成，前后反射镜构成微腔的前后腔壁，荧光粉层在前后腔壁中间，构成腔体。前后反射镜是由多层介质膜构成的DBR(布拉格反射镜)。DBR是由高低折射率材料相间分布构成的多层膜系，在微腔共振波段具有很高的反射率，荧光粉发出的光可以在前后DBR之间来回反射，光子可以被荧光粉循环吸收，最后形成共振干涉增强，该发光为受激辐射。详细介绍了红、绿、蓝三种光学微腔的具体设计方法，并用Matlab语言进行了模拟。分析发现，单层膜厚或材料折射率分别存在0～2％的误差时，谐振波长偏移大约为0～5nm，该结果是可以接受的。 微腔的制作是在TXX550-II箱式真空镀膜机上进行的，该镀膜机采用的是电子束加热蒸发镀膜的方法，该方法制作的膜层致密性好、纯度高、均匀性好，具有较好的光学特性。该镀膜机采用光学极值法和石英晶振法两种膜层厚度监控方法，该两种方法均具较高的精度。 实际制作的蓝光微腔荧光屏的测试结果表明，发射光谱的半高宽度明显比薄膜荧光屏窄化了3.4倍，强度增强了约8倍，实验与模拟基本吻合，其存在的误差主要是因为实际使用的镀膜系统的厚度监控精度尚未到达要求造成的。可以预计如果膜厚控制的精度提高的话，可以制作截至波段更宽，透射波段更窄的微腔荧光屏，有望把投影电视的投影管做成类似于三基色激光投影电视，但其成本远远低于激光投影电视；并且如果微腔的截至波段可以覆盖整个可见光波段(400-700nm)，则可以选择一种发射波段较宽的荧光粉，通过谐振波长的合理设计，同时实现红绿蓝三基色的显示。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

第二章光学微腔

第三章薄膜光学基本原理

第四章CRI投影管中微腔荧光屏的设计

第五章微腔荧光屏的制作工艺与结果测试

第六章总结

致谢

攻读学位期间发表的论文及获奖情况