本文提出并初步實(shí)現(xiàn)一種提高等離子顯示面板( PDP) 出光率的多層干涉型反射膜, 其中高折射率材料采用金屬誘導(dǎo)多晶硅, 低折射率材料采用二氧化硅, 并通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到了可見(jiàn)光波段平均反射率為80%的平面高反膜。實(shí)驗(yàn)中采用半圓管替代實(shí)際PDP 中的障壁結(jié)構(gòu), 并且通過(guò)蒙特卡羅方法分析了粒子在磁控濺射中沉積到半圓管壁上的過(guò)程, 得到了薄膜在樣片不同圓心角處的厚度分布。模擬實(shí)驗(yàn)表明改善膜厚均勻性的主要途徑是提高濺射氣壓。通過(guò)簡(jiǎn)易可靠的反射率測(cè)試系統(tǒng), 在紅光波段對(duì)曲面上的薄膜進(jìn)行了反射率測(cè)量, 初步證明所提結(jié)構(gòu)和制備方法的可行性。在0.7 Pa 的氣壓下, 濺射沉積得到的樣品的反射率為50%~ 65%。

　　等離子體顯示板(PDP) 自1964 年發(fā)明以來(lái), 得到迅速發(fā)展, 已經(jīng)成為平板顯示的主流器件之一。相對(duì)于液晶顯示器(LCD) , PDP 具有大尺寸(50 英寸以上) 、更準(zhǔn)確的彩色圖像復(fù)制能力、更好的對(duì)比度和亮度以及動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力。

　　最近幾年, 隨著LCD 的發(fā)展, PDP 遭遇到了前所未有的競(jìng)爭(zhēng)壓力, 市場(chǎng)份額逐年下降, 2011 年的全球市場(chǎng)份額為7%, 而同時(shí)期的LCD 為84% 。真空技術(shù)網(wǎng)(http://www.mp99x.cn/)認(rèn)為限制其發(fā)展的原因有很多, 從技術(shù)上來(lái)講, 主要問(wèn)題是功耗大和色溫低。如果能在降低生產(chǎn)成本前提下減小能耗, 那么對(duì)于整個(gè)PDP 產(chǎn)業(yè)能起到促進(jìn)作用。

　　降低PDP 功耗的方法主要包括提高發(fā)光效率、降低電路功耗、提高出光效率等。從目前的研究狀態(tài)看,只有提高出光效率方面存在較大潛力。目前工業(yè)界普遍采用的提高出光效率的方法是在PDP像素單元的背板玻璃上涂敷反射率為40% 的白介質(zhì), 增大向反向傳輸光的反射率。在研究領(lǐng)域則出現(xiàn)很多提高出光效率的方法, 如改善放電空間形貌、研究陽(yáng)極條紋現(xiàn)象等等。

　　本文提出一種提高出光效率的解決方案, 采用磁控濺射在PDP 像素單元中沉積干涉型高反膜。首先制備出具有較高反射率的結(jié)晶硅/ SiO2 多層平面膜系, 其理論反射率可以超過(guò)90%, 實(shí)際達(dá)到80%。采用半圓管替代實(shí)際PDP 中的障壁結(jié)構(gòu), 并且基于蒙特卡羅方法, 計(jì)算了濺射過(guò)程中原子在半圓管表面上的分布, 總結(jié)出影響原子在樣片上分布的因素。通過(guò)實(shí)驗(yàn)制備出半圓管內(nèi)表面上的高反膜, 并采用搭建的光學(xué)系統(tǒng)測(cè)量出不同圓心角處的反射率。

　　1、采用干涉型反射膜的PDP基本結(jié)構(gòu)

　　圖1(a) 是已有的PDP 像素單元結(jié)構(gòu), 圖1(b) 為本文提出的結(jié)構(gòu)。

圖1 (a) 傳統(tǒng)的PDP 結(jié)構(gòu), (b) 改進(jìn)的PDP 結(jié)構(gòu)

　　為了沉積厚度均勻的反射膜, 不能采用傳統(tǒng)的障壁結(jié)構(gòu), 為此本文提出一種弧形障壁, 其橫截面為半圓形或半橢圓形。這種結(jié)構(gòu)的障壁可以通過(guò)掩模寬度逐級(jí)擴(kuò)大的感光玻璃光刻方法或模具滾壓方法制備�；⌒握媳谏细接谢�于多晶硅的干涉型高反膜, 結(jié)構(gòu)為多晶硅/ SiO2/ 多晶硅, 膜層表面涂敷所需要的熒光粉。

　　這種結(jié)構(gòu)的像素單元具有非常明顯的優(yōu)勢(shì), 首先采用磁控濺射大面積沉積干涉型高反膜, 成本較低; 高反膜的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠, 具有較高的反射率, 如圖2 所示; 具有良好的絕緣性, 無(wú)功損耗為0。

圖2 計(jì)算機(jī)模擬poly- Si/ SiO2/ poly- Si結(jié)構(gòu)的高反膜的反射率

　　圖1(a) 所示的傳統(tǒng)障壁對(duì)光線有極大的吸收,而對(duì)于光線能反射的只有涂敷在后基板上的白介質(zhì)。圖1(b) 中, 整個(gè)PDP 內(nèi)表面都沉積了高反膜,所有位置都反射光線。光線在PDP 腔內(nèi)經(jīng)歷多次反射從前基板出射, 出光效率高了一倍以上。

　　在膜層設(shè)計(jì)上, 該三層膜分為高折射率膜層和低折射率膜層, 選用二氧化硅作為低折射率材料, 其具有吸收系數(shù)小, 來(lái)源廣泛等優(yōu)點(diǎn); 磁控濺射得到的是非晶硅, 吸收系數(shù)較大, 在理想情況下其最高反射率為80%, 采用1 nm 厚銅誘導(dǎo)結(jié)晶可將非晶硅轉(zhuǎn)化成吸收系數(shù)較小的多晶硅, 其反射率如圖3 所示, 可達(dá)90%。

圖3 退火結(jié)晶過(guò)程

　　通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果和分析可以得到如下結(jié)論: 通過(guò)增大氣壓在半圓管狀的障壁中沉積高反膜是可行的。實(shí)驗(yàn)證明可以沉積得到在可見(jiàn)光波段為80%的高反膜, 是40% 的白介質(zhì)的一倍, 若能進(jìn)一步提高Cu 直接誘導(dǎo)結(jié)晶硅的結(jié)晶率, 改善工藝, 其反射率可能接近理論上的90%。氣壓是影響粒子和反射率在半圓管內(nèi)壁分布的主要因素。通過(guò)增大氣壓可以大幅度提高出光的均勻性, 實(shí)驗(yàn)得到了0􀀁7 Pa下紅光波段范圍內(nèi)50% ~ 65% 的反射率薄膜。初步證明這種結(jié)構(gòu)是可行的, 具備大型工業(yè)化生產(chǎn)的條件。