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, 并通過實(shí)驗(yàn)得到了可見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.lalazzu.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。弧形障壁上附有基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)晶過程

　　通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果和分析可以得到如下結(jié)論: 通過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。