电子显示技术等离子体显示器工艺制造原理课件

1、第三章 等离子体显示板 3.1 等离子体显示板(PDP)的工作原理 3.2 彩色PDP的放电特性及发光机理 3.3 AC型PDP与DC型PDP的结构及驱动方式 3.4 PDP的主要部件及材料 3.5 PDP的制造工艺及装置 3.6 PDP的应用 3.7 PDP的开发战略第1页，共55页。8/5/20221PDP制造分为玻璃板制造，前后基板制造及装配等四大工艺，如图3.5 PDP的制造工艺及装置第2页，共55页。8/5/202223.5.1 玻璃板制造工艺PDP用的苏打石灰玻璃基板，是采用浮法工艺制造而成的。 浮法工艺在窗玻璃等的制造中早已采用，无论从生产效率还是从产品质量上来讲，都是目前最好的

2、，其工艺过程如下： 首先，在熔炼窑中将玻璃原料熔化； 使其流入浮池中，熔融的玻璃将浮在液态锡的表面，如同油浮在水面上一样。由此可获得表面平滑的玻璃； 将如此得到的玻璃移送到缓冷炉中，在慢慢冷却的过程中，调整玻璃的厚度，玻璃的厚度通过在各个方向拉伸玻璃来调整，拉伸快的部位减薄快，拉伸慢的部位减薄慢。目前PDP基板用玻璃的厚度大致为3mm。最后，切断玻璃，研磨切断面尖角(倒角)，洗净。第3页，共55页。8/5/202233.5.2 AC型PDP前基板的制造工艺3.5.2.1 透明电极的形成 要在玻璃基板上形成放电用的透明电极，先要在整个玻璃基板表面上沉积Sn02或ITO等透明导电膜，目前一般采用磁

3、控溅射法进行沉积。 由磁控溅射法在整个玻璃基板表面上形成ITO膜之后，还要利用光刻法形成电极的图形。 另外，由于SnO2难以蚀刻，因此其电极要由填平法(lift-off，又称剥离法)来形成3.5 PDP的制造工艺及装置第4页，共55页。8/5/20224 溅射沉积的原理可参考下图。首先按一定比例,例如In2O3:SnO2为9:1,制成ITO靶。ITO靶可以比作水,带有一定能量的氩离子可以比作石块,将玻璃基板置于水(ITO靶）附近,当石块(氩离子)投入水(ITO靶)中时,会有水滴（ITO的构成原子)被溅射出,水滴(ITO的构成原子)飞向玻璃基板,并以ITO膜的形式沉积在其表面上。3.5 PDP的

4、制造工艺及装置第5页，共55页。8/5/20225由磁控溅射法在整个玻璃基板上形成ITO膜之后，还要利用光刻法形成电极的图形。光刻法的工序如下所述在玻璃整个表面上形成的膜层表面上涂布光刻胶,所谓光刻胶是指紫外线感光性树脂,分紫外线照射硬化的负型和紫外线照射分解的正型两大类;中间经过掩模用紫外线照射光刻胶,使其曝光;3.5 PDP的制造工艺及装置第6页，共55页。8/5/20226将曝光后的玻璃基板浸入显影液中,去除未硬化的光刻胶(显像;经显像之后,位于残留光刻胶保护膜下面的ITO膜要保留,而没有光刻胶膜保护的ITO膜要用等离子体(干法)或蚀刻液（湿法）去除,即蚀刻;最后用等离子体或强碱溶液等将

5、ITO膜之上的残留光刻胶去除。3.5 PDP的制造工艺及装置第7页，共55页。8/5/20227另外,由于SnO2难以蚀刻,因此其电极要由填平法(lift-off,又称剥离法)来形成,填平法形成SnO2透明电极的工序如下:在玻璃基板上涂布光刻胶;中间通过掩模对涂好光刻胶的玻璃曝光。由于光刻胶用作SnO2成膜时的模型,因此,在玻璃基板上,不需要SnO2成膜的部分,使光刻胶硬化,以便保留下来;3.5 PDP的制造工艺及装置第8页，共55页。8/5/20228对曝光后的玻璃基板显像,此时去除需要形成SnO2膜的部位的光刻胶;经显像后,以残留的硬化光刻胶为模型,通过化学气相沉积(chemical va

6、por deposition,CVD)法形成SnO2的图形;最后,去除作为模型的光刻胶。3.5 PDP的制造工艺及装置第9页，共55页。8/5/202293.5.2.2 汇流电极的形成透明电极形成之后，接着在其上形成汇流电极。汇流电极与透明电极成对引起气体放电，同时汇流电极还起着使透明电极线电阻下降的作用。利用真空蒸镀或溅射镀膜形成CrCuCr三层膜之后，可由前述的光刻法形成所需要的图形。此外，现在也在考虑利用其他的方法，例如采用其他金属做成感光浆料，这样可省去蚀刻工程。3.5 PDP的制造工艺及装置第10页，共55页。8/5/202210真空蒸镀的原理如图所示。 在真空室中加热坩埚,使其中的

7、镀料熔化蒸发,蒸发出的原子沉积在置于坩埚对面的相对较冷的玻璃基板上。根据镀料熔点、饱和蒸气压的不同及沉积速率的要求,可选用电阻蒸发源、电子束蒸发源、感应加热蒸发源等。真空蒸镀可在高真空下制取高纯度的膜层,但要想获得合金膜或化合物膜,还需要采取其他必要的措施。3.5 PDP的制造工艺及装置第11页，共55页。8/5/2022113.5.2.3 透明电介质的形成 接着是形成透明介电质层。一般是将低熔点介电质玻璃做成浆料，利用全平面印刷法来形成。3.5.2.4 封接层的形成在透明介电质层上形成起封接密封作用的封接层，一般采用接触式印刷法或非接触的填注方式(dispenser)3.5 PDP的制造工艺

8、及装置第12页，共55页。8/5/2022123.5.2.5 保护层的形成前基板制造的最后一道工序是形成保护膜。从名称上看，该层是覆盖在电极之上，对其起保护作用的绝缘层。但其作用远不止如此，它还起阴极的作用，具有放出电子、维持放电状态、限制放电过流等许多重要功能。目前，保护层所采用的MgO膜是用电子束(electron beam，EB)加热真空蒸镀法形成的。应该说，PDP至关重要的保护层，目前无论从材料还是从工艺来讲，都还处于未完全确定的状态，有待今后进一步开发并采用新的材料、新的工艺等。3.5 PDP的制造工艺及装置第13页，共55页。8/5/2022133.5.3 DC型PDP前基板的制造

9、工艺 3.5.3.1 阴极的形成 在DC型PDP前基板的制造工程中，首先要形成阴极。阴极的作用是放出电子，而电子的作用是产生并维持气体放电状态。阴极材料采用Al粉与玻璃粉末及树脂混合配成浆料，再经印刷形成阴极，其膜厚一般在50m上下。3.5 PDP的制造工艺及装置第14页，共55页。8/5/202214 3.5.3.2 封接层的形成 在DC型PDP中，仅在前基板上由低熔点玻璃经印刷法形成封接层。前基板与后基板的间隙(gap)大约要保持200m，因此在玻璃浆料中要混入直径大约为200m的间隙颗粒。3.5 PDP的制造工艺及装置第15页，共55页。8/5/2022153.5.4 AC型PDP后基板

10、的制造工艺 3.5.4.1 数据电极的形成 在AC型PDP的后基板上，首先要形成5m左右厚的数据电极。数据电极又称为扫描电极或选址电极，由Ag及Al等材料做成。也有的先在玻璃基板上印刷10m左右厚的Si02膜，经烧成之后，再形成数据电极。形成数据电极的方法有图形印刷法、化学蚀刻法、填平法(lift-off)、薄膜光刻法及感光树脂浆料及胶带法等。3.5 PDP的制造工艺及装置第16页，共55页。8/5/202216 3.5.4.2 障壁（隔断）的形成 障壁(隔断)的作用是形成放电空间，防止串电、串光，是PDP显示的最基本单元；所用材料是混有氧化铝等金属氧化物的低熔点玻璃；其尺寸为：宽约为50m，

11、间距约为150m(对于25英寸XGA型)及约250m(对于42英寸VGA型)，高约为150m。在PDP的生产中，形成障壁的工序最为困难，因此各个PDP厂家对此都集中技术力量，各显身手。在障壁的形成方法中，有多次印刷法、干膜光刻胶+喷砂法(感光性浆料法)、利用膜状障壁材料的方法以及注入法等3.5 PDP的制造工艺及装置第17页，共55页。8/5/202217 3.5.4.3 荧光层的形成 做在AC型PDP中，障壁做成条状，在障壁与障壁之间要印刷浆料状态的荧光体。掩模形状与参数及印刷条件的调整要因具体情况而定。为提高荧光体的辉度，涂布的范围应尽可能宽，一般要在障壁与障壁间、障壁的侧面都要印刷涂布荧

12、光体。3.5 PDP的制造工艺及装置第18页，共55页。8/5/202218 若采用一般的印刷方法，由于丝网仅在刮板经过时才与玻璃基板相接触，因此印刷精度受到限制，要想获得精细而稳定的荧光体层是较难解决的问题。最近，为了适应图形间距进一步微细化的要求，有的厂家采用混入光刻胶的荧光体浆料，利用光刻制版的方法形成荧光体层，以达到高精度、高稳定化的要求。这可望在PDP制造工艺中得到应用。3.5 PDP的制造工艺及装置第19页，共55页。8/5/202219 3.5.4.4 封接层的形成封接层的形成是背面基板制造工艺中的最后一道工序，封接剂为低熔点玻璃，是采用丝网印刷等方法来印刷的。3.5 PDP的制

13、造工艺及装置第20页，共55页。8/5/2022203.5.5 DC型PDP后基板的制造工艺 DC型PDP与AC型后基板的制造工艺基本相同。它们的不同之处在于，在DC型PDP的工程中，Ag(银)的阳极形成之后，为了延长其寿命，还须要再形成电阻；另外，二者荧光层的形成方法多少也有些差异。 采用丝网印刷法印刷由氧化钌(RuO2)等材料制成的电阻浆料，其膜厚一般为10m左右。但目前一个值得注意的动向是，采用混入光刻胶的电阻浆料，利用光刻制版来形成电阻图形。 3.5 PDP的制造工艺及装置第21页，共55页。8/5/202221 与AC型PDP形成条状障壁不同，DC型PDP是形成胞状障壁，需要在障壁胞

14、的四壁上形成荧光层，因此要更复杂些。 首先，在由障壁构成的胞中注入混有光刻胶的荧光体浆料。而后从背面用紫外线照射曝光。此时，由于阳极遮挡紫外线，不受紫外线照射部位的荧光体不能硬化，而后被去除掉。3.5 PDP的制造工艺及装置第22页，共55页。8/5/2022223.5.6 装配工艺 3.5.6.1 贴合，封接 首先将涂布好封接剂的前基板与背面基板对好位置进行预固定。LCD的贴合工程是利用紫外线硬化树脂进行预固定的。但一般说来，PDP的贴合精度不像LCD那么严格，可以采用夹、钳等工具进行预固定。这需要利用图像处理技术等保证定位精度，这也是贴合装置的关键所在，且其对操作平台的精度(平面度、平行度

15、等)等有较高的要求。然后将预固定的2块玻璃板放入烧成炉中，在500oC左右的温度下，使作为封接剂的低熔点玻璃熔化，进行封接固定。3.5 PDP的制造工艺及装置第23页，共55页。8/5/2022233.5.6.2 抽真空、封入放电气体 对封接好的2块玻璃基板的内部空间抽真空，而后封人放电气体。放电气体一般为Ne与Xe或He与Xe等的混合惰性气体，封人气体的质量一般为数毫克，具体的数量属于各公司的技术秘密。3.5.6.3 老化 最后要进行老化(ageing)处理。封接之后到进入老化要经过15h左右。包括老化在内，在装配工艺中特别要提高吞吐能力。各个装置中存在的问题，从PDP批量生产之后，反馈到装

16、置制造厂家，经开发改进，到新装置问世，最快也要12年的时间。3.5 PDP的制造工艺及装置第24页，共55页。8/5/2022243.5.7 检查工艺 3.5.7.1 检查装置的概况 检查的目的是确认PDP的上万个输入、输出点是否导通。检查方法有两种，一种是探针接触法，一种是凸台接触法。 3.5 PDP的制造工艺及装置第25页，共55页。8/5/202225 过去多用探针法检查，为了对PDP的输入、输出点进行逐个检查，每一个位置需要用两个探针接触相应输入输出点，检查是否导通。在这样的方法中，探针一般做成单元式的，且须定期更换探针板。探针制造属于厂家的技术秘密。而且一般说来探针的价格较贵。 最近

17、开发的凸台接触法很适合于PDP这种通过电流较大的装置检查。凸台触点与探针相比寿命较长，且凸台触点的基板作成板块状，便于维修与更换。3.5 PDP的制造工艺及装置第26页，共55页。8/5/2022263.5 PDP的制造工艺及装置第27页，共55页。8/5/2022273.5.7.2 检查装置的课题 PDP检查中相当困难的问题是，要在有限的空间内，传送、定位、固定面积大而且相当重的玻璃基板。例如，玻璃基板翻转之后，若不能稳定地固定、准确地保证位置的重复性，就难以用凸台接触法自动地探查。对此，除了在检查设备上采取措施之外，还有待于玻璃基板的薄型轻量化。3.5 PDP的制造工艺及装置第28页，共5

18、5页。8/5/202228 目前，凸台接触法检查设备的技术指标为线间距0.4mm，线宽0.2mm。但由于这是从原来LCD检查设备的基础上改造而成的，因此对于线间距0.05mm的检查也不成问题。 另外，目前PDP检查设备的厂家和用户在设备的特点、水平、性能要求等方面还很不一致，迫切需要标准化。3.5 PDP的制造工艺及装置第29页，共55页。8/5/2022293.6.1 PDP作为大型FPD的优势与CRT和其他平板显示技术相比，彩色PDP具有以下主要特点： (1)易于实现大面积显示。在对角线11.75m平板显示中，PDP最具优势； (2)由于是主动发光型显示器，且具有存储功能。其发光亮度高，目

19、前已达650cdm2，发光效率约为1.61mW； 3.6 PDP的应用第30页，共55页。8/5/202230 (3)属于全色显示。利用R，G，B三基色，可实现256级灰度和1670万种颜色，色纯度和色饱和度都与CRT相当； (4)对比度高。彩色PDP产品已实现500:1的对比度； (5)视角宽，可达160o以上，这在乎板显示器中是最宽的；3.6 PDP的应用第31页，共55页。8/5/202231 (6)伏安特性非线性强，阈值好，可实现选址2000线以上。单色PDP产品已实现选址2048线；彩色PDP产品已实现选址1024线； (7)响应速度快，为微秒级，可以实现即时显示和大型显示，易于满足

20、计算机要求和圆扫描及螺旋扫描的要求；3.6 PDP的应用第32页，共55页。8/5/202232 (8)工作电压低(与CRT相比)，一般小于200V，并且有双稳态特性。便于数字化信号处理，尤其适合数字化电视应用； (9)寿命长，可达105h以上； (10)PDP前后基板为普通苏打石灰玻璃，器件结构及制作工艺易于批量生产，投资回报率不低于CRT。3.6 PDP的应用第33页，共55页。8/5/202233PDP的具体优势3.6.1.1 大画面化 目前，作为据置型代表的CRT，30英寸级以上的电视机已批量生产。直视型LCD，一般用于便携式微机显示器，以12英寸为主的已批量生产。现正处于开发水平的，

21、28英寸及2块28英寸贴合在一起的40英寸的LCD样机已公开发表，但达到批量生产尚需时日。投射型中的正面投影型和背面投影型电视机等已实现产品化。 3.6 PDP的应用第34页，共55页。8/5/202234 与上述产品相比，PDP更适用于大画面显示。目前，达到制品化的最小PDP为21英寸。自1996年秋季开始，40英寸级的电视机用PDP已投入批量生产；1998年50英寸级的彩色PDP电视机开始面市。 PDP与TFT LCD相比，制造工序较少，工艺也容易些。此外，若按布线长度与线宽比值的大小作为大致衡量设备投资的尺度，PDP比TFT LCD所用的设备投资要小。因此，可以在相对较低的价格下实现大画

22、面显示。3.6 PDP的应用第35页，共55页。8/5/2022353.6.1.2 轻量化 与CRT相比，PDP具有轻量的优势。目前达到制品化的CRT彩电，32英寸的重5060kg。而40英寸级的PDP彩色为40kg，比CRT重量轻，可以单人移动。 当然，PDP无法与LCD显示器的轻量化相比，LCD显示器是应便携式设备的要求而开发的，LCD本身具有轻量化的优势。不过目前正与CRT及PDP彩电竞争的LCD背面投影式43英寸大画面显示器为41kg。3.6 PDP的应用第36页，共55页。8/5/2022363.6.1.3 薄型化 CRT显示器由布劳恩管特性决定，不可能做得很薄。32英寸左右的CRT

23、彩电厚度大致在5060cm。20英寸桌上型微机用监视器的厚度为40cm左右。 与此相对，20英寸级PDP的厚度为68cm，40英寸的为1015cm，比CRT显示器要薄得多。当然，LCD属超薄型，15英寸级(与17英寸CRT相当)的厚度不足2cm。3.6 PDP的应用第37页，共55页。8/5/2022373.6.1.4 大视角 CRT和PDP都属于宽视角型显示器，即使在靠近与屏幕同一平面的位置上也可以看到画面。 与此相对，由于LCD利用液晶分子的取向特性制成，因此其视角要比CRT，PDP窄。但是，最近在TFT-LCD中，通过在液晶材料及驱动方法上采取措施，并使用特殊的薄膜等，使视角扩大的技术正

24、在实用化。3.6 PDP的应用第38页，共55页。8/5/2022383.6.1.5 不受磁场的影响 在CRT中，由电子枪发出的电子束由磁场控制进行偏转扫描，形成画面。因此，当永磁体或其他外磁场靠近时，会影响电子束的方向，使其不能正常扫描，引起图像变形、彩色混乱等。 PDP与LCD画面是由微小像素集合而成的马赛克状，一个一个的像素通过施加电压进行切换，通过电极进行控制。因此，二者均不受外部磁场的影响，从而大大扩充了应用范围，这是CRT所不具有的特征。3.6 PDP的应用第39页，共55页。8/5/2022393.6.1.6 价格 与PDP，LCD相比，CRT在价格方面具有明显的优势。20英寸C

25、RT彩电大约为3万日元，高附加值的32英寸大屏幕彩电为35万日元左右。而对于LCD来说，以彩色TFT彩电为例，10.4英寸的为1015万日元左右。由于PDP大批量生产的体制尚不健全，目前价格很高，10英寸级约100万日元。当然，随着产量的增加价格会逐渐下降。现在PDP厂家的目标是，逐步达到1英寸1万日元(如40英寸彩电为40万日元)的价格水平。3.6 PDP的应用第40页，共55页。8/5/2022403.6.2 PDP的应用领域 PDP的优势明显，有很好的发展前景，只是价格较高。目前市场的开发重点是各种公用设施。例如，交通设施、娱乐及市政服务、医疗、金融、产业设备、室内装饰等。近期目标是实现

26、40英寸级彩电的大批量生产。目前有些厂家瞄准计算机工作站用监视器，已正式投入生产。3070英寸产品的最大市场是作为HDTV、家庭影院进入家庭，人们盼望多年的壁挂电视梦将成为现实。3.6 PDP的应用第41页，共55页。8/5/2022413.6.3 PDP产业的特性和市场预测 PDP与LCD产业类似，与之相关联的产业很多，主要为部件及材料制造和设备装置制造两大类，前者涉及的主要有玻璃、化工产品、纤维、电子浆料、荧光体、气体等行业。3.6 PDP的应用第42页，共55页。8/5/202242 PDP制造分前基板、后基板制造及装配三大工程。在前、后基板制造工程中，生产印刷机及真空镀膜等装置的厂家已

27、经参与其中。今后，生产半导体制造装置的厂家以及生产其他专用设备的厂家也会积极参与。特别是那些已经在LCD产业中积累了经验并已站稳脚根的中小型企业，积极性会更高。3.6 PDP的应用第43页，共55页。8/5/2022433.7.1 PDP的开发课题 3.7.1.1 提高辉度现在，提高辉度是非常重要的课题，而要提高辉度，提高荧光体的发光效率是必不可少的。目前看来，虽然不可能以数倍的量级提高荧光体的发光效率，但提高百分之几到百分之几十还是有可能的。现在荧光体的发光效率，与彩色PDP研究开发的最初期相比，已经提高一倍。3.7 PDP的课题及开发战略第44页，共55页。8/5/2022443.7.1.

28、2 提高对比度 提高对比度也是各个PDP厂家竞争的重点之一。一般的措施是采用彩色滤光器，并将障壁的顶部做成黑色，正像LCD彩色滤光器制作中所采用的那样，在玻璃基板上形成黑色隔条来提高对比度 杜邦公司采用的方法是，在玻璃基板上涂布黑色感光性树脂，而后做成线宽3040m，膜厚34m的图形来提高对比度。3.7 PDP的课题及开发战略第45页，共55页。8/5/202245 为了提高对比度，日本电气公司在PDP前基板中置人滤光器，同时减少放电次数，使得对比度明显提高。 此前人们就曾有过采用滤光器的设想。日本电气实现了这一设想，并掌握了其中的技术秘密。目前该公司已取得有关制造技术的专利。 另外，PDP在

29、输入驱动数据时，由于存在预备放电，像素会处于半亮的状态。而理想的情况应该是，不该发光的像素，应该处于全黑的状态。为此日本电气通过减少预备放电的次数改善像素的半亮状态，较好地解决了这一问题，使得对比度达300:1。3.7 PDP的课题及开发战略第46页，共55页。8/5/2022463.7.1.3 降低功耗 为了降低功耗，需要提高荧光体的发光效率，降低驱动IC的电压。继PDP彩电之后，不少公司正瞄准将来计算机工作站等高精细监视器的市场。PDP由于功耗大，同与之竞争的LCD相比，目前处于劣势。降低功耗，可以说是当务之急。3.7 PDP的课题及开发战略第47页，共55页。8/5/2022473.7.

30、1.4 画面的高精细化 目前，作为商用PDP彩色的图像分辨率为VGA (640X480)水平。而用于高分辨率彩电及计算机工作站监视器，需要更高的精细度。为了实现画面的高精细化，需要从目前的图形印刷工艺向光刻制版等更精细的工艺转变。但后者的设备投资大。因此如何在尽量压低价格的同时实现画面的高精细化就成了亟待解决的问题。3.7 PDP的课题及开发战略第48页，共55页。8/5/2022483.7.1.5 提高寿命为提高寿命，AC型PDP采用3电极式放电和MgO保护层等，并且在结构上采取了一系列措施。 3电极放电可以大大减少放电时电子对荧光体的轰击，可明显增加荧光体的寿命。 在DC型PDP中，采用合适的限制放电过流电阻，也是为了提高寿命。 目前PDP的寿命一般为5X104h，人们正在力求达到甚至超过CRT 105h的寿命。3.7 PDP的课题及开发战略第49页，共55页。8/5/2022493.7.1.6 减少电磁波的泄漏 PDP利用气体放电发光，会流过较大的电流，不可避免地要向周围辐射电磁波。如果