等离子平板显示器(PDP)简介

1.1 等离子平板显示器（PDP）简介
等离子平板显示器拥有独特的方形像素矩阵，气体放电显示原理，所以它拥有物理性的完全平面显示效果。

平板显示器设备主要有四种形式，这四种形式分别是等离子显示器（PDP）、场发射显示（FED）、液晶显示（LCD)和电致发光显示（ELD)。

在现实面积的拓展性上大大优于CRT显示器，在显示色彩好和刷新率上也比LCD液晶显示技术好很多。

在如今平板显示器已经逐步取代CRT显示器。

平面显示器具有很多优点，比如说，平板显示器体形较薄、重量也较轻、没有X 射线辐射、功耗低。

其中彩色PDP的显示效果尤为出众，满足现在人们对色彩的要求。

1964年由Illinois大学的Bitzer和Slottow提出一种气体放电的彩色PDP。

彩色PDP 由于具有体积轻薄、色彩鲜艳、画面真实、不受磁力和磁场的影响等等很多优点。

PDP发光的原理与荧光灯是相似的，惰性气体在电场激发下发出紫外光，激发荧光粉发光。

这种方式与荧光灯不同的是，在PDP中，使用惰性气体氙的147nm 为激励波长，但是在荧光灯中，使用汞蒸气的254nm作为激发波长。

目前所用的PDP 荧光粉主要沿用灯用荧光粉。

与彩色PDP 技术发展进行比较，荧光粉的研究显得相对滞后。

人们对PDP性能的要求随着PDP电视机市场的开放变高，人们需要性能更好的荧光粉。

这就使PDP 荧光粉的需求大大增加了，使荧光粉的测试和制造方法更加先进。

1.2PDP工作原理
PDP基本工作原理，跟CRT与日光灯有些像。

基本上，PDP是利用等离子体放电发光进行显示的平面显示器，它可以看成是由数百万个微小荧光灯并排构成的。

在两张薄玻璃板之间填充着混合气体，市价电压使之产生离子气体，然后使等离子气体放电，与基板中的荧光粉发生反应，产生彩色的影响。

PDP显示屏主要是由后玻璃衬底、下隔层、绝缘层、地址电极、荧光粉、隔栅、保护层、绝缘层、公共电极、扫描电极、维持电极和前玻璃衬底12部分组成。

具体来说，PDP的工作主要有两个基本过程：气体放电过程和荧光粉发光过程。

它采用了等离子管作为发光元件，大量的等离子管排列在仪器构成整个全屏幕。

等离子屏幕是由抖个放电小空间所排列而成，每个发点小空间称为单元，而每个单元是负责红绿蓝三色当中的一色。

等离子管的中心原件就是等离子体。

所谓等离子体，是指正负电荷共存，处于电中性的放电气体状态。

通常情况下，气
体主要由不带电的粒子组成，也就是说，一个单独的气体分子包括了相同数目的质子（原子核里带正电荷的粒子）和电子，带负电荷的电子和带正电荷的质子保持着完美的平衡，所以原子的净电荷为零。

屏幕上的每一个等离子管对应一个像素，屏幕以玻璃作为基板，基板间隔一定距离，四周经气密性封接形成一个个放电空间。

放电空间内充入He（氦）+Ne（氖）+Xe（氙）等混合惰性气体作为工作媒质。

在两块玻璃基板的内侧面上涂油金属氧化物导电薄膜激励电极。

当向电极上加入电压，自由的电子与原子相撞，并使原子内部的电子数目失衡，这就是其带正电，并产生了离子。

在稳定等离子体中如果有电流穿行其中，那么带负电的粒子就会冲向那些带正电的粒子的区域，而带正电的粒子也会冲向那些带负电粒子的区域。

在这样的行动中，双方的粒子不断的进行这撞击。

这些撞击激发了等离子体中的气体原子。

放电空间内的混合气体便发生等离子体放电现象。

气体等离子体放电产生紫外线，在外线激发荧光屏，荧光屏发射出可见光，显示出图像。

当使用涂油三基色荧光粉的荧光屏时，紫外线激发荧光屏，荧光屏发出的光则呈现红、绿、蓝三原色。

当每一个原色单元实现256级灰度后再进行混色，便实现彩色显示。

等离子体显示器技术按照其工作方式可以分为电极与气体直接接触的直流型PDP和电极上覆盖介质层的交流型PDP两大类。

目前研究开发的彩色PDP的类型主要有三种：单基板式（又称表面放电式）交流PDP、双式（又称对向放电式）交流PDP和脉冲存储直流PDP。

1.3PDP荧光粉
1.3.1 PDP荧光粉的研究现状
PDP荧光粉对于PDP显示器来说是很重要的基础。

荧光粉的性能会影响PDP 所显示出来的画面的质量。

从荧光灯和CRT用荧光粉开始之后，研究人员一直在努力研究可以实现全彩色PDP的荧光粉。

通过人们不断的探索，PDP荧光粉现在已经发现了大约600种。

对于激发波长大于160nm的荧光粉，由于其发光性能好，量子效率高，这种荧光粉被改进之后至今仍在使用。

现在依然会用的商用荧光粉分别有：
红粉：（Y,Gd）BO3: Eu3+, Y2O3 : Eu3+．其中（Y,Gd）BO3: Eu3+发光亮度非常高，应用非常广泛。

绿粉：Zn2SiO4: Mn2+, BaA1l2O l9: Mn2+等。

蓝粉：BaMgAl l0O l7: Eu 2+，BaMgA1l4O23: Eu2+．其中BaMgAl l4023: Eu 2+荧光粉的色坐标与NTSC坐标十分接近，半高宽为55nm，主发射波长峰值在455nm．
根据荧光粉组成基质的不同，可以把其大致分为：硅酸盐类荧光粉、铝酸盐荧光粉、硼酸盐荧光粉、磷酸盐荧光粉及其它荧光粉。

荧光粉在工作时应该不容易发生分解，并且应保持稳定的状态，也可以说不应放出比如说硫等会毒化象素中其它元件的物质。

文献介绍了一些无硫的PDP用荧光粉[1-3]。

1.3.2PDP荧光粉存在的问题
PDP荧光粉应该具有高的发光效率、适合的色坐标、色温、色饱和度、稳定性及寿命。

荧光粉的性质及其对剧烈的离子、电子释放及VUV照射的抵抗会影响PDP的性能与寿命。

近年来，研究工作者们以一些指标为标准筛选出一些用于PDP的荧光粉，主要包括：铝酸盐蓝粉BaMgAl10O l7: Eu2+(BAM) 、硼酸盐红粉(Y，Gd)BO3: Eu3+(YGB)及硅酸盐绿粉Zn2SiO4: Mn2+(ZSM)。

为了尽可能还原真实的图像，国际电视标准委员会(NTSC)给出建议，并且设定了NTSC标准的红、蓝、绿荧光粉的标准色坐标，见于表1.1:
表1.1 部分荧光粉的色坐标及相对发光效率
由表l.1可以看出来，经过各种红蓝绿荧光粉相互比较，可以发现，发光效率较高的荧光粉主要是ZSM，BAM和YGB，通过对比色坐标，可以看出来BAM和ZSM的色坐标和接近NTSC标准蓝、绿粉的色坐标还是比较接近的，但是YGB与NTSC标准红的色坐标相差较大，所以，我们需要提高红粉的色纯度。

而且，对显示动态图像是不利的是绿粉ZSM的1/10余辉长达10 ms。

将三基色荧光粉按照一定的比例混合。

混合粉的相对发光效率及它们的色坐标见表1.2。

表1.2 三基色混合荧光粉的色坐标及相对发光效率
由表1.2可见，PDP用荧光粉组合(1号混合粉)的相对发光效率最高，而且它的色坐标和NTSC最接近。

通过各荧光粉的比较发现，使PDP荧光粉存发光效率和亮度低，使用寿命短的主要原因，经过分析可以知道：
（1）PDP荧光粉在真空紫外光激发下的能量转换效率不高；
（2）在PDP的工作时，重离子轰击荧光粉，使荧光粉发生分解或溅射，破坏了荧光粉的发光中心；
（3）真空紫外光辐射和高温焙烧会降低荧光粉的发光效率和发光强度，并且还会降低发光亮度，使荧光粉的抗热劣化性变差等等。

高温焙烧会造成荧光粉的发光中心发生部分氧化，虽然会提高发光效率，但是也会降低发光颜色的纯度，对PDP显示色彩造成影响。

总之，目前荧光粉存在以下不足：红粉色纯度不高，发光效率相对较低，蓝粉的光衰大，绿粉的余晖时间长。

1.3.3 现有PDP荧光粉的改进
针对三基色PDP荧光粉的不足，一般通过以下几种方法进行研究改进：（1）使用不同的制备方法
（2）改变原有的煅烧条件
洪广言等人的研究得出助熔剂不仅对基质不同晶面的生成有影响，而且可以促使基质的结晶成核的结论，他们在几种不同的助熔剂作用下合成发光体BaA112O19: Mn2+。

并经过比较后发现在发光体BaAl l2O19: Mn2+ 中使用H3BO3 做助熔剂则不利于样品发光，而BaF2可以使样品的发光强度得到提高。

（3）添加敏化剂、改变基质或掺杂
实验发现，发光材料的劣化可以通过掺杂得到有效的抑制，而且这种方法成本低、操作简单，并且掺杂可以增强荧光粉的发射主峰强度。

当掺0.25％的Mn2+
时，Mg2SnO4: Mn2+的发光强度达到最高，而Zn2SiO4: Mn2 +在相同情况下，提高发光强度会是与余辉时间增加，若要缩短余辉时间就会降低发光强度。

Kyung Nam Kim等创新型的使用锡酸盐基质掺杂Mn2 +，在VUV激发下相比较合成的Mg2SnO4: Mn2 +荧光粉和商用的荧光粉Zn2SiO4: Mn2+。

结果发现，Mg2SnO4: Mn2+的发光强度比较高，发射波长峰值位置是500nm。

丁士进等采用传统的方法制取得到的硼磷酸盐样品比磷酸盐的发光亮度要高，这样不仅降低了成本，还使温度猝灭降低。

[29-30]
（4）通过量子剪裁提高发光效率
量子剪裁理论主要用于提高PDP荧光粉发光效率方面。

稀土离子掺杂的量子剪裁发光材料在等离子平板显示（PDPs）、无汞荧光灯以及硅基太阳能电池领域都有着非常重要的应用。

量子剪裁(Quantum-cutting )，也被叫做能量下转换(Down-conversion)，它指的是材料在一个高能光子的激发下，发射出不止一个光子的现象。

其研究方向包括可见光量子剪裁和近红外量子剪裁等。

这个理论的基本原理可以这样解释，为了得到高效的发光材料，将理论上可能发生能量传递的稀土离子激发到一个较高的激发态，这样稀土离子就可以通过能量传递，把能量传递给其他激活的离子。

量子剪裁理论的基础上，找到一种基质材料对真空紫外吸收较好，并对其掺杂稀土离子，实现效率较高的下转换效应，就能够制备出高效PDP荧光粉。

这种制备新型高效PDP发光材料的新思路就应运而生。

PDP荧光粉的激发波长是147nm和174nm，激发出的可见光光子能量与真空紫外光光子能量的比值大约是0.27，也就是说，即使荧光粉量子效率是百分之百，那么能量效率也只有27%，研究工作的新方向是寻找量子效率高于1发生量子剪裁效应的荧光粉。

Wegh R T等以氟化物为基质在VUV激发下的Er3+一Gd3+能量传递体系中发现量子剪裁效应，这一研究有利于进一步寻找更加高效的PDP绿粉[31-32]
1.4 Mg3Ca3(PO4)4的结构与特性
图1.3 Mg3Ca3(PO4)4的晶体结构图，以及Ca周围的氧配位情况。

作为基质的磷酸盐，由于制备温度低、亮度高、物理和化学性质稳定，以及颗粒大小容易控制等特点而被众所周知，它现在已经成为一种非常重要的放光材料的基质。

Mg3Ca3(PO4)4(MCPO)有很好的热稳定性和化学稳定性，具有白色透明的六方晶体结构，很适合于作荧光粉的基质，其晶体结构图如图所示。

在这种结构中，Ca与O的配位有五种形式，其结构如图所示。

在Mg3Ca3(PO4)4(MCPO)基质中，用Tb3+、Eu3+取代Ca2+后，Eu3+和Tb3+之间可能会有好的能量传递，Eu3+和Tb3+共激活的Mg3Ca3(PO4)4(MCPO)也会是一种高效的PDP荧光粉。

基于上述考虑，我们选定课题为：Mg3Ca3(PO4)4: Eu3+, Tb3+荧光粉的合成及其发光性能研。