显示器件制作实验报告

显示器件设计制作实验报告
一、实验目的
通过实验，了解SED的制作原理和大致工艺流程，掌握加工工艺中的一部分简单操作，加深对显示器制作工艺的认识。

二、实验原理
SED基本原理是由电子撞击荧光材料发光。

SED将涂有荧光材料的玻璃板与铺有大量微型电子发射器的玻璃底板平行摆放，而其中的微型电子发射器就是像素。

SED显示技术不需要电子束扫描，它和PDP、LCD一样，都是“寻址显示器”。

SED电子发射源的两级分别连接在驱动电路的扫描极和信号极，当扫描极和信号极同时接通时，发射源发射电子，阳极加速电子，轰击荧光屏完成显示任务。

SED的优点如下：
1）由电子撞击荧光粉发光，属于自发光器件，不存在液晶显示的可视角不够和响应时间过长的问题。

2）发光完全可控，不存在液晶显示的背光泄漏或等离子显示的预放电问题，黑色表现力大大提高。

3）发光效率可达5lm/W，使其耗电量只有同规格的等离子和液晶显示器的一半。

4）由于采用与普通电视显像管同样的高压荧光粉，可以达到优于PDP和LCD的色彩饱和度及锐利的图像。

5）器件基本上是平面结构，可以完全采用印刷工艺生产，使生产成本可以做到大大低于PDP 和LCD。

三、SED制作流程
1、玻璃清洗与退火处理
1）检查玻璃是否平整光滑，选择合适的玻璃，并在板上的一面右下角刻上自己的学号。

2）将用于制作阴极板的玻璃基片在洗涤液（洗衣粉浸泡液即可）浸泡大约20分钟。

3）戴橡胶手套用海绵仔细清洗，直至洗去玻璃基片表面所有污渍。

4）用清水将玻璃基片上的清洗液冲干净，再用去离子水冲洗玻璃基片，直至玻璃表面水完全铺开。

5）检查玻璃基片表面是否有残留污渍，若无则进入下一步，否则返回上一步。

6）用高压气枪吹去玻璃基片表面的水。

7）将干净的玻璃基片放入烘箱，在100摄氏度下烘30分钟后取出放入洁净有盖搪瓷方盘中备用。

8）退火工艺是将洗好的玻璃板放入烧成炉中进行，退火温度为600摄氏度，时间为十分钟。

问题发现及思考分析：
检验玻璃是否平整的简便方法：在玻璃板上滴一滴水，观察其形状，若成圆形，证明其平整度好，反之则不然。

清洗玻璃的目的：除去玻璃基片表面的各种污渍，为之后的制作流程打下良好基础。

若玻璃基片未洁净，在其上镀金属膜会出现针孔和脱落等现象。

检查玻璃是否洁净：将玻璃片倾斜，水流在玻璃表面完全铺开流下而未遇阻碍，则为佳。

退火的作用：消除玻璃基片的内应力或控制结晶的过程，将基片加热到适当的温度并保持一定时间，而后慢慢冷却的操作。

保证了玻璃基片在镀膜过程中不会变形或裂纹，使玻璃片不易碎。

用高压气枪吹除玻璃表层的去离子水时，要沿相同方向，防止出现水渍残留。

2、器件电极制作（镀膜）
我们采用磁控溅射镀膜法在玻璃基片上镀金属薄膜作为器件电极制作。

磁控溅射工作原理：电子在电场的作用下，在飞向基片过程中与Ar原子发生碰撞，电离产生Ar+离子和新的电子；Ar+离子在电场作用下加速飞向阴极靶，并以高能量轰击靶表面，使靶材发生溅射。

在溅射粒子中，中性的靶原子和分子沉积在基片表面形成薄膜。

工序过程：
1）将准备好的玻璃基片放在镀膜托盘上，一次放两片，镀膜面朝下。

用托盘叉将托盘放入准备室，然后戴上手套调整托盘位置，使卡口对齐。

关闭准备室舱门，开始给准备室抽真空。

2）当准备室内真空度达到高真空时，开启准备室与溅射室传送通道，按线控器上的open 按钮将准备室内的镀膜托盘传送至溅射室，摇动手柄将镀膜托盘向上抓起，将传送装置送回准备室，按close按钮关闭连接通道。

摇动手柄将镀膜托盘降下，准备磁控溅射镀膜。

3）载入磁控溅射镀膜参数程序，开始镀膜。

第一组镀膜参数为快速加热至140摄氏度；然后慢速加热基片至150摄氏度；氩气气氛下（流量20sccm)预溅射靶材20秒；氩气气氛下（流量25sccm）磁控溅射镀镍30秒；氩气气氛下（流量25sccm）磁控溅射镀铜600秒；氩气气氛下（流量25sccm)磁控溅射镀镍240秒。

4）开启准备室与溅射室连接通道，启动传送装置将溅射室内的镀膜托盘传回至准备室，关闭连接通道。

5）开启准备室，用托盘叉将托盘取出，将镀好膜的玻璃基片取下放入洁净的有盖搪瓷方盘中备用。

6）重复以上步骤为所有玻璃基片镀上金属薄膜。

问题发现及思考分析：
从正反面观察颜色不同的原因：第一层镍的厚度远小于第三层镍的厚度。

镀三层膜的原因：先镀一层很薄的镍层，改善了接下来镀的铜层的附着性能；接下来镀一层较厚的铜，保证器件电极良好的导电性；最后镀镍保护之前镀的较易氧化的铜层。

85号和88号基片进行了加热处理，而其余四个片子（65、82、86、87）未进行加热处理，便于后期实验操作的对比。

另外，85号玻璃镀膜完成后发现镀膜有大约1/5没有覆盖，原因是玻璃没有完全平放在托盘内，制作时有少量位移，但不影响后续过程。

3、器件电极制作（光刻）
采用光刻工艺制作器件电极。

光刻工艺基本流程包括衬底准备、涂胶、前烘、曝光、显影、坚膜、刻蚀、去胶。

1）衬底准备：即器件电极镀膜工序。

2）涂胶。

将镀好金属薄膜的玻璃基片取出，用滴管在金属薄膜面上滴适量光刻胶，小心晃动玻璃基片，使光刻胶覆盖整个膜面。

将涂好光刻胶的玻璃基片放在旋转甩胶机甩胶台中心，按动吸气按钮将玻璃基片固定在甩胶台上，盖上盖子。

先慢速甩9秒，再快速甩30秒将光刻胶均匀地甩涂到玻璃基片金属膜上。

按动吸气按钮停止吸气，将甩好胶的玻璃基片取下。

3）前烘：将甩好胶的玻璃基片放入烘箱中，在80摄氏度下烘30分钟。

前烘将光刻胶的溶剂烘干，使金属薄膜表面的光刻胶固化，增强光刻胶膜与金属膜表面之间的粘附性，保证曝光的重现性和显影时成像良好（曝光分别率高）
4）曝光：我们使用的是正性掩模板和正性光刻胶。

将掩模板放在曝光台上，掩膜面朝上，将前烘后的玻璃基片有光刻胶一面朝下放在掩模板上，器件电极图像应处于基片中央。

盖上遮光板，设置抽真空时间6秒，曝光时间65秒..曝光时间必须适当。

5）显影:显影液为质量分数为千分之四的氢氧化钠溶液。

戴上橡胶手套将曝光后的玻璃基板放入显影液中显影。

显影时间大概是30秒。

6）坚膜：将显影后的玻璃基片放入烘箱中，在100摄氏度下烘60分钟。

坚膜的目的是为了挥发掉残存于光刻胶的溶剂，进一步提高胶膜与衬底表面的粘附能力，并使胶膜致密坚固，并可以增加胶层的抗刻蚀能力。

也能消除驻波效应。

7）刻蚀：腐蚀液为质量分数为百分之三十的硝酸加3克硫酸高铈，其中硫酸高铈起催化剂作用。

用镊子将坚膜后的玻璃基片放入腐蚀液中。

当刻好的图案清晰可见时可取出来用清水冲净。

用压缩空气吹干水渍后即可拿到显微镜下观察，若发现刻蚀不充分可继续放入腐蚀液中刻蚀。

7）去胶：去胶液为百分之五到百分之十的氢氧化钠溶液。

腐蚀液与曝光后光刻胶发生反应，用清水冲净玻璃基片残留去胶液，用压缩空气吹干后放入洁净的搪瓷方盘中备用。

问题发现及思考分析：
涂胶和匀胶之间不能间隔时间过长，否则会出现胶层过厚，影响后续制作。

显影时间的长短需要自己控制（光刻部分金属薄膜明显露出来即可），也可在金像显微镜下观察一下，显影充分还是不足。

时间过长，容易使胶膜发生软化和膨胀，影响胶膜与衬底的粘附性能；时间过短，会引起反应不充分，影响腐蚀出来的图形精度，同时也会降低分辨率。

另外，显影过度，会出现圆角。

如左下图。

左下图为加热基片，右下图为未加热基片。

刻蚀过程中能观察到镍膜脱落。

经过对比，镀膜阶段加热的基片刻蚀时间较短，未加热的基片刻蚀时间较长。

此外，同组成员的基片出现脱胶现象，如右图，原因是玻璃基片未清洁干净。

经过加热的玻璃各部分粘合程度较未加热的玻璃要好一些。

4、导电膜制作
导电膜制作依然需要用到光刻工艺和磁控溅射镀膜工艺。

先用光刻工艺在器件电极间细缝处刻出镀膜窗口，再在镀膜窗口部位用磁控溅射镀上导电薄膜氧化钯。

具体的工艺流程不再重复叙述。

基片加热后镀上的导电膜呈蓝色，基片未加热镀上的导电膜呈银白色。

问题发现及思考分析：
氧化钯的作用：发射电子。

出现问题：
（1）相同制作过程，组内出现没有明显制作导电膜的区域，如左图。

原因分析可能为第二次涂胶和匀胶间隔时间过长，局部胶过厚。

解决：
1.增加曝光时间和显影时间，再做一次；
2.去胶重做。

（2）出现如左图一样的磨损。

原因分析可能为去氧化钯
层是应力过大。

解决：具体影响不大，可能会影响电阻值，没有弥补措
施。

（3）导电膜制作区域外周围胶脱落。

左图下部有一些。

原因分析可能为用高压气枪吹去表面水的时候风速过大。

解决：影响美观，电阻增加，没有补救措施。

此外，本过程有四种情况：两次都加热、第一次加热第二次未加热、第一次没加热第二次加热以及两次都没加热。

实验效果有待后续流程检验。

5、阳极板制作
我们在ITO薄膜玻璃上利用丝网印刷工艺印制一层荧光粉来制作阳极荧光板。

具体过程如下：
1）用酒精清洗ITO薄膜玻璃、丝网网面以及刮刀和擦板。

2）在丝网下面用不干胶带贴出印刷区域。

3）调节印刷设备，主要调节三个距离，即丝网与印刷面距离3毫米、刮刀与印刷面微贴、擦板与丝网微贴（可用一张纸条测试）。

4）用CCD光学视觉对位系统进行印刷区域对位。

5）在丝网上印刷区域靠刮刀一边添加适量的印刷浆料（荧光粉）。

6）开启真空吸住待印刷ITO薄膜玻璃，按动按键将ITO玻璃送到丝网下开始印刷。

7）开闭真空将印刷好的ITO薄膜玻璃取下，换上另一片玻璃。

8）将印刷好的玻璃放在干燥炉的传送带上烘干。

传送带的速度为200mm/min，干燥炉的四个炉区温度分别为135摄氏度，105摄氏度，105摄氏度，100摄氏度。

9）印刷完后的浆料可以收回。

之后再清洗丝网以及刮刀和擦板。

问题发现及思考分析：
荧光粉工作原理：电子轰击荧光粉，使原子产生能级跃迁，当原子从激发态跃迁回基态时，会辐射出光子。

第三步调节的三个距离，丝网与印刷面的距离不一定是3mm，要根据玻璃的厚度随时调节。

而刮刀与印刷面微贴、擦板与丝网微贴，可用一张纸条测试：将一张纸放在刮刀下，
调节距离直到纸条可以被拉动但感到阻力较大时即可。

用印刷机上的千分尺测得荧光粉的厚度普遍在10~30um之间（一开始我们调节的距离还不够小，老师又进行了调节），并且荧光粉膜分布不均。

可以将阳极荧光板在紫外灯下观察，可以发现荧光粉发出明亮的绿色。

操作过程中要时刻注意操作流程，不能省略跳步或顺序颠倒。

浆料不够时要注意添加。

6、性能测试
先选取极间电阻符合标准或大小均匀的样品进行试验，之后再进行其他试验。

本次测试均在真空系统中进行，操作流程严格按照规定，不能错序，组内成员分工完成。

数据整理：
65号
1、电形成前阴极并联电阻1.4k
2、电形成电压约18V
3、电形成后电压经多次测量分别为0.76k、0.74k、0.63k、1.1k。

20 27.42 3.14 1.15E-04
21 22.53 3.26 1.45E-04
22 18.14 3.66 2.02E-04
23 15.97 4.77 2.99E-04
24 11.78 5.23 4.44E-04由上表所得图
65号的四幅图（有示波器数据绘得）
注：电压单位为V，电流单位为mA
图一器件电压、器件电流与时间的关系（电流被限）
图二电形成
图三
图四
图五：图二所对应的伏安特性曲线
86号
1、电形成前电阻0.0037k
2、电形成后电阻0.141k
上表对应的图：
86号的三幅图（有示波器导出的数据所得）图一、图二器件电压器件电流随时间的变化
图三
图四
附88号板的对比图:
问题发现及思考分析：
1.电阻值过大。

原因可能为实验间隔时间过长，有氧化。

2.电阻值过小。

原因可能为存在短路。

3.基片上等距电极，但现象如左图。

原因分析：电子通过
导电膜，从负极流向正极，从而使得电子在正极一端积聚，形
成如图所示现象。

此现象属于正常。

4.图上只显示了五条发光带，有两条消失。

原因分析：可
能是固定基片两端是未将那两条电极接入电路：也可能是金属
膜上存在断路。

5.有一份样品因为重做过显影和曝光，光刻胶比较厚，所以亮光比较模糊。

6.在检测过程中，样品电阻会随着实验进行而增加或减少，需要阶段性检查电阻，以更好地进行后续检测。

7.对于电阻比较小的样品，测试电压也要适当减小，以确保实验安全进行。

7、器件封接
目前属于观察实验。