超薄蔭罩式等離子體顯示屏的工藝研究*

金 燁，楊蘭蘭，屠 彥

(東南大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院， 南京210096)

等離子顯示屏(PDP)在超大屏幕顯示上，正在逐步成為市場的主流， 是最有前途的超大屏幕HDTV接收機(jī)之一[1]。等離子平板顯示器(Plasma Display Panel， PDP)由于寬視角，無圖像畸變，可工作于全數(shù)字化模式， 壽命長等優(yōu)點(diǎn)而受到人們關(guān)注[2]。東南大學(xué)提出的蔭罩式等離子體顯示屏(Shadow Mask Plasma Disp lay Panel， SMPDP)相對傳統(tǒng)等離子體顯示屏，采用導(dǎo)電金屬蔭罩代替了制作工藝難度高的介質(zhì)障壁，簡化了工藝，從而提高等離子體顯示屏成品率，降低了成本[3]。

近幾年，便攜式和手持式設(shè)備的應(yīng)用日趨廣泛，許多研究機(jī)構(gòu)正在嘗試開發(fā)類似紙張的顯示技術(shù)。超薄SMPDP因此誕生了，它是在傳統(tǒng)SMPDP基礎(chǔ)上提出的一種新型顯示器[4]。在結(jié)構(gòu)上，與傳統(tǒng)SMPDP不同的是，超薄SMPDP基板玻璃采用D263T玻璃，其厚度僅50 μm，且充當(dāng)介質(zhì)層的作用，基板玻璃沒有排氣管，同時(shí)掃描電極和尋址電極制作在基板玻璃外側(cè)，為典型的交流PDP兩電極放電結(jié)構(gòu)[5]。因此超薄SMPDP不僅繼承了傳統(tǒng)SMPDP原有優(yōu)點(diǎn)[6-8]， 還具有厚度薄，重量輕，結(jié)構(gòu)簡單等特性。超薄SMPDP的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 超薄SMPDP結(jié)構(gòu)示意圖

由于D263T玻璃很薄，不易在超薄SMPDP上制作排氣孔，同時(shí)為了屏結(jié)構(gòu)美觀堅(jiān)固，提高屏的性能，對超薄SMPDP采用無排氣管的封排一體化工藝，而且超薄玻璃高溫環(huán)境下容易形變，溫度和受力不均時(shí)容易破裂。因此，超薄SMPDP的工藝流程與傳統(tǒng)SMPDP有很大不同，封接前的蔭罩以及基板玻璃的處理，封接框的制作，封接溫度控制比后者更為嚴(yán)格。本文將基于超薄SMPDP的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，研究超薄SMPDP的封接工藝和實(shí)驗(yàn)制備，重點(diǎn)關(guān)注它與普通SMPDP不同的工藝處理，如蔭罩處理工藝、封接固定裝置設(shè)計(jì)、封接框制作工藝、封接溫度曲線等方面的改進(jìn)研究。

1 實(shí)驗(yàn)裝置

超薄SMPDP封接實(shí)驗(yàn)所用設(shè)備——真空封排一體化系統(tǒng)，如圖2 所示。系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)封接，充氣，排氣一體化，巧妙地解決了超薄玻璃表面無法制作排氣管的工藝難題。此外，封排一體化技術(shù)可以簡化封接工藝，降低封接溫度，節(jié)省研制時(shí)間，保護(hù)氧化鎂薄膜，防止其暴露在空氣中受到污染，并且使研制出的顯示屏維持電壓可很快趨于穩(wěn)定。超薄SMPDP主要封接步驟如下：把將前玻璃基板、蔭罩和涂覆封接框的后玻璃基板使用夾具固定后，固定好的超薄SMPDP放入真空室內(nèi)，由使用機(jī)械泵對真空室進(jìn)行預(yù)抽氣。然后打開和分子泵進(jìn)行抽氣，同時(shí)加熱真空室對真空室抽氣，在溫度到達(dá)300 ℃左右，封接漿料即將融化前，充入純氖或一定比例的氖氙混合氣體，繼續(xù)加熱直至顯示屏封接完畢。

圖2 超薄SMPDP真空封排一體化系統(tǒng)

目前超薄SMPDP基板面積50 mm×50 mm，其中有效發(fā)光面積30 mm×30 mm，封接框自身寬度約為1.8 mm，高度為170 μm，蔭罩邊寬為30 mm，高度為150 μm，所充工作氣體為純氖，超薄SMPDP的尺寸示意圖如圖3。

圖3 超薄SMPDP尺寸示意圖

2 超薄SMPDP封接工藝

2.1 超薄SMPDP封接工藝流程

超薄SMPDP結(jié)構(gòu)及采用的封接設(shè)備與傳統(tǒng)SMPDP有很大不同，因此其工藝流程也有所變動(dòng)，超薄SMPDP所用的工藝步驟如圖4。在前基板玻璃上制作封接框，對封接框進(jìn)行燒結(jié)，然后把前后基板放入真空蒸鍍箱蒸鍍氧化鎂，最后與經(jīng)過清洗預(yù)燒后的蔭罩，形成三明治的組合，如圖3(b)，放入動(dòng)態(tài)測試真空系統(tǒng)利用封排一體化技術(shù)封接。

圖4 超薄SMPDP工藝流程圖

2.2 超薄SMPDP特殊工藝研究

由于超薄玻璃非常薄，相對傳統(tǒng)PDP基板玻璃有很好的傳熱性，但也有在常溫下易碎，高溫下軟化嚴(yán)重等缺點(diǎn)。此外，利用封排一體化技術(shù)，低玻粉熔點(diǎn)在非大氣環(huán)境下熔點(diǎn)有顯著變化。因此超薄SMPDP屏與傳統(tǒng)SMPDP相比，除了工藝流程不同外，在許多方面還需要特殊的工藝處理，如蔭罩表面工藝、封接框制作、超薄SMPDP封接固定裝置、封接溫度曲線等。

2.2.1 蔭罩表面工藝研究

超薄SMPDP基板玻璃厚度僅50 μm，在高溫時(shí)嚴(yán)重軟化，蔭罩表面稍有不平，即會(huì)戳破基板玻璃形成裂點(diǎn)，如圖5所示。

圖5 基板玻璃裂點(diǎn)

這些裂點(diǎn)主要是由蔭罩表面毛刺引起，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)毛刺分為以下三類：(1)簡單擦洗即可除去的毛刺(2)需高溫汽化消除的毛刺(3)高溫預(yù)燒后仍附著在蔭罩表面，但已經(jīng)可以擦除的毛刺。根據(jù)上述情況，在封接之前，需增加蔭罩表面處理，具體處理流程圖如圖6所示。

圖6 蔭罩表面處理流程圖

實(shí)驗(yàn)證明，按照以上處理方法，可以得到一塊平整超凈的蔭罩，可有效消除封接時(shí)的基板玻璃破裂現(xiàn)象，大大提高超薄SMPDP的研制成功率。

2.2.2 超薄SMPDP封接固定裝置

動(dòng)態(tài)測試真空系統(tǒng)產(chǎn)生的震動(dòng)會(huì)引起封接中的基板玻璃及蔭罩偏移，采用平整度很高的PD200玻璃夾在基板玻璃的外側(cè)。這樣可防止基板玻璃及蔭罩錯(cuò)位，同時(shí)還可以施加一定壓力，有利于超薄玻璃與低玻粉浸潤，具體固定方法如圖7所示。

圖7 超薄SMPDP固定裝置

2.2.3 封接框制作工藝

封接框的尺寸參數(shù)對超薄SMPDP封接有重要影響。由Ansys 10.0軟件模擬[9-10]及實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：(1)封接框四角由直角變成圓角，如圖3(a)所示，可減小封接框四角對其上方基板玻璃的應(yīng)力，防止基板玻璃破裂；(2)蔭罩邊緣與封接框間隙越大，由于氣壓差的影響，顯示屏越容易破裂，如圖8所示；(3)蔭罩邊緣與封接框間隙越小，蔭罩產(chǎn)生的撐力越不利于低玻粉與超薄玻璃的粘合。經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)，封接框涂抹高度定為250 μm，經(jīng)高溫?zé)Y(jié)后封接框高度約為170 μm，蔭罩邊緣與封接框的間距為0.5 mm～1 mm。

圖8 間隙上方的裂痕

2.2.4 封接溫度曲線改進(jìn)

本文在傳統(tǒng)PDP封接溫度曲線基礎(chǔ)上提出了符合超薄SMPDP封接的溫度曲線。由于低玻粉熔點(diǎn)是隨氣壓變化的，因此超薄SMPDP的封接曲線會(huì)隨所充入氣體壓強(qiáng)的不同而改變。現(xiàn)以常溫下氣壓為350 Torr純氖的超薄SMPDP所用的封接曲線為例，如圖9。

圖9 封接溫度曲線

相對于傳統(tǒng)PDP封接溫度曲線[11]，圖9做了如下改進(jìn)：

(1)由于在真空下低玻粉熔點(diǎn)為330 ℃，所以充氣溫度設(shè)為300 ℃，一方面保證顯示屏內(nèi)部在充氣前獲得較高的真空度，另一方面防止封接框過早熔化，影響工作氣體進(jìn)入顯示屏[12-13]。(2)低玻粉在560 Torr氣壓下熔點(diǎn)為425 ℃，圖9在425 ℃保溫15 min，與傳統(tǒng)PDP封接溫度曲線中在450 ℃保溫有一定差別。(3)同時(shí)由于基板玻璃很薄，其表面可迅速均溫，超薄玻璃在高溫下又呈現(xiàn)一定的柔軟性，不容易破裂，因此封接完畢后降溫速率可以達(dá)4 ℃/min[14]。

在動(dòng)態(tài)測試真空系統(tǒng)封接超薄SMPDP僅需4 h(加熱前抽真空還需要1.5 h)，相對傳統(tǒng)PDP封接工藝，封排一體化技術(shù)大幅度地減少了封接時(shí)間。

按照新的封接溫度曲線制備顯示屏，不僅可以節(jié)省時(shí)間，并且封接質(zhì)量好，成功率接近80%，封接成功的超薄SMPDP如圖10。下圖是我們用2 塊條狀I(lǐng)TO玻璃作為電極，對超薄SMPDP進(jìn)行老練，如圖11所示。由于所充氣體為純氖氣體，可看到超薄SMPDP呈明亮均勻的橙黃色。

圖10 封接成功的超薄SMPDP

圖11 點(diǎn)亮的超薄SMPDP

3 結(jié)論

超薄SMPDP由于其重量輕，厚度薄，工藝簡化受到關(guān)注。針對超薄SMPDP制備難度大，本文對其封接工藝進(jìn)行了深入研究，特別在蔭罩處理，超薄SMPDP封接固定裝置，封接框制作，封接溫度曲線等方面有了很大進(jìn)展。在超薄SMPDP封接過程中，對蔭罩的平整度和清潔度要求特別苛刻，本文在傳統(tǒng)蔭罩處理的基礎(chǔ)上增加了三個(gè)步驟，即清洗，真空預(yù)燒，再清洗，確保蔭罩十分整潔。封接框與蔭罩邊緣的間距應(yīng)該在0.5 mm～1 mm之間，可避免氣壓差引起的破裂，同時(shí)還能減小蔭罩引起的撐力，有利于封接。超薄SMPDP的封接曲線是隨顯示屏所充入氣體壓強(qiáng)的不同而不同，因?yàn)榈筒７墼诓煌瑲鈮合氯埸c(diǎn)有很大變化，所以要根據(jù)超薄SMPDP所需的氣壓來確定對應(yīng)的封接溫度曲線。目前超薄SMPDP封接成功率接近80%，但超薄SMPDP研究還留有一些問題，例如在超薄SMPDP電極制作，亮度均勻性方面還需要進(jìn)一步研究。

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