{酒类资料}电浆平面显示器的制程技术及其应用

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1、第 十一 章 電漿平面顯示器的製程技術及其應用,參考資料： 1.平面面板顯示器 基本概論 二版 顧鴻壽/周本達/陳密 /張德安/樊雨心/周宜衡 編著 出版者：高立 書號：232526 發行日期：2005年8月 2.顯示器原理與技術 趙中興 編著 出版者：全華 書號：03185-01 發行日期：1999,11-1 前言 11-2 電漿面板顯示器的分類及其動作原理 11-3 電漿面板顯示器的製程技術及流程圖 1.上板製程 2.下板製程 3.封合和組裝製程 11-4 電漿面板顯示器的應用領域與未來展望,附錄:,這種固、液、氣三態互變的過程稱為相變。它可以向兩個方向發展，一是對一固體繼續降溫，一是對一

2、氣體繼續加熱。實驗結果告訴我們，前者只會引起物質性質的變化，但是，後者卻完全不同，它會使物質變成一種新的狀態電漿態， 電漿態是物質的第四態。,物質是由分子組成的，一個分子可以包含一個或多個原子，而一個原子則是由原子核和若干個電子組成。原子核帶正電，電子帶負電，原子呈電中性。氣態時，電子在電場束縛下圍繞原子核旋轉。如果氣體被加熱，其電子的熱運動動能就會增加。一旦電子的熱運動動能超過原子核對它的束縛，電子就成為自由電子，這種過程稱之為電離。如果氣體中的所有原子都被電離，就稱為完全電離，如果只有部分原子被電離，則稱為部分電離。被電離的原子數與總原子數之比稱為電離度。電離度為 100 時，即氣體被完全

3、電離，就成為我們上面所說的物質第四態電漿，也稱為等離子體。這是最嚴格定義的電漿，在實際應用中，部分電離的氣體，只要滿足一定的條件，也通稱為電漿。電漿中，失去電子的原子稱為離子。 因此，產生電漿的最簡單方法就是對氣體進行加熱使其電離，即成電漿。,附錄:,*隨著數位化多媒體視訊時代的來臨，消費者對於顯示器規格 的要求，也就相對的比以往嚴刻許多，不但要求畫面清晰、色 彩逼真、視野角廣、高亮度、薄型化的基本特性外，並且要具備 能收播數為訊號與連接網際網路。 *電漿平面顯示器正是能符合家庭要求的顯示器，電漿顯示器的 基本原理，是利用氣體放電的物理現象，所以又被稱為氣體放 電顯示器。 *追溯最早的應用例子

4、，則應該屬於1927年Bell System公司所 做現場示範的氣體放電電視，其尺寸大小為寬65公分，而高75 公分，其中包含有5050個氣體放電單元，所使用的氣體為氖氣 ，當時此電視可顯示每秒16個圖像的灰階畫面。,11-1 前言,*在其之後發展實用化的氣體放電顯示器，則為1950年代所開發出來的NIXIE，其主要的功能是做為數字顯示之用，且最大的優點是發展陣列式的數字顯示器。 *1983年商品化的直流型電漿顯示器(DC-PDP)，則是利用汞蒸氣作為放電氣體，以達到長壽命的目的。 *1964年由伊利諾大學教授提出以電容取代電組的方式，當施加適當的交流電壓，即可使顯示器運作並具有記億效果，他們

5、將此顯示器正式命名為電漿顯示器面板(PDP)，當時是利用環氧樹脂將氣體封閉在兩層玻璃基板中。,11-1 前言,*伊利諾大學所發明的AC-PDP結構,11-1 前言,*在1968年由Owens-Illinois 公司將AC型PDP實用化，其基板 是採用較厚的6.3mm玻璃，以改善顯示器的脆弱，而其封合玻璃 是以較高溫處理的材料，如此將氣體不受污染而達到較長的壽 命。 *在1970年Burroughs公司發展出自行掃描(Self-ScanTM)方式而 促使DC型PDP實用化，如下頁圖所示，此方式可大大的減少驅動 電路，但這種DC型PDP顯示器，有放電不一致的困擾。 *松下電子所設計有輔助放電區域的

6、DC-PDP，並且該公司配合 優良的製程技術，用此DC-PDP可以生產極低價的膝上型電腦，在 當時也只有DC-PDP可以作為電腦的顯示器，松下公司一直以此 產品稱霸膝上型電腦到1980年代。,11-1 前言,電漿顯示器的基本顯示原理為何？與液晶顯示器有何特性差異？ 電漿顯示器 Plasma Display Panel 簡稱為 PDP 。電漿這個名詞，指的是原子在電子與原子核分離時的狀態（電離），在電漿狀態時，離子與電子的結合會發出紫外線。,附錄:,在電漿顯示器架構中，氙（ Xenon ）與氖（ Neon ）的混合氣體被封裝在顯示格內，透過電極加入電壓就成為電漿狀態。而電漿產生的紫外線撞擊顯示格

7、內的螢光粉，就成為波長較長的 RGB 三原色可視光線。,附錄:,使用螢光體來發光這一點，與映像管（ CRT ）的原理有點類似。而電漿本身就會發光的特點，與需要背光板的液晶顯示技術的確非常不同。只能有亮或暗的選擇，無法如同液晶顯示器一樣可以發出部份的亮度。,而 PDP 為了製作出中間亮度的效果，只好採用特殊的閃爍方式。例如，如果想要在 16ms 反應時間內，顯示只有白色一半的灰階效果，就只好在 16ms 內同時閃爍明暗，讓亮的時間與暗的時間一樣長 都是 8ms ，利用人類視覺無法辨識高頻閃爍的特性，來製造出灰階的平均亮度。,附錄:,*Burroughs公司所發明的(Self-ScanTM)直流型

8、電漿型面板 顯示器,11-1 前言,*松下公司所設計的DC-PDP結構圖,11-1 前言,*日本富士通公司也積極的向 AC-PDP實用化的方向邁進。 由於AC-PDP是在金屬電極上覆蓋介電玻璃，使得驅動電壓較高 且壽命也有問題，此一問題由日本廣島大學的教授所研究的氧化 鎂保護層，得到了良好的結果，富士通公司利用此結果發展出單 色的AC-PDP樣品，結果壽命可達到30萬小時以上。所以目前氧 化鎂保護層在AC-PDP中是不可缺少的重要結構層。 *伊利諾大學所開發的AC-PDP，是在前面玻璃板的中間產生氣體 放電，因此稱為對向型AC-PDP，但是現在今彩色面板放電型 AC-PDP的基本結構，是由G.

9、W.Dick博士發表，如下圖所示，在電 極對的中間有介電層，當施加電壓於電極上，即產生電場而造成 氣體放電。,11-1 前言,前言,*最早之對向型AC-PDP的原型樣本,*19701980年代，彩色PDP的發展是以DC-PDP為中心。 *在1974年日立所發展的文獻做為基礎，其發光的基本原理是利用 陰極輝光(Negative Glow)區域，所放射出來的真空紫外線，再 由紫外線激發位於陰極附近的螢光體，而產生可見光。由於此種 方式的PDP可以自行掃描 (Self-ScanTM)方式操作，因此可大大減 少驅動電路，而降低生產成本。 *NHK放送技術研究所研究開發的DC-PDP，是將PDP由基本的

10、自行掃 描型轉換為平面構成型，使得其性能更向前邁進。 *在AC-PDP的彩色化過程裡，早期是對向型電極，因此陰極與陽極 是隨著交流電壓的周期而交替地改變，如此不論營光粉塗抹在那 一側的電極上，都會受到離子的濺鍍撞擊而使其壽命降低，所以 長壽命的彩色AC-PDP一直是研究開發的重點。,11-1 前言,*1989年左右富士通公司開始發展三電極面放電型彩色PDP的實 用化產品，在1990年發表了ADS驅動方式，且成功將具有可顯示 紅色、綠色，與其混合色的20吋三色AC-PDP推出市場。該公司 在1992年發表有利於大量生產的直線型阻隔壁構造，並且成功開 發出引人注目的21吋全彩PDP，各公司都投入彩

11、色AC-PDP的量產 開發。 *PDP真正引人所注目的時間是在1994年，由富士通將軍公司販賣 了1200台的21吋AC型PDP給紐約的證卷交易所，在1995年後，日 本各家公司開使朝向42吋的彩色PDP開發，在1996年稱為PDP量產 元年。 *由於AC-PDP的快速發展，且在1996年將42吋的產品商品化後， 目前彩色的PDP商品都是以AC-PDP為主，事實上PDP製程良率一直 無法提升，因此價格一直無法降低，以致於無法快速普及。,11-1 前言,*電漿面板顯示器(Plasma Displat Panel,PDP)乃是利用氣體放 電產生發光的顯示器，其發光原理基本上是與螢光燈的原理 一樣，

12、都是在真空的玻璃管中注入惰性氣體或水銀氣體，在利 用加電壓方式，使氣體產生電漿效應，而放出可見光或紫外光 ，藉此子外光照射到塗抹在玻璃表面上的螢光粉時，螢光粉會 激發出可見光。 *彩色PDP可以想像成被縮小化的螢光燈，有多個以陣列的方 式聚集在一起放電，每一個放電空間稱為胞，這些放電空間中 所封入的氣體，經由施加高壓電後，產生氣體放電現象，放出 的波長是以147nm為主，彩色PDP的話，則螢光粉包括可發出 紅(R)、藍(B)、綠(G)三原色的三種不同螢光粉，再配合驅動 電路的設計，可將種原色的光混合成各式各樣的顏色。,11-2 電漿面板顯示器的分類及其動作原理,*1983年PDP都是單色，且依

13、照氣體放電時，所施加的電壓不同型式，可分為直流型(DC)與交流型(AC)，DC型的PDP是以直流(DC)電壓啟動放電，因此在結構中不可以有介電體層或電容層的存在，因而導致無法累積壁電荷於介電層上，使得其需要很高的啟動放電電壓。為了要降低啟動電壓，因而設計有輔助陽極與輔助放電通道，以協助啟動放電，又為了容易限制放電電流，以增加PDP壽命，因而在每個胞中設計有電阻曾，以降低放電電流。 *AC型PDP在放電電極上，有覆蓋透明界電層與耐離子撞擊之氧化鎂保護層。 *因為AC型的PDP有結構簡單與壽命長的優點，因此目前商品化之彩色PDP產品，都是AC型的PDP為主，在以下我們有是討論此型為主要的課題。,1

14、1-2 電漿面板顯示器的分類及其動作原理,*1983年時PDP的商品種類,11-2 電漿面板顯示器的分類及其動作原理,*當1992年日本富士通公司發表後，有利於大量生產的直線型阻 隔壁後，即確立日後AC型PDP的基本面板結構與技術，以及商品的 主流地位，目前AC型PDP面板的基本構造，如下頁圖所示，可分為 上板或者前板結構，與下板或者後板結構，而在製程方面，也分 成上板製程和下板製程，以及封合和組裝製程。 *上板製程中，首先要製做ITO透明電極膜，接者製作透明介電層 ，最後製作氧化鎂保護層，上板所使用的材料都需要很高透明 之材料。 *在早期的PDP結構中，在導電電極製程後，選有一道製作黑色對

15、比層的工程，以增加螢幕影像的對比。 *在下板的製程中，一般使用厚膜方式製做，依續包括資料或數 據電極;資料電極、白色反射介電層、阻隔壁層、最後為螢光層 。,11-3 電漿面板顯示器的製程技術及流程圖,*AC-PDP的結構圖,11-3 電漿面板顯示器的製程技術及流程圖,*AC-PDP的製作流程,11-3 電漿面板顯示器的製程技術及流程圖,*不論是上板或者下板製程，一定是由空白的平面透明玻璃基板 開始，所以玻璃基板要能承受接下來各個製程的溫度。 *為了要能符合此一熱處理的溫度要求，以提升量產的良率，目 前量產上的玻璃基板，是採用高應力點的玻璃基板來解決此一問 題，下頁表中顯示目前已商品化之PDP用

16、的玻璃種類與特性，在 這些高應力點玻璃中，是以Asahi PD200為量產時所使用的主要 玻璃基板，但是就未來PDP的價格而言，因高應力點的玻璃基板 價格昂貴，所以有廠商開發使用價格便宜之窗用玻璃或鈉石灰玻 璃。 *像一般尺寸越大的PDP產品，其所能容許的玻璃基板變形就越大 ，因此可以選用鈉石灰玻璃作為基板，所以各PDP廠商都以開發 低溫的材料為主要任務。,11-3.1 上板製程,*PDP玻璃基板的種類與特性,11-3.1 上板製程,*透明電極的主要功能，是作為表面放電維持電極使用，而透明 的目的是為了避免螢光粉，被紫外線所激發出可見光被阻檔掉， 而使面板的亮度降低。目前量產上所使用的透明電極材料，包括 氧化銦錫(ITO)，與氧化錫(SnO2)兩種，ITO的導電度和透光率 較SnO2膜為佳，但是SnO2膜的耐熱性、耐化學性、耐磨性、耐 檔鈉離子的躍遷，成本上較為ITO膜為優。 *一般來說，透明電極的商業化製程都是採用濺鍍法製作，若是 採用