WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

На правах рукописи

КУДРЯВЦЕВ СЕРГЕЙ ВЛАДИМИРОВИЧ

ПОЛНОЦВЕТНЫЕ RGB КРИСТАЛЛОФОСФОРЫ:

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ НИЗКОВОЛЬТНОЙ И СРЕДНЕВОЛЬТОВОЙ КАТОДОЛЮМИНЕСЦЕНЦИИ

02.00.04 – физическая химия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата химических наук

Саратов – 2009

Работа выполнена на кафедре общей и неорганической химии

ГОУ ВПО «Саратовский государственный университет

им. Н.Г. Чернышевского»

Научный руководитель:

доктор химических наук, профессор

Дмитриенко Александр Олегович

Официальные оппоненты:

доктор химических наук, профессор

Голота Анатолий Фёдорович

доктор технических наук, профессор

Кисин Владимир Владимирович

Ведущая организация:

Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН

Защита состоится 26 ноября 2009 г. в 1400 часов на заседании Диссертационного совета Д 212.243.07 по химическим наукам при ГОУ ВПО «Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского» по адресу: 410012, г. Саратов, ул. Астраханская, д. 83, I корп.

С диссертацией можно ознакомиться в Зональной научной библиотеке им. В.А. Артисевич Саратовского государственного университета им. Н.Г. Чернышевского.

Автореферат разослан: «___» октября 2009 г.

Учёный секретарь

диссертационного совета В.В. Сорокин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Развитие современных катодолюминесцентных средств отображения видеоинформации включает создание плоских полноцветных вакуумных флуоресцентных дисплеев (ВФД). В настоящее время они находят широкое применение в создании информационных устройств автомобилей, летательных аппаратов, бытовой техники. В последние годы особое внимание уделяется созданию дисплеев с полевой эмиссией (ДПЭ), где в качестве источника электронов (катода) используется остриёвые алмазоподобные пленки, а также углеродные нанотрубки. По сравнению с термоэлектронным катодом классических ВФД, автоэлектронная эмиссия углеродных материалов создаёт более стабильный поток электронов, возбуждающих люминесценцию экрана. В настоящее время ведутся активные разработки нового типа ВФД – дисплеев на TFT (Thin Film Transistror) подложке, обеспечивающей эффективную адресацию сигнала и управление RGB-пикселем экрана (R – красный, G – зелёный, B – синий).

ВФД и ДПЭ являются приборами, включающими два активных элемента: автоэлектронный катод и катодолюминесцентный экран. Последний состоит из пикселей, в состав которых входит RGB-триада кристаллофосфоров. Наиболее эффективными кристаллофосфорами, возбуждаемыми медленными (20-100 эВ) электронами и электронами средних (100-1000 эВ) энергий, являются Y2O2S:Eu (R), SrTiO3:Pr (R), ZnS:Cu,Al (G), ZnS:Ag,Al (B). Именно эти фосфоры отвечают требованиям по координатам цветности и обеспечивают получение белого цвета в экране ВФД и ДПЭ. Матрицы этих фосфоров являются диэлектриками (Y2O2S, SrTiO3) или скомпенсированными полупроводниками (ZnS), ширина запрещённой зоны которых составляет 3,6-5,5 эВ. Это требует введения в экран электропроводных добавок (ЭД), обеспечивающих эффективный сток заряда при его бомбардировке медленными электронами.

Для получения катодолюминесцентного экрана с белым цветом свечения особые требования предъявляются к красной компоненте. Пока не удалось получить красный люминофор с координатами цветности, удовлетворяющими Международному стандарту CIE (1931 г.).

Яркость и эффективность катодолюминесценции (КЛ) экрана существенно зависят от содержания ЭД. Наиболее эффективными электропроводными добавками являются ZnO:Ga и полупроводниковый In2O3. Их содержание в экране обычно составляет 15-20 масс. % при размере зерна порядка нескольких микрометров. Это неизбежно приводит к уменьшению площади излучающей поверхности экрана. В настоящее время ведутся активные разработки нанокристаллических (размер зерна 10-50 нм) ЭД, позволяющих снизить их содержание до нескольких массовых процентов.

Эффективность и яркость катодолюминесценции также зависят от условий синтеза фосфоров – состава компонентов, содержания минерализатора (плавня), концентрации активатора, атмосферы и температурно-временных режимов отжига.

Цель настоящей работы состояла в получении и анализе физико-химических свойств RGB-триады кристаллофосфоров, эффективно возбуждаемых электронами низких и средних энергий в экранах плоских полноцветных информационных дисплеев различного назначения.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

  1. синтез RGB-фосфоров на основе оксида и оксосульфида иттрия, титаната стронция (R) и сульфида цинка (G, B);
  2. измерение различных физико-химических характеристик низковольтной и средневольтовой катодолюминесции RGB-фосфоров и экранов на их основе;
  3. исследование зависимости электропроводности катодолюминесцентных экранов от концентрации и размера частиц электропроводной добавки;
  4. исследование температурного тушения катодолюминесценции;
  5. измерение срока службы (долговечности) полноцветных RGB экранов.

Научная новизна работы заключается в установлении закономерностей поведения параметров низковольтной и средневольтовой катодолюминесценции RGB-фосфоров и экранов на их основе.

Практическая значимость. В работе установлены закономерности температурного тушения катодолюминесценции RGB-фосфоров в реальном дисплее при низковольтном возбуждении (Ua = 50 В, ja = 1-2 мА/см2). Установлены закономерности относительного изменения плотности тока, яркости и эффективности катодолюминесценции в полноцветных 7,5'' дисплеях с алмазоподбным автоэлектронным катодом при низковольтном (до 100 В) и средневольтовом (250-400 В) возбуждении. Установлено оптимальное содержание нанокристаллических электропроводных добавок оксидов цинка и индия в катодолюминесцентных экранах, возбуждаемых медленными (40-50 эВ) электронами при высоких – до 6 мА/см2 – плотностях тока. Установлен характер спада яркости и изменения анодного тока при длительной – до 3 тыс. часов – непрерывной эксплуатации средневольтового дисплея.

На защиту выносятся:

  • результаты исследования зависимости физико-химических параметров люминофоров и экранов на их основе при фото- и катодолюминесценции от состава люминофора и режимов возбуждения;
  • сравнительная характеристика эффективности RGB-фосфоров при низковольтном и средневольтовом возбуждении;
  • результаты измерения электрофизических характеристик электропроводных добавок и катодолюминесцентных экранов;
  • результаты испытаний на долговечность и температурное тушение катодолюминесценции экранов при низковольтном и средневольтовом возбуждении.

Апробация работы. Основные результаты диссертации представлялись и докладывались на 10 конференциях и симпозиумах: на VI Международной конференции «Химия твёрдого тела и современные микро- и нанотехнологии» (Кисловодск, 2006); на XV International Symposium "Advanced Display Technologies. Symposium proceedings" (Moscow, 2006); на International Conference “Asia Display’07” (Shanghai, 2007); на 7th International Meeting on Information Display (Daegu, Korea, 2007); на 27th International Display Research Conference “EuroDisplay-2007” (Moscow, 2007); на Третьей Всероссийской конференции (с международным участием) «Химия поверхности и нанотехнология» (Санкт-Петербург – Хилово, 2006); на 9th и 10th Asian Symposium on Information Display (New Delhi, India, 2006; Shanghai, China, 2007).

Личный вклад соискателя состоит в формулировке научных проблем и выборе основных направлений исследования, в анализе литературных источников и написании литературного обзора, постановке и проведении эксперимента, обсуждении результатов исследования, подготовке статей, материалов конференций, рукописей диссертации и автореферата.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 12 печатных работ: 6 статей в сборниках научных трудов, в том числе 1 статья в журнале, входящем в перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, рекомендованных ВАК, 1 учебное пособие, 4 тезисов в Международных и Российских симпозиумах и конференциях.

Объём и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, включая литературный обзор, выводов и списка цитируемой литературы (129 наименований), приложений. Работа изложена на 120 страницах машинописного текста, иллюстрирована 52 рисунками, содержит 22 таблицы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность исследования, сформулирована цель работы, отражены научная новизна и практическая значимость, перечислены положения, выносимые на защиту.

В первой главе диссертационной работы приведён литературный обзор данных по синтезу RGB-кристаллофосфоров для плоских информационных дисплеев с термоэлектронным и автоэлектронным катодом. Рассмотрены влияние условий синтеза, размера и формы зерна порошков кристаллофосфоров на яркость и эффективность низковольтной, средневольтовой и высоковольтной (до 5 000 В) катодолюминесценции. Приведены данные по влиянию размера и формы нанокристаллических (30-50 нм) фосфоров и электропроводных добавок к катодолюминесцентному экрану на основные катодолюминесцентные характеристики – яркость, эффективность, электропроводность.

Проанализированны данные по влиянию условий синтеза RGB-фосфоров и режимов катодовозбуждения на их цветовые характеристики.

Вторая глава содержит подробное описание методики и техники проведения эксперимента. В работе использовались как синтезированные нами кристаллофосфоры, так и фосфоры фирм Nichia, Kasei Optonics и Samsung SDI на основе сульфида цинка и оксосульфида иттрия. Основное внимание уделялось RGB–фосфорам на основе Y2O2S, Y2O3 (R), ZnS:Cu,Al (G), ZnS:Ag,Al (B), а также R-фосфору на основе SrTiO3.

Особое внимание было уделено R-фосфорам на основе оксосульфида иттрия и титаната стронция.

Синтез R-фосфора Y2O2S:Eu проводили как «мокрым», так и «сухим» способами. В первом случае смесь Y2O3 и Eu2O3 растворяли в азотной кислоте с последующим соосаждением щавелевой кислотой. После этого проводили отжиг в атмосфере CO+CO2 при 1000–1100 С. Полученный твердый раствор оксидов смешивали с порошком серы и карбоната калия. Образование оксосульфида иттрия в результате отжига при 1000–1100 С осуществлялось по реакциям:

2Ln(NO3)3 + 3H2C2O4 = Ln2(C2O4)3 + 6HNO3

Ln2(C2O4)3 = Ln2O3 + 3CO + 3CO2

Ln2O3 + 3K2CO3 + 12S = Ln2O2S + 2K2S5 + K2SO4 + 3CO2 (Ln = Y, Eu)

В сухом способе синтез оксосульфида проводили путем сульфирующего отжига механической смеси Y2O3 и Eu2O3.

Синтез R-фосфора на основе SrTiO3 проводили аналогичным методом. Исходными компонентами служили Sr(NO3)2, порошок TiO2. В качестве плавней использовали галогениды щёлочно-земельных металлов. Порошок TiO2 смачивали эквивалентным количеством раствора Sr(NO3)2, добавляли раствор Pr(NO3)3 (Pr3+ – активатор). Содержание последнего составляло 2-4 ат. % по Ti. Условия отжига аналогичны условиям, используемым при синтезе Y2O2S:Eu-фосфора.

Синтез GB-фосфоров на основе ZnS проводили путем отжига порошка последнего после обработки растворами Cu(NO3)2 и Al(NO3)3 (G) и растворами AgNO3 и NH4Cl (B) при 800–900 С в атмосфере CO+CO2.

Фазовый состав синтезированных фосфоров определяли рентгенографическим методом; термическую устойчивость – методом термического анализа. Вторичную структуру порошка люминофора определяли комбинированными методами электронной спектроскопии SEM & EDS.

Нанокристаллические ЭД ZnO:Ga и In2O3 получали методом горения; в качестве "топлива" использовали смеси лимонной кислоты и мочевины.

Измерения яркости и эффективности низковольтной и средневольтовой КЛ проводили в классических ВФД, а также в ДПЭ с остриёвым алмазоподобным катодом и TFT ВФД с углеродными нанотрубками в качестве катода (рис. 1).

а

б

в

Рис. 1. Конструкция опытных ВФД (а), ДПЭ (б) и TFT ДПЭ (в)1.

Элементный состав приповерхностного слоя зерна фосфоров определяли методом Оже-спектроскопии. Координаты цветности определяли анализом спектров фотолюминесценции (ФЛ) и катодолюминесценции. Эффективность КЛ рассчитывали по формуле:

,

где – эффективность, лм/Вт; – яркость, кд/м2; – площадь светящейся поверхности, м2; – анодное напряжение, В; – плотность анодного тока, А/м2.

Спектры диффузного отражения и возбуждения ФЛ регистрировали на спектрометре СДЛ-2 с дифракционным монохроматором (установка длины волны не хуже ±0,1 нм).

Электропроводность измеряли в вакуумной камере поста ВУП-5 в вакууме не хуже 10-4 мм.рт.ст. Омическими контактами служили эвтектики In-Ga.

В третьей главе приведены результаты исследования люминесцентных и электрофизических свойств RGB-фосфоров и экранов на их основе с микронными и нанокристаллическими электропроводными добавками.

На рис. 2 показаны зависимости эффективности ZnS:Ag,Al (B) - люминофора (а) и Y2O2S:Eu (R) - люминофора (б) от возбуждающего напряжения.

© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»