铁电陶瓷材料在平板显示技术中的应用

铁电陶瓷材料在平板显示技术中的应用2010无机非金属张子健引言：场致发射平板显示器(FED)是一种平板显示技术,它具有高亮度、高分辨率和响应时间、宽视角、色彩丰富、体积小、低功耗、不产生X射线等特点,被认为是很有前途的平板显示技术。但场致发射显示技术的核心部件微尖端场发射阵列阴极制备工艺复杂、需要超高真空技术、成本较高,制约了技术的广泛使用[1]。近年来,欧美及日本等国科学界都在日益关注和研究一种新型的平板显示技术——铁电陶瓷平板显示器。它较好地解决了(FED)技术中的阴极制作工艺复杂的问题,同时,在许多性能上也有所改善。摘要:铁电陶瓷；发射平板；阴极；制备技术。一、铁电陶瓷及铁电发射用于铁电发射的铁电陶瓷材料主要是一些锆钛酸铅透明陶瓷(PZT)和掺镧的锆钛酸铅透明陶瓷(PLZT)等,这类陶瓷内部的电畴(即极性分子)经极化后趋向一致,表现出铁电性能。铁电发射平板显示器由铁电陶瓷板(膜)、背电极、栅电极、荧光粉层和电路控制系统等组成(图1)。铁电陶瓷(膜)可以是经预先极化的铁电陶瓷,也可以是未经极化的PZT、PLZT陶瓷所谓铁电发射是指由于快速极化转换,从铁电陶瓷表面发射电子的现象,铁电发射是一种自发射现象,不需要外界的诱导发射电场。经极化后的铁电陶瓷电畴趋向一致,垂直于电极表面。在初始态时,铁电陶瓷偶极子的正电荷朝向栅极表面,并被陶瓷-栅极界面和处于栅极间隙的陶瓷-真空界面上的负电荷等离子层所中和(图2)。当一个反向于极化铁电陶瓷电畴方向的外加电场脉冲作用于铁电陶瓷板(发射态)时,陶瓷内的电畴在电场脉冲的作用下迅速转向,陶瓷板内的极化场迅速下降甚至反转,处于栅极界面的负电荷通过电路被带走,而处在陶瓷-真空界面的大量自由电子从界面被推到真空中,并向外发射电子。经预先极化的铁电陶瓷板的发射电流密度要比未经极化的陶瓷大得多。同时铁电发射的电流密度还与陶瓷板的组成、厚度、脉冲电压大小和频率、加速电压、陶瓷板与加速电极距离、栅极、真空度等因素有关[3]。铁电发射只需要一个低真空环境,即使在高于13Pa的低真空环境下亦可产生铁电发射。研究还表明,在1.3Pa以下的真空环境中,真空度对铁电发射电荷数的影响很小。但在13Pa以上时铁电发射急剧下降二、铁电陶瓷及薄膜的制备铁电陶瓷及其薄膜的制备方法有烧结法、溶胶-凝胶法、沉积法等。烧结法即以传统的氧化物PbO、TiO2、ZrO2、La2O5等按一定比例经混合、预烧、压片,在1230~1300℃富铅气氛中烧结成片,然后通过抛光制成具有一定厚度的PLZT陶瓷薄片。制备铁电陶瓷薄膜则可采用溶胶-凝胶法、沉积法等方法。溶胶-凝胶法可以在低温下制成各种组成的PZT、PLZT陶瓷薄膜。采用铅、镧、锆、钛等有机醇盐或无机盐,经过溶胶制备、陈化、涂膜、热处理、退火等工序制成所需铁电陶瓷薄膜。PLZT薄膜经过一定的极化处理后即具有铁电发射性能。三、铁电陶瓷平板显示技术的特点铁电陶瓷平板显示技术与其他一些平板显示技术相比,具有许多优点。铁电陶瓷板和铁电薄膜制备工艺较为简单,成本较低,可有效降低平板显示器的制造成本。同时可以根据需要制作出各种尺寸和形状的陶瓷板或薄膜,易于制作出大尺寸的平板显示器,满足市场的需要。铁电陶瓷具有陶瓷材料所特有的高稳定性、良好的耐久性、无衰变等特点,保证了显示器的长时间正常使用。铁电发射是一个自发射过程。从理论上讲,低于5V的电压就可改变铁电材料的极化状态,在铁电薄膜上施加很小的脉冲电压就可获得高达100A/cm2的发射电流密度,因此应用在一些手持显示设备中只需要几到几十V脉冲电压就可用于显像,大大降低了能耗。参考文献：1、童林夙.显示器件的现状与展望.光电子技术,Vol.21,No.16,20012、解庆红,黄文山，贺蕴秋，掺镧的锆钛酸铅透明陶瓷材料Vol.28,No.12,2000,42-473、梁立梅谭咏梅,浅谈现代功能陶瓷的发展,Vol.27,2001,142-1434、欧阳伟黄尚宇,电磁成形技术及其在功能陶瓷行业,Vol,NO.27,2006,237-242