新型SMPDP菱形單元結(jié)構(gòu)的研究
為了提高等離子體顯示單元的亮度和放電效率,本文采用三維流體模型對(duì)新型蔭罩式等離子體顯示板(SMPDP)的菱形單元結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化。研究了放電單元中的蔭罩小孔結(jié)構(gòu)改變對(duì)尋址期和維持期放電的影響。詳細(xì)分析了小孔取向平行尋址電極和垂直尋址電極條件下電場(chǎng)和壁電荷的分布,以及對(duì)尋址時(shí)間、真空紫外輻射量和放電效率的影響。模擬結(jié)果表明:當(dāng)小孔垂直尋址電極、長(zhǎng)度和寬度分別為240μm和120μm 時(shí)為最佳結(jié)構(gòu),通過(guò)優(yōu)化小孔結(jié)構(gòu)可以獲得較高的尋址速度和放電效率,又可保證熒光粉的涂覆面積。
等離子體平板顯示(PDP) 技術(shù)是目前實(shí)現(xiàn)大屏幕、高亮度平板顯示的主流技術(shù)之一,已成為高清晰度電視(HDTV) 的主要候選者。為了與液晶顯示抗衡,它的成本以及某些特性,如亮度、發(fā)光效率等,必須進(jìn)一步改進(jìn)。為改善PDP 的顯示性能、降低成本,除了在驅(qū)動(dòng)波形、材料和工藝上進(jìn)行研究外,結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)同樣具有很重要的意義 ,受到越來(lái)越多的關(guān)注。但由于放電單元小,放電速度快,實(shí)驗(yàn)測(cè)量比較困難且成本較高,計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬成為PDP 研究的主要手段。與常用的二維流體模型相比,三維流體模型可以準(zhǔn)確描述放電單元的幾何結(jié)構(gòu),在PDP 理論研究中具有重要地位。
蔭罩式等離子體顯示板(SMPDP) 利用陰極射線管中的金屬蔭罩做障壁,避免了現(xiàn)行的表面放電結(jié)構(gòu)中復(fù)雜的介質(zhì)障壁制作工藝,降低了成本,而且具有響應(yīng)頻率快、亮度高、著火電壓低等優(yōu)點(diǎn),該結(jié)構(gòu)有望成為表面放電PDP 結(jié)構(gòu)的一個(gè)強(qiáng)有力競(jìng)爭(zhēng)者 。作為障壁的金屬蔭罩具有導(dǎo)電性,它的結(jié)構(gòu)直接影響放電單元內(nèi)的場(chǎng)分布,從而影響放電性能。目前新型SMPDP 中普遍采用的蔭罩結(jié)構(gòu)不但決定了顯示板的開(kāi)口率及可涂覆熒光粉的面積,而且最終影響單元的尋址速度、維持電壓和放電效率等。
為了盡可能增加開(kāi)口率和側(cè)壁熒光粉涂覆面積以達(dá)到提高發(fā)光效率的目的,本文中的蔭罩結(jié)構(gòu)由菱形大孔和矩形小孔共同組成。蔭罩的屏蔽作用使尋址電極所加電壓只有通過(guò)小孔才能滲透到放電空間,小孔結(jié)構(gòu)不但決定了熒光粉的涂覆面積,同時(shí)決定了空間電場(chǎng)和壁電荷的分布,因此小孔結(jié)構(gòu)的優(yōu)化對(duì)提高SMPDP 的放電特性有重要作用。本文在三維流體模型的基礎(chǔ)上研究了小孔結(jié)構(gòu)對(duì)放電空間的電場(chǎng)及壁電荷的影響,從尋址時(shí)間、真空紫外輻射量和放電效率的角度對(duì)小孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化,為新型蔭罩式等離子體顯示板的設(shè)計(jì)提供參考。
1、新型SMPDP菱形單元結(jié)構(gòu)
新型SMPDP菱形單元結(jié)構(gòu)具有很多優(yōu)點(diǎn)。按照Delta 型排列的菱形結(jié)構(gòu)顯示板在保證顯示性能的前提下可十分容易地實(shí)現(xiàn)42 英寸WVGA 顯示,較大的開(kāi)口率不但增加了可見(jiàn)光的輸出效率,而且有利于提高分辨率。另外,菱形單元結(jié)構(gòu)在蔭罩四周的熒光粉涂覆面積較大,使顯示單元的亮度增加,這種獨(dú)特的結(jié)構(gòu)還可以把熒光粉涂覆在大孔與小孔相接的界面上,使真空紫外光子激發(fā)熒光粉轉(zhuǎn)化為可見(jiàn)光的效率增加。菱形結(jié)構(gòu)的這些優(yōu)點(diǎn)都進(jìn)一步提高了SMPDP 的發(fā)光效率。圖1 為新型SMPDP 菱形單元結(jié)構(gòu)示意圖,由前基板、蔭罩和后基板組成。其中,前基板包括前玻璃基板、掃描電極(S)及上介質(zhì)層;后基板包括后玻璃基板、尋址電極(A) 及下介質(zhì)層;夾在前基板和后基板之間的蔭罩包括菱形大孔和矩形小孔,矩形的長(zhǎng)邊和短邊分別代表小孔的長(zhǎng)度和寬度。根據(jù)小孔結(jié)構(gòu)的不同取向,長(zhǎng)度方向可以沿著尋址電極,也可以垂直尋址電極,圖1 所示的單元結(jié)構(gòu)中小孔長(zhǎng)度方向垂直尋址電極。正交排列的掃描電極和尋址電極的中心與蔭罩的中心在Z軸方向同一直線上。沿Z 軸方向菱形大孔和矩形小孔的深度分別為100μm 和40μm。限于文章篇幅有限,本文在最佳小孔寬度值的基礎(chǔ)上討論小孔長(zhǎng)度改變對(duì)放電的影響,關(guān)于小孔寬度的優(yōu)化過(guò)程在后續(xù)文章中給出。
新型SMPDP 菱形單元的大孔和小孔之間的結(jié)構(gòu)差異使維持期內(nèi)正周期和負(fù)周期的對(duì)向放電強(qiáng)度不同,其中正周期指掃描電極為陽(yáng)極的時(shí)刻,負(fù)周期指尋址電極為陽(yáng)極的時(shí)刻。圖2 給出了ICCD 拍攝的菱形單元結(jié)構(gòu)在維持期的放電過(guò)程。從圖上可以看出,正周期陰極亮區(qū)呈長(zhǎng)條形沿尋址電極方向擴(kuò)展,而陽(yáng)極條紋沿陽(yáng)極擴(kuò)展;負(fù)周期陰極亮區(qū)主要集中在掃描電極和尋址電極的交叉區(qū)域,沿掃描電極方向略有擴(kuò)展。從正負(fù)周期的放電差異可以看出小孔結(jié)構(gòu)對(duì)單元的放電特性有很大影響。
圖1 新型SMPDP 菱形單元結(jié)構(gòu)示意 圖2 菱形單元結(jié)構(gòu)在維持期的放電過(guò)程
3、總結(jié)
新型SMPDP 菱形單元結(jié)構(gòu)的小孔結(jié)構(gòu)對(duì)放電特性有很大影響。本文采用三維流體模型研究了小孔結(jié)構(gòu)變化對(duì)尋址期和維持期放電的影響。結(jié)果表明,隨著小孔長(zhǎng)度的增加,放電空間電場(chǎng)分布區(qū)域擴(kuò)展,介質(zhì)層積累的壁電荷增多,尋址速度變快,尋址時(shí)間縮短了大約20 %。維持期真空紫外輻射量和放電效率隨小孔長(zhǎng)度的增加而增加,但在小孔長(zhǎng)大于240μm 后增長(zhǎng)幅度基本很小。小孔長(zhǎng)度方向?qū)ぶ窌r(shí)間和真空紫外輻射量的影響較小,但對(duì)放電效率的影響很大,小孔長(zhǎng)度垂直尋址電極的結(jié)構(gòu)放電效率提高了44 % ,而沿著尋址電極的結(jié)構(gòu)只有32 %。增加小孔長(zhǎng)度雖然可以提高尋址速度和放電效率,但會(huì)減小熒光粉涂覆面積,綜合考慮以上因素對(duì)放電的影響,選擇小孔長(zhǎng)度垂直尋址電極、面積為240μm ×120μm 的小孔結(jié)構(gòu)最合適。
