Рис. 2.3 Диаграмма управления яркостью PDP
Длительность периода записи равна 0,003х480 = 1,44 мс, а длительность поддержки меняется от 0,016 до 2,048 мс. Суммарная длительность кадра составляет около 16 мс.
2. Выбор конструкции ячейки
Рис. 3.1
А. Ячейка ГИП постоянного тока (DC PDP)
Проблема в такой конструкции заключается в ионной бомбардировке слоя люминофора, который из-за этого довольно быстро выгорает.
Б. Ячейка ГИП переменного тока (AC PDP) с поверхностным разрядом.
Принципиальная особенность этого варианта заключена в размещении дисплейных электродов на одной подложке. Ионные потоки, связывающие электроды, не достигают противоположной подложки с люминофорным покрытием и поэтому не разрушают его. В конструкции с поверхностным разрядом люминофор наносится непосредственно на стеклянную пластину. Нижние стеклянные пластины с внутренней стороны покрыты слоем проводника и диэлектрика (объемный разряд) или двумя слоями проводника и диэлектрика (поверхностный разряд). Назначение элементов описанных конструкций было описано в принципе работы, комментариев требует лишь присутствие слоя люминофора. Переход к поверхностному разряду существенно продлил время жизни люминофора, но не снял проблему, поскольку бомбардировка люминофора ионами ослабла, но не исчезла полностью
В. Ячейка с трехэлектродной структурой
Окончательное решение было найдено в трехэлектродной структуре, которая была впервые создана в 1986 г. Третий электрод - адресный. Именно адресные электроды создают штриховую электродную систему, ортогональную штрихам разрядных электродов. На разрядные электроды постоянно подается напряжение, достаточное для поддержания разряда, но меньше напряжения зажигания. На адресные электроды подаются импульсы, размах которых достаточно велик, чтобы зажечь разряд. Коммутационная система телевизора с поэлементной тактовой частотой переключает потенциалы, подаваемые на адресные электроды, и со строчной - на электроды разряда При этом разность потенциалов между парой разрядных электродов поддерживается постоянной (см. принцип работы). Осталась проблема более эффективного использования излучения люминофора.
Г. «Перевернутая» ячейка с трехэлектродной структурой.
Атомы люминофора испускают фотоны в произвольном направлении. По условию задачи требуется, чтобы фотоны испускались преимущественно в сторону зрителя. По этой причине и было решено "перевернуть" ячейку, как показано на рис. г. Адресный электрод вместе с основной функцией проводника выполняет и вторую - зеркала, отражающего половину света, излучаемого люминофором, в сторону зрителя. Разрядные электроды приобрели выступы, более компактно локализующие разряд.
3. Расчет габаритов элементарной ячейки. Выбор газового наполнения
Рис.3.2
Рис.3.3
В связи с выше перечисленными фактами, а также опираясь на исследование [3] было решено взять за основу ячейку типа «Г», изображенную на рисунке 3.1.
Исходные данные – разрешение 853x480 (16:9), диагональ 32” (=81.28 см)
Учитывая, что H=3*d (h принимаем = h’), найдем шаг пикселя H=0,95 мм, и межэлектродное расстояние d=0.32мм
Выберем газовое наполнение и давление газа. Согласно [4] для ГИП переменного тока при давлении около 200 мм рт. ст. для снижения напряжения пробоя целесообразно использовать смеси с величиной коэффициента А порядка 1 (1/(мм*мм рт.ст.). Из экспериментальных работ Пожарского В.А., Евдокимова В.П. известно, что такими смесями являются пеннинговские смеси (напряжение зажигания для смеси ниже, чем для каждого из газов по отдельности) типа Ne+1%Xe, He+1%Xe, He+1%Ar и другие. Исследование же [3] показало, что в смеси He-Ne-Xe, при оптимальном содержании Xe около 5% при примерно одинаковых уровнях рабочих напряжений, значения яркости и световой эффективности более чем в 2 раза превышает получаемые для смеси Ne+1%Xe. На рисунке 3.4 показан график зависимости световой эффективности от давления для указанных выше газов. Кривая 1 соответствует смеси Ne+1%Xe, кривая 2 соответствует He-Ne-Хe
Рис. 3.4
Учитывая приведенные выше факторы, выбираем газовое наполнение – Ne-He-Xe – c содержанием Хe около 5%. Задаемся давлением – 200 мм.рт.ст. Для такой смеси коэффициент А=2. Кроме того При переходе в нейтральное состояние возбужденные атомы ксенона излучают УФ с длиной волны 190 нм [7] – т.к. давление достаточно высоко который возбуждает фотолюминофор, расположенный в ячейке. Длина газовой кюветы D находится из кривой Пашена – рис 3.5. [4] и равна 103.1 мкм.
Рис. 3.5
Теперь требуется найти ширину электродов индикации а. Согласно [2],[3] ширина электродов влияет как на яркость ячейки, так и на ее напряжение зажигания. Пусть D мкм – оптимальная длина газоразрядного промежутка, тогда минимальное напряжение зажигания ячейки будет при описываться следующим уравнением [4]:
(*)
Где а – ширина электрода мкм, L-толщина электрода мкм, A 1/(см*мм рт. ст) – постоянная в уравнении Таундсена для газа, γ - КВИИЭ диэлектрика, которым покрыты электроды. В качестве катодов могут использоваться материалы, отвечающие требованиям высокой эмиссионной способности и устойчивые к распылению В качестве материалов электродов выбирается керметное покрытие MgO-Ni, так как, согласно [4], применение такой смеси позволило снизить время запаздывания разряда на величину, эквивалентную снижению перенапряжения на 15-20%. Наилучшие параметры электрод приобретает после ионной обработки в плазме разряда с плотностью тока 15-20мА/см2 в течение 1.5-2часов. КВИЭЭ γ равен 0.2. Толщина электрода L выбирается исходя из имеющейся тонкопленочной технологии и варьируется 1-10мкм [2]. В настоящей работе L=8мкм.
Подставляя имеющиеся данные в (*) и решая с помощью пакета MathCad находим, что ширина электрода a=100мкм±3%.
В работе [4] установлено, что толщина М и диэлектрическая проницаемость ε диэлектрика, покрывающего поддерживающие электроды, обуславливает превышение внешнего напряжения, необходимого для возникновения разряда в ячейке над напряжением, необходимым для возникновения разряда в газовом промежутке. Следовательно при больших значениях М и ε ячейка будет потреблять большую мощность. С другой стороны при недостаточной толщине диэлектрика, заряда, накапливающегося в нем, будет недостаточно для пробоя. Эмпирически установлено, что при значениях ε<5 и M=40-50мкм разница не превысит 30%, что является допустимым значением. Потому выбираем среднюю толщину – M=45 мкм.
Остается рассчитать лишь ширину диэлектрических барьеров с. Сделать это можно по инженерной формуле, приведенной в [2]:
Где – ψ эмпирический коэффициент, зависящий от газового наполнения и находяшийся в пределах [2]
Таким образом, для обеспечения заданной яркости в 500 Кд/м2, ширина диэлектрического барьера с = 50,2 мкм.
На стеклянные пластины накладывается несколько условий:
1. Быть непрозрачными для УФ света
2. Как можно более малая толщина но стекло должно выдерживать давление в 200 Торр.
3. Иметь малый коэффициент преломления.
Выберем кварцевое стекло типа КИ толщиной 15мм. [#"1.files/image014.gif">
ФГИ-528-1 (G-зеленый),
ФГИ-627/593-1 (R- красный).
Рис. 5.1.
Проведем расчет квантовой и спектральной эффективности. Квантовая эффективность фотолюминофора определяется тем, сколько фотонов видимого света возбуждает один фотон УФ спектра. Для обычных фотолюминофоров квантовый выход близок к единице, т.е. один фотон УФ спектра, достигший центра возбуждения люминофора, вызывает излучение одного фотона видимого света. Спектральная эффективность люминофора определяется соотношением длин волн возбуждения и излучения. Для рассмотренных ниже люминофоров, при длине волны УФ излучения 190 нм, квантовая эффективность составит:
· для красного люминофора Eqr= 190/593=0.327
· для зеленого люминофора Eqg=190/528=0.360
· для синего люминофора Eqb=190/455=0.418.
Спектры люминесценции получены [1] для этих марок люминофоров при возбуждении на длине волны 193 нм приведены на рис.. Спектр люминесценции для люминофоров ФГИ.455.2 (синий) и ФГИ.528.1(зеленый) представляет собой широкую полосу с максимумами на 457 нм и 523 нм соответственно. Спектр люминесценции люминофора ФГИ.627 (красный) представляет собой систему узких полос. Последнее обстоятельство накладывает повышенные ограничения на согласование спектра излучения разряда со спектром фотопоглощения люминофора с целью минимизации потерь при преобразовании энергии ультрафиолетового излучения разряда в видимое излучение, испускаемое люминофором. Следует отметить недостаточную яркость свечения зеленого люминофора. Интенсивности свечения, проинтегрированные по спектру излучения при одинаковых условиях накачки, соотносятся как 1:0.45:0.7 для синего, зеленого и красного люминофоров, соответственно.
Рис. 5.2 Спектр излучения синего люминофора ФГИ - 455. 2.
Рис. 5.3 Спектр излучения зеленого люминофора ФГИ - 428. 1.
Рис. 5.4 Спектр излучения красного люминофора ФГИ. 627.
Ниже представлен типичный вид зависимости интенсивности люминесценции от времени на разных временных шкалах. На них снята зависимость интенсивности люминесценции от времени для люминофора ФГИ.528.1 при накачке 12 нсек импульсом лазерного излучения на длине волны 193 нм.
Рис. 5.5 Временные характеристики люминесценции люминофоров ФГИ - 627, ФГИ. 528. 1 в разных временных масштабах.
Как можно видеть характерным является наличие трех постоянных времени высвечивания люминофора: to=0.047 мкс, t1=407 мкс и t2=6080 мкс. Мгновенное значение светового потока падает до 25% от максимальной интенсивности за первые 200 нс. Две последние постоянные времени определяют следующее распределение во времени высвечиваемой энергии: в течение первых 1.5 мсек выделяется 45% энергии, интенсивность светового потока падает до 10% от максимальной интенсивности; за следующие 8.5 мсек высвечивается остальные 55% и световой поток падает практически до нуля. Подобным образом ведет себя и красный люминофор ФГИ.628. Для него характерно наличие двух постоянных времени tо=42 нсек, связанной с быстрыми резонансными процессами, и t1 = 2.95 мсек, определяющей основные процессы, связанные с с высвечиванием световой энергии. Его характеристики сведены в следующую таблицу:
Рис. 5.6 Временные характеристики люминофора ФГИ.455.2.
Принципиально отличается временной спектр люминофора ФГИ.455-2. Видно, что практически вся световая энергия высвечивается в течение 20 мксек.
Одной из причин низкой световой отдачи светоизлучающих приборов может быть деградация люминофоров во время процессов технологической обработки с нагревом до 6000 С. Для оценки влияния этого фактора приведу зависимости яркости свечения люминофоров в максимуме полосы излучения для различных точек технологического цикла при производстве плазменных панелей. Максимально устойчивым является синий люминофор ФГИ-455-2. Для него падение яркости за время прохождения панели по технологическому циклу составило менее 10%. Люминофоры ФГИ-520 и ФГИ-627 с падением яркости на 35% и 23% соответственно, обладают пониженной термической стойкостью. При сравнении образцов панели на основе вышеперечисленных российских люминофоров и панели фирмы Fujitsu было обнаружено, что ФГИ.455.2 обеспечивает более чистый синий цвет, чем соответствующий японский люминофор, зеленые люминофоры одинакового качества, красный люминофор ФГИ-627/59-3-1 излучает красно-оранжевое свечение и проигрывает по чистоте света соответствующему японскому люминофору [5].
Световая эффективность люминофоров определяется т.н. кривой и спектрами излучения люминофоров Смоделированные спектры этих люминофоров (после балансировки по белому) показаны на рисунке. Модели спектров строились на базе справочных спектров и измеренных координат цветности в [4]
Рис. 5.7 Спектральная характеристика
Расчет оптических потерь в ячейке. Этот вид потерь связан с поглощением видимого излучения внутренней поверхностью ячейки и потерями при прохождении излучения через верхнее стекло. Такие потери можно сосчитать с помощью компьютерной программы «Graph Cell». Расчет дает цифру потерь α=15% для кварцевого стекла с коэффициентом преломления n=1.5 толщиной 15 мм. [3] Данное значение является приемлемым для ГИП переменного тока [5]
Заключение
В настоящей работе были рассчитана структура, габариты, газовое наполнение и материалы для газоразрядной панели переменного тока. Основной сложностью в работе являлось нехватка, а вернее отсутствие доступной информации по принципам работы конструируемого прибора. Связано это со спецификой плазменной технологии, которую развивают, в основном, фирмы из Японии.
Рассчитанные параметры:
Газовое наполнение He-Ne+5%Xe
Давление Р= 200 мм.рт.ст.
Глубина газовой кюветы D=103 мкм
Шаг пикселя H=950мкм
Межэлектродное расстояние d=0.32мм
КВИЭЭ γ =0.2
Толщина электрода L=8мкм
Ширина электрода a =100мкм±3%.
Ширина диэлектрического барьера с = 50,2 мкм.
Толщина диэлектрического покрытия электродов M=45 мкм
Материал электродов MgO-Ni
Толщина стеклянных пластин – 15 мм.
Коэффициент потерь α=15%
Люминофоры
ФГИ-455-2 (В-синий), состав: Квантовая эффективность Eqb=190/455=0.418
ФГИ-528-1 (G-зеленый), Квантовая эффективность Eqg=190/528=0.360
ФГИ-627/593-1 (R- красный). Квантовая эффективность Eqr= 190/593=0.327
Список использованной литературы
1. Дамбраускас С.Г., Рахимов А.Т., Саенко В.Б. «Исследование спектральных и временных характеристик люминофоров» НИИЯФ МГУ, 2003
2. Лебедь, Виталий Николаевич «Исследование процессов генерации излучения в плазменных панелях»: автореф. дис. на соиск. учен. степ. канд. техн. наук: 05.27.02 / Ряз. гос. радиотехн. ун-т. - Рязань, 2006. - 16 с. - Библиогр.: с. 16
3. Ли Чун Ву «Исследование и проектирование полноцветных телевизионных газоразрядных индикаторных панелей»: Автореф. дис. на соиск. учен. степ. канд. техн. наук : 05.27.02 / Рязан. гос. радиотехн. акад. - Рязань, 1997. - 12 с. - Библиогр.: с. 12
4. Чижиков, Алексей Егорович «Исследование и разработка путей повышения качества газоразрядных индикаторных панелей»: Автореф. дис. на соиск. учен. степ. д-ра техн. наук : 05.27.02 / Рязан. гос. радиотехн. акад. - Рязань, 1999. - 38 с. - Библиогр.: с. 32-38
5. #"#">#"#">http://www.infor.sp.ru/index.htm - схема работы частотно-имульсной модуляции, расчет процента потерь
Страницы: 1, 2
