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新型蔭罩式等離子體顯示板(SMPDP)的菱形單元結構進行了優化。研究了放電單元中的蔭罩小孔結構改變對尋址期和維持期放電的影響。詳細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和壁電荷的分布,以及對尋址時間、真空紫外輻射量和放電效率的影響。模擬結果表明:當小孔垂直尋址電極、長度和寬度分別為240μm和120μm 時為最佳結構,通過優化小孔結構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) 技術是目前實現大屏幕、高亮度平板顯示的主流技術之一,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、發光效率等,必須進一步改進。為改善PDP 的顯示性能、降低成本,除了在驅動波形、材料和工藝上進行研究外,結構的優化設計同樣具有很重要的意義 ,受到越來越多的關注。但由于放電單元小,放電速度快,實驗測量比較困難且成本較高,計算機數值模擬成為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確描述放電單元的幾何結構,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,避免了現行的表面放電結構中復雜的介質障壁制作工藝,降低了成本,而且具有響應頻率快、亮度高、著火電壓低等優點,該結構有望成為表面放電PDP 結構的一個強有力競爭者 。作為障壁的金屬蔭罩具有導電性,它的結構直接影響放電單元內的場分布,從而影響放電性能。目前新型SMPDP 中普遍采用的蔭罩結構不但決定了顯示板的開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。

　　為了盡可能增加開口率和側壁熒光粉涂覆面積以達到提高發光效率的目的,本文中的蔭罩結構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小孔才能滲透到放電空間,小孔結構不但決定了熒光粉的涂覆面積,同時決定了空間電場和壁電荷的分布,因此小孔結構的優化對提高SMPDP 的放電特性有重要作用。本文在三維流體模型的基礎上研究了小孔結構對放電空間的電場及壁電荷的影響,從尋址時間、真空紫外輻射量和放電效率的角度對小孔結構進行優化,為新型蔭罩式等離子體顯示板的設計提供參考。

1、新型SMPDP菱形單元結構

　　新型SMPDP菱形單元結構具有很多優點。按照Delta 型排列的菱形結構顯示板在保證顯示性能的前提下可十分容易地實現42 英寸WVGA 顯示,較大的開口率不但增加了可見光的輸出效率,而且有利于提高分辨率。另外,菱形單元結構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,這種獨特的結構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熒光粉轉化為可見光的效率增加。菱形結構的這些優點都進一步提高了SMPDP 的發光效率。圖1 為新型SMPDP 菱形單元結構示意圖,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)及上介質層;后基板包括后玻璃基板、尋址電極(A) 及下介質層;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,矩形的長邊和短邊分別代表小孔的長度和寬度。根據小孔結構的不同取向,長度方向可以沿著尋址電極,也可以垂直尋址電極,圖1 所示的單元結構中小孔長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上討論小孔長度改變對放電的影響,關于小孔寬度的優化過程在后續文章中給出。

　　新型SMPDP 菱形單元的大孔和小孔之間的結構差異使維持期內正周期和負周期的對向放電強度不同,其中正周期指掃描電極為陽極的時刻,負周期指尋址電極為陽極的時刻。圖2 給出了ICCD 拍攝的菱形單元結構在維持期的放電過程。從圖上可以看出,正周期陰極亮區呈長條形沿尋址電極方向擴展,而陽極條紋沿陽極擴展;負周期陰極亮區主要集中在掃描電極和尋址電極的交叉區域,沿掃描電極方向略有擴展。從正負周期的放電差異可以看出小孔結構對單元的放電特性有很大影響。

圖1 　新型SMPDP 菱形單元結構示意　　圖2 　菱形單元結構在維持期的放電過程

　　全文：新型SMPDP菱形單元結構的研究

3、總結

　　新型SMPDP 菱形單元結構的小孔結構對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構變化對尋址期和維持期放電的影響。結果表明,隨著小孔長度的增加,放電空間電場分布區域擴展,介質層積累的壁電荷增多,尋址速度變快,尋址時間縮短了大約20 %。維持期真空紫外輻射量和放電效率隨小孔長度的增加而增加,但在小孔長大于240μm 后增長幅度基本很小。小孔長度方向對尋址時間和真空紫外輻射量的影響較小,但對放電效率的影響很大,小孔長度垂直尋址電極的結構放電效率提高了44 % ,而沿著尋址電極的結構只有32 %。增加小孔長度雖然可以提高尋址速度和放電效率,但會減小熒光粉涂覆面積,綜合考慮以上因素對放電的影響,選擇小孔長度垂直尋址電極、面積為240μm ×120μm 的小孔結構最合適。