Выбор конструкции ячейки

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. [http://kvartzs.narod.ru/1.html] «Стекло кварцевое оптическое, прозрачное в видимой и инфракрасной областях спектра, без полосы поглощения в интервале длин волн 2600-2800 нм.»

На этом расчет габаритов ячейки завершается.