Выбор люминофора

4.         Выбор люминофора

Совершенствование люминесцентных ламп и плазменных цветных дисплеев в значительной мере зависит от выбора фотолюминофоров. Как правило, люминофорные экраны возбуждаются электронными или фотонными пучками соответствующих энергий. Отсюда следуют достаточно стандартные требования к подобным системам накачки, которые определяют эффективность светоизлучающих приборов в целом. Энергия бомбардирующих люминофор электронов или квантов света должна обладать определенной селективностью и соответствовать спектрам фотовозбуждения люминофоров, излучающих в заданных участках спектра для генерации света с определенными цветовыми характеристиками. Интенсивность высвечивания цветных люминофоров будет зависеть от эффективности выбранной системы накачки, квантового выхода люминофоров и геометрических характеристик нанесения люминофорных и технологических тонкопленочных покрытий, формирующих люминофорный экран для вывода излучения с заданными спектральными параметрами. При использовании R, G, B люминофоров в цветных плазменных дисплеях используется схема широтно-импульсной модуляции для кодирования уровня яркости при формировании полутоновых изображений. В этом случае требуется, чтобы люминофор успевал высветить всю вложенную в него энергию за период следования импульсов ультрафиолетовой накачки. Следовательно, важной характеристикой становится время высвечивания люминофоров.

В качестве люминофоров выберем стандартные отечественные:

ФГИ-455-2 (В-синий), состав:

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.elcp.ru/titles/elcomp/1999_01/10/ec_1999_01_10.zip Картинки с первого курсача

6.         http://www.diagram.com.ua/info/art_video/10.shtml#top – введение и выбор типа ячейки

7.         http://www.infor.sp.ru/index.htm - схема работы частотно-имульсной модуляции, расчет процента потерь