荫罩式PDP扫描电极和荫罩对阳极条纹的影响

　　本文采用基于动力学模型的OOPIC 仿真软件模拟具有不同扫描电极宽度和荫罩结构的荫罩式等离子显示器( PDP) 放电单元内的放电过程, 分析单元内的条纹数量、分布状态和介质层表面壁电荷分布情况, 研究扫描电极宽度和荫罩结构对阳极条纹的影响。结果表明, 扫描电极宽度增加, 放电单元内的主放电区域增大, 条纹可分布空间压缩, 条纹现象减弱。大小孔荫罩结构也会使条纹现象减弱。研究发现, 荫罩式PDP 结构阳极条纹的分布区域与介质层表面电荷积累的范围密切相关, 阳极条纹只出现在阳极表面介质层有壁电荷积累, 而对应的阴极表面介质层无壁电荷积累的区域。

　　等离子体显示器( PDP) 具有高亮度、高对比度、显示纯平面图像无扭曲、可实现超薄设计和超宽视角等特点, 因此受到工业界的广泛关注。自20 世纪50 年代Burroughs 公司开发出用于数码显示的直流气体放电管以来[1], 等离子体显示技术得到了快速发展。各种等离子体显示器结构相继问世, 荫罩式PDP 就是其中一种。荫罩式PDP 以金属荫罩代替传统的绝缘介质障壁[2] , 具有制作工艺简单, 易于实现大批量生产, 放电电压低、亮度高、响应频率快等优点[3] , 这些优点使得荫罩式PDP 成为一种很具有市场竞争力和应用前景的显示器件。但是将该技术广泛地应用于人们的日常生活之前, 仍需要开展更多的深入细致的研究工作。现有很多与该技术相关的问题还有待解决, 例如荫罩式PDP 发光效率的改善、功耗的减少等。而对于荫罩式PDP 放电单元阳极条纹现象的研究, 对改善其放电性能非常重要[4] 。

　　阳极条纹现象是指由于等离子体密度沿阳极分布不均匀, 等离子体显示屏放电单元的发光出现明暗间隔的现象。研究条纹现象可以更深入的了解等离子体放电机理, 找出各参数与放电效率的关系, 从而为提高其放电效率提供有效途径[5-6] 。阳极条纹已经在很多实验中被观测到[7] , 不同放电单元结构,阳极条纹分布情况是不同的[ 8] , 荫罩式PDP 作为一种新型的放电结构, 其条纹形成机理和特性还有待更深入、系统的研究, 放电单元电极形状、特别是荫罩式PDP 中特有的荫罩结构对阳极条纹的影响, 也均需要进一步的探索和发现。

　　本文采用基于动力学模型的OOPIC 仿真程序模拟不同扫描电极宽度和荫罩结构下荫罩式PDP放电单元内的放电情况[9] , 研究扫描电极宽度和荫罩结构对条纹现象的影响, 结果表明, 扫描电极宽度和荫罩结构都会对阳极条纹产生影响, 增大扫描电极宽度和改变荫罩结构都有可能使得放电单元内阳极条纹数目减少, 条纹现象减弱、甚至消失。阳极条纹出现区域与阴、阳极表面介质层壁电荷积累情况密切相关。阳极条纹只出现在阳极表面介质层有壁电荷积累, 而对应的阴极表面介质层无壁电荷积累的区域。增大扫描电极宽度使阴极表面介质层壁电荷积累的区域变宽, 采用大小孔荫罩结构使得阳极表面介质层有壁电荷积累的区域缩小, 两种情况下阳极条纹的可分布区域均缩小, 条纹现象减弱。

1、 荫罩式PDP 放电单元结构

　　荫罩式PDP 放电单元由扫描电极、介质层、放电空间、荫罩和寻址电极等组成。其中荫罩孔的形状决定了放电单元的形状, 因此荫罩结构的不同, 将直接影响放电单元的放电特性。图1 为两种荫罩孔形状构成的放电单元结构示意图。其中图1(a) 的荫罩孔为直孔, 截面图中单元左右两侧为金属荫罩,荧光粉涂覆在荫罩孔的内表面, 由于荫罩内表面积有限, 并且其法向与前、后基板平行, 所以这种荫罩结构荧光粉转化的可见光透过前基板的效率有限,从而限制放电单元的发光效率。图1( b) 的荫罩孔为大小孔结构, 这种结构下介质层靠近荫罩的部分也被荫罩覆盖, 同样荧光粉涂覆在荫罩孔的内表面。

　　该结构增大了放电单元荧光粉涂覆面积, 且增加的部分与前基板平行, 单元内放电产生的光子将更容易透过前基板, 被人眼接收, 因此这种结构更有利于提高等离子体显示器的发光效率。本文采用动力学模型研究了不同电极宽度单元的放电特性以及阳极条纹变化情况, 结合放电单元壁电荷积累情况对结果进行分析。同时为了研究荫罩结构对阳极条纹的影响, 还比较了两种荫罩结构的放电特性和阳极条纹。

4、结论

　　本文针对新型荫罩式PDP 结构, 采用动力学模型模拟了电极宽度和荫罩孔结构对放电特性的影响, 详细分析研究了阳极条纹的变化情况。结果表明, 扫描电极宽度的增加和大小孔的荫罩结构都使条纹分布空间变窄, 条纹数目减少, 甚至消失。其中扫描电极宽度增加, 使主放电区域增加, 条纹分布空间缩小, 从而使得条纹数目减少。而大小孔荫罩结构直接使阳极区域减小, 在相同主放电区域情况下,条纹分布空间缩小, 条纹数目减少。模拟结果还表明, 阳极条纹的分布与壁电荷积累情况密切相关。阳极条纹只出现在阳极表面介质层有壁电荷积累,而对应的阴极表面介质层无壁电荷积累的区域。荫罩式PDP 结构中, 阴极表面介质层电荷积累范围变宽, 或阳极表面介质层电荷积累范围减小, 均可导致条纹分布空间减小, 数目减少。