（物理电子学专业论文）超薄pdp的研究及性能测试.pdf

摘要 摘要 近几年，便携式和手持式设备的应用日趋广泛，许多厂家正在尝试开发类似纸张的显示 技术。这种显示技术采用柔性基板，在普通光线下即可阅读，统称为电子纸技术。尽管要拥 有真正的电子纸还有很长的路要走，但是目前已经出现了非常有前途的技术，比如，电泳显 示，电湿化显示等。 平面等离子体显示，自提出以来，经过几十年的发展，在其结构，封装气体，驱动电路， 原材料，制造工艺和设备上都有了很大发展，其性能得到了显著的提高。由于等离子体显示 器具有图像清晰，亮度高，视角大，体积小，可工作于全数字化模式，易于做成大屏幕显示 的优点，因此等离子体显示器成为彩色电视，高清晰度电视和多媒体终端极具竞争力的新一 代显示器件。 在目前的大尺寸显示领域，p d p 正成为一种流行的趋势，因而提高其性能，降低成本是 市场对该技术的要求。p d p 目前存在的问题的二个重要问题是重量。结合p d p 和电子纸的性 能，超薄等离子体显示板应运而生。 本论文通过采用超薄玻璃替代原来使用的钠钙玻璃，在原有荫罩式等离子显示屏的工艺 基础上，制作超薄荫罩式等离子显示屏。由于超薄玻璃本身的轻薄和透光性能在一定程度上 缓解亮度低和重量重的问题。 本论文从气压差对整屏的影响来论证了采用超薄玻璃封屏的可实现性，并从气压影响的 结果研究其对放电性能的影响，研究了不同厚度的玻璃对着火电压和维持电压的影响。 本论文在模拟计算结果的基础上设计了超薄s m - p d p 的结构，借鉴s m p d p 的工艺，根据超 薄玻璃的特点进行了一些工艺方法研究，封接框的涂敷对比了丝网厚膜印刷法和涂边法涂敷 两种方法，采用封排一体化系统进行小屏的封接等。实验证明涂边法涂敷的效果较好，封排 一体化系统的使用大大简化了工艺。本论文对超薄小屏的着火电压，亮度等进行了测试，测 试结果表明，超薄s m p d p 的制作是可实现的，它在一定程度上达到了s m p d p 的性能，该技 术具有较好的发展前景和的实用价值。 关键词：等离子体显示超薄模拟封排一体化测试 东南人学硕l 论文 a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s ，t h ea p p l i c a t i o no fp o r t a b l ea n dh a n d h e i dd e v i c e si n c r e a s i n g l yw i d e s p r e a d m a n y m a n u f a c t u r e r sa r et r y i n gt od e v e l o pt e c h n o l o g ya b o u tp a p e r - l i k ed i s p l a y , t h ed i s p l a yt e c h n o l o g y u s e sf l e x i b l es u b s t r a t e s ，c a nb er e a du n d e ro r d i n a r yl i g h t e v e nt h o u g ht h e r ei ss t i l lal o n gw a yt o a c h i e v er e a le l e c t r o n i cp a p e r , t h e r eh a v eb e e nv e r yp r o m i s i n gt e c h n o l o g y , s u c ha s e l e c t r o p h o r e s i s ， e l e c t r o w e t t i n gd i s p l a y p l a s m ad i s p l a yt e c h n o l o g yi sap r o m i s e ds u i t a b l et e c h n o l o g yf o rl a r g ea r e aa n dh i 【g hd e f i n i t i o n d i s p l a y t h e r eh a v eb e e nl o t so fi m p r o v e m e n t ss i n c ei t si n t r o d u c t i o n , s u c ha st h es t r u c t u r e ，g a s ， d r i v ec i r c u i t ，l a wm a t e r i a l s ，m a n u f a c t u r i n gt e c h n o l o g ya n de q u i p m e n te t c ，i t sp e r f o r m a n c eh a s b e e ni m p r o v e ds i g n i f i c a n t l y p l a s m ad i s p l a yp a n e l ( p d p ) h a sal o to fa d v a n t a g e s ，s u c ha si m a g e c i 撕劬h i 曲b r i g h t n e s s ，v i e w i n ga n g l e ，s m a l lt h i c k n e s s ，a n dc a nw o r ki na l l - d i g i t a lm o d e ，e a s yt o r e a l i z el a r g e s c r e e nd i s p l a y p d pb e c a m eo r l eo ft h ev e r yc o m p e t i t i v ed i s p l a yd e v i c e sf o rh i g h d e f i n i t i o nt e l e v i s i o na n dm u l t i m e d i at e r m i n a l s i nt h ec u r r e n tl a r g e s i z ed i s p l a y , p d pi s b e c o m i n gap o p u l a rt r e n d t h u se n h a n c i n g i t s p e r f o r m a n c ea n dr e d u c et h ec o s ta r et h et e c h n o l o g yr e q u i r e m e n t so ft h em a r k e t o n eo ft h e i m p o r t a n tp r o b l e m so fp d pi s t h ew e i g h t u s i n gu l t r a - t h i ng l a s s ，u l t r a - t h i np d pg a l lb em a d e w h i c hc a nr e d u c et h ew e i g h ts i g n i f i c a n t l y u l t r a - t h i np l a s m ad i s p l a yp a n e li sd e v e l o p e db a s e do nt h es h a d o wm a s kp d et h ef a b r i c a t i o n p r o c e s s e sa r er e d u c e da n ds i m p l i f i e db ya d o p tu l t r a - t h i ng l a s si ns t e a do fs o d e l i m eg l a s s i ts h o w s g r e a ta d v a n t a g e so nt h i c k n e s s ，w e i g h t ，o p t i c a la n df l e x i b i l i t y t h em e c h a n i c a ld e f o r m a t i o nu n d e rac e r t a i np r e s s u r ed i f f e r e n t i a li ss i m u l a t e db yc a l c u l a t i n g t h e i n f l u e n c eo ft h ed e f o r m a t i o na n dt h et h i c k n e s so nd i s c h a r g ei sa l s os t u d i e d t h eu l t r a - t h i ns 【p d pi sd e s i g n e da c c o r d i n gt h es i m u l a t e dr e s u l t s s o m ef a b r i c a t i o nm e t h o d sa r e s t u d i e db a s e do nt h es m p d p f a b r i c a t i o np r o c e s sa n dt h ec h a r a c t e r i s t i co fu l t r a - t h i ng l a s s a u l t r a - t h i ns m p d pp a n e li sf a b r i c a t e dw i t hs e l f - d e v e l o p e dv a c u u ms e a l i n g - p u m p i n gi n t e g r a t i o n s y s t e m ，i ts i m p l i f i e st h em a n u f a c t u r i n gp r o c e s sg r e a t l y i tp r o v e dt h a tt h ef a b r i c a t i o no fu l t r a - t h i n s m - p d pc a l lb er e a l i z e d ，a n dt h ep a n e li sm e a s u r e dw h i c hs h o w sg o o df o r e g r o u n da n dp o s s i b i l i t y o fa p p l i c a t i o n k e yw o r d s ：p d p u l t r a - t h i ns i m u l a t i o n v a c u u ms e a l i n g p u m p i n gi n t e g r a t i o ns y s t e mt e s t i i 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含 其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：蕊l 盔珥 e l 期：红立 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学 位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本 人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许 论文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布 ( 包括刊登) 授权东南大学研究生院办理。 研究生签名：瓿临塑唪导师签名： 第一章绪论 第一章绪论 2 0 世纪是信息大爆炸的时代。大量的信息通过“信息高速公路”传送着，要将这些信 息传送给人们必然要有一个下载的工具，即接口的终端。研究表明，在人们经各种感觉器官 从外界获得的信息中，视觉占6 0 ，听觉占2 0 ，其他占2 0 。可见，近2 3 的信息是通 过眼睛获得的。所以图象显示成为信息显示中的最重要的方式。 进入2 0 世纪以来，显示技术作为人际联系和信息展示的窗口已应用于娱乐、工业、军 事、交通、教育、航空航天、卫星遥感和医疗各个方面，显示产业已经成为电子信息工业的 一大支柱产业。在我国，显示技术及相关产业的产品占信息产业总产值的4 5 左右。随着现 代科学技术的进步，人们对图像显示质量不断提出了更高的要求。上世纪中叶以来显示技术 的研究和开发工作异常活跃，陆续有新型显示器问世。 1 1 显示器件的分类 电子显示器根据显示屏的发光形式可分为主动发光型和非主动发光型两大类。前者是利 用信息来调制个像素的发光亮度和颜色，进行直接显示；后者本身不发光，而是利用信息调 制外光源使其达到显示的目的。 表1 1 显示技术分类 自发光显示非自发光显示 阴极射线管( c r t )液晶显示( l c d ) 等离子显示屏( p d p )电致变色显示( e c d ) 电致发光显示( e l )电泳显示( e p i d ) 发光二极管( l e d )铁电陶瓷显示( p l z t ) 场致发射显示( f e d ) 光阀显示 真空荧光显示( v f d ) 投影显示 显示器件的分类有各种方式，例如：按显示屏幕面积的大小，可分为中小型( 约0 2 m 2 左右) ，大型( 大于1 m 2 ) 和超大型( 大于4 m 2 ) 显示器；按颜色可分为黑白，单色，多色 和彩色显示器；按显示内容，形状可分为数码，字符，轨迹，图表，图形和图像显示器；按 所用显示材料可分为固体( 晶体和非晶体) ，液体，气体，等离子体和液晶显示器。但是最 常见的是按显示原理分类，其主要有：阴极射线管( c r t ) 显示，液晶显示( l c d ) ，等离 子体显示板( p d p ) 显示，电致发光显示( e l d ) ，发光二极管( l e d ) 显示，有机发光二 极管( o l e d ) 显示，真空荧光管显示( v f d ) ，场发射显示( f e d ) 。其他还有电致变色( e c d ) 显示，旋转球( t b d ) 显示，电化学( e c d ) 显示等。 在2 0 世纪，图像显示器件中，阴极射线管( c r t ) 占了绝对统治地位，如电视机、显示 器等绝大多数都采用c r t 。c r t 具有工艺成熟、成本低廉、图像显示效果出色、可靠性高等 优点。但是，c r t 采用电子束扫描整屏的方式，使其在厚度、重量方面有着致命的缺点，并 逐步被新型的平板显示器( f p d ) 所取代。近三十多年来，在科学家和工程师的共同努力与 探索之下，各种平板显示器应运而生，逐步发展起来。其中液晶显示器( l c d ) 在市场上取得 r 最人的成功，矗手机显孙倒等小厅幕i 示器卉i 酊乖】计尊机监枞器等中型妊示肼方面【l c d 确上，统衍地仃：同时在彩色电视机等方面l 匕d 也获得r 极人的g k u j - 此往逐步代替0 州。 等离f 显示屏( p d y ) 在超人屏幕显示上，。住还步成为市场的l 流，是最有前途的超人屏幕 h d t v 接收机之 。 1 2 等离子体平板显示器( p i ) p ) 发展历程” p d p 是利川惰性气体岳：一定电压下产生气体放电( 形成等离f 体) 而直接发射可见光 或笈射真空紫外线( v l i v ) 转而檄发光致荧光粉而间接发射可见光的一种发光型( 主动掣) 平扳显示拉术。硅不屏由许多微小放电单元矩阵式排列组成，通过选址让放电单元产生放电 p d p 起源丁2 0 世纪5 0 年代初的数码显亦管。但最具有历史性的突破还是1 9 6 4 年往美 国的伊利诺依斯人学( i j n i v e r s i t yo fi l l i n o is ) 内，由两位教授( p r o fg e n es l o t t o w p r o fd o nb i t z e r ) 私i 一名研究生( r o b e r tw l l s o n ) 蛀同研制了世界上筻一块单像素的交 流等离f 体显示肝由此开启了向、令高性自e 仝彩色等离干体显 l j 。另外，由于s i p d p 中荫罩本身也起到现有等离子体娃示板中障荜结构的作用，冈 此能防止诺像素备方向之间的光干扰，与现订结构相比迁自利于提高分辨率特别是行分辨 率。金属的加r 技术比现有等离于体显示板中所删绝缘材科构成的障壁制造技术要简单成熟 得多，冈此，谆结构有利于优化放电过程，提高显摹效率。适台1 一夫批盘，产，提高成品率， 降低7 产成本。 削i 一1 2 所示为3 4 in c hv g a 模止所采川的站均，为r 适席高分辨辜显示得要求，义相继 开发 u2 a 蔸寸s v g a 模式的结构年4 2 英0x g a 和w x g a 模式的结构芒们的放电单元的排 列方平坡电单兀的形状都发生r 变化。幽i r l 3 分圳给：丁英寸、z 5 英1 平 2 英i r 小 同显示 | 式r 使川的s m p d p 放电单兀彤状和排列方式。闰i 一】d 为4 2 英寸w x 6 ( 1 3 6 6 7 6 8 ) 的s m p d p 的结构凹，它的结构和制忭椎程类似，3 4 英寸的s ”d p 。不同2 处在丁酣年的扎 形由矩形变化到萋形，像素的排列方式也有长条形并，忡$ 州变化剖d e l t a 形排州，同时由丁 像素的缩小- 前扳可以无i t o 透明电极，仅由汇流l h 极构成行电板， 黧黼 ( a ) 3 4 英寸v g as m d p d p 矩形像素( b ) 2 5 英寸s v g as m p d p 尉形d e i l a 排列像素 c ) 4 2 英寸x g a 和w x g as m p d p 菱形d e l l a 排，u 像素 图i - i3s m p d p 放电单元形状和排列方式 i 4 2s f l p d p 的发展历程 图】- 1 44 2 英寸s m p d p 的结构 1 9 9 9 年1 1 月庄闺家科技部的立持r ，尔南人学显示技术中心开始r $ ) l p d p 研究项目 从此k f 始rs 、i p d p 的发展历程。2 0 0 0 年丰j 刮2 0 0 2 年底，中心成功地开控出ri4 英j 单色、 彩色 l 高亮度全彩色视频显示，驱础技术上也得到了改进，实现了p d p 的基本性能指枷、。3 4 英、v g a 彩色s m p d p 项目的成功标，占着人屏幕s i p d p 已具f r 产业化的能，娃s m p d p 发展 历程的咀r # 碑。随后，义先后开投| i 了2 ；英寸高分辨率，3 2 英寸( 1 6 ：9 ) s m p d p ，4 2 薨寸 x g 年w x g a 样机显示性能和驱动技术都获得了极大的提高。在短短的四、五年时间内 其问经过了无数研究 员的不懈努力，s m p d p 已经从当初的放电单元模犁发展刮r 高分辨率 人尺寸p d p ，并正逐步向着产业化的道路前进。下幽姓s m p d p 的发展历栏。 图1 】5s m p d p 发展历程 在短短的六、七年时间内，其间经过了无数研究人见的不懈努力，s m p d p 已经从当初的 放电单元模型发展到了高分辨率丈尺寸p d p ，并正逐步向着产业化的道路前进。 1 5 本论文的研究工作 在目前的大尺寸显示领域，p d p 正成为一种流行的趋势，因而提高其性能，降低成本是 市场对该技术的要求。p d p 目前存在的问韪是亮度低，功耗人，重量重锋士要问魁”“，采刖 超薄玻璃制备p d p 从一定程度r 缓解了重量重和亮度低的问题。本论文远用有限元分析方法 对超薄s mp i ) p 的结构进行丁模拟，并研究，其放电特性。在此基础上设计了超薄p d p 的结构，在现有荫罩式p d p ( s m p d p ) 的技术”基础上，超薄p d p 采用超薄玻璃取代荫罩式p d p 中的钠钙玻璃，使柔性显示有了可能性。 因为超薄玻璃本身的柔性，在制作t 艺过程中可能会引起机械形变，进而对- u 场分布，以 及放电特性方面产生一定的影响。率论文的l 作丰要有以i j l 个部分组成： ( 1 ) 超薄玻璃显示扳在压斧f 的机械形变，以及结果分析。 ( 2 ) 由机械形变引起的放电特性的变化，以及玻璃的厚度均匀性对放电性能的影响。 ( 3 ) 超薄s m p d p 的小屏制作i 艺蚪及小屏的性能测试。 第 二章机械形变的模拟 第二章机械形变的模拟 超薄柔性等离子屏的构想是在现有s m p d p 的技术基础上提出的，采用超薄玻璃替代一般 的钠钙玻璃。超薄玻璃由于自身的重量轻。具备可弯曲特性，使柔性显示有了可能性，并且 能减轻整屏的重量。 封屏实验预想在封排一体化系统中进行，在4 5 0 度的环境温度下充入一个标准大气压的 氙氖混合气体，在降温到室温后取出实验屏，这时屏内外会有压力差，这个压力差必然会对 玻璃面板有一定影响，本章采用模拟的方法对此进行研究，讨论压差下玻璃面板的应力和应 变情况。 2 1f e m l a b 软件的介绍n 刀 本章机械形变的模拟采用f e m l a b 软件进行，f e m l a b 是以有限元分析法作为理论基础， 具有真正的窗口界面及全分析流程( 由绘图、建立网格、设定边界条件、求解后到处理) 的 图形化界面的软件。f e m l a b 功能强大，除了机械形变分析外，还有多重物理量耦合功能， 其他领域( 如电场，磁场，扩散，化学反应) 的分析能力，以及经过m a t l a b 所产生的参数 分析能力，优化分析能力，虚拟实验功能与强大扩展能力等。 有限单元法( f i n i t ee l e m e n tm e t h o d ，f e m ) ：属于力学分析中的数值法，起源于航空工 程中的矩阵分析，它是把一个连续的介质( 或构件) 看成是由有限数目的单元组成的集合体， 在各单元内假定具有一定的理想化的位移和应力分布模式，各单元间通过节点相连接，并藉 以实现应力的传递，各单元之间的交接面要求位移协调，通过力的平衡条件，建立一套线性 方程组，求解这些方程组，便可得到各单元和结点的位移、应力。简言之，就是化整为零分 析，积零为整研究。 2 1 1 采用f e m l a b 建模的一般步骤n 阳 1 问题定义 在进行有限元分析之前，首先对分析对象的形状，尺寸，工况条件，材料类型，计算内 容，应力和应变的大致规律进行仔细分析。只有正确掌握了分析对象的具体特征，才能建立 合理的有限元模型，一般来讲，在定义一个分析问题时应明确以下几点。结构类型，分析类 型，分析内容，计算精度要求，模型规模，计算数据的大致规律。 2 几何模型的建立 几何模型是对分析对象形状和尺寸的描述，又称几何求解域。它是根据对象的实际形状 抽象出来的，但又不完全照搬。即建立几何模型时，应根据对象的具体特征对形状和大小进 行必要的简化，变化和处理，以适应有限元分析的特点。所以几何模型的维持特征，形状和 尺寸有可能与原结构完全相同，也可能存在一些差异。 3 单元选择 单元选择应根据结构的类型，形状特征，应力和变形特点，精度要求和硬件条件等因素 东南人学硕i ：论文 进行综合考虑。 4 单元特性定义 单元除了表现出一定的外部形状( 网格) 外，还应具备组计算所需的内部特性数据。 这些数据用于定义材料特性，物理特性，辅助几何特征，截面形状和大小等。 5 网格划分 6 模型检查和处理 7 边界条件定义 边界条件反映了分析对象和外界之间的相互作用，是实际工况条件在有限元模型上的表 现形式。只有定义了完整的边界条件，才能计算出需要的计算结果。建立边界条件一般需要 两个环节，一是对实际工况条件进行量化，即将工况条件表示为模型上可以定义的数学形式， 第二个环节是将量化的工况条件定义为模型上的边界条件。 。 2 1 2 三维实体结构特性及有限元理论分析n 町 所有实际结构体均为三维的立体形状，可以说任何的结构都可以以三维立体元素进行有 限元素分析，但是在使用三维立体元素分析时，必须要了解立体元素之节点数，自由度数目， 利用三维元素最困难是必须使用许多元素，以取得合理精确的结果。而结构体以立体元素进 行元素分割，元素的数量相当多，因此，会产生比二维还多的平蘅方程式。 而在分析三维物体时，前处理及后处理程序中，必须考虑如何在二维的屏幕中显示三维 的效果，整体三维结构的平衡方程式相当庞大，所以要求的计算机资源，内存资源，求解时 间与速度，显示图形和数据，以及后处理的运算，都是对计算机速度及c p u 有较高的要求。 下面以四面体元素与六面体元素的程序推导来了解三维实体结构的特性。 三维实体分析的原理 1 推导三维实体( o e ) 应力与应变的关系 由胡克定律，对等向性，线性，弹性材料，应力与应变有以下的关系式： 铲扣一y p ，也) 】铲掣铲詈 旷去b ，一y b ：怛) 】 占：= 吉b ：一y p ，+ 仃，) 】 e u 5 2 0 + 0 其中：e 为杨氏模量，y 为泊松比，g 为剪弹性模量。 将( 2 - 1 ) 式写成矩阵形式可得： 1 2 ( 2 1 ) 垒g j f 一( k g 业e 边 掣学 第二章机械彤变的模拟 p = s x s y s z y 口 y 乒 y 翟 1 e 1 一y y0 0 一y 1一y0 0 一y y 1 00 。0 0 02 ( 1 + y ) 0 0000 2 ( 1 + y ) oo0oo 对上式求逆矩阵运算可得： p = 可得到： 其中： e l + l ， p = p 怡 嘲= 而e o 0 o 0 o 2 ( 1 + v ) 上! ，_ ，_ 0oo 1 2 y 1 2 y1 2 y j ，_ 土兰l0 oo 1 2 yl 一2 yl 一2 y v 1 2 v y l 一2 y 00 00 00 二000 o 三 oo oo!o ooo! 旦二上00 0 1 2 v1 2 y1 2 y 上旦000 1 2 y1 2 y1 2 v j 二j ，- 上兰0o o 1 2 yl 一2 v1 2 y 1 000二00 2 1 0000二0 2 1 00000 二 2 p 】为材料弹性矩阵 s l s v s z 厂叫 y ) 】z 厂。 0 x o r 矿z f x y f 弦 f “ ( 2 2 ) ( 2 3 ) 2 推导三维实体- 一u ) 应变与位移的关系 三维实体的应变共有6 个分量，其中有3 个正向应变，和3 个剪应变。如图2 1 所示 1 3 ( 2 4 ) ( 2 5 ) 工 y z y 2 x办办以砌和砀 东南人学硕t 论文 z v 图2 1 三维实体的应变示意 取定空间直角坐标系0 - x y z , j 喟u ，y ，国分别表示试题元素上人一点( 醐z ) 的三个方向上的 位移，一点的变形有六个应变分量为： s = l ，q 乞比】r ( 2 - 6 ) 前三个分量分别为x , y , z 方向上的正应变，后三个分量分别为平行与x y 平面，y z 平面，z x 平面的平面上剪应变。整理成向量形式： 叠) = s 。 s v s z 厂叫 y 1 ，z 厂a a u 缸 8 l ， 砂 a c o 龙 a ua y + 砂 苏 a ya 国 上一 岔 砂 a do o j l - 一 a zo x o o a 龙 o a 砂 a 锄 身 ( 2 7 ) 占，e y 占：为三个方向的正向应变，y 秽，厂归，7 巧为三个方向的剪应变。 可得到： p ) = p 如) ( 2 8 ) 其中： 1 4 o a一钞o a一西a一七o a一缸o o a一砂o a 一砂 第一 l 触形 艇拟 = 缸 为节点位移向蚩 0 0 a 0 a 砂 6 西 2 2 模拟及结果分析 川超薄破堵封装p d p 眸，封装足枉4 5 0 的温度下进行的，撖据理想气体定律，p v t = 常数，在幸温f ，倒内的气压为4 0 0 5 0 0 托，l j # i , 界形成一1 、压力差。由j 。采用的娃超薄玻 璃，玻璃在压力r 会产，l 一定的形变，玻璃的物理形变可能会影响电极的放电特性。【i j 此需 要对玻璃的机械形变进行模拟。 二二二二卜珊瓣 刘 专 刘 | j 一耱 、 斗上l 稿* 圈2 - 2 截面图囝2 - 3荫罩结构 幽22 所示为所研究对象的截面闰，玻璃厚度3 0 微米上下玻璃之间的间隙1 5 0 微米 荫罩内孔直径4 0 0 微米，外界气压为1 个标准大气压，腔内气压4 0 0 5 0 0 托。 由闰22 可以明锃看出，矗结构是上f r 称的，受_ 力也是对称的，闪此对该结构的分析 a r u 简化为对其中一片踱璃的受力分析。取上玻璃基板为分析对象。采用f e , f l a b 模拟软什， 选择实体模型，静态分析建证模型如罔2 - 4 所示： o a一印o a出ao a一缸o o a一砂o a 一出 东南土删 地女 1 3 日口l k 4 4 = 0 口p p f + f 自女n o 自t 爱 巍 雏 兽 暑 圉2 4 静态分析模型 模型建立之后，对材料的荐项参数进行定义包括材料的模型( 吾项同性材料，正交异 性材料，各项异性材料，弹塑性材斟和超弹性材料) 材料的各项品质参数( 扬氏模量，泊松 比，热膨胀系数，密度等) 玻璃的各项参数的范围如f 杨氏弹性模垣( 4 8 8 3 ) o p a , 泊松比( 01 7 珈2 7 ) ，密度 ( 2 4 0 0 - - 2 8 0 0 ) k d m 3 ，热膨胀系数( 5 】1 ) 1 0 4 c 。通过参数的不网组合进行对比实验得 出结论：模掣的形变a 小与杨氏弹陛模鼍和泊松比成反比，密度和热膨胀系数的改变对形变 几乎没有影响! 也就是说弹性模量和泊松比取下限值的时候将得到最大的形变量! 为了最大 程度地模拟可能的形变f n 取极限值进行模拟j 材料参数设定截面如削25 所示 图2 - 5 村料参数设定界面 一 一 一涨娥 * 目l 触蹙攥m 对挚体的材料醴定之n 模_ 择个边界荣制的改苴也足根黄健的。建矗的模掣育 个而， 娃中1 2 5 6 l 成环绕一周的耶面。这四个血的约柬条州是相m 的! 在奠体中，这四个面j j 卡儿 临材隼= 烂致的，娃、。个统的整体。田此一i “认为这叫个面在x y 平面上是被限制的。义 闪为超冲玻璃具有柔韧性，- 以认为玻璃t j 荫罩足直接接触的，四个面在za _ 向也没有位移 的空间。平面3 4 丹别是模型的f 表而和t 袁而两个表面受到的气雎不一样+ 也就是受力 不相问，因此会有一定程度的形变，对这两十袁面的各个方向不限制。面3 一r 方气压为 4 0 0 、5 0 m o m 面4 上方为一个人气肚，换算为旧际申f 记畦行受力的设定。边界条竹设置 受 力蹬置分别如削2 - 6 莉12 - 7 所示 lo 一。 c m d b 。d o ，1 l e c o ac n “r - l “ll “e 量_ “：。= = = = r t i 6目 o 日l 口 。日k o 0 x1 1 ，p l yf 嘶 俐26 边界条付设症界面 图2 7 受力情况醋定界面 箨项参数设定完毕t 检蠢没有错误之后，对模型进行网格划分。划分结果如图2 8 所示： l = 口 求南 艇m 土 幽2 - 8 阿格划分图 网格划分结束之后，就可以对模型进行计算计算进度条如图2 - 9 所示 图2 - 9 ；r 算进度界面 计算结束后，可以选择后处理中的相关选项显示所需要的信息。这些信息包括一维， 三维的表面图，等位线，应力应受等。圈2 - 1 0 所示是整体的形变情况。 第一章机槭彤型撵拟 盈譬盈霾蓄蚕虿翟盔蕊蔷互i d o 口o o f ： 4 p 05 1m ；d * ， s 。 j j = = p f + j 女女口o mt j ：! ! ! ! ! ：m ! ! 唑! _ 型2 掣l 幽2 - 1 0 整体形变情况图 为了更好更充分地分析压若f 超薄玻璃的机械彤变的情况模拟一系列不同厚度的玻 璃，内脏压力从2 5 0 托到5 0 0 托的形变情况。结果如图2l j 所示 图2 - 1 1 不同厚度的玻璃在不同压差下的形变情况 从图中可以看出玻璃越厚，腔内的气压越高，形变就越小。虽丈形变量为3 0 微米的超 薄玻璃在腔内气压2 5 0 托的情况，形变小于0 s e 一如，即小于00 1 8 微米与玻璃本身的 厚度相比，相差三个数量缓，是高阶小量。因此超薄玻璃的机械形变并不会影响超薄玻璃 用，p d p 的封接，超薄小屏的制作是完全可行的。 一e，ililp 东南人学硕上论文 第三章放电特性的模拟 p d p 是利用气体放电发光的显示器件。彩色p d p 中的放电气体通常为n e 和x e 等混合稀 有气体。在电极上加上足够的电压后，相应的放电单元中将产生放电。在放电过程中，亚稳 态粒子会辐射出可见光及紫外线。对n e x e 混合气体，x e 的谐振态辐射产生1 4 7 n m 的真空 紫外线，真空紫外线激发荧光粉发光。每个彩色显示单元由三个分别沉积红、绿、蓝色的荧 光粉的放电单元构成，通过空间混色实现彩色显示。 3 1 等离子体中的气体放电特性 3 1 1 气体放电过程删2 1 1 所谓的气体放电是指当作用于气体的电场强度超过某临界值时出现的气体放电现象，此 时气体从绝缘状态转变为导电状态，通常气体放电时伴随着热、光和x 射线等物理效应，并 且不同的气体在放电过程中具有不同的伏安特性。 显示单元放电过程的产生与电子雪崩的形成是密切相关的。电子雪崩的物理模型是：电 子在向阳极运动的过程中不断的从电场吸收能量，如果场强足够强，则电子会不断的发生电 离碰撞，而产生的新电子又发生电离碰撞，如此电子的数量便产生雪崩式的增长。由电子繁 流理论可知，要使放电得以自持，就必须依靠放电本身由阴极及时补充消失在阳极的电子， 消失多少，就补充多少。这个电子繁流倍增过程可以用图3 一l 所示的反馈模型来描述，图中 口为气体电离系数，v 为电极间电压。电子雪崩导致电子数目以指数关系增长，雪崩产生的 离子回轰阴极产生了次级电子发射，这些次级电子又继续参与电子雪崩，于是便出现了一个 正向反馈。若反馈增益大于1 ，则这个系统就会变得不稳定。气体放电从稳态n t l e 稳态的过 渡点电压称为着火电压。当电极间电压大于着火电压时，若存在一个起始电流厶，则放电电 流将呈指数增长。 气体放电的典型，一矿关系如图3 2 所示，图中的横坐标为电压，纵坐标为电流。从图可 以看到放电曲线具有明显的非线性。 环路增益卢2 ，( e “一d 图3 1 气体放电的反馈模型 ie 1 0 _ j o ” l o 业壁垒蹩二= ：= ： 异章趣光致电区 l o l 怎光放电 1 0 。 】o 4 l o 。1 l d 1 i o 一 7 i 孟i 一 沥森放电区 臼持放电， r 决，：弘篇 初始象件 j 7 羞火屯臼； 1 0 02 0 03 0 0 4 0 0 图3 - 2 气体放电的伏安特性曲线 第三章放电特性的模拟 等离子体显示屏一般工作在辉光放电区。正常辉光放电的光区分布、电位分布和光强分 布如图3 - 3 所示。辉光放电具有以下的基本特征：( 1 ) 是一种稳态的自持放电；( 2 ) 放电电 压明显低于着火电压；( 3 ) 放电时，放电空间呈现明暗相间的、有一定分布的光区：( 4 ) 正 柱区和阴极辉区均属于等离子区，电子浓度和离子浓度都很大并且相等；( 5 ) 放电主要依靠 二次电子的繁流来维持。正常辉光放电区有四个明显的发光区域，即阴极辉区、负辉区、正 柱区和阳极辉区。阴极辉区和阳极辉区对发光的贡献远小于负辉区和正柱区。负辉区的发光 强度最大，但发光区域较小。正柱区的发光区域最大，对光通量的贡献也最大。但是，气体 放电时，以上四个区域并不一定全部出现。当电极间距离逐渐缩短时，正柱区也逐渐缩短 并首先消失，然后是法拉第暗区和负辉区相继消失。当负辉区的左端和阳极重合时，放电就 会停止。也就是说阴极位降区( 它包括阿斯顿暗区、阴极辉区和阴极暗区) 是维持辉光放电 必不可少的部分，阴极位降区的宽度随气体压力成反比例变化 1 0 。 ( a ) 光区分布 ( b ) 光强分布 ( c ) 电位分布 图3 - 3 正常辉光放电的光区、电位和光强分布 ( 卜阴极辉区2 一负辉区3 一正柱区4 一阳极辉区 5 一阿斯顿暗区6 一阴极暗区7 一法拉第暗区8 一阳极暗区) 3 2p d p 中的基本粒子与放电反应池儿捌 等离子体显示屏一般工作在辉光放电区。本节以n e x e 混合气体为例来说明p d p 放电过 程中的基本粒子与相应的放电反应。 3 2 1 基本粒子 气体放电过程中一般存在着六种基本粒子：光子、电子、基态原子( 或分子) 、激发态 原子( 或分子) 、离子。 离子：n e + 、x e + 、n e ；、x e ；、n e x e + ； 基态原子( 或分子) ：n e 、x e 、n e 2 、x e 2 、n e x e ； 激发态原子( 或分子) ：x e ( 3 e ) 、x e 。( 3 最) 、x e ”、x e ”、x e ：( 1 ：) 、x e ：( 3 ：) 、 2 l 东南大学硕士论文 x e ：协) 、x e ：”、n e 、n e ” 各种粒子的能级如图2 5 所示。 基态n e 3 2 2 放电反应 基态x e 图3 4n e ，x e 原子的能级与发光光谱图 放电过程中任何一个粒子会通过碰撞过程与其它各种粒子产生相互作用。粒子之间通过 碰撞交换动量、能量和电荷，使粒子发生电离、复合、激发、光子发射等反应。 激发反应： p + 拖一p + 拖( 3 最) e + x eje + x e ” p + x e ( 3 ) 一p + 托” e + n e e + n e e + n e 专e + n e ” p + 拖：( 3 。+ ) 一p + x e ( 3 x e p + 屉寸p + 拖( 3 只) e + x e e + x e ” p + x e ( 3 互) 一p + 施” e + n e 寸e + n e ” p + 屉：( 3 。+ ) 寸p + 舵：( 1 。+ ) e + 恐：( ，。+ ) 一p + 拖：” 第三章放电特性的模拟 x e ( 3 最) + p 寸x e ( 3 鼻) + 肌 x e ( 3 p 1 ) + n e 寸拖( 3 p 2 ) + n e x e ”+ 肫一x e ( 3 p 2 ) + n e x e ”+ 拖_ 托( 3 最) + x e ( 3 最) + 胎+ n e 专x e ：( 3 。+ ) + 肫 x e ( 3 只) + 弛+ 肫一扬h + ) + n e x e “+ 2 舷专盟2 ”+ 舵 电离反应： e + x ej2 e + x e + x e ( 3x e x e ( 3 只) + 施 x e ( 3 只) + 恐一x e ( 3 p 2 ) + x e x e ”+ p _ 拖( 3 鼻) + 肫 x e ”+ 施_ 拖( 3 舅) + 屁 x e ( 3 p 2 ) + 2 x e - - x e ：( 3 。+ ) + 屁 x e ( 3 鼻) + 2 拖寸胞：h + ) + x e ：h + ) + x e 寸x e ：( 1 。+ ) + 舵 p + 般( 3 最) 专2 e + x e + p + 拖( 3 p i ) - - - 2 p + 拖+ p + 胞”2 p + 拖+ e + n e 专2 e + n e e + n e ”专2 e + n e + e + n e j2 e + n e + x e ( 3 最) + 施( 3 b ) 专p + 胞+ + x e ( 3 p z ) + x e ( 3 只) 专p + 拖+ + 皿x e ( 3 鼻) + 弛( 3 只) 专p + 娩+ + 屁 肫+ 爿叠争e + x e + + n e n e + x e e + n e x e + n e ”+ x e 寸e + n e x e + 复合反应： e + x e ，+ 一x e ”+ x e e + n e x e + _ x e “+ n e 电荷转移： e + n e f _ n 0 “+ n e x e + + 2 x ej x e ：+ x e 东南人学硕十论文 x e + + x e + n cj x e ：+ x e x e + 2 n e 专n e x e + n e n e + 2 n e 专n e 2 七n e n e + + n e + x e n e x e + + n e n e x e + + x e 斗x e + + n e + x e e + 拖2 + 一e + 拖+ + 拖 自衰减反应： x e ( 3 e ) 专拖+ 加( 1 4 7 胛聊) x e 专x e + i n , x e ：( 3 。+ ) 专2 x e + h v ( 1 7 3 胛坍) n e f + n e + x ej x e + 3 n e x e ”专心( 3 p 2 ) + k v ( 8 2 8 门所) x e ”- - - ) 拖“+ h v x e ：( 1 。+ ) - 2 x e + h ，( 1 7 3 玎m ) x e ：0 1 1 + ) - - - - 2 x e + h v ( 15 0 胛聊) x e ：”x e ( ，p 2 ) + x e x e ：”专皿( 3 置) + 拖 碰撞衰减： p + x e ( 3 最)