AC－PDP的发光光效的数值模拟计算

1、ACPDP的发光光效的数值模拟计算摘 要：根据ACPDP中气体放电机理的物理模型，修改了前人提出的基于粒子流连续性方程和泊松方程的ACPDP放电单元的数值计算模型。然后由模型的数值解描述了放电过程中三种波长（147 nm，152 nm，173 nm）的紫外光子的时空分布，从而进一步计算出累计的紫外光光效。 关键词：等离子体显示；放电模拟；紫外光子；光效1，通过数值模拟过程，得到紫外光子浓度随时间和空间的变化曲线。1数理模型的建立 1）ACPDP放电单元的物理模型图1中表示了一个拥有交*电极的放电单元的 实际结构图。由于我们所关心的是在放电过程中放电单元内的各种特性，而实际的放电单元非常复杂，因

2、此我们将的放电单元简化为一维的模型2，3，如图2所示，并假设显示板的前后左右是完全对称的，并且显示板和介质层都是无限大的平板平面，那么放电空间 中每一处的情况都完全相同。 其中黑色的部分为电极，灰色的部分为介质阻挡层。表1中表示了图2中各个参数及其假设的值。我们可以用一组连续性方程来表示粒子流的运动。下面就是粒子浓度分布的方程组在一维模型下的表达式8，9：在此，把光子当作一种特殊的中性粒子来看。所以光子不仅不要考虑电场的方向，而且没有扩散或迁移系数。其中n表示粒子浓度，E表示的是电场强度，D为粒子的扩散系数，S表示的是各粒子的产生率，下标e表示电子、i表示离子、o表示光子。在计算中，我们主要考

3、虑的粒子是三种能产生紫外光子的谐振态氙原子Xer、两种激发态氙分子Xe2u、Xe2y等，以及三种紫外光子（147 nm、152 nm、173 nm）的浓度。2计算的条件在计算中，设加在两端电极上的方波脉冲的高度和频率分别是300 V和10 kHz，其波形图见图3。气体是由90的He和10的Xe混合而成，气体压 强为200 torr。 在ACPDP的电极上覆盖着一层单一的MgO介质层，其介电常数为15。它的一个重要作用是产生二次电子发射，通常用表示二次电子发射系数，下表表示了涉及到的几种粒子的二次电子发射系数1011，其他的粒子我们没有考虑。 粒子的二次电子发射系数： 在放电过程中，带电粒子会不

4、断的累积在介质层上，形成了壁电荷。当积累的壁电荷到达一定的数值时，它所产生的电场就会抵消外加的电场，从而停止放电，而当外加电场反向时，壁电荷产生的电场就会加强外加电场。各种粒子在壁处有一个消失通量，3计算结果在建立数理模型之后，我们对所列出的方程进行数值差分，利用追赶法在计算机上进行求解。程序用Visual C编写，计算环境为：16 GHz的P4中央处理器，内存容量512 M。在该计算机上运行上述思路的C程序，经过30分钟的处理，得到147nm、152 nm、173 nm光子随时间的分布分别如图4、 5、6所示。我们可以明显看出，152 nm、173 nm光子发射的峰值时间均在1s附近。此时，

5、与147 nm、152 nm、173 nm光子相关的谐振激发态Xe原子、激发态Xe分子均处于峰值。在实际的PDP放电中，前人所测得的数据表明这一峰值出现在1s左右6，这说明我们的模型是可靠的，而且有一定的进步。我们总共截取了300多个时间点，用以调查各类光子的产生过程。发现相比之下，147 nm光子比152与173 nm光子下降快得多。并且在15s以后，147及152 nm光子已几乎消失；而仅有173 nm光子在2030s后，数目几乎保持不变，但维持在一个较低的水平。 紫外光子总数随时间的分布与三种紫外光子的分布相类似，如图7所示。将每一步产生的三种紫外光子数目累计起来即可得到放电过程中发射出

6、来的紫外光子总数目，从而可以算出整个放电过程中所释放出来的紫外光总能量的数值解。而外加电场的能量在反映过程中表现为电子和离子从电场获得的能量之和，即算过程中由于离子质量比电子大得多，从电场中获得的能量不足电子的1，因此在计算过程中忽略了离子从电场获得的能量，仅计算了电子从电场获得的能量，作为外加电场能量的数值解。最后，用紫外光总能量的数值解除以外加电场能量的数值解即得出放电过程中的紫外光发光效率为1763。考虑到紫外光子激发荧光粉发光时，紫外光子仍会有所损耗，所以得出的结论与前人测得的结果12基本吻合。 总的紫外光子分布如图所示：4分析及讨论在计算中，我们只考虑了假设环境条件下的情况，得到了结

7、果，但是并没有和其他的计算机模型进行比较，所以我们对PDP的紫外光发光效率的改进并没有提出一个有效的解决方案。如果能够改变不同的初始条件进行运算并进行比较，应该可以得出不同的光效结果值，从而提出提高发光效率的方案。本文中认为参加反应的各种粒子的迁移率是常数，而实际上它是和电场相关的，如果对它们进行更精确的考虑，得到迁移率和电场的函数关系式，可以更好的模拟实际的PDP放电情况。总体来说，本文通过修改前人所建立的一维模型并根据修改后的模型进行计算，得到了在放电过程中紫外光光子浓度随时间和空间变化以及光效，进一步完善了该模型，同时，对研究放电过程的基本规律、提高PDP的发光效率提供了辅助依据。但是由

8、于一维模型同实际的三维空间存在着一定的误差，并且有不少没有考虑到的复杂因素也直接影响计算结果，因此本文的结果也有待改善。 参考文献1Ling YimingTheoretical Analysis on the Temporal Processof ACSilent DischargeJJElectronics1999，13，（1）：71772Takahashi K，Hashiguchi S，Murakami Y，Takei M，Itoh K，Tachibana K，and Sakai TInvestigation of discharge phenomena in a cellof color

9、 plasma display panel：IOnedimensional model and numerical methodJJpnJApplPhys，1996，35：2512583Campbell RB，VeerasingamR，and McGrath RTAtwodimensional multispecies fluid model of the plasma in an acplasma display panelJIEEETransPlasma Sci，1995（23）4Sahni O，Lanza C，Howard WEOnedimensionalnumericalsimulat

10、ion ofac dischargesin a highpressure mixture of Ne01Ar confined to a narrowgap between insulated metalelectrodesJApplPhys，1978，49（4）：236523755Campbell RB，VeerasingamR，and McGrath RTOneDimensional Fluid and Circuit Simulation of an ACPlasma Display CellJIEEETransPlasma Sci，1995，23（4）：6886976Boeuf JPa

11、nd Pitchford LCCalculated characteristics ofanac plasma display panel cellJIEEETransPlasma Sci，1996，24：95967Choi KCand Whang KWNumerical analysis ofthe micro dischargein a DCplasma display panel by 2Dmultifluid equationsJIEEETransPlasma Sci，1995，23：3994048Jeong Heui Seob，Shin BuhmJae，Whang KiWoongTw

12、odimensional multifluid modelingofthe HeXe dischargeinan ACplasma display panelJIEEETransPlasma Sci，1999，27：1711819Robert JCarmanComputer Modeling of Electrical Breakdown in a Pulsed Dielectric Barrier Discharge in XenonJIEEE TRANSACTIONS ON PLASMA SCIENCE，2002，30（1）10Park ChungHoo，Kim YoungKee，Park ByeongEon，LeeWooGeun，Cho JungSooEffects of MgOannealing processin a vacuumonthe discharge characteristicsof ACPDPJMaterials Science and Engineering B，1999，60（2）：14915511Takizawa M，Kiuchi K，Ishizuka H，Okamoto M，Fujii YEstim