1) 3 Плазменные панели

Основным механизмом работы плазменной панели является люминесценция, создаваемая в тлеющем разряде столкновениями возбужденных полем ионов. При низких давлениях напряжение ионизации газа составляет ~250 В. Для поддержания разряда требуется напряжение порядка 150 В. Это смещение необходимо для активации катода, так как регенеративная обратная связь фотонов и положительных ионов, бомбардирующих катод, увеличивает электронную эмиссию катода.

Плазменные дисплеи постоянного тока

В плазменных дисплеях постоянного тока электроды расположены в плазме. Тлеющий разряд наиболее интенсивен у катода. Этот принцип был успешно использован в трубке «Нумитрон» (Numitron), где набор катодов создает форму цифр.

Самым удачным применением плазменной панели постоянного тока является дисплейная самосканирующаяся панель (Sell-Scan). Уникальной особенностью этих дисплеев является возможность распространения разряда вдоль линии от элемента к элементу при величине сигнала порядка 25 В, т. е. для ионизации газа не требуется приложения гораздо большего напряжения. Генерированная в одной ячейке плазма последовательно движется от одного элемента к другому. Можно получить яркость около 194 сб (20 фут·Лб). Времена включения и выключения составляют примерно 10 мкс.

Введя некоторые усложнения, можно получить фотолюминесценцию, возбуждаемую в люминофоре ультрафиолетовым излучением, эмиттируемым плазмой. Можно также создать ударное возбуждение люминофора электронами и ионами плазмы.

Изображение может храниться плазменной панелью постоянного тока, если к каждому включенному элементу приложено поддерживающее напряжение. Удобным методом получения низкого поддерживающего напряжения служит включение последовательно элементу большого сопротивления. Развитием этого метода явилось совмещение резистора с катодом, т. е. изготовление катода из графитовой пленки. В непрерывном режиме достигается высокая яркость (8438 сб или 870 фут·Лб при токе 25 мкА на элементе диаметром 0,38 мм).

Плазменные панели переменного тока

В плазменных дисплеях переменного тока электрическое поле имеет емкостную cвязь с газом.

Принципиальная схема двухэлектродного плазменного дисплея переменного тока представлена на рис.1.3.

Источник питания через конденсаторы соединен с газом, заполняющим полость и излучающим видимый свет при зажигании разряда. Из-за наличия емкостной связи с газом для непрерывной эмиссии световых импульсов необходим переменный сигнал.

а — электрическая эквивалентная схема; б — принципиальная конструкция.

Рис.1.3. Принципиальная схема ячейки.

Индивидуальное питание ячеек в решетке с большим их количеством привело бы к недопустимо высокой стоимости питания и связи между источниками и ячейками. Одним из вариантов снижения стоимости питания и межсоединений служит организация электродов каждого элемента в матричную решетку. Для независимой работы отдельных плазменных ячеек, набранных в матричную решетку, у каждого пересечения х — y-линий необходимо наличие сопротивления, последовательного газовому разряду. Если попытаться использовать в качестве резисторов последовательное входное сопротивление ячейки, то оказывается невозможным получить требуемые номиналы сопротивлений при напылении сплошных пленок. Переворот в методах электрической изоляции дискретных ячеек произошел в 1964 г., когда ученые Иллинойского университета пришли к выводу о том, что требуемые значения электрической изоляции можно обеспечить конденсаторами. Использование конденсаторов резко упростило технологию интегральных решеток, поскольку гораздо проще изготовить конденсаторы со сплошной пленкой диэлектрического материала, чем резисторы больших номиналов. Номинал резистора обратно пропорционален размеру элемента: чем меньше элемент, тем больше резистор, что ограничивает разрешающую способность для дискретных резисторов. Ранние опытные образцы плазменных панелей переменного тока представляли ячеистую пластину, помещенную между двумя стеклянными поверхностями, на которые наносились проводники и диэлектрический слой, и себестоимость изготовления таких элементов оставалась высокой. Еще один переворот в технологии панелей произошел, когда было установлено, что для создания газового разряда в единичной ячейке необязательно физически изолировать элементы друг от друга «стенками».

Использование открытой камеры позволило резко упростить конструкцию панели за счет исключения перфорированной диэлектрической пластины и необходимости задания точного взаимного расположения этой пластины и двух плат. На рис.1.4 показан принцип изготовления панели с любым количеством элементов (пелов): от единичных элементов (используемых в качестве индикаторов) до матриц, содержащих свыше, миллиона пелов (1024·1024).

Рис.1.4. Плазменная панель переменного тока.

2) Движение электрона в однородном поле. Можно предположить, что электрон находится в точке x=0, y=0, z=0 и его начальная ско­рость совпадает с осью z, но направлена про­тив вектора ξ (рис.46). Уравнения движения электрона имеют вид:

(5.1)

(5.2)

и электрон будет совершать равноускоренное движение вдоль отри­цательной полуоси z.

Представляет интерес случай, когда вектор начальной скорости электрона υ₀ нормален к вектору напряженности поля ξ: υ₀= υ_0x .По-прежнему в момент t=0 электрон находится в начале координат (x=0, y=0, z=0)

(5.3)

(5.4)

Определяя из первого уравнения время t=x/υ_0x и подставляя его во второе уравнение, получаем:

(5.5)

Электрон будет двигаться в плоскости xOz по параболе, отклоняясь от оси x под воздействием ускоряющего поля ξ (рис.5.2). Этот случай движения электрона характерен для отклонения электрон­ного потока.

Рис.5.2. Движение электрона в однород­ном электрическом поле.

Для определения траектории движения электрона в электрическом поле можно применить законы электронной оптики, используя отме­ченную выше аналогию между электрическими полями и оптическими средами. Пусть, например, вектор начальной скорости υ₀ электрона направлен под углом θ₁ к вектору напряженности электрического поля ξ (рис.5.3).

Рис.5.3. Изменение составляющих ско­рости электрона при его движении в элек­трическом поле.

Анализируется элементарный уча­сток поля, на котором потен­циал изменяется от U₁ до U₂. Ввиду однородности поля экви­потенциальные поверхности (по­верхности, все точки которых обладают одним и тем же потен­циалом) U₁ и U₂ являются пло­скостями. При движении элек­трона из точки 1 в точку 2 под воздействием ускоряющего элек­трического поля увеличивается составляющая его скорости, нор­мальная к эквипотенциальным плоскостям: υ_1n<υ_2n. Тангенциальная же составляющая его скорости остается неизменной: υ_1τ=υ_2τ. Вследствие этого угол между вектором скорости электрона и нормалью к эквипотенциальным плоскостям изменяется: θ₂<θ₁.

Из условия равенства тангенциальных составляющих скорости υ₁sinθ₁=υ₂sinθ₂ можно получить:

(5.6)

или

(5.7)

Выражение (5.6) аналогично формуле преломления светового луча на границе оптических сред:

(5.8)

где θ₁ и θ₂—угол падения и угол преломления светового луча соответственно, а n₁ и n₂ — коэффициенты оптической плотности двух сред.

Пользуясь выражением (5.7), легко найти «угол преломления» для плоского конденсатора, который является «преломляющей приз­мой» (рис.5.4). В этом случае и

(5.9)

Или (5.10)

Отсюда легко определить угол пре­ломления:

(5.11)

Рис.5.4. Движение электрона в поле плоского конденсатора.

Движение электронов в неоднородном электрическом поле. В электронных приборах электростатические поля обычно создаются сово­купностью различных по форме электродов, которые находятся под тем или иным потенциалом. Как правило, такие поля являются неодно­родными, и если в пространстве нет других зарядов, то такое электро­статическое поле описывается уравнением Лапласа: div grad U=0.

Решение этого уравнения в общем виде практически невозможно, а для более простых случаев, например аксиально-симметричных полей, встречает серьезные затруднения.

На практике конфигурации неоднородных электростатических полей определяются экспериментально. Зная картину неоднородного электрического поля, можно воспользоваться методами графического построения траекторий электронов. Один из этих методов, основанный на законе преломления, заключается в построении траектории элек­трона в виде ломаной линии, отрезки которой ограничены соседними эквипотенциальными поверхностями. Изменение направления движе­ния электрона для случая, показанного на рис.5.3, можно определить, воспользовавшись соотношением (5.7). Однако обычно разность потенциалов для соседних эквипотенциальных поверхностей невелика и оперирование с синусами малых углов, а также геометрическое построение этих углов затруднительно.

Один из практических методов построения траектории электрона иллюстрируется рис.5.5. Направление движения электрона, падаю­щего на поверхность U₁ под углом θ₁, продолжают до точки В, отстоя­щей от нормали к поверхности U₁ на величину Затем из точки А через точку В проводят дугу окружности и отмечают на ней точку С, отстоящую от нормали на величину. Соединив точки А и С, определяют направление движения электрона между поверхностями U₂ и U₃. Продолжив построение для следующих нар эквипотенциальных поверхно­стей, получают траекторию элек­трона в неоднородном поле в виде ломаной линии, которую без су­щественной погрешности можно заменить плавной кривой.

Рис.5.5. Построение траектории движения электрона в неоднородном электрическом поле.

Билет5