Although plasma display panels (PDPs) have been widely used as information displays, their low luminous efficacy remains a critical problem. In this regard, investigation of the characteristics of the micro-discharge has important implications for achieving high luminous efficacy in ac-PDPs. In a previous work, a newly proposed structure with an auxiliary electrode showed higher luminous efficacy than a conventional structure for ac-PDPs. However, the mechanism underlying the effect of the auxiliary electrode has yet to be clarified. Numerous researchers have utilized numerical simulation methods to demonstrate the discharge mechanism of conventional ac-PDP structures. Accordingly, the numerical simulation method should be applied to identify the mechanism responsible for high luminous efficacy in the new structure with an auxiliary electrode.
In the present work, a numerical simulation of the micro-discharge characteristics in a new structure with an auxiliary electrode centered between the sustain electrodes is conducted using 2-dimensional fluid equations and a local field approximation. The Finite Difference Method is applied to solve the fluid equations numerically. Also, the proper algorithm is used to explain the characteristics of each particle. The computational cell size was 1080 $\mu m$ × 210 $\mu m$ and Ne + 10% Xe gas was used as a discharge gas. From the simulation results, the density of the metastable species and excited species as well as the density, temperature, and velocity of the charged particles were obtained. In addition, the discharge efficiency of an ac-PDP incorporating the proposed structure was evaluated from simulation results.
PDP의 효율을 개선하기 위한 방안으로는 방전 가스 중 Xe의 함량을 높이는 방법과 전극 사이의 간격을 넓히는 방법이 있다. Xe의 함량을 높이면 유지방전을 위한 전압이 상승하게 되고 discharge time lag가 길어지는 문제가 발생하며, 전극 사이의 간격을 넓히는 방법은 구동 전압이 증가하고 유지전압 마진이 줄어드는 문제가 생긴다. 이를 해결하기 위해 유지방전 전극 사이에 보조전극을 추가한 형태의 Fourth Electrode for enhancing the Excitation rate in a Long Coplanar gap (FEEL) PDP가 개발되었다. 이 보조 전극이 방전에 참여함으로써 보조 전극 위에 벽전하가 많이 쌓이게 된다. 이 벽전하는 높은 벽전압을 유도하여 낮은 전압에서 구동을 가능케 한다. 또한 보조 펄스를 인가하면 Xe 여기종이 자극되어 Xe 여기 효율이 증가하고 벽전하도 증가하게 된다. 이 밖에도 방전가스의 역할, 보조펄스의 파형 등이 방전 효율에 영향을 미치지만 PDP는 셀의 크기가 작고, 역동적인 특성 때문에 실험을 통해서 방전 특성을 분석하기에는 한계가 있다. 따라서 시뮬레이션을 통해 해석하는 방법이 널리 쓰인다. 시뮬레이션을 통해 방전 메커니즘을 정확히 해석한다면 효율을 높일 수 있는 방안에 대해 좀 더 쉽게 접근할 수 있을 것이다.
본 연구에서는 플라즈마 상태의 하전입자와 중성입자들의 분포와 그에 따른 방전특성을 알아보았다. PDP 셀의 크기를 수치해석공간으로 잡고 각 전극의 위치, 전극에 인가되는 전압의 크기, 방전 가스의 종류에 따른 입자들의 반응식, 유전체 및 형광체의 종류 등에 따라 플라즈마 방전 모델링을 하고, 방전이 일어나는 시간 동안 알맞은 알고리즘을 사용하여 Continuity Equation, Energy Equation, Momentum equation 등의 해를 찾는 과정을 시뮬레이션 코드로 구현하였다. 시뮬레이션 결과를 이미 실험적으로 분석한 결과와 비교하고, 실험적으로 찾아내기에는 한계가 있는 부분을 시뮬레이션을 통해 고찰한 뒤 적용한다.
