CN103617773B - 一种介质保护膜材料的外逸电子测试系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种介质保护膜材料的外逸电子测试方法，包括至少一个用于测试的循环周期T，所述的循环周期T包括如下依次连续进行的电压施加周期，1）激发周期Ts，2）等待周期Tw，3）测试周期TR；检测并记录测试周期中被测等离子体显示屏中显示单元内由工作气体放电过程产生的光信号，同时得到产生光信号时扫描电极Y与维持电极X之间的测试电压之差VD，由公式Vw＝Vf－VD计算得出显示单元中的内部场电压Vw，根据Vw计算得到显示单元中外逸电子的数量，完成对介质保护膜材料外逸电子的一次测试。本发明一种用于实现所述测试方法的介质保护膜材料的外逸电子测试系统，包括驱动电路，光电倍增管，示波器，计算机，控制电路和电源电路。
Description
技术领域
本发明涉及利用气体放电测量微小电子的技术领域，具体为一种介质保护膜材料的外逸电子测试系统及方法。
背景技术
介质保护膜材料以其高抗溅射性，长寿命，高二次电子发射特性被广泛应用于空间、军工、图像增强、测量等领域。其中，介质保护膜在等离子体显示器（PDP，PlasmaDisplayPanel）中的应用尤为重要。PDP主要利用气体放电产生的紫外线激发荧光粉发光，实现字符和图像的显示。根据驱动电压和显示单元的不同，等离子体显示器分为直流和交流放电型。当前，交流等离子体显示器主要采用三电极结构的寻址与显示分离（ADS，AddressDisplaySeparate）驱动方法实现全彩色显示，由于其具有长寿命、高可靠性以及较低的制造成本等特点，已经成为等离子体显示器的主流，以下将三电极交流放电型等离子体显示器称为等离子体显示器（PDP）。
现有技术中，如图1所示，PDP主要由前基板1和后基板2两部分构成。在前基板1内表面上有维持电极X和扫描电极Y两个平行且共面的复合电极。每条复合电极又是由金属电极和氧化铟锡透明电极构成。在前基板1的复合电极和气体放电空间之间还有一层采用低玻粉烧结而成的透明介质层3。介质层3起到了隔离复合电极与放电空间、抑制放电电流的作用。在介质层3表面有一层氧化镁（MgO）材质的介质保护膜4，介质保护膜4主要起到保护介质和电极不受放电离子溅射，延长介质工作寿命的作用。由于介质保护膜4表面的二次电子发射系数比较高，而且能提供一定数量的外逸电子。介质保护膜4还具有降低工作电压、缩短放电延迟、提高器件工作稳定性的作用。在PDP后基板2上依次分布着寻址电极A、后板介质层3、荧光粉层6和障壁5。
PDP维持放电主要在前基板1延水平方向延伸的行排列的维持电极X和扫描电极Y之间进行，放电产生的真空紫外线（VUV）被后基板涂覆的荧光粉层6吸收后转化成可见光从前基板透射出来，形成了显示图像。寻址电极A为分布在后基板2表面且延垂直方向延伸的列排列。扫描电极Y、维持电极X和寻址电极A构成一个二维矩阵，该矩阵的各个交叉点形成了显示单元（像素），等离子体显示屏通过显示单元的放电过程实现正常的图像显示。这种维持电极X和扫描电极Y共面设计的放电结构增加了VUV辐射的空间和放电有效区域，具有较高的放电间隙一致性，且可以避免荧光粉层6直接被VUV轰击。因此，能够提高显示画面亮度均匀性，提高显示屏的发光效率。
如图2所示，PDP主要包括等离子体显示屏、控制电路、扫描驱动电路、维持驱动电路、寻址波形产生电路等基本单元。在PDP正常工作过程中，寻址波形产生电路根据控制电路的控制信号向寻址电极A提供给定的电压Va。扫描驱动电路向扫描电极Y提供给定的电压Vy。维持驱动电路向维持电极X提供给定的电压Vx。
如图3所示，ADS驱动方法的一个完整显示周期由SF1～SF10共10个子场构成，每个子场都由准备期（含普通复位过程t1或全局复位过程t2）、寻址期(寻址过程t3)和维持期(维持过程t4)构成。在ADS驱动方法中，准备期间，维持电极X和扫描电极Y上施加的电压使得显示器各放电单元中壁电荷分布均匀，达到一致的状态。寻址期间，主要是选择需要发光的放电单元和不发光的放电单元。将外加电压波形按照一定的顺序施加到扫描电极Y和需要发光的放电单元的寻址电极A上。维持期间，将维持脉冲交替地施加到扫描电极Y和维持电极X上。使得参与寻址的显示单元空间内产生持续的气体放电激发荧光粉发光。
现有技术中，PDP为了提高发光效率需要使用高Xe（氙）含量的工作气体，这使得采用ADS驱动方法的PDP放电时间（Td）增加，寻址过程中的放电统计时间（Ts）变长。寻址时间增加后，显示图像的维持时间就要相应减少，直接影响显示图像的对比度和亮度，严重时还会造成寻址不准确以及维持误放电，严重妨碍显示画质。特别是伴随着3D显示和4倍高清等新兴显示技术的发展更需要进一步的减少PDP寻址时间。而提高寻址稳定性，减少寻址时间就需要增强介质保护膜材料的外逸电子发射性能，研究高外逸电子发射特性的介质保护膜材料以减少PDP的寻址时间。外逸电子的精准测量是在介质保护膜材料特性研究的一个重要内容。此外，在空间科学、电子测量等领域的高外逸电子发射材料也日益受到重视，成为研究的热点。目前，外逸电子测试过程主要采用直接测试法。
现有技术中PDP外逸电子均采用如图4所示的直接测试法，该测试方法将等离子体显示屏全部显示单元的扫描电极Y、寻址电极A、维持电极X分别连接在一起，然后在扫描电极Y和维持电极X上施加方波，测试寻址电极A上的电流。由于寻址电极A本身基本上不参与放电，其形成的电流可以看作是由于维持电极X和扫描电极Y间气体放电产生的真空紫外光(VUV，Vacuumultraviolet)激发介质保护膜材料上产生的电子发射。将该电流从寻址电极A上引出后，利用电流测试装置进行测试，并将测试结果作为该介质保护膜材料的外逸电子形成电流，从而对其外逸电子发射情况做出判断。
此外，对外逸电子测试还可以通过金属网板抑制介质保护膜材料表面二次电子发射，促进介质保护膜产生微小的外逸电子发射电流的方法来检测外逸电子发射电流，其核心也主要是测试外逸电子产生的电流并加以放大检测。
然而，现有技术中这些外逸电流的测量存在诸多不足之处。以高清PDP为例，其显示单元只有0.81×0.27mm2。测试时，每个显示单元的外逸电子形成电流小于2pA，即便是将大部分显示单元连接在一起，整体电路的外逸电子形成电流也只有几个nA。这种nA级别的电流测试需要专业设备才能进行，这些设备不仅昂贵，而且容易受器件本身交替变化的维持放电所产生的大电流影响，不断出现交替的电流过载现象；特别是外逸电流本身很小，而环境电流噪声相对较大，测试数据易被环境噪声湮没，难以得到准确的测量数值。而部分专利提到的在寻址电极A上连接大阻值的外接电阻，通过电阻的压降来测量外逸电子电流的方法也会因为电阻本身精度以及分布电容影响测试结果的准确性。
现有外逸电子直接测试法的测试结果偏差对于介质膜保护材料的应用会产生一定的影响，需要找到更为准确、实用的测试方法来实现显示单元外逸电子的精准测量。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种介质保护膜材料的外逸电子测试系统及方法，能够降低测试成本，提高测试结果的准确度，实现介质保护膜外逸电子发射性能精确测量。
本发明是通过以下技术方案来实现：
本发明一种介质保护膜材料的外逸电子测试方法，包括至少一个用于测试的循环周期T，所述的循环周期T包括如下依次连续进行的电压施加周期，
1）激发周期Ts；在被测等离子体显示屏的维持电极X和扫描电极Y上交替施加至少包括一个放电周期Tc的激发电压，在一个放电周期Tc内工作气体至少完成一次放电过程；激发电压不小于被测等离子体显示屏内工作气体放电所需的着火电压Vf；
2）等待周期Tw；在激发周期Ts结束后，将维持电极X和扫描电极Y上的施加电压置于等待电压上，等待电压小于被测等离子体显示屏内工作气体放电所需的着火电压Vf；等待时间不大于工作气体放电时产生的外逸电子的存在时间；
3）测试周期TR；在等待周期Tw结束后，在维持电极X和扫描电极Y上分别施加同步上升的测试电压，扫描电极Y与维持电极X之间的测试电压之差Vd逐渐增加且只产生一次工作气体放电过程；
检测并记录被测等离子体显示屏中显示单元内由工作气体放电过程产生的光信号，同时得到产生光信号时扫描电极Y与维持电极X之间的测试电压之差VD，由公式Vw＝Vf－VD计算得出显示单元中的内部场电压Vw，根据Vw计算得到显示单元中外逸电子的数量，完成对介质保护膜材料外逸电子的一次测试。
优选的，激发电压的波形为方波、三角波、梯形波、多脉冲波、正弦波和指数波中的一种或多种的组合；测试电压的波形为斜波、指数波、三角波、梯形波中的一种或多种组合。
优选的，等待时间大于1ms。
优选的，被测等离子体显示屏中的扫描电极Y和维持电极分别短接在一起接连施加电压，寻址电极A短接在一起接地设置。
优选的，通过多次相同循环周期T的重复测试，分别得到对应的多个测试电压之差VD，取平均值做为测试电压之差VD的最终测试结果。
本发明一种用于实现本发明所述测试方法的介质保护膜材料的外逸电子测试系统，包括驱动电路，光电倍增管，示波器，计算机，控制电路和电源电路；所述的驱动电路包括用于提供施加电压的扫描驱动电路和维持驱动电路；扫描驱动电路和维持驱动电路分别对应连接在被测等离子体显示屏上的扫描电极Y和维持电极X上；所述的光电倍增管设置在被测等离子体显示屏中显示单元前面板的图像输出侧，用于检测显示单元内由工作气体放电过程产生的光信号，并将光信号转换为电信号输入到示波器中；所述的示波器还用于测试对应加载在扫描电极Y和维持电极X上的施加电压信号；所述的计算机用于设置施加电压的加载参数，用于接收示波器采集到的一路电信号和二路施加电压信号，以及用于信号数据的计算对比输出；所述的控制电路用于将计算机输出的加载参数转换为开关信号，并与产生的开关控制时序信号一同输出到驱动电路中；所述的电源电路用于为驱动电路和控制电路提供所需电压。
优选的，光电倍增管与显示单元的前面板之间设置有光学辅助系统，光学辅助系统包括至少一组目镜系统，用于使光电倍增管的检测范围聚集到目标显示单元或多个显示单元构成的目标显示区域中。
进一步，目镜系统中叠加设置滤光片。
优选的，电源电路包括可调压式直流稳压电源。
优选的，扫描驱动电路包括用于扫描电极Y上施加电压波形控制的方波电路、上斜波电路和下斜波电路，所述的维持驱动电路包括用于维持电极X上施加电压波形控制的方波电路和斜波电路。
与现有技术相比，本发明所述的外逸电子测试方法具有以下有益的技术效果：
1.通过激发周期内交替施加在维持电极和扫描电极上的激发电压，使得维持电极和扫描电极之间的工作气体放电产生VUV，进而对介质保护膜材料进行激发产生外逸电子；包括多个放电周期的激发电压能够通过每次工作气体的放电不断的累积外逸电子的数量，从而大大的降低了外逸电子的测试难度，同时还能够通过对放电周期数量的调整，实现满足不同的试验需求，控制外逸电子的数量，控制精确，适用范围广。
2.利用工作气体因放电形成的附着在介质保护膜表面的壁电荷存在周期远小于外逸电子的存在周期的特性，在等待周期内施加的低于着火电压的等待电压，使得在等待周期内存在的壁电荷逐步流失，数量减少；通过调整等待周期的等待时间将显示单元中壁电荷对外逸电子测试的影响减到最小，极大的提高了外逸电子在工作气体中空间电荷的占比，从而排除了测试结果中壁电荷的不良影响，保证了测试结果的准确性。
3.通过对施加电压的控制，实现显示单元工作气体的放电，从而产生光信号，利用对光信号的检测，以及对应光信号位置得出扫描电极和维持电极的测试电压之差，从而能够通过固定的气体着火电压和采集计算到的测试电压之差得到内部电场的电压值，由于经等待周期后的内部电场主要由外逸电子形成，因此能够得到外逸电子的数量，测试简单方便；本发明中所采用的是通过对外逸电子产生的光信号的采集以判断气体放电过程的发生，进而得到外逸电子产生的电场，计算得出外逸的电子的数量，实现了对外逸电子测量的间接测试，避免了直接测试中仪器对测试精度的影响；并且由于直接测试的对象是光信号而非电流信号，克服了环境电流噪声对外逸电子微小电流的湮没效应，实现对外逸电子的准确测量，实用性强和测试准确性高，能够很好的应用在不同环境下各种材质的介质保护膜外逸电子测量中。
进一步的，通过对激发电压的限定，降低了测试方法的操作难度，同时通过对测试电压波形的限定，能够方便的满足测试电压同步上升，且测试电压之差增大的要求，降低了计算和操作难度，提高了测试效率。
进一步的，通过等待时间下限的限定，保证了壁电荷的大量流失，使得显示单元内存在的主要为外逸电荷，从而更好的提高了测试的准确性。
进一步的，通过在测试过程中，扫描电极的短接、维持电极的短接，以及寻址电极的短接接地，保证了测试时外逸电子不会受外电路的影响，更好的提高了测试的准确性。
进一步的，通过对测试电压之差多次测量后取平均值的算法，保证了计算数据的正确性，避免了采集数据的随机性，更好的提高了测试的准确性。
本发明所述的测试系统，通过驱动电路实现了对扫描电极和维持电极不同周期内施加电压的输出，利用光电倍增管实现对显示单元中因工作气体放电发出的微弱光信号的采集和转换，从而准确的判断气体放电过程的发生，同步的通过示波器采集工作气体放电时扫描电极和维持电极上施加的测试电压；利用计算机实时动态的调整对应施加电压的加载参数，实现对测试进程的控制，通过控制电路实现加载参数的逻辑时序，得到开关控制时序信号，实现对驱动电路中对应的扫描驱动电路和维持驱动电路的时序控制；系统通用性强，设备成本低，实现简单，不进行直接对外逸电子形成电流的测试，因此避免了设备精度对测试结果的影响，增强了外逸电子测试的准确性和实用性，克服了现有技术中设备电流测试范围和负荷大小对测试的影响。
进一步的，通过目镜系统的设置，能够提高测试系统对显示单元内光信号检测的针对性和准确性，并确保了光信号能够被正常拾取而不被外界信号湮没，从而减小测试误差。
进一步的，利用在目镜系统中叠加设置的滤光片，在使用时还可以在光学系统前面加相应波长的滤光片以过滤环境光对测试结果的影响，提高了对光信号检测的灵敏度。
进一步的，通过对电路的限定，更好的满足了控制电路和驱动电路对高压和低压及其之间转换的需求，保证了测试系统的正常稳定运行。
进一步的，通过对扫描驱动电路和维持驱动电路的设置，能够更好的满足测试时施加电压对波形控制的需求，提高测试的效率，降低操作的难度。
附图说明
图1为现有技术中等离子体显示屏显示单元的横向剖面结构示意图。
图2为现有技术中PDP的基本结构示意图。
图3为现有技术中PDP采用ADS驱动方法的子场构成时间分布图。
图4为现有技术中PDP外逸电子直接测试法示意图。
图5为本发明所述的施加电压的波形示意图。
图6为本发明所述的测试系统结构框图。
图7为本发明所述的驱动电路框图；7a为扫描驱动电路框图，7b为维持驱动电路框图。
图8为本发明所述的显示单元与测试系统的连接示意图。
图9为本发明所述的显示单元放电电压和放电时间的示意图。
图中：1为前基板，2为后基板，3为介质层，4为介质保护膜，5为障壁，6为荧光粉层，7为可见光，8为光学辅助系统，X为维持电极，Y为扫描电极，A为寻址电极。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
本发明一种介质保护膜材料的外逸电子测试方法，如图5所示，其包括至少一个用于测试的循环周期T，所述的循环周期T包括如下依次连续进行的电压施加周期，
1）激发周期Ts；在被测等离子体显示屏的维持电极X和扫描电极Y上交替施加至少包括一个放电周期Tc的激发电压，在一个放电周期Tc内工作气体至少完成一次放电过程；激发电压不小于被测等离子体显示屏内工作气体放电所需的着火电压Vf；从而在维持电极X和扫描电极Y之间形成用于激发外逸电子的VUV气体放电。
2）等待周期Tw；在激发周期Ts结束后，将维持电极X和扫描电极Y上的施加电压置于等待电压上，等待电压小于被测等离子体显示屏内工作气体放电所需的着火电压Vf；等待时间不大于工作气体放电时产生的外逸电子的存在时间；从而减少介质保护膜表面壁电荷，增强外逸电子在放电空间电荷中的数量，等待电压能够选择置零或一个固定的不会引起放电的固定电平位上，本优选实施例中，如图5所示，以等待电压选择置零为例。
3）测试周期TR；在等待周期Tw结束后，在维持电极X和扫描电极Y上分别施加同步上升的测试电压，扫描电极Y与维持电极X之间的测试电压之差Vd逐渐增加且只产生一次工作气体放电过程；检测并记录被测等离子体显示屏中显示单元内由工作气体放电过程产生的光信号，同时得到产生光信号时扫描电极Y与维持电极X之间的测试电压之差VD，由公式Vw＝Vf－VD计算得出显示单元中的内部场电压Vw，根据Vw计算得到显示单元中外逸电子的数量，完成对介质保护膜材料外逸电子的一次测试。实现了对外逸电子所参与的放电过程中的外逸电子测量，将现有技术中的电流测试变为可见光测试，通过检测相应的外加电压变化来提高测试的准确性。
本发明所述测试方法基本原理在于，在显示单元内部放电过程中，气体放电所需的着火电压Vf为外加电压与放电空间内部电荷形成内部电场VW之和。气体放电所需的电压Vf为一定值，在施加电压上对应实际放电产生VUV位置时间点上对应的外加电压，即维持电极X和扫描电极Y上施加电压的电压差VD，而显示单元内部因外逸电子产生的内部场电压VW=Vf–VD。因此，通过在测试周期内因工作气体放电产生VUV光子脉冲的位置以及对应施加电压上的扫描电极和维持电极所加测试电压计算气体放电过程中测试电压之差VD，也就是对应发光点的外加电压，进而可以用着火电压和外加电压算出内部电场VW的电压值。此时内部电场主要由外逸电子形成，得到内部电场VW后就可以得到外逸电子的大小，实现外逸电子测量。
本发明所述测试方法中循环周期的构成机理在于：外逸电子来源于电子和空穴复核过程中的俄歇效应，特别是147nmVUV光子激发到介质保护膜的带隙产生的俄歇电子发射，所以外逸电子具有较长的寿命，且数量受气体放电次数的影响，放电次数越多，外逸电子数量也越多。在本发明中，通过调整周期性放电的放电周期TC的次数就可以调整VUV光子激发的次数，进而增加有效俄歇电子发射，提高外逸电子数量。改变等待周期的时间长度就可以调整测量前外逸电子和壁电荷处于测试周期之前、激发周期之后的等待时间。由于工作气体电路所产生的离子寿命非常短，在等待周期内随时间延续，壁电荷将会流失，而外逸电子寿命较长，经过等待过程后，显示单元内能够存在的电荷主要是外逸电子，从而提高了测量结果的准确性。避免了测量过程中，由于外逸电子本身数量较少，形成的电流很小，被环境电流噪声湮没的问题，通过测量在显示单元内部外逸电子积累形成的内电场对工作气体放电时外加电场的影响，进而测量外逸电子的数量。
优选的，激发电压的波形为方波、三角波、梯形波、多脉冲波、正弦波和指数波中的一种或多种的组合；测试电压的波形为斜波，本优选实施例中，如图5所示，激发电压的波形为方波，测试电压的波形为斜波。
优选的，等待时间大于1ms，此等待时间过后，壁电荷将大量流失，进一步的提高了外逸电荷的占比。在采用本发明所述的测试方法时，被测等离子体显示屏中的扫描电极Y和维持电极分别短接在一起接连施加电压，寻址电极A短接在一起接地设置，以保证测试时外逸电子不会受外电路的影响，提高测试准确性。
优选的，为了保证数据的正确性，通过多次相同循环周期T的重复测试，分别得到对应的多个测试电压之差VD，取平均值做为测试电压之差VD的最终测试结果。
本发明一种用于实现以上所述的测试方法的介质保护膜材料的外逸电子测试系统，如图6所示，其包括驱动电路，光电倍增管，示波器，计算机，控制电路和电源电路；所述的驱动电路包括用于提供施加电压的扫描驱动电路和维持驱动电路；扫描驱动电路和维持驱动电路分别对应连接在被测等离子体显示屏上的扫描电极Y和维持电极X上；所述的光电倍增管设置在被测等离子体显示屏中显示单元前面板的图像输出侧，用于检测显示单元内由工作气体放电过程产生的光信号，并将光信号转换为电信号输入到示波器中；所述的示波器还用于测试对应加载在扫描电极Y和维持电极X上的施加电压信号；所述的计算机用于设置施加电压的加载参数，用于接收示波器采集到的一路电信号和二路施加电压信号，以及用于信号数据的计算对比输出；所述的控制电路用于将计算机输出的加载参数转换为开关信号，并与产生的开关控制时序信号一同输出到驱动电路中；所述的电源电路用于为驱动电路和控制电路提供所需电压。
其中，计算机用于设置外逸电子测试所需施加电压的波形的形状构成、循环次数、持续时间等加载参数，同时还将采集示波器传输的放电位置和放电电压的数据，形成相应的计算结果，以报告的形式输出，从而得出用于对介质保护膜外逸电子发射性能测试的评估报告；驱动电路利用控制电路传输的开关控制时序实现维持、扫描两路驱动电路输出的对应波形的施加电压分别加载到显示屏的维持电极和扫描电极上；示波器单元，用于测试三路信号，其中两路优选的使用高压探头采集扫描电极和维持电极上的施加电压的波形，分析驱动电路工作状态，另一路采用光电倍增仪采集显示单元在测量周期的放电情况，三路数据通过接口传递给计算机分析后形成放电位置和放电时扫描电压数据。光电倍增管将气体放电过程中产生的微弱的光信号转换成电信号以判断气体放电过程的发生，从而准确采集放电过程中维持电极X和扫描电极Y之间的测试电压之差。使用过程中，对于激发周期的每一个放电周期Tc的周期长度和波形上升沿、下降沿的时间长度，以及等待周期的时间参数均可以通过计算机进行参数调整并通过控制电路来实现相应的时序控制，实现对施加电压波形的开始点和结束点的精确控制。
在计算机对控制电路进行施加电压加载相关参数的传递，也就是波形控制参数的传递，优选的能够采用参数表形式，包括各个控制信号的开关状态、相应状态的持续时间以及各种周期性波形的循环时间。该参数表能够对每个信号及其时序进行动态修改，以保证不同工艺参数的显示屏能够有与之适应的波形，实现测试的准确性和稳定性。而计算机对施加电压的控制能够根据需要增加激发周期的循环次数，延长等待周期的时间，调整测试周期的波形斜率，实现对方波、指数、三角等多种波形的选择组合，增加外逸电子发射数量，减小壁电荷对测试结果的影响。满足测试方法对控制的要求，能够实时进行，在计算机界面参数修改后可以通过计算机与控制电路的通讯进行实时修改。
本优选实施例中，如图8所示，光电倍增管与显示单元的前面板之间设置有光学辅助系统，光学辅助系统包括至少一组目镜系统，用于使光电倍增管的检测范围聚集到目标显示单元或多个显示单元构成的目标显示区域中，使得光信号经光电倍增管前端的光学辅助系统8的聚焦、过滤、放大形成毫伏级电压信号进行测试。优选的，目镜系统中叠加设置滤光片以减少环境光对测试结果的影响。
本优选实施例中，电源电路采用包括能够提供低压和高压的可调式直流稳压电源。扫描驱动电路包括用于扫描电极Y上施加电压波形控制的方波电路、上斜波电路和下斜波电路，所述的维持驱动电路包括用于维持电极X上施加电压波形控制的方波电路和斜波电路。
具体的利用本发明所述的测试方法和所述的测试系统进行外逸电子的测试时。
如图5所示，为一次测试的一个循环周期T，在激发周期Ts阶段，通过在维持电极X和扫描电极Y上施加的交替变化的激发电压引起显示单元中工作气体激发放电，该气体放电过程会产生大量VUV光子，VUV光子提供能量并激发介质保护膜固体表面缺陷捕获的电子逸出到放电空间形成外逸电子。同时，气体本身电离后还能够形成附着在介质保护膜表面的壁电荷。在此过程中，维持电极X和扫描电极Y上交替变化进行周期性施加的放电周期Tc的数量决定了气体放电产生壁电荷以及外逸电子的数量。激发电压放电周期Tc越多，外逸电子越多，则更容易测试，因此需要根据实际测试情况对放电周期Tc进行动态调整。具体的，激发周期采用电压幅值VS=200V，所使用的单个放电周期Tc采用占空比为50%的方波构成，周期为20μs，放电周期Tc的数量为50个。
在等待周期Tw阶段，维持电极X和扫描电极Y上施加等待电压，等待电压下工作气体不会发生放电现象，由于壁电荷的存在周期要远小于外逸电子，随着等待时间的增加，壁电荷将会逐步流逝，数量变少，而外逸电子通过在激发周期Ts内不断复合-激发过程，具有较长的存在时间，其数量不会有明显的变化。通过等待周期提高了测试电子中外逸电子的含量，增强了测试信号的准确性。具体的，等待周期中等待电压采用扫描电极Y和维持电极X上的等待电压均置为0V，整个等待周期时间TW=5ms。
在测试周期TR阶段，维持电极X和扫描电极Y分别施加不同形状的斜波座位测试电压，其中扫描电极Y上施加的测试电压电压幅值为VS+VR，维持电极X上施加的测试电压的幅值为VS，并使用光电倍增仪测试扫描电极Y和维持电极X之间放电的起始位置和电压大小。通过测试测试电压之差的数值进而可以计算出外逸电子的数量；具体的，在测试周期TR，扫描电极Y施加的测试电压垂直上升到幅值为VS后，以斜率2V/μs逐步上升到电压VR，VR=200V。此后，扫描电极Y施加的电压垂直下降到幅值为VS，再以斜率1.6V/μs降至0V，维持电极X施加的测试电压以斜率1.4V/μs逐步上升到电压幅值为VS，待扫描电极Y和维持电极X上测试电压分别达到最高点幅值为VS+VR和VS后，维持电极降至0V，在此测试电压的波形下，完成了一个测试周期TR的测试过程。
测试时，采用的测试系统如图6所示，计算机能够适应测试系统对不同介质保护膜材料的测试；电源电路提供驱动电路和控制电路所需的电压，能够采用可调压式大电流直流稳压电源；具体的，控制电路采用具有逻辑处理和接口通讯能力的逻辑控制器件来实现，输出功率器件控制信号为14路，所生成信号的时序最小分辨率为25ns；驱动电路针对本优选实施例具体所述方法和需求设定，结构如图7所示，扫描驱动电路包括：方波电路、上斜波电路、下斜波电路，维持驱动电路包括方波电路和斜波电路。该驱动电路能够产生本发明实施例中提出的施加电压所需要的方波和斜波，驱动电路包括的功率器件均采用额定值至少为150A和300V，本优选实例中采用额定值为160A，350V的高速IGBT或MOSFET开关管，为了满足实际波形电流的需要，部分电路中这些功率器件进行并联使用。对整个施加电压的波形控制通过控制电路产生，控制电路共输出14路逻辑时序信号，分别控制了图7所示的扫描驱动和维持驱动电路中的QerH、QerL、QsusH、QsusL、QrampH、QpassH、QrampL、QpassL等功率器件的开关控制信号，图5和7中的VS=200V、Vsetup=200V、Vy=0V为高压直流，由电源电路单元提供，本实施例中整个循环周期T内施加电压的波形为方波和斜波组合波形。
测试时，测试系统与被测等离子体显示屏的显示单元连接结构如图8所示，光电倍增管借助光学辅助系统8直接施加在显示单元的前基板1上，从而光电倍增管能够测试到维持电极X和扫描电极Y之间的工作气体放电产生的微弱光，并将光信号转换成电信号形成一个高于环境噪声的电脉冲信号。本优选实例中使用的光电倍增管能够拾取到nA级暗电流，具有较高的辐照灵敏度，能够拾取显示单元内放电所产生的光子并放大到毫伏级电压信号传输给示波器，该级别的电压信号能够被示波器正常识别。为了确保该VUV光子信号能够被正常拾取而不被外界信号湮没，在使用时还可以在光学辅助系统叠加中加相应波长的滤光片以过滤环境光对测试结果的影响，提高信号的灵敏度。
测试后得到的数据对应关系如图9所示，在测试周期TR开始后，扫描电极Y上施加的测试电压垂直上升到幅值为VS后开始和维持电极上施加的测试电压以不同斜率的斜波继续同步上升。此时，扫描电极和维持电极上所加电压的电压差逐步增加，外逸电子在显示单元内部积累的电荷VW以及施加的测试电压之差VD之和达到工作气体着火电压Vf后，两电极之间出现暗放电产生VUV光子。此时光电倍增管能够测试到一个发光的亮度峰值，该亮度对应图9扫描电极测试电压波形上的A点和维持电极测试电压波形上C点，测试C点与A点之间的电压VAC就可以计算出气体着火电压Vf和电压VAC之间的压差，这个压差主要由外逸电子在显示单元内部空间积累形成的VW。而且，计算A点和测量周期起始点B之间的t变化规律还能够研究外逸电子对放电稳定性的影响。
根据本发明实施例的技术方案，通过计算机设置相应的波形参数及时序关系提供给控制电路，并由控制电路产生相应的功率器件时序信号在驱动电路中形成相应的测试电压的波形。这种方法能够实现较为灵活、简单的波形控制和产生，并能够根据实际显示屏测试需要，动态调整激发周期内施加电压的放电周期内波形的形状、数量和时间长度。这种采用参数设置控制测试波形产生的方法，对研究不同施加电压的波形下，也就是驱动波形下，外逸电子发射性能的变化以及提高外逸电子发射数量，增加测试准确度具有积极的意义。
在本发明的实施方案中，测量主要围绕着在扫描和维持电极斜波上形成暗放电点时维持和扫描电极之间的电压差进行的，该电压差反映了在激发周期形成的外逸电子数量的多少，虽然外逸电子数量不足以产常规设备测试所需的电流，但在显示单元内部可以极大的改变放电时施加的测试电压之差VD。此外，通过光学辅助系统，能够将外逸电子发射的研究集中在所需的具体显示单元或具体区域，所得结果能够排除环境噪声干扰，具有较高的准确性和信噪比，对研究显示屏介质保护膜材料外逸电子发射具有重要的意义。
显然，本领域技术人员应该明白，上述发明的各个模块或步骤可以通过多种相关设备、装置来实现，它们可以组合在一个装置内部或分布在多个装置构成的网络上，甚至固化成电路模块来实现。因此，本发明不限制于任何特定的硬件和软件的结合。
本实施例仅给出了部分具体的应用例子，属于本发明优选实施例，并不用于限制本发明。对于相关技术研究的本领域技术人员而言，本发明尚有多种更改和变化。凡在被发明权利要求范围之内，据上述实施例设计出不同的激发周期、等待周期及测量周期的相关施加电压的波形以及在现有技术上进行修改、等同替换、改进等形成的多种变形测试装置和测试方法，均应涵盖在本发明的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种介质保护膜材料的外逸电子测试方法，包括至少一个用于测试的循环周期T，其特征在于，所述的循环周期T包括如下依次连续进行的电压施加周期，
1)激发周期Ts；在被测等离子体显示屏的维持电极X和扫描电极Y上交替施加至少包括一个放电周期Tc的激发电压，在一个放电周期Tc内工作气体至少完成一次放电过程；激发电压不小于被测等离子体显示屏内工作气体放电所需的着火电压Vf；
2)等待周期Tw；在激发周期Ts结束后，将维持电极X和扫描电极Y上的施加电压置于等待电压上，等待电压小于被测等离子体显示屏内工作气体放电所需的着火电压Vf；等待时间不大于工作气体放电时产生的外逸电子的存在时间；
3)测试周期TR；在等待周期Tw结束后，在维持电极X和扫描电极Y上分别施加同步上升的测试电压，扫描电极Y与维持电极X之间的测试电压之差Vd逐渐增加且只产生一次工作气体放电过程；
检测并记录被测等离子体显示屏中显示单元内由工作气体放电过程产生的光信号，同时得到产生光信号时扫描电极Y与维持电极X之间的测试电压之差VD，由公式Vw＝Vf－VD计算得出显示单元中的内部场电压Vw，根据Vw计算得到显示单元中外逸电子的数量，完成对介质保护膜材料外逸电子的一次测试。
2.根据权利要求1所述的一种介质保护膜材料的外逸电子测试方法，其特征在于，所述的激发电压的波形为方波、三角波、梯形波、多脉冲波、正弦波和指数波中的一种或多种的组合；测试电压的波形为斜波、指数波、三角波、梯形波中的一种或多种组合。
3.根据权利要求1所述的一种介质保护膜材料的外逸电子测试方法，其特征在于，所述的等待时间大于1ms。
4.根据权利要求1所述的一种介质保护膜材料的外逸电子测试方法，其特征在于，所述的被测等离子体显示屏中的扫描电极Y和维持电极分别短接在一起接连施加电压，寻址电极A短接在一起接地设置。
5.根据权利要求1所述的一种介质保护膜材料的外逸电子测试方法，其特征在于，通过多次相同循环周期T的重复测试，分别得到对应的多个测试电压之差VD，取平均值做为测试电压之差VD的最终测试结果。
6.一种用于实现如权利要求1所述的测试方法的介质保护膜材料的外逸电子测试系统，其特征在于，包括驱动电路，光电倍增管，示波器，计算机，控制电路和电源电路；
所述的驱动电路包括用于提供施加电压的扫描驱动电路和维持驱动电路；扫描驱动电路和维持驱动电路分别对应连接在被测等离子体显示屏上的扫描电极Y和维持电极X上；
所述的光电倍增管设置在被测等离子体显示屏中显示单元前面板的图像输出侧，用于检测显示单元内由工作气体放电过程产生的光信号，并将光信号转换为电信号输入到示波器中；
所述的示波器还用于测试对应加载在扫描电极Y和维持电极X上的施加电压信号；
所述的计算机用于设置施加电压的加载参数，用于接收示波器采集到的一路电信号和二路施加电压信号，以及用于信号数据的计算对比输出；
所述的控制电路用于将计算机输出的加载参数转换为开关信号，并与产生的开关控制时序信号一同输出到驱动电路中；
所述的电源电路用于为驱动电路和控制电路提供所需电压。
7.根据权利要求6所述的一种介质保护膜材料的外逸电子测试系统，其特征在于，所述的光电倍增管与显示单元的前面板之间设置有光学辅助系统，光学辅助系统包括至少一组目镜系统，用于使光电倍增管的检测范围聚集到目标显示单元或多个显示单元构成的目标显示区域中。
8.根据权利要求7所述的一种介质保护膜材料的外逸电子测试系统，其特征在于，所述的目镜系统中叠加设置滤光片。
9.根据权利要求6所述的一种介质保护膜材料的外逸电子测试系统，其特征在于，所述的电源电路采用可调压式直流稳态电压。
10.根据权利要求6所述的一种介质保护膜材料的外逸电子测试系统，其特征在于，所述的扫描驱动电路包括用于扫描电极Y上施加电压波形控制的方波电路、上斜波电路和下斜波电路，所述的维持驱动电路包括用于维持电极X上施加电压波形控制的方波电路和斜波电路。
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