Microplasma discharge striation in the PDP cell
Striation structures formation was investigated for microplasma discharge inside coplanar dielectric cell via particles
 in cells (PiC) method. These inhomogeneities appear in the discharge current pulse forefront before the sharp maximum
 of electron current to coplanar anode. Stria...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Вопросы атомной науки и техники |
|---|---|
| Дата: | 2011 |
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Англійська |
| Опубліковано: |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
2011
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/90949 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Microplasma discharge striation in the PDP cell / O.I. Kelnyk, O.V. Samchuk // Вопросы атомной науки и техники. — 2011. — № 1. — С. 134-136. — Бібліогр.: 7 назв. — англ. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860150807907794944 |
|---|---|
| author | Kelnyk, O.I. Samchuk, O.V. |
| author_facet | Kelnyk, O.I. Samchuk, O.V. |
| citation_txt | Microplasma discharge striation in the PDP cell / O.I. Kelnyk, O.V. Samchuk // Вопросы атомной науки и техники. — 2011. — № 1. — С. 134-136. — Бібліогр.: 7 назв. — англ. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Вопросы атомной науки и техники |
| description | Striation structures formation was investigated for microplasma discharge inside coplanar dielectric cell via particles
in cells (PiC) method. These inhomogeneities appear in the discharge current pulse forefront before the sharp maximum
of electron current to coplanar anode. Striation structures are formed as ion bunches and they are related with the
disturbance of the potential relief near the address electrode. Formation of these structures corresponds to the increase
of electrons' number in the high energy band.
Досліджувалося утворення неоднорідностей для мікроплазмового розряду в копланарній діелектричній
комірці шляхом моделювання методом великих частинок (PiC). Такі неоднорідності виникають на передньому
фронті імпульсу розрядного струму перед різким максимумом електронного струму на копланарному аноді.
Неоднорідності формуються як іонні згустки і пов'язані зі збуренням профілю потенціалу поблизу адресного
електроду. Формування таких структур пов'язане із збільшенням кількості електронів у високоенергетичній
частині розподілу за швидкостями.
Исследовалось образование неоднородностей для микроплазменного разряда в копланарной
диэлектрической ячейке путем моделирования методом крупных частиц (PiC). Такие неоднородности
возникают на переднем фронте импульса разрядного тока перед резким максимумом электронного тока на
копланарном аноде. Неоднородности формируются как ионные сгустки и связаны с возмущением профиля
потенциала вблизи адресного электрода. Формирование таких структур связано с возрастанием количества
электронов в высокоэнергетической части распределения по скоростям.
|
| first_indexed | 2025-12-07T17:51:47Z |
| format | Article |
| fulltext |
MICROPLASMA DISCHARGE STRIATION IN THE PDP CELL
O.I. Kelnyk, O.V. Samchuk
Taras Shevchenko National University of Kiev, Radio Physics Faculty, Kiev, Ukraine
E-mail: oles@univ.kiev.ua
Striation structures formation was investigated for microplasma discharge inside coplanar dielectric cell via particles
in cells (PiC) method. These inhomogeneities appear in the discharge current pulse forefront before the sharp maximum
of electron current to coplanar anode. Striation structures are formed as ion bunches and they are related with the
disturbance of the potential relief near the address electrode. Formation of these structures corresponds to the increase
of electrons' number in the high energy band.
PACS: 52.65.-y, 52.77.-j, 52.80.-s
1. INTRODUCTION
Microdischarges (microplasma discharges) are applied
as energy sources for luminescence in the cells of plasma
display panels (PDP, [1]). So the energetic efficacy
improvement for such a discharges is very important
problem for practical application. It is well known that
discharges are more energetically efficient for
luminescence purpose if the energy distribution function
for charged particles becomes non-maxwellian with more
particles at higher energies capable for excitation and
ionization. One of the ways to obtain such a non-
maxwellian distribution is using a plasma with striation
structures when the charged particles can be accelerated
between plasma spatial structures. Striation of glow-like
gas discharge is a well-known experimental fact [2, 3] so
this work is devoted to investigation of microdischarge
striation for the dielectric PDP cell. Such an investigation
might show a possibility of PDPs improvement via the
increase of their energetic efficacy.
Phenomenon of striation structure appearance in the
microdischarges inside the cell with dielectrically covered
electrodes was investigated in [2, 4-6] via computer
simulation. These structures usually appear in the anode
region and their central maxima move towards the
cathode. Striation structures' number and maximal density
disturbance depend on gas mixture consistence (neon and
xenon mixture is characteristic for most PDPs) and
pressure [2,4]. Typical scenery of the striation structures
formation usually begins at the first discharge phase when
electrons are accumulated on the dielectric surface near
anode and positive charge cloud is formed upon that
surface. For such a conditions, field in the address
electrode direction is shielded and electric field
component along that electrode becomes a main factor of
electrons' acceleration. This component increases during
the striation structures formation. Striation structures are
initially formed as small ion spatial distribution
disturbances, but later such a disturbances increase and
these structures become visible on the potential profile.
Authors of [2] noticed that negative charge fluctuation
appears near anode and have much less influence in other
regions and, consequently, striation formation is strongly
depend on this fluctuation.
Main goal of the present work is the investigation of
microdischarge striation for the typical PDP dielectric cell
in order to find a way to increase its energetic efficacy.
2. SIMULATION PARAMETERS
In this work striation structure investigation was
carried out using our original 2D electrostatic code for
particle-in-cell (PiC) weakly ionized plasma simulation
[7]. Neon (95%) and xenon (5%) gas mixture was
considered with 500 Torr total pressure. More than 100
most important elementary processes were taken into
account via Monte-Carlo method. Simulations were
carried out for coplanar PDP cell (see [1]) with 200 µm
height and 700 µm width. Negative driving voltage was
applied to one of the coplanar electrodes (coplanar
cathode c1) at the top of cell, another coplanar electrode
(coplanar anode c2) was grounded as well as address
electrode (a) located at the bottom of cell. All electrodes
were coated with dielectric sheath. Secondary ion-
electron emission from the dielectric walls was taken into
account.
Fig. 1. Current waveforms on c1 and c2 electrodes
for the driving voltage 290 V
3. RESULTS AND DISCUSSION
Striation structure formation was investigated for the
driven voltage band from 190 to 290 V (discharge
formation is most effective for that voltages) with 10 V
step. For most voltages those structures initially appear on
charge density and potential profiles at first phase of
microplasma discharge formation, which corresponds to
the forefront of the discharge current pulse on coplanar
anode (c2) or interval before the first maximum (plateau,
growth rate disturbance) on the forefront of current pulse
on coplanar cathode (c1).
134 PROBLEMS OF ATOMIC SCIENCE AND TECHNOLOGY. 2011. № 1.
Series: Plasma Physics (17), p. 134-136.
Fig. 2. Electric charge density spatial profile for time points: 62 ns (a), 68 ns (b), 72 ns (c), 93 ns (d)
Fig. 3. Electric potential spatial profile for time points: 62 ns (a), 68 ns (b), 72 ns (c), 93 ns (d)
All inhomogeneities in the striation structure was
formed sequentially one after another. The first (main) ion
bunch corresponds to the discharge main column and is
formed between c1 and a electrodes. Real striation begins
from the second ion bunch that appears near a electrode in
the direction of c2 electrode. All additional ion bunches
appear in that direction. In the simulation, for discharge
driving voltage of 190 V striation structures did not
appear. For 200 V first additional ion bunch becomes
visible (more expressed for the 210 V). For the voltages
from 220 to 290 V two additional bunches were formed as
well as corresponding maxima at the potential profile.
Note that in our simulation we considered that
discharge anode and cathode are not located in one plane
(potential configuration was defined by the real PDP cell
described above), contrary to [2, 4-6]. Practically,
electrodes were located one opposite to another as in the
matrix cell geometry so the discharge ignition and
striation structures' formation proceed in the
corresponding way. Initial and secondary electrons
moving from coplanar cathode c1 to complex anode (that
consists of coplanar anode c2 and address electrode a)
over the main discharge region, ionizing neutrals and
finally being accumulated on dielectric walls and
shielding applied voltage.
On Fig. 1 one can see c1 and c2 current waveforms for
290 V discharge driving voltage. Time points A(62ns),
B(68ns), C(72ns), and D(93ns) correspond to different
stages of striation structure formation. Fig. 2 shows the
charge density spatial distribution at those moments and
Fig. 3 shows the corresponding electric potential profiles.
Time point A lies in the interval where c1 current begins
to increase significantly while the c2 current is yet
negligible. One can see that charge density profile
contains only main discharge column (see Fig. 2, a). Lots
of positively charged ions remain in the cell volume but
significant amount of negative charges are stored on the
dielectric wall near a electrode. Potential profile also has
not any striation structures (see Fig. 3, a).
At the next stage, electrons' numbers in the discharge
volume is increased, due to the growth of positive charges
amount inside the main column. At the time point B, one
can see the dark spot in the centre of the main positive
column at the charge density spatial profile (see Fig. 2, b).
135
Fig. 4. Electrons' velocity distribution function (a) and
its difference from nearest maxwellian function (b) for
the time point 68 ns
As a result, electron current on the second coplanar
electrode increases quickly. Also, the first additional
striation bunch is formed (positive spot to the right from
the main column at Fig. 2, b, local potential maximum on
Fig. 3, b). One can see the formation of another ion bunch
on Fig. 2, c and Fig. 3, c (point C on current waveform on
Fig. 1). For this striation structure formation time is about
10 ns. At the moment D, inhomogeneity magnitude in the
striation structure strongly decreases (see Fig. 2, d;
Fig. 3, d) and this structure practically disappears at the
time about 110 ns.
Striation structures are formed much faster when the
driving voltage increases. For 290 V, one bunch can be
formed during 10 ns. For smaller voltages, this time
increases: e.g. 90 ns for 270 V and 150 ns for 230 V.
Fig. 4 shows the electrons' velocity distribution
function and its difference from the nearest maxwellian
function at the moment of maximal striation
inhomogeneity. One can see that this distribution is
significantly non-maxwellian for the high energy band
where electrons are capable for effective ionization and
excitation. So the striation structures' formation can
increase the energetic efficacy of the microplasma
discharge.
REFERENCES
1. J.P Boeuf. Plasma display panels: physics, recent
developments and key issues// Journal of Physics D:
Applied Physics. 2003, v. 36, p. R53–R79.
2. Chae Hwa Shon, Jae Koo Lee. Striation phenomenon in
the plasma display panel// Physics of Plasmas. 2001,
v. 8, N 3, p. 1070.
3. Jun-Seok Oh, Osamu Sakai, Kunihide Tachibana.
Influence of sustaining frequency on the production
efficiency of excited Xe atoms studied in unit cell
microplasma for ACPDPs using spectroscopic
diagnostics// Journal of the SID. 2007, v. 15/5, p.297-
308.
4. F. Iza, S.S. Yang, H.C. Kim, J.K. Lee. The mechanism
of striation formation in plasma display panels// Journal
of Applied Physics. 2005, v. 98, p. 043302.
5. Feng Shuo, He Feng, Ouyang Ji-Ting. Mechanism of
Striation in Dielectric Barrier Discharge//
Chin. Phys. Lett. 2007, v. 24, N 8, p.2305-2307.
6. V.N. Khudik, V.P. Nagorny, A. Shvydky. Three-
dimensional PIC/MC simulations of the sustain
discharge pulse in an ACPDP// Journal of the SID.
2005, v. 13/2, p. 147-153.
7. O.V. Samchuk, O.I. Kelnyk, I.O. Anisimov. Pulse
Discharge in the Dielectric Cell: Simulation via PIC
Method // Problems of Atomic Science and Technology.
Series "Plasma Physics" (13). 2007, N 1, p. 148-150.
Article received 14.09.10
ОБРАЗОВАНИЕ НЕОДНОРОДНОСТЕЙ МИКРОПЛАЗМЕННОГО РАЗРЯДА
В ЯЧЕЙКЕ ПЛАЗМЕННОГО ДИСПЛЕЯ
О.И. Кельник, О.В. Самчук
Исследовалось образование неоднородностей для микроплазменного разряда в копланарной
диэлектрической ячейке путем моделирования методом крупных частиц (PiC). Такие неоднородности
возникают на переднем фронте импульса разрядного тока перед резким максимумом электронного тока на
копланарном аноде. Неоднородности формируются как ионные сгустки и связаны с возмущением профиля
потенциала вблизи адресного электрода. Формирование таких структур связано с возрастанием количества
электронов в высокоэнергетической части распределения по скоростям.
УТВОРЕННЯ НЕОДНОРІДНОСТЕЙ МІКРОПЛАЗМОВОГО РОЗРЯДУ
В КОМІРЦІ ПЛАЗМОВОГО ДИСПЛЕЮ
О.І. Кельник, О.В. Самчук
Досліджувалося утворення неоднорідностей для мікроплазмового розряду в копланарній діелектричній
комірці шляхом моделювання методом великих частинок (PiC). Такі неоднорідності виникають на передньому
фронті імпульсу розрядного струму перед різким максимумом електронного струму на копланарному аноді.
Неоднорідності формуються як іонні згустки і пов'язані зі збуренням профілю потенціалу поблизу адресного
електроду. Формування таких структур пов'язане із збільшенням кількості електронів у високоенергетичній
частині розподілу за швидкостями.
136
O.I. Kelnyk, O.V. Samchuk
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-90949 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1562-6016 |
| language | English |
| last_indexed | 2025-12-07T17:51:47Z |
| publishDate | 2011 |
| publisher | Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Kelnyk, O.I. Samchuk, O.V. 2016-01-06T11:57:40Z 2016-01-06T11:57:40Z 2011 Microplasma discharge striation in the PDP cell / O.I. Kelnyk, O.V. Samchuk // Вопросы атомной науки и техники. — 2011. — № 1. — С. 134-136. — Бібліогр.: 7 назв. — англ. 1562-6016 PACS: 52.65.-y, 52.77.-j, 52.80.-s https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/90949 Striation structures formation was investigated for microplasma discharge inside coplanar dielectric cell via particles
 in cells (PiC) method. These inhomogeneities appear in the discharge current pulse forefront before the sharp maximum
 of electron current to coplanar anode. Striation structures are formed as ion bunches and they are related with the
 disturbance of the potential relief near the address electrode. Formation of these structures corresponds to the increase
 of electrons' number in the high energy band. Досліджувалося утворення неоднорідностей для мікроплазмового розряду в копланарній діелектричній
 комірці шляхом моделювання методом великих частинок (PiC). Такі неоднорідності виникають на передньому
 фронті імпульсу розрядного струму перед різким максимумом електронного струму на копланарному аноді.
 Неоднорідності формуються як іонні згустки і пов'язані зі збуренням профілю потенціалу поблизу адресного
 електроду. Формування таких структур пов'язане із збільшенням кількості електронів у високоенергетичній
 частині розподілу за швидкостями. Исследовалось образование неоднородностей для микроплазменного разряда в копланарной
 диэлектрической ячейке путем моделирования методом крупных частиц (PiC). Такие неоднородности
 возникают на переднем фронте импульса разрядного тока перед резким максимумом электронного тока на
 копланарном аноде. Неоднородности формируются как ионные сгустки и связаны с возмущением профиля
 потенциала вблизи адресного электрода. Формирование таких структур связано с возрастанием количества
 электронов в высокоэнергетической части распределения по скоростям. en Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України Вопросы атомной науки и техники Низкотемпературная плазма и плазменные технологии Microplasma discharge striation in the PDP cell Утворення неоднорідностей мікроплазмового розряду в комірці плазмового дисплею Образование неоднородностей микроплазменного разряда в ячейке плазменного дисплея Article published earlier |
| spellingShingle | Microplasma discharge striation in the PDP cell Kelnyk, O.I. Samchuk, O.V. Низкотемпературная плазма и плазменные технологии |
| title | Microplasma discharge striation in the PDP cell |
| title_alt | Утворення неоднорідностей мікроплазмового розряду в комірці плазмового дисплею Образование неоднородностей микроплазменного разряда в ячейке плазменного дисплея |
| title_full | Microplasma discharge striation in the PDP cell |
| title_fullStr | Microplasma discharge striation in the PDP cell |
| title_full_unstemmed | Microplasma discharge striation in the PDP cell |
| title_short | Microplasma discharge striation in the PDP cell |
| title_sort | microplasma discharge striation in the pdp cell |
| topic | Низкотемпературная плазма и плазменные технологии |
| topic_facet | Низкотемпературная плазма и плазменные технологии |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/90949 |
| work_keys_str_mv | AT kelnykoi microplasmadischargestriationinthepdpcell AT samchukov microplasmadischargestriationinthepdpcell AT kelnykoi utvorennâneodnorídnosteimíkroplazmovogorozrâduvkomírcíplazmovogodispleû AT samchukov utvorennâneodnorídnosteimíkroplazmovogorozrâduvkomírcíplazmovogodispleû AT kelnykoi obrazovanieneodnorodnosteimikroplazmennogorazrâdavâčeikeplazmennogodispleâ AT samchukov obrazovanieneodnorodnosteimikroplazmennogorazrâdavâčeikeplazmennogodispleâ |