A new flat dark discharge lamp for backlight applications based on electron-excited-phosphor luminescence

par Yuan Zhang

Thèse de doctorat en Génie électrique

Sous la direction de Georges Zissis.

Soutenue en 2014

à Toulouse 3 .


  • Résumé

    Les sources lumineuses électriques ont été développées il y a environ 200 ans. D'une manière générale, ils se décomposent en trois classes : lampe à incandescence, lampes à décharge et lampe à l'état solide. La FDDL (Flat Dark Discharge Lamp), qui fait l'objet de cette thèse, appartient à la famille des lampes à décharge dans laquelle le mercure n'est pas utilisé. Ainsi, elle est considérée comme une technologie très prometteuse pour l'environnement. Son fonctionnement repose sur le principe de la lampe à décharge basse pression et celui du CRT (Cathode Ray Tube). Toutefois, son mécanisme d'allumage est nouveau par rapport aux lampes à décharge traditionnels, qui fonctionnent en régime d'arc ou en régime de luminescence. En outre, elle emploie le phosphore qui est largement appliquée dans le CRT. Il convient de souligner que la pression du gaz est inférieure à la pression du mercure dans les lampes basse pression et qu'elle est plus élevée dans le CRT ou FED (Field Emission Display). Cette pression permet de maintenir la lampe à une haute tension. C'est ainsi que les électrons, obtenus par l'ionisation des atomes dans le gaz, seront accélérés ce qui va exciter la substance fluorescente (phosphore). En tant que nouveau candidat, vert et sans mercure, pour l'application dans le domaine du rétro-éclairage, des recherches pour son optimisation doivent être envisagées. La FDDL fonctionne en dépression, en espace de décharge étroit et dans un champ électrique élevé. Dans un tel état il existe certaines caractéristiques communes avec la décharge Townsend, qui pourront nous aider à faire de simples calculs. Le canal étroit de la décharge est d'autant plus petit que l'épaisseur de la région cathode chute. Comme il n'y a pas assez de collisions qui se produisent avant que les électrons interagissent avec le phosphore de la surface anodique, Le libre parcours moyen d'excitation et d'ionisation a été utilisé pour prédire la relation entre les espèces et la pression du gaz de décharge, la distance d'espacement et de la tension appliquée. Cette étude pourrait donner quelques indications quantitatives pour l'amélioration de la lampe FDDL. Ajoutons également, des mesures sur des échantillons FDDL, remplis avec du néon, qui aident à connaître certaines caractéristiques de la lampe, y compris l'uniformité de la luminosité, la réponse de phosphore et de la distribution thermique à la surface. Le vert émit par le phosphore n'a pas de réponse aux longueurs d'ondes d'excitation 650 nm et 532 nm, mais pourrait être excité dans le violet (405 nm). Par ailleurs, nous avons examiné l'influence de différents gaz tampon à différentes pressions, se trouvant à la sortie d'émission globale. De plus, on s'est intéressé à la région fine et inexplorés entre la décharge Townsend (excitation électronique des luminophores) et la décharge luminescente (excitation par collision des électrons avec gaz tampon). A ces régions, les deux mécanismes peuvent contribuer à la production globale et le contrôle pour les effets d'éclairage dynamique.

  • Titre traduit

    Etude des lampes à décharge sombre dont le rayonnement provient des lumiphores excitées par électrons : application au rétro-éclairage


  • Résumé

    Electrical light sources have been developed for about 200 years. There are three generation light sources : incandescent lamp, discharge lamp and solid state lamp. The flat dark discharge lamp (FDDL) lamp studied in this thesis is a new kind of discharge lamp in which no mercury is used. It borrows the ideas from the general low pressure discharge lamp and the cathode ray tube (CRT). Its lighting mechanism is brand new compared with the traditional discharge lamps which generally work in the glow or arc discharge regime. It employs the phosphor which is widely applied in the CRT. The gas pressure is lower than the general low pressure mercury lamp and higher than that in the CRT or FED (Field Emission Display). This pressure can maintain high lamp voltage to accelerate electrons to excite the phosphor while the ionization of gas atoms produces electrons in the space. As a new candidate for the green backlight application, an optimum working condition needs to be explored. The FDDL works in low pressure, narrow discharge gap and high reduced electrical field. In such a condition it has some common feature with the Townsend discharge, which could help us to make some simple calculation. The narrow discharge gap is even smaller than the thickness of the cathode-fall region. As no sufficient collisions happen before the electrons hit anode phosphor, in this study the mean free path of excitation and ionization are used to predict the relation between the gas species, gas pressure, discharge gap distance and applied voltage, which could give some quantitative guide for improving the FDDL lamp. Measurements on FDDL samples which is filled with neon help to know about some characteristics of the lamp, including brightness uniformity, phosphor response and thermal distribution on the surface. The phosphor emitting green light has no response to 650 nm and 532 nm photon excitation but could be excited by violet (405 nm) light. Moreover we have investigated the contribution of different buffer gases with different pressures to the overall emission output as we explored the fine and uncharted region between Townsend discharge (electron excitation of the phosphors) and glow discharge (electron impact excitation of the buffer gas) where both mechanisms can contribute to the overall output and controlled for dynamic lighting effects.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (112 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 108-110

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