A Study on the Characteristics on a Discharge Cell by the Electrode Gap Using 2-D Simulation

2차원 시뮬레이션을 이용한 전극 간격에 따른 방전셀 내부의 특성 연구

Abstract

Although different types of discharge cells exist, in common it is the primary goal for all discharge cells to have lower drive voltages and higher efficiency characteristics. To improve these factors, many studies are conducted that prolong the discharge path inside the discharge cell or change the composition of the working gas. In this paper, the two-dimensional fluid simulation was used to calculate the discharge voltage (firing voltage and sustain voltage) and the change in luminance and luminous efficacy according to the change in gap distance between discharge electrodes. In addition, we looked at changes in various charged particles, exciting particles and VUV particles, and studied the causes of the resulting values.

다양한 종류의 방전 셀이 존재하고 있지만, 공통적으로 모든 방전 셀은 보다 낮은 구동 전압에서 보다 높은 효율 특성을 가지는 것을 우선적인 목표로 한다. 이러한 특성 개선을 위해 방전셀 내부의 방전 경로를 길게 하거나 구동 가스의 성분을 변화시키는 연구가 많이 이루어진다. 본 논문에서는 2차원 유체 시뮬레이션을 이용하여 방전전극 사이의 간격에 따른 방전전압 (개시전압 및 유지전압) 및 휘도와 효율의 변화를 계산하였다. 또한, 다양한 하전입자와 여기입자 및 파장별 진공자외선의 변화를 살펴보고 휘도와 효율의 원인을 연구해 보았다.

Fig. 1. Cell structure used in the simulation. 그림 1. 시뮬레이션에 사용된 방전셀의 구조

Fig. 2. Variation of discharge voltage as a function of electrode gap and frequency. 그림 2. 전극 간격과 주파수에 따른 방전 전압의 변화

Fig. 3. Variation of (a) luminance and (b) luminous efficacy as a function of electrode gap. 그림 3. 50kHz 구동 주파수에서 전극 간격에 따른 (a) 휘도와 (b) 발광효율의 변화

Fig. 4. Variation of the charged particles(electron, Xe⁺, Ne⁺, Xe₂⁺, XeNe⁺) as a function of electrode gap. 그림 4. 전극 간격에 따른 하전입자들 (전자，Xe⁺, Ne⁺, Xe₂⁺, XeNe⁺)의 변화

Fig. 5. Variation of the exciting particles(Xe^*3P₁, Xe^*3P₂, Xe₂^*, Xe^**) as a function of electrode gap 그림 5. 전극 간격에 따른 여기입자들(Xe^*3P₁, Xe^*3P₂, Xe₂^*, Xe^**)의 변화

Fig. 6. Variation of the VUV by 147㎚, 150㎚, 173㎚ as a function of electrode gap. 그림 6. 전극 간격에 따른 147㎚, 150㎚, 173㎚ 자외선의 변화

Table 1. the specification of test discharge cell. 표 1. 테스트 방전 셀의 스펙