JP5301861B2 - Electron emission characteristic analysis system and analysis method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電子放出特性の解析技術に関し、特に、プラズマディスプレイパネル(以下、「PDP」と称する)や不純物準位の計測装置における酸化膜材料(MgO等)、イオン結晶材料、及び半導体材料等の電子放出源に対する電子放出特性の解析システム及び解析方法に関する。 The present invention relates to an electron emission characteristic analysis technique, and in particular, an oxide film material (such as MgO), an ion crystal material, and a semiconductor material in a plasma display panel (hereinafter referred to as “PDP”) or an impurity level measurement device. The present invention relates to an analysis system and an analysis method for electron emission characteristics of various electron emission sources.
近年、大画面薄型カラー表示装置として、PDPの開発が進められている。 In recent years, PDP has been developed as a large-screen thin color display device.
例えば、図18に示すように、3電極構造のAC面放電型PDPが広く開発されている。AC面放電型PDPでは、2枚のガラス基板、即ち、前面基板1501および背面基板1508が対向配置され、それらの間隙が放電空間1513となる。放電空間1513には、放電ガスとなるHe、Ne、Xe、Ar等の混合ガスが数百〜6百Тorr以上の圧力で封入されている。表示面側になる前面基板1501の下面には、並置されたX電極1502とY電極1503からなる維持放電電極対が形成され、駆動電圧を繰り返し印加して継続的な発光を行うために用いられる。通常、X電極、Y電極は、透明電極と透明電極の導電性を補う不透明電極から構成される。即ち、X電極は、X透明電極1502−1,1502−2……と、不透明なXバス電極1504−1,1504−2……とから構成され、Y電極は、Y透明電極1503−1,1503−2……と、不透明なYバス電極1505−1,1505−2……とから構成される。
For example, as shown in FIG. 18, an AC surface discharge type PDP having a three-electrode structure has been widely developed. In the AC surface discharge type PDP, two glass substrates, that is, a
これらの維持放電電極は、前面誘電体1506によって被覆され、誘電体表面には酸化マグネシウム(MgO)等の保護膜1507が形成される。MgOは、二次電子放出係数が高いため、放電により発生したHe、Ne、Xe、Ar等のイオンがMgOに衝突すると電子が放出され、放電を強める働きがあり、放電開始電圧を低下させる。また、MgOは、耐スパッタ性に優れており、放電により発生したHe、Ne、Xe、Ar等のイオンが前面誘電体1506に直接衝突してダメージを与えることから前面誘電体1506を保護する役割がある。
These sustain discharge electrodes are covered with a front dielectric 1506, and a
一方、背面基板1508の上面には、維持放電電極と直交方向に、アドレス放電のためのアドレス電極またはアドレス電極(以下、単に、「A電極」と称する)1509が設けられている。このA電極1509は背面誘電体1510によって被覆され、この背面誘電体1510の上には隔壁1511がA電極1509を挟み込むように設けられている。さらに、隔壁1511の壁面と背面誘電体1510の上面によって形成される凹領域内には蛍光体1512が塗布されている。
On the other hand, an address electrode for address discharge or an address electrode (hereinafter simply referred to as “A electrode”) 1509 is provided on the upper surface of the
これらの構成において、維持放電電極対とA電極との交差部が1つの放電セル空間に対応しており、この放電セルは二次元状に約2000×2000のマトリックス構造に配列されている。カラー表示の場合には、赤、緑、青色蛍光体が塗布された3種の放電セルを一組として1画素を構成する。 In these configurations, the intersection between the sustain discharge electrode pair and the A electrode corresponds to one discharge cell space, and the discharge cells are arranged in a two-dimensional matrix structure of about 2000 × 2000. In the case of color display, one pixel is constituted by a set of three types of discharge cells coated with red, green, and blue phosphors.
次に、PDPの動作について説明する。 Next, the operation of the PDP will be described.
PDPの発光の原理は、放電ガスからX、Y電極間に印加する駆動電圧によって電子とイオンからなるプラズマを発生させて、その電子が基底状態にある放電ガスを励起状態に叩き上げ、その励起状態にある放電ガスから発生する紫外線を蛍光体によって可視光に変換するというものである。 The principle of PDP emission is that a plasma consisting of electrons and ions is generated by a driving voltage applied between the X and Y electrodes from the discharge gas, and the electrons discharge the excited discharge gas in the ground state into the excited state. The ultraviolet rays generated from the discharge gas in the gas are converted into visible light by the phosphor.
図19のブロック図に示すように、PDP1600は、プラズマディスプレイ装置1602に組み込まれる。映像源1603から駆動回路1601へ表示画面の信号を送り、駆動回路1601はその信号を受け取って駆動電圧に変換してPDP1600の各電極に供給する。
As shown in the block diagram of FIG. 19, the
図20(A)は、図19に示したPDP1600に1枚の画像を表示するのに要する1ТVフィールド期間の駆動電圧のタイムチャートを示す図である。図中の(I)に示すように、1ТVフィールド期間1700は維持電圧パルスの印加回数が異なるサブフィールド1701〜1708に分割されている。各サブフィールド毎の維持電圧パルス印加回数、即ち、維持放電により生じる発光強度を調整して階調を表現する。2進法に基づく発光強度の重みをもった8個のサブフィールドを設けた場合、3原色表示用放電セルはそれぞれ28(=256)階調の輝度表示が得られ、約1678万色の色表示ができる。各サブフィールドは、図中(II)に示すように放電セルを初期状態に戻すリセット放電期間1709、発光する放電セルを選択するアドレス放電期間1710、発光表示を行う維持放電期間1711から構成される。
FIG. 20A is a diagram showing a time chart of the drive voltage in the 1 ТV field period required to display one image on the
図20(B)は、図20(A)に示したアドレス放電期間1710においてA電極1509、X電極、およびY電極に印加される電圧波形を示す図である。波形1712はアドレス放電期間1710における1本のA電極1509に印加する電圧波形、1713と1714はY電極のi番目と(i+1)番目に印加する電圧波形、波形1717はX電極に印加する電圧波形であり、それぞれの電圧はV0、V21、V21、およびV1である。図20(B)に示すように、Y電極のi行目にスキャンパルス1715が印加された時、電圧V0のA電極1509との交点に位置するセルではY電極とA電極の間で放電が発生し、その放電はY電極とX電極の間に移り変わりアドレス放電が起こる。Y電極のi行目と電圧V0が印加されていないA電極1509との交点に位置するセルでは、アドレス放電は起こらない。Y電極の(i+1)行目にスキャンパルス1716が印加された場合も同様である。アドレス放電が起こった放電セルでは、放電で生じた電荷が壁電荷としてX、Y電極を覆う誘電体および保護膜1507の表面に形成され、X、Y電極間に壁電圧Vwが発生する。この壁電荷の有無が、次に続く維持放電期間1711での維持放電の有無を決める。
FIG. 20B shows voltage waveforms applied to the
図21は、アドレス放電期間1710において、Y電極に印加する電圧波形1801とA電極1509に印加する電圧波形1802、及び、アドレス放電電流1803を示した図である。A電極1509に電圧Vaを印加後に、アドレス放電電流がピークに至る時間をアドレス放電遅れ時間tdとする。また、図21に、維持放電期間1711において、維持放電電極であるX電極とY電極の間に一斉に印加される駆動電圧波形を示す。Y電極には駆動電圧波形1804の矩形波型の駆動電圧が、X電極には矩形波型の駆動電圧波形1805の駆動電圧が繰り返し印加される。この矩形波型の駆動電圧がY電極とX電極に交互に印加される。この維持放電電圧Vsusの電圧値は、アドレス放電によるY電極とX電極の相対電位差である壁電圧Vwの有無で維持放電の有無が決まるように設定される。アドレス放電が生じた放電セルでは、壁電圧Vwと維持放電電圧Vsusの和が放電開始電圧を上回り、アドレス放電の生じていない放電セルでは、維持放電電圧Vsusが放電開始電圧を下回るように設定されている。維持放電駆動電圧の1周期が終わると、アドレス放電が生じた放電セルでは、Y電極とX電極の相対電位は反転する。その維持電極間に維持放電駆動電圧の2周期目が印加されると、再び、壁電圧Vwと維持放電電圧Vsusの和が放電開始電圧を上回り、放電が繰り返される。このように、アドレス放電を起こした放電セルでは、維持放電駆動電圧を印加した時間の発光が生じ、逆に、アドレス放電を起こさなかった放電セルでは発光は生じない。維持放電期間1711経過後、アドレス放電期間1710において、各A電極1509に電圧印加するまでの時間を休止時間tiとする。
FIG. 21 is a diagram showing a
なお、このようなPDPに関する技術としては、例えば、特許文献1に記載される技術などが挙げられる。
ところで、前記のようなPDPの技術について、本発明者が検討した結果、以下のようなことが明らかとなった。 By the way, as a result of the study of the PDP technique as described above, the following has been clarified.
例えば、PDPでは、大画面フルハイビジョン化が進められており、1パネル内の放電セル数と、アドレス放電期間1710中にスキャンすべきX電極1502とY電極1503のライン数が増加傾向にある。したがって、一つの放電セルに印加するスキャンパルス1715や1716に対して、アドレス放電に要する時間、即ち、アドレス放電遅れ時間tdを短縮し、高速動作を実現することが重要課題である。
For example, in the PDP, a large-screen full high-definition is being promoted, and the number of discharge cells in one panel and the number of
アドレス放電遅れ時間tdは、Y電極、X電極とA電極の印加電圧とリセット放電後の残留壁電荷に依存する形成遅れ時間tf、並びに、放電の種火となる電子(プライミング電子)がMgOから放出されるまでの統計遅れ時間tsの和で構成される。リセット放電後の残留壁電荷量に揺らぎが存在するとすれば、形成遅れ時間tfに揺らぎが生じる。 Address discharge delay time t d is, Y electrodes, X electrodes and applied voltage and formation delay time depending on the residual wall charges after the reset discharge of the A electrodes t f, and the electrons become discharge pilot light (priming electrons) It consists of the sum of the statistical delay time t s until it is released from the MgO. If fluctuation is present in the residual wall charge amount after the reset discharge, fluctuation occurs in the formative delay time t f.
また、図22に示すように、MgOでは、立方晶構造のMg原子1901または酸素原子1902が抜けたMg欠損や酸素欠損、または、酸素欠損にプロトンが捕獲された置換構造1903に電子を捕獲した電子放出源が存在する。この電子放出源からプライミング電子が放電セル空間に放出されることは、統計現象のため、統計遅れ時間に揺らぎが生じる。
In addition, as shown in FIG. 22, in MgO, electrons were trapped in a
図23は、同一放電セルにおけるアドレス放電遅れ時間を繰り返し計測した計測データを、アドレス放電遅れ時間毎に累積数で表示した放電遅れ時間の頻度分布である。同一放電セルにもかかわらず、約500nsをピークに、放電時間が早い場合は400ns、放電時間が遅い場合は1000ns以上を示しており、左右非対称な形状を示している。 FIG. 23 is a frequency distribution of the discharge delay time in which measurement data obtained by repeatedly measuring the address discharge delay time in the same discharge cell is displayed as a cumulative number for each address discharge delay time. Regardless of the same discharge cell, the peak is about 500 ns, 400 ns when the discharge time is early, and 1000 ns or more when the discharge time is slow, indicating an asymmetric shape.
図24は、従来の電子放出特性の解析システム及び解析方法として、アドレス放電遅れ時間の計測データtdを入力し、形成遅れ時間と統計遅れ時間を解析するシステムと方法を示した図であり、以下の手順で実行される。 Figure 24 is as an analysis system and the analysis method of the conventional electron emission characteristics, by entering the measured data t d of the address discharge delay time is a diagram illustrating a system and method for analyzing the formation delay time and statistical delay time, The following procedure is executed.
(1)アドレス放電遅れ時間tdと累積数の計測データを入力する。 (1) Address discharge delay time t d inputs the measurement data of the cumulative number.
(2)アドレス放電遅れ時間tdに対する累積数を計算し、アドレス放電遅れ時間tdに対する既放電確率を算出する。 (2) Calculate the cumulative number for the address discharge delay time t d, and calculates the pre-discharge probability of address discharge delay time t d.
(3)既放電確率が1%になる時間t1%と95%になる時間t95%を算出する。 (3) already discharge probability calculated 1% and 95% of the time t comprising 95% of the time to be 1% t.
(4)形成遅れ時間tf=t1%、統計遅れ時間ts=t95%−t1%を算出する。 (4) Calculate the formation delay time t f = t 1% and the statistical delay time t s = t 95% -t 1% .
しかし、以上の現象論的な解釈は、形成遅れ時間と統計遅れ時間を混同して算出しており、解析法として不適当である。アドレス放電の高速動作に対する設計指針を定める際に、形成遅れ時間と統計遅れ時間を高精度に分離することが困難である。また、統計遅れ時間の決定要因である電子放出源の電子放出特性、例えば、電子放出源のエネルギー状態密度を同定することが困難である。さらに、複数種の電子放出源が存在する場合に、各電子放出源に対するエネルギー状態密度を同定することが不可能である。 However, the above phenomenological interpretation is calculated by confusion between the formation delay time and the statistical delay time, and is inappropriate as an analysis method. When setting a design guideline for high-speed operation of address discharge, it is difficult to separate the formation delay time and the statistical delay time with high accuracy. In addition, it is difficult to identify the electron emission characteristics of the electron emission source, which is a determinant of the statistical delay time, for example, the energy state density of the electron emission source. Furthermore, when there are multiple types of electron emission sources, it is impossible to identify the energy density of states for each electron emission source.
そこで、本発明の1つの目的は、電子放出特性の解析システム及び解析方法において、形成遅れ時間と統計遅れ時間を高精度に分離し、並びに、一つまたは複数の電子放出源のエネルギー状態密度を同定することができる技術を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to separate the formation delay time and the statistical delay time with high accuracy in an electron emission characteristic analysis system and analysis method, and to determine the energy state density of one or more electron emission sources. It is to provide a technique that can be identified.
本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。 The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.
本願において開示される実施例のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。 Of the embodiments disclosed in the present application, the outline of typical ones will be briefly described as follows.
すなわち、代表的な実施例による電子放出特性の解析システム及び解析方法は。下記の手順を用いて、一つまたは複数の電子放出源のエネルギー状態密度を解析するものである。 That is, an electron emission characteristic analysis system and analysis method according to a typical embodiment. The energy density of states of one or more electron emission sources is analyzed using the following procedure.
(1)サスティン電圧印加後からアドレス電圧印加までの休止時間ti、温度Tの計測条件に対するアドレス放電遅れ時間tdの計測データを入力する。 (1) The measurement data of the address discharge delay time t d corresponding to the measurement condition of the temperature T and the rest time t i after the sustain voltage application to the address voltage application is input.
(2)各休止時間tiと温度Tに対する計測データをもとに、アドレス放電遅れ時間毎の累積数を計算し、放電確率頻度と既放電確率を算出する。 (2) Based on the measurement data for each pause time t i and temperature T, the cumulative number for each address discharge delay time is calculated, and the discharge probability frequency and the already discharged probability are calculated.
(3)プライミング電子の電子放出時定数ts exp(ti,T)を算出する。 (3) Calculate the electron emission time constant t s exp (t i , T) of the priming electrons.
(4)電子放出源のエネルギー状態密度の関数を設定し、エネルギー状態密度に対する活性化エネルギーの平均値、分散値と実効数の探索範囲と探索幅を設定する。 (4) A function of the energy state density of the electron emission source is set, and an average value, a dispersion value, and an effective number search range and a search width of the activation energy with respect to the energy state density are set.
(5)電子放出源のエネルギー状態密度とウインドウ関数のエネルギーに対する重なり積分によりts th(ti,T)を算出する。 (5) Calculate t s th (t i , T) by the overlap integral with respect to the energy density of the electron emission source and the energy of the window function.
(6)休止時間tiと温度Tの計測条件の総数に対して、計測データから求めたts exp(ti,T)と計算から求めたts th(ti,T)の平均二乗誤差が最小となる活性化エネルギーの平均値、分散値と実効数を決定する。 (6) The average square of t s exp (t i , T) obtained from the measurement data and t s th (t i , T) obtained from the calculation with respect to the total number of measurement conditions of the downtime t i and the temperature T The average value, dispersion value, and effective number of activation energies that minimize the error are determined.
代表的な実施例によれば、サスティン電圧印加後からアドレス電圧印加までの休止時間tiと酸化膜(MgO等)の温度Tに対するアドレス放電遅れ時間tdの計測データを用いて、一つまたは複数の電子放出源のエネルギー状態密度に対する活性化エネルギーの平均値、分散値と実効数を求めることが可能になる。 According to the representative embodiment, one or more of the measurement data of the pause time t i from the sustain voltage application to the address voltage application and the address discharge delay time t d with respect to the temperature T of the oxide film (MgO, etc.) It becomes possible to obtain the average value, dispersion value, and effective number of activation energy with respect to the energy state density of a plurality of electron emission sources.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that components having the same function are denoted by the same reference symbols throughout the drawings for describing the embodiment, and the repetitive description thereof will be omitted.
(実施の形態1)
図1は本発明の実施の形態1による電子放出特性の解析システム及び解析方法において、その構成及び手順の一例を示すブロック図、図2はその解析システムのハードウエア構成の一例を示すブロック図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a block diagram showing an example of the configuration and procedure in an electron emission characteristic analysis system and analysis method according to
まず、図1及び図2により、本実施の形態1による電子放出特性の解析システムの構成を説明する。本実施の形態1の解析システムは、例えば、PDPにおける酸化膜材料(MgO等)の電子放出源に対する電子放出特性の解析システムとされ、パーソナルコンピュータ2200と、計算装置102などから構成されている。パーソナルコンピュータ2200は、記憶装置を含む入力装置101と、画像処理装置を含む出力装置103などから構成される。計算装置102は、CPU装置2201と、記憶装置2202などから構成され、CPU装置2201と記憶装置2202は、データ転送用結合バス2204により接続されている。
First, the configuration of the electron emission characteristic analysis system according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. The analysis system according to the first embodiment is, for example, an analysis system for electron emission characteristics with respect to an electron emission source of an oxide film material (MgO or the like) in a PDP, and includes a
なお、図2では、複数の計算装置102が、データ転送用結合バス2205によりマトリクス状に接続される構成となっているが、これに限定されず、計算装置102は1つであってもよく、また、パーソナルコンピュータ2200内に設けてもよい。
In FIG. 2, a plurality of
次に、図1及び図2により、本実施の形態1による電子放出特性の解析システムについて、その動作例を説明する。計算装置102において、記憶装置2202には電子放出特性の解析プログラムが記憶(保持)されており、パーソナルコンピュータ2200からの指示により、CPU装置2201がそのプログラムを読み出して演算処理を行う。その演算処理の結果は、記憶装置2202に保存される。演算処理に必要なデータ類は、パーソナルコンピュータ2200から、データ転送用結合バス2205を介して送信される。また、計算装置102における演算処理の結果は、データ転送用結合バス2205を介して、パーソナルコンピュータ2200に送信される。また、パーソナルコンピュータ2200において、演算処理に必要なデータは入力装置101から入力され、演算処理の結果は出力装置103で出力・表示される。
Next, an operation example of the electron emission characteristic analysis system according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. In the
図1に示すように、計算装置102における演算処理は、以下の手順で実行される。
As shown in FIG. 1, the arithmetic processing in the
まず、ステップS102−1において、PDPパネルに対して計測した、サスティン電圧印加後からアドレス電圧印加までの休止時間tiとMgOの温度Tに対するアドレス放電遅れ時間tdの計測データを、入力装置101から計算装置102に入力する。
First, in step S102-1, and measured for PDP panels, the measurement data of the address discharge delay time t d with respect to the temperature T of the dwell time t i MgO in later sustain voltage application to the address voltage is applied, the
次に、ステップS102−2において、計算装置102では、各休止時間tiとMgOの温度Tに対する計測データをもとに、アドレス放電遅れ時間毎の累積数を計算し、放電確率頻度P(t)を算出する。
Next, in step S102-2, the
図3に、放電確率頻度の最大値を1に規格化した放電確率頻度P(t)201を示した。放電確率頻度P(t)は、短時間側ではガウス関数型であるが、長時間側はテールを引いた非対称な形状である。この放電確率頻度P(t)と式(1)を用いて、既放電確率G(t)を算出する。図3には、既放電確率G(t)202を示した。既放電確率G(t)は、下に凸から上に凸の形状を示し、長時間側で傾きはなだらかになっている。 FIG. 3 shows a discharge probability frequency P (t) 201 in which the maximum value of the discharge probability frequency is normalized to 1. The discharge probability frequency P (t) is a Gaussian function type on the short time side, but has an asymmetric shape with a tail on the long time side. The discharge probability G (t) is calculated using the discharge probability frequency P (t) and the equation (1). FIG. 3 shows the already discharged probability G (t) 202. The already discharged probability G (t) shows a convex shape from convex downward to upward and has a gentle slope on the long time side.
ステップS102−3において、形成遅れ時間tfの揺らぎを取り除き、プライミング電子の電子放出時定数ts expを求めるために、 In step S102-3, in order to remove the fluctuation of the formation delay time t f and obtain the electron emission time constant t s exp of the priming electrons,
を満たす長時間領域における既放電確率G(t)とその時刻tを用いる。ここで、tf aveは形成遅れ時間tfの平均値、σtfは形成遅れ時間tfの分散値である。形成遅れ時間の平均値tf aveと形成遅れ時間の分散値σtfは、アドレス電圧印加時にプライミング電子が存在するような短い休止時間tiの計測データに対して、そのアドレス放電遅れ時間の平均値と分散値から求めることができる。図3に示すように、 The already discharged probability G (t) and its time t in a long time region satisfying Here, t f ave is an average value of the formation delay time t f , and σ tf is a variance value of the formation delay time t f . The average value t f ave of the formation delay time and the dispersion value σ tf of the formation delay time are the average of the address discharge delay time with respect to the measurement data of the short pause time t i in which the priming electrons exist when the address voltage is applied. It can be obtained from the value and the variance value. As shown in FIG.
の長時間領域203を満たすta、tb、その既放電確率G(ta)とG(tb)、並びに、式(2)を用いて、プライミング電子の電子放出時定数ts expを算出する。
Of t a satisfying
例えば、ti=0.1ms、T=25℃の短い休止時間に対するアドレス放電遅れ時間の計測データでは、アドレス放電遅れ時間の平均値tf ave=0.59μs、分散値σtf=0.09μsである。そして、解析対象の計測条件ti=50ms、T=25℃における既放電確率G(t)が63.2%と95%となる時刻t63.2とt95は夫々に0.84μsと1.45μsである。式(2)を用いて得られたts exp(ti=50ms、T=25℃)は0.31μsである。よって、 For example, in the measurement data of the address discharge delay time for a short pause time of t i = 0.1 ms and T = 25 ° C., the average value of the address discharge delay time t f ave = 0.59 μs and the variance value σ tf = 0.09 μs. It is. Then, the time t 63.2 and t 95 at which the measured discharge probability G (t) at the measurement target condition t i = 50 ms and T = 25 ° C. becomes 63.2% and 95% are 0.84 μs and 1.45 μs, respectively. It is. The t s exp (t i = 50 ms, T = 25 ° C.) obtained using equation (2) is 0.31 μs. Therefore,
は0.71μsになることから、 Is 0.71 μs,
の長時間領域の条件を満たすことが分かる。 It can be seen that the long-time region condition is satisfied.
同様にして、図4には、ti=1ms、10ms、50msとT=−10℃、10℃、25℃、60℃の12個の計測条件に対する計測データから求めたプライミング電子の電子放出時定数ts expをプロット301で示した。このようにして、休止時間tiとMgOの温度Tにおける電子放出時定数ts expを求めることができる。
Similarly, FIG. 4 shows the emission time of priming electrons determined from the measurement data for 12 measurement conditions of t i = 1 ms, 10 ms, 50 ms and T = −10 ° C., 10 ° C., 25 ° C., 60 ° C. The constant t s exp is shown in
次に、電子放出源の種類jのエネルギー状態密度Dj(E)を解析する方法を述べる。計算から求められるプライミング電子の電子放出時定数ts thは、次式(3)と(4)によりエネルギー状態密度Dj(E)と関係付けられる。 Next, a method for analyzing the energy state density D j (E) of the electron emission source type j will be described. The electron emission time constant t s th obtained from the calculation is related to the energy state density D j (E) by the following equations (3) and (4).
ここで、fphは電子放出源のフォノン振動数、kBはボルツマン定数である。また、Wj(E,ti,T)は、休止時間tiとMgOの温度Tの計測条件に対して、 Here, f ph is the phonon frequency of the electron emission source, and k B is the Boltzmann constant. In addition, W j (E, t i , T) is determined with respect to the measurement conditions of the pause time t i and the temperature T of MgO.
を中心に最大値e-1ti -1とエネルギー幅±数kBTを有するウインドウ関数である。計測条件として、休止時間tiを一定、MgOの温度Tを変化させた計測では、ウインドウ関数は、最大値e-1ti -1を一定としてエネルギーEm(ti,T)が推移する。一方、MgOの温度Tを一定、休止時間tiを変化させた計測では、Em(ti,T)が推移しながら、最大値e-1ti -1も変化する。 Is a window function having a maximum value e −1 t i −1 and an energy width ± several k B T. As a measurement condition, in the measurement in which the pause time t i is constant and the MgO temperature T is changed, the window function is such that the energy E m (t i , T) changes with the maximum value e −1 t i −1 being constant. . On the other hand, in the measurement in which the temperature T of MgO is constant and the pause time t i is changed, the maximum value e −1 t i −1 changes while E m (t i , T) changes.
図5に、休止時間ti=0.01ms、0.1ms、1ms、10ms、100ms、1000msとMgOの温度T=−10℃、0℃、10℃、20℃、30℃、40℃、60℃におけるウインドウ関数が最大となるエネルギー FIG. 5 shows the pause times t i = 0.01 ms, 0.1 ms, 1 ms, 10 ms, 100 ms, 1000 ms and the MgO temperature T = −10 ° C., 0 ° C., 10 ° C., 20 ° C., 30 ° C., 40 ° C., 60 Energy that maximizes the window function at ℃
を示した。ここで、電子放出源のフォノン振動数fphは3.1×1013Hzとした。休止時間ti=0.01msとMgOの温度T=−10℃では、ウインドウ関数が最大となるエネルギーは443meVである。また、休止時間ti=1000msとMgOの温度T=60℃では、ウインドウ関数が最大となるエネルギーは892meVを表している。 showed that. Here, the phonon frequency f ph of the electron emission source was 3.1 × 10 13 Hz. In the pause time t i = 0.01 ms and the MgO temperature T = −10 ° C., the energy at which the window function is maximized is 443 meV. In addition, when the pause time t i = 1000 ms and the MgO temperature T = 60 ° C., the energy at which the window function is maximized represents 892 meV.
図6に示すように、電子放出時定数ts thの逆数は、未知なる電子放出源のエネルギー状態密度Dj(E)401と計測条件で決定するウインドウ関数Wj(E,ti,T)402のエネルギーに対する重なり積分を計算し、全電子放出源の種類jについて和を取ることに等しいことが分かる。 As shown in FIG. 6, the reciprocal of the electron emission time constant t s th is the window function W j (E, t i , T determined by the energy state density D j (E) 401 of the unknown electron emission source and the measurement conditions. It can be seen that the overlap integral for the energy of 402) is calculated and is equivalent to taking the sum for all electron emission source types j.
ステップS102−4において、電子放出源のエネルギー状態密度Dj(E)として、式(5)のガウス関数を設定した場合において、図7の条件に従って、一つの電子放出源の種類jに対して、実効数Nee,j、活性化エネルギーの平均値ΔEa,j、活性化エネルギーの分散値σE,jを求める。このとき、これらパラメータ値を探索するために入力すべき探索範囲と探索幅、及び、個数について述べる。 In step S102-4, when the Gaussian function of Expression (5) is set as the energy state density D j (E) of the electron emission source, according to the condition of FIG. , Effective number N ee, j , activation energy average value ΔE a, j , and activation energy variance σ E, j . At this time, the search range, search width, and number to be input to search for these parameter values will be described.
計測条件ti=1ms、10ms、50ms、T=−10℃、10℃、25℃、60℃に対して、ウインドウ関数が最大となるエネルギーは526meV〜778meVの範囲となる。ウインドウ関数のエネルギー幅の3kBTは約75meVなので、エネルギー領域は451meV〜853meVとなる。そこで、活性化エネルギーの平均値ΔEa,jの探索範囲として、計測条件により決定するEm(ti,T)の最小値−3kBTからEm(ti,T)の最大値+3kBTを包含する400meV〜900meVとした。また、計測条件により決定するEm(ti,T)のエネルギー間隔は、最小間隔は10.1meV、最大間隔は52.2meV、平均間隔は31.5meVなので、実験精度は高々30meV程度である。そこで、活性化エネルギーの平均値ΔEa,jと活性化エネルギーの分散値σE,jのエネルギーの探索幅を、Em(ti,T)のエネルギー間隔の平均値以下の10meVとした。さらに、実効数Nee,jは、計測条件tiの時間オーダー幅が2桁程度なので、実効数の探索範囲はその時間オーダー幅である2桁として、1×105個/セル〜1×107個/セルとした。そこで、実効数Nee,jの探索点として、1×105個/セル、1.1×105個/セル、、2×105個/セル、2.1×105個/セル、、1×106個/セル、1.1×106個/セル、、2×106個/セル、2.1×106個/セル、、1×107個/セルの201個とした。以上より、活性化エネルギーの平均値ΔEa,jに対する探索範囲は400meV〜900meVを10meV幅で離散化した51個の探索点、活性化エネルギーの分散値σE,jに対する探索範囲は5〜100meVを10meV幅で離散化した10個の探索点、実効数Nee,jに対する探索範囲は1×105個/セル〜1×107個/セルを離散化した201個の探索点から構成され、探索範囲と探索幅、及び、全ての組み合わせとして約1×105個のパラメータ値を入力する。 With respect to the measurement conditions t i = 1 ms, 10 ms, 50 ms, T = −10 ° C., 10 ° C., 25 ° C., and 60 ° C., the energy at which the window function is maximized is in the range of 526 meV to 778 meV. Since the energy width 3k B T of the window function is about 75 meV, the energy region is 451 meV to 853 meV. Therefore, as the search range of the average activation energy ΔE a, j , the minimum value of E m (t i , T) determined by the measurement condition from −3 k B T to the maximum value of E m (t i , T) +3 k It was set to 400 meV to 900 meV including BT. The energy interval of E m (t i , T) determined by the measurement conditions is 10.1 meV for the minimum interval, 52.2 meV for the maximum interval, and 31.5 meV for the average interval, so that the experimental accuracy is about 30 meV at most. . Therefore, the energy search width of the activation energy average value ΔE a, j and the activation energy dispersion value σ E, j is set to 10 meV which is equal to or less than the average value of the energy intervals of E m (t i , T). Furthermore, since the effective number N ee, j has a time order width of the measurement condition t i of about two digits, the effective number search range is set to two digits that are the time order width of 1 × 10 5 pieces / cell to 1 ×. 10 7 cells / cell. Therefore, as search points for the effective number N ee, j , 1 × 10 5 cells / cell, 1.1 × 10 5 cells / cell, 2 × 10 5 cells / cell, 2.1 × 10 5 cells / cell, 201 of 1 × 10 6 cells / cell, 1.1 × 10 6 cells / cell, 2 × 10 6 cells / cell, 2.1 × 10 6 cells / cell, 1 × 10 7 cells / cell did. From the above, the search range for the average activation energy value ΔE a, j is 51 search points obtained by discretizing 400 meV to 900 meV with a width of 10 meV, and the search range for the activation energy variance σ E, j is 5 to 100 meV. The search range for the effective number N ee, j is composed of 201 search points discretized from 1 × 10 5 cells / cell to 1 × 10 7 cells / cell. The search range and the search width, and about 1 × 10 5 parameter values as all combinations are input.
ステップS102−5において、活性化エネルギーの平均値ΔEa,j、活性化エネルギーの分散値σE,jと実効数Nee,jの各パラメータ値を設定した式(5)を式(3)に代入し、電子放出源のエネルギー状態密度Dj(E)とウインドウ関数Wj(E,ti,T)のエネルギーに対する重なり積分を計算し、その逆数からts th(ti,T)を求めることができる。ここで、一つの電子放出源の種類jのフォノン振動数を1.19×1013Hzとした。 In step S102-5, equation (5) in which each parameter value of activation energy average value ΔE a, j , activation energy dispersion value σ E, j, and effective number N ee, j is set is expressed by equation (3). And the overlap integral for the energy of the electron emission source energy state density D j (E) and the window function W j (E, t i , T) is calculated, and t s th (t i , T) is calculated from the reciprocal thereof. Can be requested. Here, the phonon frequency of one electron emission source type j was set to 1.19 × 10 13 Hz.
ステップS102−6において、休止時間tiとMgOの温度Tの計測条件の総数N=12個に対して、式(6)で表された計測データから求めたts exp(ti、T)と計算から求めたts th(ti,T)の平均二乗誤差RMSDが最小となる活性化エネルギーの平均値ΔEa,j、活性化エネルギーの分散値σE,j、実効数Nee,jを求める。 In step S102-6, t s exp (t i , T) obtained from the measurement data represented by Expression (6) with respect to the total number N = 12 of the measurement conditions of the pause time t i and the temperature T of MgO. The average value ΔE a, j of the activation energy that minimizes the mean square error RMSD of t s th (t i , T) obtained from the calculation, the dispersion value σ E, j of the activation energy, the effective number N ee, Find j .
ΣN=12 {ts exp(ti,T)-ts th(ti,T)}2 (6)
図8に、計測データから求めたts exp(ti,T)をプロット301で、計算から求めたts th(ti,T)を実線501で示した。両者は極めて良い一致を示している。結果的に、平均二乗誤差RMSDは最小値165nsであり、活性化エネルギーの平均値ΔEa,j=760meV、活性化エネルギーの分散値σE,j=55meV、実効数Nee,j=1.3×106個/セルであることが求められた。
Σ N = 12 {t s exp (t i , T) −t s th (t i , T)} 2 (6)
8, the measurement data t was determined from s exp (t i, T)
このようにして、図9に示すように、未知の電子放出源のエネルギー状態密度Dj(E)601として、活性化エネルギーの平均値ΔEa,j=760meV、活性化エネルギーの分散値σE,j=55meV、実効数Nee,j=1.3×106個/セルを出力装置103から出力・表示する。
In this way, as shown in FIG. 9, as the energy state density D j (E) 601 of the unknown electron emission source, the activation energy average value ΔE a, j = 760 meV, the activation energy dispersion value σ E , J = 55 meV, effective number N ee, j = 1.3 × 10 6 cells / cell are output and displayed from the
(実施の形態2)
図10は本発明の実施の形態2による電子放出特性の解析システム及び解析方法において、その構成及び手順の一例を示すブロック図である。
(Embodiment 2)
FIG. 10 is a block diagram showing an example of the configuration and procedure of the electron emission characteristic analysis system and analysis method according to
本実施の形態2による電子放出特性の解析システムのハードウエア構成、及びその動作例は、前記実施の形態1と同じであるので、その説明を省略する。 The hardware configuration of the electron emission characteristic analysis system according to the second embodiment and the operation example thereof are the same as those in the first embodiment, and thus the description thereof is omitted.
図10に示すように、本実施の形態2による計算装置102における演算処理は、以下の手順で実行される。
As shown in FIG. 10, the arithmetic processing in the
ステップS102−1〜S102−3は、前記実施の形態1と同じである。ステップS102−1において、PDPパネルに対して計測した、休止時間tiとMgOの温度Tに対するアドレス放電遅れ時間tdの計測データを入力装置101から計算装置102に入力する。ステップS102−2において、各休止時間tiとMgO温度Tに対する計測データをもとに、アドレス放電遅れ時間毎の累積数を計算し、放電確率頻度P(t)と既放電確率G(t)を算出する。ステップS102−3において、
Steps S102-1 to S102-3 are the same as those in the first embodiment. In step S102-1, measurement data of the address discharge delay time t d with respect to the pause time t i and the MgO temperature T measured for the PDP panel is input from the
の長時間領域を満たすta、tb、その既放電確率G(ta)とG(tb)、並びに、式(2)を用いて、プライミング電子の電子放出時定数ts expを算出する。 The electron emission time constant t s exp of priming electrons is calculated using t a , t b satisfying the long-time region, the discharge probability G (t a ) and G (t b ), and the equation (2). To do.
図11に、計測条件ti=1ms、10ms、50ms、T=−10℃、0℃、10℃、25℃、40℃、60℃において、18個の計測条件に対する計測データから求めたプライミング電子の電子放出時定数ts expをプロット801で示した。
FIG. 11 shows priming electrons obtained from measurement data for 18 measurement conditions at measurement conditions t i = 1 ms, 10 ms, 50 ms, T = −10 ° C., 0 ° C., 10 ° C., 25 ° C., 40 ° C., 60 ° C. The electron emission time constant t s exp is shown by a
ステップS102−4において、第1種の電子放出源のエネルギー状態密度D1(E)として、次式(7)のガウス関数を設定した場合において、図7に従って、実効数Nee,1、活性化エネルギーの平均値ΔEa,1、活性化エネルギーの分散値σE,1を求める。このとき、これらパラメータ値を探索するために入力すべき探索範囲と探索幅、及び、個数について述べる。 In step S102-4, when the Gaussian function of the following equation (7) is set as the energy state density D 1 (E) of the first type electron emission source, the effective number N ee, 1 An average value ΔE a, 1 of activation energy and a dispersion value σ E, 1 of activation energy are obtained. At this time, the search range, search width, and number to be input to search for these parameter values will be described.
計測条件ti=1ms、10ms、50ms、T=−10℃、0℃、10℃、25℃、40℃、60℃に対して、ウインドウ関数のエネルギー領域は451meV〜853meVの範囲となる。前記実施の形態1と同様に、活性化エネルギーの平均値ΔEa,1の探索範囲として、400meV〜900meVとした。また、計測条件により決定するEm(ti,T)のエネルギー間隔は、最小間隔は0.5meV、最大間隔は46.2meV、平均間隔は14.8meVなので、実験精度は高々10meV程度である。そこで、活性化エネルギーの平均値ΔEa,1と活性化エネルギーの分散値σE,1のエネルギーの探索幅を、Em(ti,T)のエネルギー間隔の平均値以下の5meVとした。 For the measurement conditions t i = 1 ms, 10 ms, 50 ms, T = −10 ° C., 0 ° C., 10 ° C., 25 ° C., 40 ° C., 60 ° C., the energy range of the window function is in the range of 451 meV to 853 meV. As in the first embodiment , the search range of the average activation energy ΔE a, 1 is set to 400 meV to 900 meV. The energy interval of E m (t i , T) determined by the measurement conditions is 0.5 meV for the minimum interval, 46.2 meV for the maximum interval, and 14.8 meV for the average interval, so the experimental accuracy is about 10 meV at most. . Therefore, the energy search width of the activation energy average value ΔE a, 1 and the activation energy dispersion value σ E, 1 is set to 5 meV which is equal to or less than the average value of the energy intervals of E m (t i , T).
次に、実効数Nee,1は、計測条件の時間オーダー幅が2桁程度なので、実効数の探索範囲はその時間オーダー幅である2桁として、1×105個/セル〜1×107個/セルを離散化した201個とした。以上より、活性化エネルギーの平均値ΔEa,1に対する探索範囲は400meV〜900meVを5meV幅で離散化した101個の探索点、活性化エネルギーの分散値σE,1に対する探索範囲は5〜100meVを5meV幅で離散化した20個の探索点、実効数Nee,1に対する探索範囲は1×105個/セル〜1×107個/セルを離散化した201個の探索点から構成され、探索範囲と探索幅、及び、全ての組み合わせとして約4.1×105個のパラメータ値を入力する。 Next, since the effective number N ee, 1 has a time order width of the measurement condition of about 2 digits, the search range of the effective number is assumed to be 2 digits that is the time order width, and 1 × 10 5 pieces / cell to 1 × 10 7 cells / 201 were discretized. From the above, the search range for the average activation energy ΔE a, 1 is 101 search points obtained by discretizing 400 meV to 900 meV with a width of 5 meV, and the search range for the activation energy variance σ E, 1 is 5 to 100 meV. The search range for effective number N ee, 1 is composed of 201 search points discretized from 1 × 10 5 cells / cell to 1 × 10 7 cells / cell. The search range and the search width, and about 4.1 × 10 5 parameter values are inputted as all combinations.
ステップS102−5では、活性化エネルギーの平均値ΔEa,1、活性化エネルギーの分散値σE,1と実効数Nee,1の各パラメータ値を設定した式(7)を式(3)に代入し、電子放出源のエネルギー状態密度D1(E)とウインドウ関数W1(E,ti,T)のエネルギーに対する重なり積分を計算し、その逆数からt1,s th(ti,T)を求めることができる。ここで、第1種の電子放出源のフォノン振動数を1.19×1013Hzとした。 In step S102-5, equation (7) in which each parameter value of activation energy average value ΔE a, 1 , activation energy dispersion value σ E, 1 and effective number N ee, 1 is set is expressed by equation (3). And the overlap integral for the energy of the energy state density D 1 (E) and the window function W 1 (E, t i , T) of the electron emission source is calculated, and t 1, s th (t i , T) can be determined. Here, the phonon frequency of the first type electron emission source was set to 1.19 × 10 13 Hz.
ステップS102−6において、休止時間tiとMgOの温度Tの計測条件の総数N=18に対して、式(8)で表された計測データから求めたts exp(ti,T)と計算から求めたt1,s th(ti,T)の平均二乗誤差RMSDが最小となる活性化エネルギーの平均値ΔEa,1、活性化エネルギーの分散値σE,1、実効数Nee,1を求める。 In step S102-6, with respect to the total number N = 18 of the measurement conditions of the downtime t i and the MgO temperature T, t s exp (t i , T) obtained from the measurement data represented by Expression (8) The average value ΔE a, 1 of activation energy that minimizes the mean square error RMSD of t 1, s th (t i , T) obtained from the calculation, the dispersion value σ E, 1 of the activation energy , and the effective number N ee , 1 .
ΣN=18 {ts exp(ti,T)-t1,s th(ti,T)}2 (8)
図12に、計測データから求めたts exp(ti,T)をプロット801、計算から求めたt1,s th(ti,T)を実線901で示した。両者は比較的良い一致を示している。結果的に、平均二乗誤差RMSDは最小値115nsであり、活性化エネルギーの平均値ΔEa,1=780meV、活性化エネルギーの分散値σE,1=95meV、実効数Nee,1=1.0×106個/セルであることが求められた。
Σ N = 18 {t s exp (t i, T) -
In FIG. 12, t s exp (t i , T) obtained from the measurement data is indicated by a
このようにして、図13に示すように、第1種の電子放出源のエネルギー状態密度D1(E)の実線1001に対して、活性化エネルギーの平均値ΔEa,1=780meV、活性化エネルギーの分散値σE,1=95meV、実効数Nee,1=1.0×106個/セルを出力装置103から出力・表示する。
In this way, as shown in FIG. 13, with respect to the
次に、新しい電子放出源が存在すると考えられる場合は、図10に示したステップS102−7に従って、ステップS102−4に戻り、第2種の電子放出源のエネルギー状態密度D2(E)として、次式(9)のガウス関数を設定した場合において、図7に従って、実効数Nee,2、活性化エネルギーの平均値ΔEa,2、活性化エネルギーの分散値σE,2を求める。このとき、これらパラメータ値を探索するために入力すべき探索範囲と探索幅、及び、個数について述べる。 Next, when it is considered that there is a new electron emission source, the process returns to step S102-4 according to step S102-7 shown in FIG. 10, and the energy state density D 2 (E) of the second type electron emission source is obtained. When the Gaussian function of the following equation (9) is set, the effective number N ee, 2 , the activation energy average value ΔE a, 2 , and the activation energy variance σ E, 2 are obtained according to FIG. At this time, the search range, search width, and number to be input to search for these parameter values will be described.
計測条件ti=1ms、10ms、50ms、T=−10℃、0℃、10℃、25℃、40℃、60℃に対して、第1種の電子放出源に対して述べたと同様に、活性化エネルギーの平均値ΔEa,2に対する探索範囲は400meV〜900meVを5meV幅で離散化した101個の探索点、活性化エネルギーの分散値σE,2に対する探索範囲は5〜100meVを5meV幅で離散化した20個の探索点、実効数Nee,2に対する探索範囲は1×105個/セル〜1×107個/セルを離散化した201個の探索点から構成され、探索範囲と探索幅、及び、全ての組み合わせとして約4.1×105個のパラメータ値を入力する。 For the measurement conditions t i = 1 ms, 10 ms, 50 ms, T = −10 ° C., 0 ° C., 10 ° C., 25 ° C., 40 ° C., 60 ° C., as described for the first type electron emission source, The search range for the average activation energy ΔE a, 2 is 101 search points obtained by discretizing 400 meV to 900 meV with a width of 5 meV, and the search range for the activation energy variance σ E, 2 is 5 to 100 meV with a width of 5 meV. The search range for the 20 search points discretized by 1 and the effective number N ee, 2 is composed of 201 search points discretized from 1 × 10 5 cells / cell to 1 × 10 7 cells / cell. The search width and about 4.1 × 10 5 parameter values are inputted as all combinations.
ステップS102−5において、活性化エネルギーの平均値ΔEa,2、活性化エネルギーの分散値σE,2と実効数Nee,2の各パラメータ値を設定した式(9)を式(3)に代入し、電子放出源のエネルギー状態密度D2(E)とウインドウ関数W2(E,ti,T)のエネルギーに対する重なり積分を計算し、その逆数からt2,s th(ti,T)を求めることができる。ここで、第2種の電子放出源のフォノン振動数を3.1×1013Hzとした。 In step S102-5, equation (9) in which each parameter value of activation energy average value ΔE a, 2 , activation energy variance σ E, 2 and effective number N ee, 2 is set is expressed by equation (3). And the overlap integral for the energy of the energy state density D 2 (E) and the window function W 2 (E, t i , T) of the electron emission source is calculated, and t 2 s th (t i , T) can be determined. Here, the phonon frequency of the second type electron emission source was set to 3.1 × 10 13 Hz.
ステップS102−6において、休止時間tiとMgOの温度Tの計測条件の総数N=18個に対して、式(10)で表された計測データから求めたts exp(ti、T)と計算から求めたt1,s th(ti,T)とt2,s th(ti,T)の和に対する平均二乗誤差RMSDが最小となる活性化エネルギーの平均値ΔEa,2、活性化エネルギーの分散値σE,2、実効数Nee,2を求める。 In step S102-6, t s exp (t i , T) obtained from the measurement data represented by Expression (10) with respect to the total number N = 18 of the measurement conditions of the pause time t i and the temperature T of MgO. And the average value ΔE a, 2 , of activation energy that minimizes the mean square error RMSD for the sum of t 1, s th (t i , T) and t 2, s th (t i , T) obtained from The dispersion value σ E, 2 of the activation energy and the effective number N ee, 2 are obtained.
ΣN=18 {ts exp(ti,T)-t1,s th(ti,T)-t2,s th(ti,T)}2 (10)
図14に、計測データから求めたts exp(ti,T)をプロット801、計算から求めたts th(ti,T)=t1,s th(ti,T)+t2,s th(ti,T)を実線1001で示した。両者は極めて良い一致を示している。結果的に、平均二乗誤差RMSDは最小値95nsに減少しており、活性化エネルギーの平均値ΔEa,2=550meV、活性化エネルギーの分散値σE,2=20meV、実効数Nee,2=2.0×105個/セルであることが求められた。
Σ N = 18 {t s exp (t i, T) -
In FIG. 14, t s exp (t i , T) obtained from the measurement data is plotted 801, and t s th (t i , T) obtained from calculation = t 1, s th (t i , T) + t 2, s th (t i , T) is indicated by a
このようにして、図15に示すように第1種と第2種の電子放出源のエネルギー状態密度D1(E)の実線1001と、D2(E)の実線1201に対して、活性化エネルギーの平均値ΔEa,1=780meV、活性化エネルギーの分散値σE,1=95meV、実効数Nee,1=1.0×106個/セル、並びに、活性化エネルギーの平均値ΔEa,2=550meV、活性化エネルギーの分散値σE,2=20meV、実効数Nee,2=2.0×105個/セルを出力装置103から出力・表示する。
In this way, as shown in FIG. 15, activation is performed for the
(実施の形態3)
図16は本発明の実施の形態3による電子放出特性の解析システム及び解析方法において、その構成及び手順の一例を示すブロック図である。
(Embodiment 3)
FIG. 16 is a block diagram showing an example of the configuration and procedure in the electron emission characteristic analysis system and analysis method according to
本実施の形態3による電子放出特性の解析システムのハードウエア構成、及びその動作例は、前記実施の形態1と同じであるので、その説明を省略する。 The hardware configuration and operation example of the electron emission characteristic analysis system according to the third embodiment are the same as those in the first embodiment, and thus the description thereof is omitted.
図16に示すように、本実施の形態3による計算装置102における演算処理は、以下の手順で実行される。
As shown in FIG. 16, the arithmetic processing in the
ステップS102−1〜S102−3は、前記実施の形態1と同じである。ステップS102−1において、PDPパネルに対して計測した、休止時間tiとMgOの温度Tに対するアドレス放電遅れ時間tdの計測データを入力装置101から計算装置102に入力する。ステップS102−2において、各休止時間tiとMgOの温度Tに対する計測データをもとに、アドレス放電遅れ時間毎の累積数を計算し、放電確率頻度P(t)と既放電確率G(t)を算出する。ステップS102−3において、
Steps S102-1 to S102-3 are the same as those in the first embodiment. In step S102-1, measurement data of the address discharge delay time t d with respect to the pause time t i and the MgO temperature T measured for the PDP panel is input from the
の長時間領域を満たすta、tb、その既放電確率G(ta)とG(tb)、並びに、式(2)を用いて、プライミング電子の電子放出時定数ts expを算出する。 The electron emission time constant t s exp of priming electrons is calculated using t a , t b satisfying the long-time region, the discharge probability G (t a ) and G (t b ), and the equation (2). To do.
図17に、計測条件ti=16ms、T=−10℃、−5℃、0℃、5℃、10℃、20℃において、6個の計測条件に対する計測データから求められたプライミング電子の電子放出時定数ts expをプロット1401で示した。
FIG. 17 shows priming electron electrons obtained from measurement data for six measurement conditions at measurement conditions t i = 16 ms, T = −10 ° C., −5 ° C., 0 ° C., 5 ° C., 10 ° C., and 20 ° C. The release time constant t s exp is shown by
ステップS1302−4において、第1種の電子放出源のエネルギー状態密度D(E)として、式(11)のδ関数を設定した場合において、実効数Neeと活性化エネルギーの平均値ΔEaを求める方法について述べる。 In step S1302-4, when the δ function of Expression (11) is set as the energy state density D (E) of the first type electron emission source, the effective number N ee and the average value ΔE a of the activation energy are Describe how to find it.
式(3)と式(11)を用いて、次式(12)が与えられる。 Using equation (3) and equation (11), the following equation (12) is given.
ステップS1302−5において、横軸1/kBT、縦軸
In step S1302-5, the
を取る。ここで、電子放出源のフォノン振動数を3.1×1013Hzとした。 I take the. Here, the phonon frequency of the electron emission source was set to 3.1 × 10 13 Hz.
ステップS1302−6において、ある活性化エネルギーの平均値ΔEaを仮定し得られた各温度Tに対する In step S1302-6, for each temperature T obtained by assuming an average value ΔE a of a certain activation energy
の値を計算し、最小二乗誤差でフィットした直線1402の傾きはΔEaである。そのΔEaをもとに、再度、各温度Tに対する
The values were calculated, the slope of the
の値を計算し、最小二乗誤差でフィットした直線1402の傾きΔEaを求める。この反復計算に対する収束値から、傾きΔEaと切片ln(fphNee)からNeeを求めることができる。
The slope ΔE a of the
図17に示したように、最小二乗フィットしたときの相関係数は約0.96と極めて高い相関関係を得ており、活性化エネルギーの平均値ΔEaは661meV、実効数Neeは6.2×105個/セルであることが求められた。このようにして、電子放出源のエネルギー状態密度D(E)として、活性化エネルギーの平均値ΔEa=661meV、実効数Nee=6.2×105個/セルを出力装置103から出力・表示する。
As shown in FIG. 17, the correlation coefficient when the least squares fit is as high as about 0.96, the average activation energy ΔE a is 661 meV, and the effective number N ee is 6. It was determined to be 2 × 10 5 cells / cell. In this manner, as the energy state density D (E) of the electron emission source, the average value of activation energy ΔE a = 661 meV and the effective number N ee = 6.2 × 10 5 cells / cell are output from the
(実施の形態1〜3の効果)
したがって、前記実施の形態1〜3による電子放出特性の解析システム及び解析方法によれば、サスティン電圧印加後からアドレス電圧印加までの休止時間tiと酸化膜(MgO等)の温度Tに対するアドレス放電遅れ時間tdの計測データを用いて、一つまたは複数の電子放出源のエネルギー状態密度に対する活性化エネルギーの平均値、分散値と実効数を求めることが可能になる。
(Effects of the first to third embodiments)
Therefore, according to the analysis system and the analysis method of the electron emission characteristic due to the first to third embodiments, the address discharge with respect to the temperature T of the pause time from the sustain voltage application to the address voltage applied t i and the oxide film (MgO etc.) using the measurement data of the delay time t d, the average value of the activation energy for the energy state density of the one or more electron-emitting source, it is possible to determine a dispersion value and an effective number.
以上、本発明者によってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。また、前記実施の形態1〜3をそれぞれ適宜組み合わせてもよい。 As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment. However, the invention is not limited to the embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say. Further, the first to third embodiments may be appropriately combined.
本発明は、PDPや不純物準位の計測装置における酸化膜材料(MgO等)、イオン結晶材料、及び半導体材料等の電子放出源に対する電子放出特性の解析に効果的である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is effective in analyzing electron emission characteristics for electron emission sources such as oxide film materials (MgO, etc.), ion crystal materials, and semiconductor materials in a PDP or impurity level measurement device.
101 入力装置
102 計算装置
103 出力装置
201 放電確率頻度
202 既放電確率
203 長時間領域
301,801,1401 プロット
501,901,1001,1201 実線
1402 直線
401,601 電子放出源のエネルギー状態密度
402 ウインドウ関数
1501 前面基板
1502 X電極
1503 Y電極
1504 Xバス電極
1505 Yバス電極
1506 前面誘電体
1507 保護膜
1508 背面基板
1509 アドレス電極(A電極)
1510 背面誘電体
1511 隔壁
1512 蛍光体
1513 放電空間
1600 プラズマディスプレイパネル(PDP)
1601 駆動回路
1602 プラズマディスプレイ装置
1603 映像源
1700 1ТVフィールド期間
1701〜1708 サブフィールド
1709 リセット放電期間
1710 アドレス放電期間
1711 維持放電期間
1801 Y電極に印加する電圧波形
1802 A電極に印加する電圧波形
1803 アドレス放電電流
1804,1805 駆動電圧波形
1803 サスティン放電電流
1901 Mg原子
1902 酸素(O)原子
1903 置換構造
2200 パーソナルコンピュータ
2201 CPU装置
2202 記憶装置
2204,2205 データ転送用結合バス
DESCRIPTION OF
1510 Rear dielectric 1511
1601
Claims (18)
前記データを入力するための入力装置と、
前記計算装置における演算結果を出力するための出力装置と、を有し、
前記プログラムは、一つまたは複数の電子放出源のエネルギー状態密度を解析するプログラムであり、
サスティン電圧印加後からアドレス電圧印加までの休止時間tiと電子放出源の温度Tとの計測条件に対するアドレス放電遅れ時間tdの計測データを入力する第1ステップと、
前記休止時間tiと前記温度Tとに対する前記計測データをもとに、アドレス放電遅れ時間毎の累積数を計算し、放電確率頻度と既放電確率とを算出する第2ステップと、
前記既放電確率をもとに、プライミング電子の第1電子放出時定数ts exp(ti,T)を算出する第3ステップと、
前記電子放出源のエネルギー状態密度の関数を設定し、エネルギー状態密度に対する活性化エネルギーの平均値と分散値と、実効数の探索範囲と探索幅とを設定する第4ステップと、
前記電子放出源のエネルギー状態密度とウインドウ関数とのエネルギーに対する重なり積分により、プライミング電子の第2電子放出時定数ts th(ti,T)を算出する第5ステップと、
前記休止時間tiと前記温度Tとの計測条件の総数に対して、前記第1電子放出時定数ts exp(ti,T)と前記第2電子放出時定数ts th(ti,T)との平均二乗誤差が最小となる活性化エネルギーの平均値と分散値と実効数とを決定する第6ステップと、を有することを特徴とする電子放出特性の解析システム。 A computing device having a CPU that executes arithmetic processing, a storage device that holds programs and data executed by the CPU, and a bus that couples the CPU and the storage device;
An input device for inputting the data;
An output device for outputting a calculation result in the calculation device,
The program is a program for analyzing the energy state density of one or a plurality of electron emission sources,
A first step of inputting measurement data of an address discharge delay time t d with respect to measurement conditions of a pause time t i from the sustain voltage application to the address voltage application and the temperature T of the electron emission source ;
A second step of calculating a cumulative number for each address discharge delay time based on the measurement data for the pause time t i and the temperature T, and calculating a discharge probability frequency and a discharge probability,
A third step of calculating a first electron emission time constant t s exp (t i , T) of the priming electrons based on the already discharged probability;
A fourth step of setting a function of the energy state density of the electron emission source, setting an average value and a dispersion value of activation energy with respect to the energy state density, a search range and a search width of an effective number;
A fifth step of calculating a second electron emission time constant t s th (t i , T) of the priming electrons by overlapping integration with respect to the energy of the energy state density of the electron emission source and the window function;
The total number of measurement conditions and the temperature T and the pause time t i, the first time the electron emission constant t s exp (t i, T ) when said second discharge constant t s th (t i, And a sixth step of determining an average value, a dispersion value, and an effective number of activation energies that minimize a mean square error with respect to T), and an electron emission characteristic analysis system.
前記第3ステップにおいて、
アドレス電圧印加時にプライミング電子が存在するような短い休止時間tiの計測データに対して、tf aveはアドレス放電遅れ時間の平均値、σtfはアドレス放電遅れ時間の分散値、ts thはプライミング電子の電子放出時定数であることを特徴とする電子放出特性の解析システム。 The system for analyzing electron emission characteristics according to claim 1,
In the third step,
For measurement data of a short pause time t i where priming electrons are present when an address voltage is applied, t f ave is an average value of the address discharge delay time, σ tf is a dispersion value of the address discharge delay time, and t s th is An electron emission characteristic analysis system characterized by the electron emission time constant of priming electrons.
前記第3ステップにおいて、
既放電確率G(t)が63.2%以上であるG(t)とその時刻tを用いて、前記第1電子放出時定数ts exp(ti,T)を算出することを特徴とする電子放出特性の解析システム。 The analysis system for electron emission characteristics according to claim 2,
In the third step,
The first electron emission time constant t s exp (t i , T) is calculated using G (t) having a discharge probability G (t) of 63.2% or more and the time t. Analysis system for electron emission characteristics.
前記第4ステップにおいて、
前記電子放出源のエネルギー状態密度としてガウス関数を設定し、一つの電子放出源の種類jに対して、実効数Nee,j、活性化エネルギーの平均値ΔEa,j、活性化エネルギーの分散値σE,jのパラメータ値を探索するときに、入力すべき探索範囲と探索幅を設定することを特徴とする電子放出特性の解析システム。 The system for analyzing electron emission characteristics according to claim 1,
In the fourth step,
A Gaussian function is set as the energy state density of the electron emission source. For one electron emission source type j, the effective number N ee, j , the average value of activation energy ΔE a, j , and the dispersion of activation energy An electron emission characteristic analysis system characterized by setting a search range and a search width to be input when searching for a parameter value of the value σ E, j .
前記第4ステップにおいて、
前記電子放出源のエネルギー状態密度としてガウス関数を設定し、活性化エネルギーの平均値ΔEa,jの探索範囲として、計測条件により決定するEm(ti,T)の最小値−3kBTからEm(ti,T)の最大値+3kBTを包含するエネルギー範囲を設定し、
In the fourth step,
A Gaussian function is set as the energy state density of the electron emission source, and the minimum value of E m (t i , T) determined by measurement conditions as the search range of the average activation energy ΔE a, j -3k B T To set an energy range encompassing the maximum value of E m (t i , T) + 3k B T,
前記第4ステップにおいて、
前記電子放出源のエネルギー状態密度としてガウス関数を設定し、活性化エネルギーの平均値ΔEa,jと活性化エネルギーの分散値σE,jのエネルギーの探索幅を、計測条件により決定するエネルギーEm(ti,T)のエネルギー間隔の平均値以下に設定することを特徴とする電子放出特性の解析システム。 In the analysis system of the electron emission characteristic according to claim 4,
In the fourth step,
An energy E in which a Gaussian function is set as the energy state density of the electron emission source, and the search range of the energy of the activation energy average value ΔE a, j and the activation energy dispersion value σ E, j is determined by the measurement conditions. analysis system of the electron emission characteristics and setting below the average value of the energy gap of m (t i, T).
前記第4ステップにおいて、
前記電子放出源のエネルギー状態密度としてガウス関数を設定し、実効数Nee,jの探索範囲として、前記休止時間tiの時間オーダー幅を設定することを特徴とする電子放出特性の解析システム。 In the analysis system of the electron emission characteristic according to claim 4,
In the fourth step,
An electron emission characteristic analysis system, wherein a Gaussian function is set as an energy state density of the electron emission source, and a time order width of the pause time t i is set as a search range of an effective number N ee, j .
第1種の電子放出源のエネルギー状態密度に対するプライミング電子の第3電子放出時定数t1,s th(ti,T)を算出し、実効数Nee,1、活性化エネルギーの平均値ΔEa,1、活性化エネルギーの分散値σE,1を決定した後、前記第4ステップに戻り、第2種の電子放出源のエネルギー状態密度としてガウス関数を設定し、プライミング電子の第4電子放出時定数t2,s th(ti,T)を算出し、前記休止時間tiと前記温度Tの計測条件の総数に対して、前記第1電子放出時定数ts exp(ti,T)と前記第3電子放出時定数t1,s th(ti,T)+前記第4電子放出時定数t2,s th(ti,T)との平均二乗誤差が最小となる実効数Nee,2、活性化エネルギーの平均値ΔEa,2、活性化エネルギーの分散値σE,2を決定することを特徴とする電子放出特性の解析システム。 The system for analyzing electron emission characteristics according to claim 1,
The third electron emission time constant t 1, s th (t i , T) of the priming electrons with respect to the energy state density of the first type electron emission source is calculated, the effective number N ee, 1 , and the activation energy average value ΔE a, 1 and activation energy dispersion value σ E, 1 are determined, and then the process returns to the fourth step, a Gaussian function is set as the energy state density of the second type electron emission source, and the fourth electron of the priming electron An emission time constant t 2, s th (t i , T) is calculated, and the first electron emission time constant t s exp (t i , T i ) is calculated with respect to the total number of measurement conditions of the pause time t i and the temperature T. T) and the third electron emission time constant t 1, s th (t i , T) + the fourth electron emission time constant t 2, s th (t i , T) are effective in minimizing the mean square error. Number N ee, 2 , activation energy average value ΔE a, 2 , activation energy variance σ E, 2 is a system for analyzing electron emission characteristics.
前記電子放出源のエネルギー状態密度としてδ関数を設定し、kBはボルツマン定数、fphは電子放出源のフォノン振動数として、横軸に1/kBT、縦軸に
Δ function is set as the energy state density of the electron emission source, k B is the Boltzmann constant, f ph is the phonon frequency of the electron emission source, 1 / k B T on the horizontal axis,
サスティン電圧印加後からアドレス電圧印加までの休止時間tiと電子放出源の温度Tとの計測条件に対するアドレス放電遅れ時間tdの計測データを入力する第1ステップと、
前記休止時間tiと前記温度Tとに対する前記計測データをもとに、アドレス放電遅れ時間毎の累積数を計算し、放電確率頻度と既放電確率とを算出する第2ステップと、
前記既放電確率をもとに、プライミング電子の第1電子放出時定数ts exp(ti,T)を算出する第3ステップと、
前記電子放出源のエネルギー状態密度の関数を設定し、エネルギー状態密度に対する活性化エネルギーの平均値と分散値と、実効数の探索範囲と探索幅とを設定する第4ステップと、
前記電子放出源のエネルギー状態密度とウインドウ関数とのエネルギーに対する重なり積分により、プライミング電子の第2電子放出時定数ts th(ti,T)を算出する第5ステップと、
前記休止時間tiと前記温度Tとの計測条件の総数に対して、前記第1電子放出時定数ts exp(ti,T)と前記第2電子放出時定数ts th(ti,T)との平均二乗誤差が最小となる活性化エネルギーの平均値と分散値と実効数とを決定する第6ステップと、を有することを特徴とする電子放出特性の解析方法。 An analysis method of electron emission characteristics for analyzing energy density of states of one or more electron emission sources,
A first step of inputting measurement data of an address discharge delay time t d with respect to measurement conditions of a pause time t i from the sustain voltage application to the address voltage application and the temperature T of the electron emission source ;
A second step of calculating a cumulative number for each address discharge delay time based on the measurement data for the pause time t i and the temperature T, and calculating a discharge probability frequency and a discharge probability,
A third step of calculating a first electron emission time constant t s exp (t i , T) of the priming electrons based on the already discharged probability;
A fourth step of setting a function of the energy state density of the electron emission source, setting an average value and a dispersion value of activation energy with respect to the energy state density, a search range and a search width of an effective number;
A fifth step of calculating a second electron emission time constant t s th (t i , T) of the priming electrons by overlapping integration with respect to the energy of the energy state density of the electron emission source and the window function;
The total number of measurement conditions and the temperature T and the pause time t i, the first time the electron emission constant t s exp (t i, T ) when said second discharge constant t s th (t i, A sixth step of determining an average value, dispersion value, and effective number of activation energies that minimize a mean square error with respect to T), and a method for analyzing electron emission characteristics.
前記第3ステップにおいて、
アドレス電圧印加時にプライミング電子が存在するような短い休止時間tiの計測データに対して、tf aveはアドレス放電遅れ時間の平均値、σtfはアドレス放電遅れ時間の分散値、ts thはプライミング電子の電子放出時定数であることを特徴とする電子放出特性の解析方法。 The method for analyzing electron emission characteristics according to claim 10,
In the third step,
For measurement data of a short pause time t i where priming electrons are present when an address voltage is applied, t f ave is an average value of the address discharge delay time, σ tf is a dispersion value of the address discharge delay time, and t s th is An electron emission characteristic analysis method characterized by an electron emission time constant of priming electrons.
前記第3ステップにおいて、
既放電確率G(t)が63.2%以上であるG(t)とその時刻tを用いて、前記第1電子放出時定数ts exp(ti,T)を算出することを特徴とする電子放出特性の解析方法。 The method for analyzing electron emission characteristics according to claim 11,
In the third step,
The first electron emission time constant t s exp (t i , T) is calculated using G (t) having a discharge probability G (t) of 63.2% or more and the time t. To analyze electron emission characteristics.
前記第4ステップにおいて、
前記電子放出源のエネルギー状態密度としてガウス関数を設定し、一つの電子放出源の種類jに対して、実効数Nee,j、活性化エネルギーの平均値ΔEa,j、活性化エネルギーの分散値σE,jのパラメータ値を探索するときに、入力すべき探索範囲と探索幅を設定することを特徴とする電子放出特性の解析方法。 The method for analyzing electron emission characteristics according to claim 10,
In the fourth step,
A Gaussian function is set as the energy state density of the electron emission source. For one electron emission source type j, the effective number N ee, j , the average value of activation energy ΔE a, j , and the dispersion of activation energy An electron emission characteristic analysis method characterized by setting a search range and a search width to be input when searching for a parameter value of the value σ E, j .
前記第4ステップにおいて、
前記電子放出源のエネルギー状態密度としてガウス関数を設定し、活性化エネルギーの平均値ΔEa,jの探索範囲として、計測条件により決定するEm(ti,T)の最小値−3kBTからEm(ti,T)の最大値+3kBTを包含するエネルギー範囲を設定し、
In the fourth step,
A Gaussian function is set as the energy state density of the electron emission source, and the minimum value of E m (t i , T) determined by measurement conditions as the search range of the average activation energy ΔE a, j -3k B T To set an energy range encompassing the maximum value of E m (t i , T) + 3k B T,
前記第4ステップにおいて、
前記電子放出源のエネルギー状態密度としてガウス関数を設定し、活性化エネルギーの平均値ΔEa,jと活性化エネルギーの分散値σE,jのエネルギーの探索幅を、計測条件により決定するエネルギーEm(ti,T)のエネルギー間隔の平均値以下に設定することを特徴とする電子放出特性の解析方法。 The method for analyzing electron emission characteristics according to claim 13,
In the fourth step,
An energy E in which a Gaussian function is set as the energy state density of the electron emission source, and the search range of the energy of the activation energy average value ΔE a, j and the activation energy dispersion value σ E, j is determined by the measurement conditions. m (t i, T) analysis method of an electron emitting characteristics and setting below the average value of the energy interval.
前記第4ステップにおいて、
前記電子放出源のエネルギー状態密度としてガウス関数を設定し、実効数Nee,jの探索範囲として、前記休止時間tiの時間オーダー幅を設定することを特徴とする電子放出特性の解析方法。 The method for analyzing electron emission characteristics according to claim 13,
In the fourth step,
A method for analyzing electron emission characteristics, wherein a Gaussian function is set as an energy state density of the electron emission source, and a time order width of the pause time t i is set as a search range of an effective number N ee, j .
第1種の電子放出源のエネルギー状態密度に対するプライミング電子の第3電子放出時定数t1,s th(ti,T)を算出し、実効数Nee,1、活性化エネルギーの平均値ΔEa,1、活性化エネルギーの分散値σE,1を決定した後、前記第4ステップに戻り、第2種の電子放出源のエネルギー状態密度としてガウス関数を設定し、プライミング電子の第4電子放出時定数t2,s th(ti,T)を算出し、前記休止時間tiと前記温度Tの計測条件の総数に対して、前記第1電子放出時定数ts exp(ti,T)と前記第3電子放出時定数t1,s th(ti,T)+前記第4電子放出時定数t2,s th(ti,T)との平均二乗誤差が最小となる実効数Nee,2、活性化エネルギーの平均値ΔEa,2、活性化エネルギーの分散値σE,2を決定することを特徴とする電子放出特性の解析方法。 The method for analyzing electron emission characteristics according to claim 10,
The third electron emission time constant t 1, s th (t i , T) of the priming electrons with respect to the energy state density of the first type electron emission source is calculated, the effective number N ee, 1 , and the activation energy average value ΔE a, 1 and activation energy dispersion value σ E, 1 are determined, and then the process returns to the fourth step, a Gaussian function is set as the energy state density of the second type electron emission source, and the fourth electron of the priming electron An emission time constant t 2, s th (t i , T) is calculated, and the first electron emission time constant t s exp (t i , T i ) is calculated with respect to the total number of measurement conditions of the pause time t i and the temperature T. T) and the third electron emission time constant t 1, s th (t i , T) + the fourth electron emission time constant t 2, s th (t i , T) are effective in minimizing the mean square error. Number N ee, 2 , activation energy average value ΔE a, 2 , activation energy variance σ E, 2 is determined, and the electron emission characteristic analysis method is characterized.
前記電子放出源のエネルギー状態密度としてδ関数を設定し、kBはボルツマン定数、fphは電子放出源のフォノン振動数として、横軸に1/kBT、縦軸に
Δ function is set as the energy state density of the electron emission source, k B is the Boltzmann constant, f ph is the phonon frequency of the electron emission source, 1 / k B T on the horizontal axis,
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