摘要：设计等离子体显示板(PDP)真空紫外荧光测试系统来测评 PDP 荧光粉的特性。系统通过巧妙设计测试腔，模拟 PDP 放电单元，为激发 PDP 荧光粉发光提供所需要的较强真空紫外线，使系统能够分析出荧光粉的光谱功率分布、发光亮度、带宽、发射谱线主峰波长、色品坐标、颜色纯度和主波长等各种光学特性。实验结果数据表明，该系统的可重复性好、精度高，为研制高质量的等离子体显示板提供了依据。
引 言
PDP 是等离子放电平板显示器件，由许多红、绿、蓝相间的发光池组成。每个发光单元是利用电极之间的 Xe, He 等惰性气体放电产生 147nm, 172nm 等的真空紫外辐射，激发发光池内壁上的荧光粉而发射可见光的;所以，PDP 发光单元内壁的荧光粉材料在很大程度上决定了该单元的发光特性，因此需要对 PDP所用荧光粉的光谱功率分布、发光亮度、发射谱线主峰波长、带宽、色品坐标、颜色纯度和主波长等指标进行测评。研究生产 PDP 的厂家机构不少，但测量研究其所用荧光粉特性的在国内并不多见。本文介绍的真空紫外荧光测试系统就是模拟 PDP 发光状态，全面准确地对 PDP 所用荧光粉的特性进行测量的系统。
1 系统的工作原理
常规的 PDP 荧光粉光谱辐射测量系统(光谱辐射分析仪)原理如图1 所示。PDP 荧光粉在真空紫外线激发下所射的光，由聚光镜会聚到单色仪的入射狭缝上，进入单色仪分光，步进电机驱动单色仪中的光栅位置和角度变化使不同波长的光谱从出射狭缝中射出，并由光电探测器接收，转换成电流信号，送到放大器 I 放大，再由模数转换器 (A/D)转变成数字信号送到微机上处理。步进电机的转动是由主机中的专用微机输出的驱动脉冲信号经扫描驱动电路放大后来进行控制的。然而，在光谱辐射扫描测量过程中，由激发光源变动等原因引起光通量波动时，将会使测量的光谱功率分布产生畸变;因此，一般需在荧光粉激发光源附件上装一只参考探测器，监视激发光的强度变化。在每一波长上，微机交替采集光谱信号和参考信号，然后，驱动光栅转过某一光谱间隔，到下一波长上，再采样。这样重复进行，直到采集到要求测量的整个光谱范围内的全部信号。在1931CIE-XYZ 系统中，颜色三刺激值为
根据以上原理设计了计算机软件并对光谱数据进行了分析处理，最后得到荧光粉的光学参数(光谱分布、色品坐标、亮度、主波长、色纯度、峰值波长、谱线带宽，色比等) 的测量结果。
2 系统结构
测试系统的结构框图如图2。该系统的工作过程可简述为：在测试室中装入待测 PDP 荧光粉样品后，用真空泵对测试室进行抽气，真空复合计显示测试室当前的真空度，当符合要求后，真空紫外(VUV) 灯开始发射 VUV 到样品上，样品被激发出的荧光信号由光纤送入光谱辐射分析仪进行采样变换，最后送入PC机分析输出结果。
图3 所示为 VUV 激发源，它是模拟 PDP 放电单元的 VUV 灯。变压器输出的交流电压经整流、振荡后，高频信号再经过放大、镇流，驱动 VUV 灯电极稳定放电发光。端面放 MgF2晶片，它对 VUV 有较大的透射率。再经过滤光片后，输出的便是辐射激发 PDP 荧光粉所需的 147nm 或 172nm 的真空紫外线。图4 为荧光粉真空测试室。真空密封腔内一次可装十支试样，一般 “0” 号放 BaSO4粉样，“1”号放标准试样，“2” 到“9” 号放待测试样。由光电耦合器件检测到的定位编码信号，经过定位控制电路驱动电机转动，并准确定位在相应的试样编号，保证该编号样品转动到测试窗口。本结构的独特设计可引入PDP 荧光粉所需的较强 VUV，杂光干扰较少。由测试室探测到的荧光信号由光纤送入如图5 所示的光谱辐射分析仪。首先由滤色片盘对送入的复合荧光进行预分光，以便消除光栅的次级衍射光谱，减少系统的杂散光。滤色片盘分成六个光谱区域，分别为
白：200nm ~ 270nm;
紫：270nm ~ 350nm;
蓝：350nm ~ 450nm;
绿：450nm ~ 650nm;
红：650nm ~ 1000nm (或 800nm);
黑：挡光片，零位采样。
预分光后，相应的光谱区由入射狭缝经聚光镜聚焦在光栅上，再进行精细分光。光栅常数为1200L/mm，闪烁波长为500nm(也可选 300nm)，步进电机驱动光栅转动来使不同的单色光出射到探测器上，波长步距可选择 0.25nm ,0.5nm , 1nm 和 5nm。而出射的单色光带宽由入射狭缝和出射狭缝的宽度决定，当狭缝宽度分别为 1.85mm ,0.37mm , 0.185mm 和0.037mm 时，对应的波长带宽分别为 5nm , 1nm , 0.5nm 和 0.1nm。光电探测器采用光电倍增管将光信号转换成电信号，本系统采用的是日本滨松公司的精选 R928 光子探测器，它符合本系统的实际应用，并且灵敏度可通过调节高压(- 400V ~ - 1000V)而改变，修正成与人眼视觉函数 V(λ) 一致后即可用于测量。
主测量光谱电信号和参考光监测电信号经过高灵敏度电流放大、处理，再送到单片机采样系统中进行采样，单片机将采样数据通过RS-232C 串行接口送到 PC 机分析输出结果。同时，单片机系统与 PC 机交换命令，通过控制电路可控制步进电机波长扫描，滤色片切换，样品切换等，随时检测到各种状态信号，保证整个测量过程严格顺利进行。PC 机运行配套的软件程序，便可向仪器发送控制命令，接收仪器采样数据和状态检测信号;同时对状态信号进行判断，对采样数据进行分析计算，得到光谱功率分布数据、光度和颜色参数等，并可直接从打印机输出这些结果。
3 测量结果
仪器安装调试完毕后，我们用该系统对 PDP 专用的红、蓝、绿三种荧光粉连续进行三次测量，得到系统各指标性能参数精度如表1。从表中可以看出，本系统测量精度高，稳定性能好，基本上能反映荧光粉的实际特性。
4 结 论
综合本系统性能特点，可得到以下结论：
1) 该系统设计新颖、巧妙、合理，操作方便，测量参数全面;
2) 由实验数据可看出该系统测量参数可重复性好，误差小，测量精度高，较一般的真空紫外荧光测试仪器有很大的优越性，为致力于 PDP 显示研究的机构提供了极大的方便;
3) 虽然系统没有对真空紫外光源进行定标，但并不影响系统对荧光粉的测量和分析。对该系统略作改造后也可用于对荧光粉的余辉进行测量。
参考文献：
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作者简介：牟同升(1963-)，男(汉族)，浙江人，副教授，硕士，主要从事计量测试技术与仪器的研究。E-mail: tsmou@cise.zju.edu.cn
