Op weg naar energiezuiniger plasmaschermen
Voor wie een tv-beeldscherm van groot formaat wil hebben, is een plasmascherm een prima optie. Het aanbod is ruim en de prijs-/kwaliteitsverhouding van plasmaschermen is de afgelopen jaren steeds gunstiger geworden. Een van de sleutelproblemen bij de verdere ontwikkeling is het relatief hoge energieverbruik van die schermen. Om dit te kunnen verlagen is een grondiger begrip nodig van de onderliggende fysische en chemische processen. Onderzoekers aan de Universiteit Utrecht zijn er onder leiding van dr. Pedro Zeijlmans van Emmichoven met financiële steun van de Stichting FOM en Philips in geslaagd om een van de relevante processen in detail te begrijpen. Dit opent naar verwachting de weg naar energiezuiniger plasmaschermen. Op 3 mei 2007 verschijnt een overzicht van hun resultaten als hoofdstuk in een boek uit de serie "Springer Tracts in Modern Physics".
Een plasmascherm bestaat uit een "plasma display panel" (PDP), een matrix van plasmacellen met afmetingen kleiner dan 1 millimeter. Ieder groepje van drie cellen correspondeert met één pixel. Wanneer een plasmacel wordt aangestuurd, wordt een spanningsverschil aangebracht tussen de beide elektroden in de cel en 'ontbrandt' het plasma (een gasontlading). Hierbij wordt ultraviolette straling uitgezonden, die door een fluorescerend laagje (fosfor) wordt omgezet in zichtbaar licht in een van de drie primaire kleuren (RGB: rood, groen of blauw). Het licht gaat door de transparante voorkant van de plasmacel heen en komt zo op ons netvlies terecht. De elektroden van de cel worden beschermd door een dun isolerend laagje. De eigenschappen van dit laagje, nog geen duizendste millimeter dik, hebben direct invloed op de efficiëntie en daardoor op het energieverbruik van de plasmacel. Het is dit laagje en het materiaal waarop het is vastgezet waar de onderzoekers uit Utrecht in detail naar hebben gekeken.
Een van de belangrijkste functies van het isolerende laagje is het leveren van elektronen aan het plasma. Positief geladen atomen (ionen) uit het plasma botsen met het laagje en kunnen hierbij een deel van hun beschikbare energie overdragen op elektronen. Wanneer een van de elektronen voldoende energie krijgt, kan het vanuit het isolerende laagje ontsnappen naar het plasma. Hierbij geldt dat hoe meer elektronen er naar het plasma ontsnappen, hoe 'gemakkelijker' het plasma brandt. Dit betekent dat het spanningsverschil tussen de elektroden lager gekozen kan worden, waardoor het energieverbruik lager zal zijn. Magnesiumoxide (MgO) blijkt als dun laagje goed te functioneren en wordt op dit moment toegepast in vrijwel alle commercieel verkrijgbare plasmaschermen. De Utrechtse fysici hebben recent aangetoond dat voor flinterdunne MgO-laagjes (10 nanometer dik ofwel een honderdduizendste millimeter) ook het materiaal waarop het laagje is vastgezet een belangrijke rol speelt. De ionen staan namelijk niet al hun energie af aan de elektronen in het MgO-laagje, maar blijken ook een deel over te kunnen dragen aan de elektronen in dat dragerlaagje, het zogeheten substraat. Hoewel de MgO-laagjes in plasmaschermen ruim tienmaal zo dik zijn als de laagjes die de onderzoekers bestudeerden, moet dit proces bij slim geconstrueerde laagjes extra elektronen kunnen opleveren voor het plasma, zo verwachten de onderzoekers. Hoe precies zal overigens nog moeten worden uitgezocht. Een van de ideeën is nanodeeltjes van een ander materiaal in de MgO-laagjes in te bouwen. Ieder nanodeeltje kan dan de rol van substraat spelen en zodoende, zo heeft het onderzoek immers laten zien, extra elektronen bijdragen die het plasma voeden. De resultaten openen daarom hopelijk mogelijkheden om het energieverbruik van plasmaschermen te verminderen.
Meer informatie bij dr. P.A. Zeijlmans van Emmichoven, Universiteit Utrecht, telefoon (030) 253 28 45.
Informatie over het boek:
Titel: "Slow heavy-particle induced electron emission from solid surfaces"
Editors: H.-P. Winter en J. Burgdörfer
Serie: Springer Tracts in Modern Physics
Verschijningsdatum: 3 mei 2007
Dit persbericht is gebaseerd op hoofdstuk 7:
"Slow Ion-Induced Electron Emission from Thin Insulating Films",
Auteurs: P.A. Zeijlmans van Emmichoven en Y.T. Matulevich