CN1650387A - 通过微波辐射进行放电激发的等离子体显示板 - Google Patents

通过微波辐射进行放电激发的等离子体显示板 Download PDF

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Abstract

一种板，包括：前板和背板，二者之间留有填充了放电气体的二维矩阵区域；寻址装置，通过将电荷存储在其中，有选择地激活预先选中的放电区域；以及微波电磁辐射发生器，适用于通过背板向板的所有放电区域施加足够强度的微波辐射，从而只在已激活的放电区域中产生等离子体放电。获得了一种易于驱动且高发光效率的板，其中寻址和保持功能相互分离。

Description

通过微波辐射进行放电激发的等离子体显示板
技术领域
本发明涉及一种通过微波辐射进行放电激发的等离子体显示板和一种驱动该显示板的方法。
背景技术
等离子体屏幕的基本操作原理在于在形成了位于通常由玻璃制成的两个平板之间的二维矩阵阵列的、填充有放电气体的基板单元中，两个电极之间的等离子体放电的启动和保持。以电介质层涂覆这些电极，以便提供公知的记忆效应，因此需要使用脉冲形式的保持电压或AC保持电压，以便产生放电。根据所施加的保持信号的频率，可以将迄今为止针对等离子体显示板(PDP)而研发的技术分为两类，即AC-PDP和RF-PDP技术。对于AC(交流)结构，这些脉冲的频率为几百kHz或更低，而对于RF(射频)结构，其频率大约为十几或几十MHz；参考文献JP 10-171399(Hitachi)描述了RF型结构。
覆盖其间发生放电的电极的电介质层用作能够存储电荷的电容器，从而将存储效应赋予其中发生放电的单元。此存储特性依赖于被寻址的单元，在每个要显示的图像扫描或子扫描的开始，通过施加低频寻址电压脉冲来进行寻找，这就是PDP结构的情况。将这些寻址脉冲的电压设计为以适当的电平，将电荷存储在单元的壁上，从而使保持信号只在已寻址区域中产生放电。因此，AC和RF两种技术之间的本质区别在于在图像子扫描期间保持放电的模式，即分别为低频和射频。两种模式的区别涉及放电操作的实际原理，但这里将只对更具体地涉及等离子体板的方面进行讨论，即发光效率和单元表面的寿命：
i)AC放电模式导致了用于降低在单元中的稀有放电气体的激发中所浪费的部分电子能量的高能阴极屏极的形成，并从而导致了所产生的VUV光子数的减少。这导致了较差的发光效率，而且由于来自放电的能量离子对其的轰击，也导致了单元结构表面的较短寿命。
ii)如图1所示，在RF放电中，等离子体VSh和电极VE之间的电位差实际上为施加到电极上的电位的一半，因此，离子的能量实际上为AC放电的一半。这使其能够降低在屏极中所浪费的功率，并因而增加分配给放电电子的能量贡献。为了给出示例，与分配给放电的总能量相比，分配给电子的能量贡献估计约为75％，而在AC结构中，仅为40％。屏极中离子能量的降低能够提高发光效率并延长单元表面的寿命。
电介质层通常涂覆有通常基于氧化镁(MgO)的保护层，所述保护层还用于在离子轰击下发射二次电子。
迄今为止所研发的RF结构的主要缺点在于：
-构成RF电极的线路之间的连接问题；
-难以在由等离子体板形成的较大面积上产生均匀的RF场；
-由于导线、连接和调谐盒中的损耗导致了较低的电效率。
发明内容
本发明的目的在于克服利用操作在具有低频或射频保持的电介质隔板放电模式下的等离子体单元的等离子体屏幕所固有的缺陷。
为此目的，本发明的主题是一种等离子体显示板，包括：前板和背板，二者之间留有填充了放电气体的二维矩阵区域，其特征在于所述等离子体显示板包括微波电磁辐射发生器，适用于通过所述背板向所有所述放电区域施加足够强度的微波辐射，从而在放电区域中产生等离子体放电。
所获得的显示板类似于在参考文献EP 0 511 282和EP 0 377 442中所描述的、基于无电极荧光灯的二维矩阵的显示设备，但比其简单得多也更为便宜。
优选地，根据本发明的显示板还包括寻址装置，通过将电荷存储在其中，有选择地激活预先选中的放电区域，并且将所述微波电磁辐射发生器设计为施加足够强度的微波辐射，从而只在已激活的放电区域中产生等离子体放电。
因此，微波场用于保持已寻址单元中的等离子体放电，但是，在本发明的优选实施例中，其幅度并不足以通过其自身在非激活或已寻址单元中产生放电；优选地，所述寻址装置还用于在将所述微波场施加到整个板上时，启动预先选中的区域或单元中的放电，以及用于在施加所述微波场期间，以足够的强度电平重新启动这些放电；这种“重新启动”确保了在已激活单元或区域的容积内保持电荷。
本发明还具有以下特征中的一个或多个：
-所述微波电磁辐射发生器适用于产生频率大于200MHz的微波；
-所述背板不具有电极阵列，也不具有任何导电层或导电层片断；所述背板由在所述微波辐射的频率范围内具有较低介电损耗的电介质材料制成；例如，所述背板可以由玻璃制成；
-所述前板包括至少两个寻址电极阵列，在放电区域的二维阵列的放电区域的位置处，第一阵列的每个电极与第二阵列的每个电极交叉。
因此，根据本发明，所述板的所有电极优选地位于所述前板上；根据变体，所述前板包括三个电极阵列，其中包括平行、成对且共面的两个电极阵列。
本发明的目的还在于一种驱动根据本发明的显示板的方法，包括一系列图像扫描和子扫描，其中每个子扫描包括：单元寻址阶段，通过所述板的所述寻址装置预先选择单元；以及保持阶段，其特征在于在所述保持阶段，将所述微波场施加到所述板的所有单元上。
可以贯穿所述保持阶段始终地连续施加此微波场，或者以不连续的方式施加。
有利地，在所述保持阶段期间，还利用寻址电极或其他电极，在板的所有放电区域中施加传统的“低频”保持信号，从而保持已寻址区域的容积内的电荷。
因此，本发明提出了一种新型的单元结构，基于将放电保持信号的频率提高到微波范围内(f＞200MHz)。在微波等离子体中，实际上，所有能量都将用于气体的离子化和激发，因而能够提高发光效率。
本发明所提出的解决方案在于，优选地，利用当前的技术和商用显示板的电路，通过低频信号来寻址单元，以及通过微波范围内的高频场(f＞200MHz)来保持放电。
本发明的优点主要为：
a)本发明的主要优点在于发光效率的提高。这是因为微波等离子体中所消耗的能量完全用于气体的激发和离子化。没有等离子体保持电极意味着，除了低频脉冲以外，不存在对壁的离子轰击和溅射，因此几乎不存在以这种形式消耗的能量。这是因为显示板的单元壁处于浮置电位，这意味着撞击这些壁的离子的能量不超过十个电子伏特左右。因此，极大地延长了氧化镁保护层的寿命，从而实质上增加了显示板的寿命。
根据压力范围，微波等离子体的电子布居数通常具有接近于几个eV的麦克斯维曲线的能量分布函数，而低频或射频放电的电子布居数是还包括较大的高能电子、二次电子布居数的函数。这些高能电子有利于更高能量电平的离子化和激发，而不利于低能量电平的激发，主要负责产生UV光子。因而，微波等离子体中缺少此电子布居数使其更为有效地用于UV产生。
通过选择能够使UV光子的产生优化的气体或气体混合物可以获得较高的单元发光效率。事实上，利用微波激发，与低频和射频放电的限制相比，对气体和工作压力的选择相当宽泛。换句话说，选择等离子体单元的理想工作点有相当大的空间。
b)本发明的一个关键优点在于，一方面通过背面注入功率，而另一方面，通过前面的电极进行单元的寻址，将遵循不同的信道，从而能够实现功能的分离；
c)另一优点在于所提出的技术的简单性，既考虑到单元的结构又考虑到对其进行寻址的方式。例如，可以利用窄电极，通过简单的插入技术，产生行(或线)和列电极的矩阵阵列。由于这些电极只用于低频控制，因而不再需要较宽的电极来确保保持阶段期间的存储电荷，并从而确保存储余量(如上所述)；
d)由控制电子组件设置了对超高击穿电压的限制，而不再是由功率消耗而设置，由于单元控制只需要每幅图像的脉冲的最小值，而且脉冲电压值不再是关键参数。相反，从操作余量的观点来看，高击穿电压将确保非常大的余量。但是，设置在行和列电极之间的电介质的击穿风险要求电介质的厚度为几十微米；
e)在微波保持阶段擦除记忆电荷解决了在每个图像子扫描之前擦除电荷的问题。在现有技术的板结构中，这些脉冲是至关重要的，以便在每个保持周期的结尾消除记忆电荷，并从而复位单元。在射频保持阶段中，此擦除脉冲甚至是必需的。射频电极区域中最轻微的不对称或区别将有可能导致电极电位的不对称，结果，在保持周期的结尾，具有残余记忆电荷；
f)从激起等离子体的时刻开始到图像的结束，通过施加微波场的持续时间来控制基本单元的发光强度；以及
g)单元的尺寸和单元的总操作压力保持在与现有技术相同的水平，但是具有大得多的操作幅度。在本技术中，隔板肋的高度不再是重要参数，而在射频技术中却是如此，对于射频技术，需要控制隔板肋的制造技术，使其高度超过500μm。
附图说明
在阅读作为非限制性示例并参照附图而给出的以下描述时，本发明将得到更好的理解，其中：
图1示出了现有技术中具有AC结构的板和具有RF结构的板的操作之间的区别，考虑到放电(VSh＝放电中的屏极电压，以及VE＝发生了放电的单元中的电极电压)；
图2示出了在用于实现对根据本发明的等离子体板进行驱动的方法的一种方式中，分别将寻址电压信号SAX和SAY施加到电极X和Y上，并从背面施加微波信号SMW的时序图；
图3、图4和图5分别示出了本发明一个实施例中的前板、背板和整个等离子体板的剖面示意图；
图6以顶视图的形式示出了根据图5所示的板的变体，其中前板上的电极插入相对于单元的中心不对称；
图7示出了根据图5所示的板的变体，其中前板具有三个电极阵列，其中的两个电极阵列是平行、成对且共面的；
图8以顶视图的形式示出了根据图7所示的板的变体，其中成对阵列的每个电极用于两个相邻行的单元，并且位于分隔所述单元的隔板肋的顶部；以及
图9示出了为了启动图8所示的板中的放电而施加到行电极Yn-1、Yn和Yn+1上的电压的时序图。
具体实施方式
示出了时序图的附图并未反映数值的实际比例，以便使特定的细节更容易看到，如果成比例地绘制，将不能够清楚地看到这些细节。
现在，将描述根据本发明的等离子体板的制造；将首先描述前板，然后描述背板，前板和背板均用于制造所述显示板：
i)如图3所示，通过位于显示板的前板上的电极矩阵阵列，进行寻址和放电的启动。设置在玻璃基板1上的第一阵列的列电极Y与第二阵列的行电极X相交。两个阵列通过介电层2分隔。第二电极阵列涂覆有介电层2和基于氧化镁的保护层3，基于氧化镁的保护层3还用作用于发射二次电子的表面。以公知的方式调整介电层2的厚度，尤其是根据将填充到板中的放电气体的属性和压力；
ii)放电中微波功率的施加并不是通过电极来实现的，因此，必须适当地设计通过其施加微波的背板的结构。如图4所示，背面完全没有任何电极或导电层，而是主要包括由低损耗、坚硬且不渗透的电介质制成的基板4。优选地，所述电介质是在所使用的微波的频率范围内具有较低损耗的电介质。此基板4包括隔板肋阵列5，形成了设计以位于前板上的X和Y电极的交点为中心的空腔。以荧光体6R、6B、6G涂覆这些空腔的壁，从而通过等离子体放电所发射的紫外光的激发，获得用于显示图像的三原色光子，即红色、绿色和蓝色。这些空腔形成了显示板的单元。
接下来，按照众所周知的方式，将前板与背板相连，通过重叠前板和背板，从而使前板上的每个电极交点与背板的单元相一致。
优选地，这种微波保持板内的放电气体的压力比传统AC保持等离子体板内的放电气体的压力低，例如，低大约10倍。
然后，将适用于在与等离子体板的有源部分相对应的电介质基板4的整个表面上施加微波场的微波设备设置在所述等离子体板的背面。
所获得的板的结构如图5和6所示。为了使施加到所述显示板的背板的背面7的微波功率在所述背板的整个表面上提供均匀的场，所述微波设备包括场幅度调整器，设置了每个图像子扫描期间的上限，由保持场确定所述限制，对应于保持电压，将与大约20伏特每单元相对应的电压余量与保持电压相加。以众所周知的方式调整场幅度，从而能够保持板的所有单元，但应当足够低而不会使非寻址单元被启动。
为了避免微波辐射，所述板的背面具有微波屏蔽8。在前面，通过电极的矩阵阵列来提供微波屏蔽。
由于较小的电极宽度并不会削弱单元填充因子，通过微波等离子体在单元的整个容积内的扩散来进行填充。如图6所示，电极X和Y的位置是相对于单元的中心偏心的，以增加前板对可见辐射的透明性，但是，同时仍然保持距隔板肋较远，而不致于极大地提高撞击电压。
图7示出了根据图5所示的板的变体，其中前板包括三个电极阵列，包括两个平行、成对且共面的电极阵列Y’；组件享有与图5所示的组件相同的参考符号(以“’”符号加以区别)；参考符号10对应于氧化镁层，而参考符号Y’B对应于附加在透明电极Y’上以增加其导电性的不透明导体总线。
图8示出了图7所示的板的变体，其中成对阵列的每个电极用于两行相邻的单元，并位于分隔所述单元的隔板肋之上；因此，有利地为每个单元提供了最宽的光通过孔径；因此，两个连续的“行”电极形成了其与之侧连的一对单元行，从而使其能够在每个单元处获得较大的间隙；在每个单元处，位于“行”电极上的凸出有利于放电的启动。
图9示出了为了启动图8所示的板中的放电而施加到行电极Yn-1、Yn和Yn+1上的电压的时序图，利用通过列电极X施加的适当脉冲VX，尤其是在寻址阶段期间。
现在，将参照图2，对一种用于驱动根据本发明的显示板的方法进行描述，所述方法在于：
a)通过在行电极X或扫描电极与列电极Y或数据电极之间施加其幅度VX+VY大于等离子体撞击电压的脉冲，对单元进行寻址。这样所启动的放电导致了已寻址单元中的记忆表面电荷的产生；
b)通过背板，施加在所述显示板的整个背板上均匀分布的微波电场MW。微波场MW的幅度SMW必须大于保持等离子体所需的电场，而小于启动单元中的放电的电场；
c)通过向控制电极施加几个脉冲SS-BF.1、…、SS-BF.n等来启动已寻址单元中的放电，以便创建体电荷。与由于记忆电荷而产生的电压和与微波场相对应的电压相加的这些信号的幅度必须大于等离子体撞击电压。这些信号自身的幅度必须小于等离子体撞击电压。因此，在保持阶段期间，在板的所有放电区域中施加传统的“低频”保持信号SS-BF.1、…、SS-BF.n等，从而保持已寻址区域容积内的电荷。通过施加到单元组的整个表面上的微波场来进行体电荷的保持，即用于补偿由于向壁的扩散和由于重新组合而导致的损耗的电荷的创建。根据b)，此场并不足以启动非寻址单元中的放电；以及
e)通过切断所施加的微波场(关闭状态)，在每个图像子扫描的结尾，熄灭等离子体。
因为在等离子体放电微波保持阶段期间，完全擦除了记忆电荷，不再影响熄灭电压，由低频击穿和微波熄灭电压来确定操作余量。
最后一幅时序图I非常示意性地示出了由于刚刚所描述的驱动方法而引起的放电的紫外光发射强度。
主要参照其中由前板携带两个电极阵列并由背板携带隔板肋阵列的等离子体板，以及参照其中在图像子扫描期间连续施加微波场的驱动方法，对本发明进行了描述；对于本领域的普通技术人员显而易见的是，在不偏离所附权利要求的范围的前提下，本发明可以应用于其他类型的等离子体板或其他驱动方法。

Claims (6)

1、一种等离子体显示板，包括：前板和背板，二者之间留有填充了放电气体的二维矩阵区域；以及寻址装置，通过将电荷存储在其中，有选择地激活预先选中的放电区域，其特征在于所述等离子体显示板包括微波电磁辐射发生器，适用于通过所述背板向所有所述放电区域施加足够强度的微波辐射，从而只在已激活的放电区域中产生等离子体放电。
2、根据权利要求1所述的板，其特征在于所述微波电磁辐射发生器适用于产生频率大于200MHz的微波。
3、根据前述权利要求之一所述的板，其特征在于所述背板不具有电极阵列，也不具有任何导电层或导电层片断。
4、根据前述权利要求之一所述的板，其特征在于所述背板(4)由在所述微波辐射的频率范围内具有较低介电损耗的电介质材料制成。
5、根据前述权利要求之一所述的板，其特征在于所述前板包括至少两个寻址电极阵列，在放电区域的二维阵列的放电区域的位置处，第一阵列的每个电极(Y、Y’)与第二阵列的每个电极(X、X’)相交叉。
6、一种驱动根据前述权利要求之一所述的显示板的方法，包括一系列图像扫描和子扫描，其中每个子扫描包括：单元寻址阶段，通过所述板的所述寻址装置预先选择单元；以及保持阶段，其特征在于在所述保持阶段期间，将所述微波场施加到所述板的所有单元上。
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