DE19737662A1

DE19737662A1 - Wechselspannungsgenerator zur Steuerung eines Plasma-Wiedergabeschirms

Info

Publication number: DE19737662A1
Application number: DE1997137662
Authority: DE
Inventors: Gerard Dr Rilly; Gerard Dipl Ing Morizot; Sean Dr Carthy
Original assignee: Deutsche Thomson Brandt GmbH
Current assignee: Deutsche Thomson Brandt GmbH
Priority date: 1997-08-29
Filing date: 1997-08-29
Publication date: 1999-03-04
Also published as: WO1999012149A1; AU9738398A

Description

Die Erfindung geht aus von einem Generator zur Steuerung eines Plasma-Wiedergabeschirms gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein derartiger Generator ist bekannt durch das Dokument 92 SID DIGEST 1987 Seite 92 bis 95.

Bei einem derartigen Plasma-Bildwiedergabeschirms stellt jeder Bildpunkt oder Pixel eine Kapazität dar. Für die Grundpolarisa tion der Zeilenadressierung wird eine Wechselspannung benötigt, die die Gesamtkapazität des Bildschirms periodisch lädt und ent lädt, was zunächst einen beträchtlichen Energieverlust bedeutet. Zur Verringerung des Energieverlustes ist es bekannt, in den La deweg der Kapazität eine Induktivität einzuschalten, die im Sinne einer sogenannten Energierückgewinnung wirkt. Die Span nungsenergie an der Kapazität wird dabei periodisch in eine Stromenergie in der Spule verschoben. Auf diese Weise läßt sich eine Energierückgewinnung bis zu 90% erreichen. Durch die Resonanzentladung kehrt die Spannung an der Kapazität ihre Po larität um. Das bedeutet, daß die Spannungsdifferenz an der Ka pazität das Doppelte der angelegten Betriebsspannung ist. Diese bekannte Schaltung wird auch als Weber-Wood-Schaltung bezeich net.

Bei einer weiteren bekannten Schaltung aus WO95/01627 wird bewußt zwischen den Perioden mit den zwei unterschiedlichen Spannungswerten für die Zündung und das Löschen eine weitere Periode mit einem dritten Spannungswert, vorzugsweise von null eingefügt, um dadurch die Information des jeweiligen Pixels oder Bildpunktes in dem Plasma zu löschen oder zu neutralisieren. Jeweils zwischen zwei unterschiedlichen, aufeinanderfolgenden Spannungswerten liegt dabei jeweils ein Übergang in Form einer Sinushalbwelle. Durch die Periode mit dem dritten Spannungswert wird das Löschen oder sogenannte Reset des Pixels wesentlich verbessert. Die beiden unterschiedlich großen positiven und negativen Spannungswerte erlauben eine Optimierung der Anregung des Pixels. Dabei können die Adressierung der Zeilen und der Spalten mit relativ niedrigen Spannungen erfolgen, die unabhängig voneinander an den Steuerbereich des Plasma genau angepaßt sind. Die zusätzlichen Adressierungsschaltungen können dann optimale Spannungswerte erhalten.

Wichtig ist außerdem, daß bei den bekannten Schaltungen die Aufgabe und die Erfindungsgemäße Lösung nicht zu entnehmen ist, da z. B. bei der Weber-Wood-Schaltung die Spannung ansteigt wenn der Strom sein Minimum erreicht hat und bei Higgins US 4707692, einem anderen Stand der Technik, die Spannung ansteigt wenn der Strom sein Maximum erreicht hat.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die beschriebene Schaltung so abzuwandeln, daß der Zündvorgang für die einzelnen Pixel für die Anregung zum Leuchten verbessert wird. Weiterhin besteht die Aufgabe, die Leuchtdichte zu verbessern. Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen 1 und 6 angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Der erfindungsgemäße Wechselspannungsgenerator für die Steuerung eines Plasma-Wiedergabeschirms, bei der ein Anschluß a einer Bildschirmkapazität zyklisch nacheinander über Schalter an unterschiedliche Betriebsspannungen angeschaltet wird und im Weg des Umladestromes für die Kapazität eine zur Energierückge winnung dienende Induktivität liegt, daß die Kapazität über Schalter nacheinander an unterschiedlich hohe Betriebsspannungen derart angeschaltet wird, daß die Spannung an der Kapazität zyklisch nacheinander verschieden große Spannungswerte annimmt, zeichnet sich dadurch aus, daß parallel zu einem ersten Schalter der an eine erste Betriebsspannung angeschlossen ist eine Diode angeordnet ist, so daß eine höhere Steilheit des Spannungsverlaufes der Spannung erreichbar ist.

Vorteil der höheren Steilheit des Spannungsverlaufes ist, daß eine größere Leuchtdichte zur Verfügung steht. Die Steilheit bewirkt eine bessere Zündung der Plasmazellen.

Die höherere Steilheit der Spannung am Anfang der Plasmazündung wird gewonnen durch eine optimale Ansteuerung der verschiedenen Schalter in Kombination mit der Spule.

Weiterhin kann der Generator dadurch gekennzeichnet sein, daß die Spannung an der Kapazität zwischen einer Periode mit einer positiven Spannung und einer Periode mit einer negativen Spannung eine Periode mit dem Spannungsnullwert aufweist.

Ferner kann der Generator sich dadurch auszeichnen, daß die positive Spannung und die negative Spannung unterschiedlich groß sind.

Auch ist es möglich, daß der Generator dadurch gekennzeichnet ist, daß der Anschluß der Kapazität über einen ersten Schalter an eine erste Betriebsspannung, über die Induktivität und einen zweiten Schalter an eine zweite Betriebsspannung und über einen dritten Schalter an Erde angeschlossen ist.

Bei dem Generator ist es ferner möglich, daß die zweite Betriebsspannung gleich der Hälfte der ersten Betriebsspannung ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Ansteuern eines Wechselspannungsgenerators für die Steuerung eines Plasma- Wiedergabeschirms, bei der ein Anschluß a einer Bildschirmkapazität zyklisch nacheinander über Schalter an unterschiedliche Betriebsspannungen angeschaltet wird und im Weg des Umladestromes für die Kapazität eine zur Energierückge winnung dienende Induktivität liegt, daß die Kapazität über Schalter nacheinander an unterschiedlich hohe Betriebsspannungen derart angeschaltet wird, daß die Spannung an der Kapazität zyklisch nacheinander verschieden große Spannungswerte annimmt, zeichnet sich dadurch aus, daß die Spannung (Vp) ansteigt wenn der Strom weder sein Minimum, noch sein Maximum erreicht und/oder die Spannung ihren Maximalwert erreicht wenn der Strom (IL, Ic) weder sein Maximum, noch sein Minimum erreicht hat.

Vorteilhaft ist hierbei, daß eine verbesserte Plasmazündung erreicht wird.

Weiterhin kann das Verfahren dadurch gekennzeichnet sein, daß der Strom bei ansteigender Spannung (Vp) vorzugsweise den Wert 1/3 des maximalen Stroms annimmt.

Ferner kann das Verfahren sich dadurch auszeichnen, daß der Strom (IL, Ic) bei Spannungsmaximum vorzugsweise den Wert 1/4 des maximalen Stroms annimmt.

Auch ist es möglich, daß das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß durch eine Verzögerung zwischen dem Ausschalten von einem ersten Schalter (T1) und dem Einschalten vom einem zweitem Schalter (T2) die unterschiedlichen Werte des maximalen Stromes einstellbar sind.

Dadurch ist es möglich den Wert des Stromes einzustellen, ab dem die Spannung ansteigen soll.

Bei einem Generator für das erfindungsgemäße Verfahren ist es ferner möglich, daß die Steilheit des Spannungsverlaufes gewonnen wird durch die Diode (D) die Parallel zum einem dritten Schalter (T3) angeordnet ist.

Vorteilhaft ist hierbei, daß die Steilheit des Spannungsverlaufes verbessert wird.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung an mehreren Ausführungsbeispielen erläutert. In der Zeichnung zeigen

Fig. 1 ein einfaches Prinzipschaltbild der erfindungsgemäßen Schaltung für eine Polarität der Spannung an der Kapazität,

Fig. 2 Kurven zur Erläuterung der Funktion einer drei Niveau Schaltung,

Fig. 3 Kurven zur Erläuterung der Funktion der Schaltung nach Fig. 1,

Fig. 4 eine erweiterte Schaltung für beide Polaritäten und vier Übergänge und

Fig. 5 Kurven zur Erläuterung der Wirkungsweise der Schaltung nach Fig. 3.

In Fig. 1 bedeutet Cp die Gesamt- oder Panel-Kapazität eines Plasma-Bildschirms. Dargestellt sind nur die Schaltungselemente für die Umladung von Cp zwischen O und einer positiven Spannung, nicht die weiteren Schaltungselemente für die entsprechende Umladung zwischen O und der negativen Spannung. Der Punkt a ist über den ersten Schalter T3 mit der positiven Betriebsspannung E+, über die Reihenschaltung des Schalters T2 und der Spule L mit der Spannungsquelle mit dem Wert E+/2 verbunden. Ferner ist der Punkt a über eine Parallelschaltung vom Schalter T1 und der Kapazität Cp mit dem negativen Pol der Spannungsquelle mit dem Wert E+/2 verbunden. Die Spule L dient zur Energierückgewinnung, in der die Spannung Vp der Kapazität Cp in Form gespeicherte Energie in Form eines Stromes zurückgewonnen wird.

Die Diode D wird benötigt weil, so eine höhere Steilheit des Spannungverlaufes Vp korrespondiert mit einem positiven Strom IL durch die Spule. Die Diode D dient dazu, daß eine höhere Steilheit des Spannungsverlaufes Vp erreicht wird, so daß eine größere Leuchtdichte ermöglicht wird. Die Diode D sorgt ferner dafür, daß das Potential am Punkt a nicht höher wird, als E+ und leitet, wenn ein positiver Storm durch die Spule vorhanden ist

Fig. 2 zeigt die drei Niveauschaltungen. Dem Spannungsverlauf Vp ist zu entnehmen, daß nach einer positiven Welle, ein Nulldurchgang folgt, dann eine negative Welle, wiederum ein Nulldurchgang und dann wieder eine positive Welle. Der Plasmastrom, mit i_PL dargestellt, hat in der Mitte der Maxima zwischen der steigenden und fallenden Flanke einen Zeitbereich von ungefähr 0,3 µs Der Impuls des Stromes i_PL liegt dort wo das Spannungsmaximum Vpmax+ erreicht wird. Der Strom i_PL fängt an zu steigen, kurz bevor das Spannungsmaximum Vpmax+ erreicht wurde. Gleiches gilt für den negativen Bereich. Für den positiven Wellenbereich der Spannung Vp ist zwischen der Mitte der steigenden Flanke Vp bis zum Ende der abfallenden Flanke Vp ein Zeitbereich von ungefähr 8 µs vorgesehen. Bei der negativen Welle ist ein Zeitbereich von 3 µs vorgesehen von dem mittleren Wert der negativen Spannung Vp- und dem kleinsten negativen Wert Vp-max. Ferner sind es ungefähr 3 µs von der ansteigenden negativen Flanke der Spannung Vp- bis zum Mittelwert der ansteigenden positiven Flanke der Spannung Vp+.

Fig. 2 und Fig. 3 stehen in einem Verhältnis zueinander, aber da der Strom IL von den Werten der Spule L, des Kondensators Cp und der Spannung E abhängt und der Strom i_PL von der Anzahl von beleuchtenden Feldern abhängig ist, sind die Figuren nicht direkt miteinander in Verbindung gebracht worden.

Fig. 3 zeigt den zeitlichen Verlauf der Spannung Vp an der Ka pazität Cp für eine Flanke. Dabei zeigen die ausgezogenen Linien bei T1, T2, T3, während welcher Perioden die Schalter leitend gesteuert sind. Der bekannte Spannungsverlauf von Vp ist in der Fig. 3 mit einer unterbrochenen Linie dargestellt worden. Bei dem bekannten Spannungsverlauf mit der unterbrochenen Linie ist keine Verzögerung vorhanden zwischen Ausschalten vom Schalter T1 und Einschalten vom Schalter T2. Es ist deutlich zu erkennen, daß an der oberen Kante die Wellenform rund verläuft. In unserem Fall ist eine Verzögerung vorhanden zwischen Ausschalten vom Schalter T1 und Einschalten vom Schalter T2. Durch die Verzögerung τ1 wird eine Zusatzenergie in der Spule L gespeichert, bevor der Resonanzpunkt erreicht wird. Dies führt dazu, daß der Spannungsverlauf von Vp steiler wird, bevor der punkt Vpmax erreicht wird. Durch die Schaltung und der erfindungsgemäß eingebrachten Diode D wird somit ein steilerer Verlauf gewährleistet. Zusätzlich dient die Diode zur Spannungsbegrenzung. Wäre die Spannungsbegrenzung durch die Diode D nicht gegeben, würde der Spannungsverlauf gemäß des Pfeiles oD verlaufen. Durch die Diode wird ein steiler Verlauf und ein recht scharfes Abknicken der Spannung möglich. Dieses scharfe Abknicken zum Spannungsmaximum hin hat den Vorteil, daß eine größere Leuchtdichte ermöglicht wird und die Zündung der Plasmazellen verbessert wird. In Abhängigkeit vom Spannungsverlauf Vp ist der Stromverlauf IL dargestellt.

Es wird mit der Betrachtung der Kurven zum Zeitpunkt t1 begonnen. Die Spannung Vp ist auf Null u. a., weil der Schalter T1 geschlossen ist und weil die Schalter T2 und T3 geöffnet sind. Zum Zeitpunkt t2 wird der Schalter T2 geschlossen. Ab diesem Zeitpunkt beginnt der Strom in der Spule IL an zu steigen. Der Strom fließt nun über den Schalter T2, die Induktivität IL und den Schalter T1 zum negativen Pol der Spannungsquelle E+/2. Beim Zeitpunkt t3 wird der Schalter T1 geöffnet. Dieses hat zur Folge, daß die Spannung Vp in der Kapazität Cp ansteigt. Bei der Stromkurve IL ist dieser Startpunkt mit Is versehen. Beim Zeitpunkt t4 erreicht der Strom IL sein Maximum Imax. Dieses wird bei der Spannung 1/2Vpmax erreicht. 1/2Vpmax liegt zeitlich im Mittelpunkt bei der steigenden Flanke des Spannungsverlaufes Vp von 0 - Vpmax. Beim Zeitpunkt t5 erreicht die Spannung Vp ihr Maximum Vpmax. Beim Zeitpunkt t7 erreicht der Strom IL sein Minimum. Zwischen den Zeitpunkten t5 und t7 fließt der positive Strom IL durch die Diode D. Gleichzeitig fängt der Plasmastrom i_PL zu steigen an. Aufgrunddessen wird kurz nach dem Zeitpunkt t5 zum Zeitpunkt t6 der Schalter T3 geschlossen. Zum Zeitpunkt t5 hat der Strom IL den Wert IC erreicht und kann direkt den Plasmastrom liefern während der leitenden Phase der Diode D und des Schalters T3. Dies verbessert die Zündung der Plasmazellen.

Zum Zeitpunkt t3 beim Ansteigen der Spannung Vp, hat der Strom IL weder sein Minimum, noch sein Maximum erreicht. Er ist mit Is gekennzeichnet und hat vorzugsweise den Wert 1/3 Imax.

D.h. wenn der Schalter T1 geöffnet wird und der Schalter T2 zuvor geschlossen war, fließt der Strom Is nun über die Kapazität Cp. Is kann auch als Startstrom bezeichnet werden. Der Wert für Is soll, damit sich eine steile Flanke ergibt, zwischen einem Wert größer Null und kleiner Imax liegen. Vorzugsweise liegt er um den Wert 1/3Imax.

Zum Zeitpunkt t5 bei dem die Spannung Vpmax erreicht wird hat der Strom IL weder sein Maximum, noch sein Minimum erreicht. Er ist mit Ic gekennzeichnet und hat vorzugsweise den Wert 1/4 Imax. Der Wert 1/4 Imax kommt durch die Verluste des Schwingkreises zustande. Ideal wäre der Wert auch 1/3 Imax.

Fig. 4 zeigt die Erweiterung der Schaltung gemäß Fig. 1 und Fig. 3 für beide Polaritäten und drei Spannungswerte. Für die dargestellten Spannungen E3 und E4 gilt:
E3 = -VT/2, E4 = +V2/2. Die Schaltung nach Fig. 4 arbeitet im wesentlichen nach dem Prinzip der Schaltung gemäß Fig. 1, wobei zum besseren Verständnis folgende Konkordanzaufstellung gilt:

Fig. 4
Fig. 1
T4-, D4-	T2,
T4, D4	T2,
T6, D6	T2,
T6-, D6-	T2,
T5-, D5-	T1,
T5, D5	T1,
T1, D1	T3, D
T2, D2

Cp ist wieder die Gesamtkapazität. Der eigentliche Energiefluß erfolgt über T1, T2. Die Frequenz, mit der die Umladung erfolgt, beträgt etwa 30 bis 100 kHz.

Fig. 5 zeigt wieder durch die ausgezogenen Linien, welche Schalter T1-T6 in Fig. 4 in den einzelnen Zeitabschnitten ei ner Periode leiten. Es ist ersichtlich, daß die Schalterstrecken T4/D4, T4-/D4-, T6/D6 und T6-/D6- jeweils während der Umladung von Cp, also der Übergänge von UCp leitend sind. T1/D1, T2/D2 bewirken, daß eine höhere Steilheit der Spannung UCP besonders vor der Zündung erreicht wird und dadurch auch eine höhere Helligkeit erreicht wird. Auch bewirken sie, daß während ihrer leitenden Phase die gegenüber der Umschaltung längere Anschaltung des Anschlusses a der Kapazität Cp an V2 und V1 erreicht wird, während die Schalterstrecken T5/D5 und T5-/D5- zeitlich dazwischen die Anschaltung des Anschlusses a an Erde bewirken, um die beschriebenen Zeiträume mit dem Spannungswert null zu bilden. Es ist ersichtlich, daß zur Anpassung an den Plasmaschirm die Spannungswerte V2 und V1 verschieden groß sind, z. B. V2=120 Volt und V1=-150 Volt. Es ist jedoch auch möglich den Plasmaschirm so zu dimensionieren, daß er mit gleich großen Spannungswerten versorgt wird.

Es sei noch angemerkt, daß die vorzugsweisen Werte 1/3 bzw. 1/4 des maximalen Stroms erreicht werden durch eine Verzögerung τ1 zwischen dem Ausschalten des Schalters T1 und dem Einschalten des Schalters T2 und/oder die Steilheit des Spannungsverlaufes gewonnen wird durch die Diode D die Parallel zum Schalter T3 angeordnet ist.

Es ist auch denkbar diese Werte und/oder die Steilheit durch andere Schaltungsaufbauten zu gewinnen, die dann aber auch die erfindungsgemäße Erkenntnis nutzen, daß die Spannung ansteigt wenn der Strom weder sein Minimum, noch sein Maximum erreicht und/oder die Spannung ihren Maximalwert erreicht, wenn der Strom weder sein Maximum, noch sein Minimum erreicht hat und/oder eine höhere Steilheit des Spannungsverlaufes verwandt wird. Mit der erfindungsgemäßen Schaltung erhält man eine verbesserte Leuchtdichte, einen verbesserten Zündvorgang und der Wirkungsgrad im Verhältnis dazu ist auch gut.

Claims

1. Wechselspannungsgenerator für die Steuerung eines Plasma- Wiedergabeschirms, bei der ein Anschluß (a) einer Bildschirmkapazität (Cp) zyklisch nacheinander über Schalter an unterschiedliche Betriebsspannungen angeschaltet wird und im Weg des Umladestroms für die Kapazität (Cp) eine zur Energierückgewinnung dienende Induktivität (L) liegt, daß die Kapazität (Cp) über Schalter (T1-T3) nacheinander an unterschiedlich hohe Betriebsspannungen derart angeschaltet wird, daß die Spannung (Vp) an der Kapazität (Cp) zyklisch nacheinander verschieden große Spannungswerte (E+, E-, 0) annimmt, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu einem der Schalter (T3) , der an eine erste Betriebsspannung (E+) angeschlossen ist, eine Diode (D) angeordnet ist, so daß eine höhere Steilheit des Spannungsverlaufes der Spannung (Vp) erreichbar ist.

2. Generator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung (Vp) an der Kapazität (Cp) zwischen einer Periode mit einer positiven Spannung und einer Periode mit einer negativen Spannung eine Periode mit dem Spannungsnullwert aufweist.

3. Generator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die positive Spannung (V2) und die negative Spannung (V1) unter schiedlich groß sind.

4. Generator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschluß (a) der Kapazität (Cp) über einen ersten Schalter (T3) an eine erste Betriebsspannung (E+), über die Induktivi tät (L) und einen zweiten Schalter (T2) an eine zweite Betriebsspannung (E+/2) und über einen dritten Schalter (T1) an Erde angeschlossen ist.

5. Generator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Betriebsspannung (E+/2) gleich der Hälfte der ersten Betriebsspannung (E+) ist.

6. Verfahren zum Ansteuern eines Wechselspannungsgenerators für die Steuerung eines Plasma-Wiedergabeschirms, bei der ein Anschluß (a) einer Bildschirmkapazität (Cp) zyklisch nacheinander über Schalter an unterschiedliche Betriebsspannungen angeschaltet wird und im Weg des Umladestromes für die Kapazität (Cp) eine zur Energierückge winnung dienende Induktivität (L) liegt, daß die Kapazität (Cp) über Schalter (T1-T3) nacheinander an unterschiedlich hohe Betriebsspannungen derart angeschaltet wird, daß die Spannung (Vp) an der Kapazität (Cp) zyklisch nacheinander verschieden große Spannungswerte (E+, E-, 0) annimmt, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung (Vp) ansteigt, wenn der Strom (IL, Is) weder sein Minimum noch sein Maximum (Imax) erreicht und/oder die Spannung (Vp) ihren Maximalwert (Vpmax) erreicht, wenn der Strom (IL, Ic) weder sein Maximum (Imax) noch sein Minimum erreicht hat.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Strom (IL, Is) bei ansteigender Spannung (Vp) vorzugsweise den Wert 1/3 des maximalen Stroms (Imax) annimmt.

8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Strom (IL, Ic) bei Spannungsmaximum vorzugsweise den Wert 1/4 des maximalen Stroms (Imax) annimmt.

9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine Verzögerung (τ1) zwischen dem Ausschalten von einem ersten Schalter (T1) und dem Einschalten von einem zweiten Schalter (T2) die unterschiedlichen Werte des maximalen Stromes einstellbar sind.

10. Generator für das Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steilheit des Spannungsverlaufes gewonnen wird durch die Diode (D) , die parallel zu einem dritten Schalter (T3) angeordnet ist.