DE69125704T2

DE69125704T2 - Integrierte hochfrequenzlichtquelle für grossbildanzeigevorrichtung

Info

Publication number: DE69125704T2
Application number: DE69125704T
Authority: DE
Inventors: Valery North Andover Ma 01845 Godyak; Iosif Verstorben Lynn Ma 01902 Sheynberg
Original assignee: GTE Products Corp
Current assignee: Flowil International Lighting Holding BV
Priority date: 1990-01-16
Filing date: 1991-01-15
Publication date: 1997-11-27
Anticipated expiration: 2011-01-16
Also published as: EP0511304B1; US5027041A; DE69125704D1; WO1991011017A1; JPH05505491A; EP0511304A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Großbildanzeigevorrichtungen für Informationen, Daten, Bilder und dergleichen und betrifft insbesondere solche Anzeigevorrichtungen, die eine Gruppierung von als Pixel angeordneter, elektrodenloser Lampen aufweisen.
Die Anwendung solcher Lampengruppierungen schließt Anzeigetafeln für Werbezwecke und unverzügliche Wiedergabe von Informationen in Sportstadien ein. Ein Typ einer solchen Gruppierung bzw. Matrix betrifft die Verwendung einer großen Anzahl von Leuchtstofflampen, die in Gruppen von drei oder mehr angeordnet sind, um Pixel zu bilden. Jedes Pixel enthält eine Lichtquelle für jede der Primärfarben, das heißt, blau, rot und grün. Die selektive Erregung jedes Pixels in einer Gruppierung von vielen tausend Pixeln kann Bilder schaffen, die für in einiger Entfernung befindliche Beobachter Femsehbildern entsprechen. Die relative Erregung der Primärfarbenquellen innerhalb jedes Pixels bestimmt die Farbe, die der Beobachter als von dem betreffenden Pixel ausgesandt wahrnimmt, und, in der Gruppe, die Farbinformation, die erforderlich ist, um ganze Farbbilder wahrzunehmen. Jede Lampe ist mit einem Primärleuchtstoff beschichtet, um blaues, rotes oder grünes Licht auszusenden.
Beim Stand der Technik enthält jede Lampe zumindest eine Kathode, die aus der herkömmlichen Technik der Leuchtstofflampenherstellung ausgewählt ist. Die Kathode ist zweckmäßigerweise mit einem Material niedriger Austrittsarbeit imprägniert und stellt eine reiche Quelle emittierter Elektronen dar, sobald sie auf etwas höhere Temperaturen angehoben wird. Die Lampen enthalten ferner ein Edelgas, beispielsweise Argon, bei einem niedrigen Druck (typischerweise einige Torr), und eine kleine Menge Quecksilber. Von der Kathode werden Elektronen ausgesandt und durch eine Spannung beschleunigt, die zwischen der Kathode und einer Anode angelegt wird. Einige der Elektronen erfahren Kollisionen, die zur Erregung von Quecksilberatomen führen, die sodann ultraviolettes Licht bei 254 Nanometer aussenden. Diese Strahlung wird sodann vom Leuchtstoff umgewandelt, um farbiges Licht zu erzeugen. Die Anode dient als Sammler für die in der Leuchtstoffröhre fließende Ladung und stellt diejenige Elektrode dar, die Spannung zuführt, die die Menge des Elektrodenstroms, die Intensität der 254 Nanometer- Emission und deshalb die Helligkeit des von dem einzelnen Pixelelement ausgesandten Lichts steuert.
Beispiele von Leuchtstofflampen oder Lampengruppierungen, die für die Verwendung von Videobildanzeigevorrichtungen geeignet sind, werden in U.S.-A-4 559 480, U.S.-A-4 649 322 und U.S.-A-4 665 341 gefunden. Jede in diesen Patenten gelehrte Lampe oder Lampengruppierung enthält zumindest ein Elektrodenpaar.
Eine Schwierigkeit bei der Verwendung solcher Leuchtstofflampen betrifft die schädliche Wirkung des emittierenden Kathodenmatenals, das bei den geforderten erhöhten Temperaturen graduell verdampft und anschließend auf den Wänden der mit Leuchtstoff beschichteten Lampe abgelagert wird. Dies ist einer von mehreren Mechanismen, die graduell die Lichtabgabe der Lampe verringern, und darüber hinaus einer, der bei Lampen sehr kleiner Abmessungen besonders störend ist. Bei der Verwendung von Großbildanzeigevorrichtungen ist dieses graduelle Abdunkeln wegen der Verschlechterung der Bildqualität unangenehm, insbesondere dort, wo es bereits nach einigen hundert Stunden auftreten kann. Jedwede Unausgeglichenheit beim Alterungsprozeß kann ungleiche Bildhelligkeit hervorrufen oder es können Farb- und Lampenersetzungen als übermäßig helle Pixel auffallen.
Einen anderen potentiellen Problembereich in der herkömmlichen Leuchtstofflampentechnologie bilden die Abdichtungen zwischen Glas und Metall. Auch wenn es sich dabei um eine gut etablierte Technologie handelt, die mit großer Verläßlichkeit durchgeführt werden kann, stellt die Verwendung von soviel wie einhunderttausend Lampen in einer einzigen Anzeigevorrichtung ungewöhnlich rigide Forderungen an die Zuverlässigkeit dieser Abdichtungen, wie auch diejenige der von ihnen gehaltenen Elektrodenstrukturen.
Es ist klar, daß ein Bedarf an Anzeigevorrichtungen besteht, die Lampen mit verbesserter Zuverlässigkeit verwenden, die äußerst langsam schlechter werden.
Die gewöhnlich verwendeten einzelnen Lampen werden typischerweise bei Leistungspegeln nahe einem Watt betrieben. Dementsprechend muß jede Lampe individuell mit Leistung in dieser Höhe versorgt werden, was bei einer typischen Großbildanzeigevorrichtung sich auf Beträge wie 10 bis 100 Kilowatt summiert. In Abhängigkeit von den Erfordernissen der einzelnen Lampen bezüglich Kathodenheizung oder Vorheizung kann zusätzliche Verdrahtung erforderlich sein. Leistungsschaltkreise sind teuer und komplex und machen die Konstruktion und die Reparatur schwierig. Es besteht deshalb auch ein Bedarf an einer Verringerung von Kosten und Komplexität der Schaltung und der Fassung der lichtaussendenden Pixel.
Nach der vorliegenden Erfindung wird demnach eine Lichtquelle für Videoanzeigevorrichtungen geschaffen, welche aufweist:
ein zylindrisches Gehäuse;
eine elektrodenlose Lampe mit einer rohrförmigen Hülle, von der ein größerer Teil innerhalb des Gehäuses eingeschlossen ist und ein kleinerer Teil sich aus dem Gehäuse nach außen erstreckt;
innerhalb des Gehäuses angeordnete Schaltelemente für Zündung und Betrieb der elektrodenlosen Lampe, welche eine Hochfrequenzerzeugungseinrichtung für die Erzeugung von Hochfrequenzenergie umfassen; und
eine Einrichtung zur Ankopplung der Hochfrequenzenergie vom Hochfrequenzgenerator an die elektrodenlose Lampe, wobei die Einrichtung zur Ankopplung innerhalb des Gehäuses dem größeren Teil der rohrförmigen Hülle benachbart angeordnet ist.
In Übereinstimmung mit weiteren Lehren der vorliegenden Erfindung weist der Hochfrequenzgenerator einen einen Eingangsanschluß besitzenden Halbleiteroszillator auf. Vorzugsweise besitzt der Zünd und Betriebsschaltkreis ferner einen an den Eingangsanschluß des Halbleiteroszillators angeschlossenen Steuerkreis für das Zünden und das Unterbrechen des Betriebs des Oszillators.
In Übereinstimmung mit weiteren Aspekten der Erfindung umfaßt die Steuereinrichtung einen bipolaren oder MOSFET-Transistor mit einer an ein Steuersignal angeschlossenen Basis und mit parallel zum Eingangsanschluß des Halbleiterschalters angeschlossenen Kollektor-Emitter-Leitungen, wodurch in Abhängigkeit vom Steuersignal die Leitung des Oszillators unterbrochen wird.
In Übereinstimmung mit weiteren Lehren der vorliegenden Erfindung umfassen die Kopplungselemente ein Paar einander entgegengesetzt C-förmiger Glieder. Vorzugsweise ist ein zylinderförmiges Isolierelement koaxial zwischen den einander gegenüberliegenden Kopplungselementen und dem Gehäuse angeordnet.
Vorzugsweise ist innerhalb eines zylindrischen Gehäuses eine Mehrzahl von elektrodenlosen Lampen enthalten. Innerhalb des Gehäuses ist auch eine Mehrzahl von individuellen Schaltkreisen für das Zünden und Betreiben jeweiliger Lampen vorhanden.
Es werden nun einige bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung lediglich als Beispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Es zeigt:
Fig. 1 eine Vorderansicht einer Videoanzeigevorrichtung, die eine Mehrzahl von Lichtquellen in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindungen enthält;
Fig. 2 eine Seitenansicht einer ersten Ausführungsform einer Lichtquelle zur Verwendung in einer Videoanzeigevorrichtung gemäß Fig. 1 im Querschnitt;
Fig. 3 eine Querschnittsansicht der Lichtquelle nach Fig. 2 längs der Linie 3-3;
Fig. 4 ein Diagramm eines Schaltkreises für das Zünden und Betreiben einer elektrodenlosen Lampe gemäß vorliegender Erfindung;
Fig. 5 eine Draufsicht auf eine zweite Ausführungsform einer Lichtquelle zur Verwendung bei der Videoanzeigevorrichtung nach Fig. 1; und
Fig. 6 einen Querschnitt der Lichtquelle in Fig. 5 in Längsrichtung längs der Linie 6-6.
In Fig. 1 der Zeichnung ist eine perspektivische Ansicht einer Videoanzeigetafel 10 dargestellt, die eine Mehrzahl von Lichtquellen 12 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält. Solch eine Videoanzeigetafel ist für Werbezwecke und für die unmittelbare Wiedergabe von Informationen in beispielsweise einem Sportstadion nützlich. Einzelne Lichtquellen können beispielsweise in Gruppen von drei (oder mehr) angeordnet werden, um eines von vielen Tausenden von Pixeln zu bilden. Die Lichtquelle in einem Pixel sorgt für eine von drei Primärfarben. Die relative Erregung der Primärfarben jedes Pixels bestimmt die Farbe, die von einem Beobachter als von diesem Pixel ausgehend wahrgenommen wird, sowie, in der Zusammenfassung, die zur Wahrnehmung von ganzen Farbbildern notwendige Farbinformation.
Eine Lichtquelle zur Verwendung in einer Videoanzeigeeinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter besonderer Bezugnahme auf die Fig. 2 und 3 beschrieben. Die Lichtquelle, allgemein mit 20 bezeichnet, besitzt ein zylindrisches Gehäuse 22, das beispielsweise aus einem lichtundurchlässigen Material hergestellt ist. Vorzugsweise wird das Gehäuse aus einem Metall wie Aluminium hergestellt. In einer Öffnung 26 an einem Ende des zylindrischen Gehäuses 22 ist eine elektrodenlose Lampe 24 enthalten. Ferner befindet sich im Gehäuse 22 ein Schaltkreis 28 für das Zünden und Betreiben der Lampe 24. Der Schaltkreis 28 weist einen Hochfrequenzoszillator für die Erzeugung von Hochfrequenzenergie auf. Die Hochfrequenzenergie wird durch einen Hochfrequenztransformator 40 aufwärtstransformiert und an die Lampe 24 gekoppelt.
Jede elektrodenlose Lampe 24 wird aus einer rohrförmigen Hülle 30 gebildet, die ein aus einem Edelgas bei niedrigem Druck und einer Quecksilbermenge zusammengesetztes Füllmaterial enthält. Wie am besten in Fig. 2 verdeutlicht ist, wird ein größerer Teil der elektrodenlosen Lampe 24 innerhalb des Gehäuses 22 eingeschlossen, während der übrige kleinere Teil derselben sich aus dem Gehäuse herauserstreckt. Erregung des Füllmatenals durch eine Entladung innerhalb der Hülle erzeugt ultraviolettes Licht, das einen internen Leuchtstoffüberzug 32 zur Aussendung sichtbaren Lichts in Spektralbereichen erregt, die durch die Zusammensetzung des Leuchtstoffs bestimmt werden. Entweder die gesamte Innenfläche der Hülle oder lediglich derjenige Teil, der sich aus dem Gehäuse herauserstreckt, ist mit einem geeigneten Leuchtstoff beschichtet.
Der Ausgang des Schaltkreises 28 ist mittels zweier Koppungselemente 34, 36, die einander gegenüberliegend dem größeren, innerhalb des Gehäuses 22 eingeschlossenen, Teil der Hülle 30 benachbart angeordnet sind, an die äußere Oberfläche der Lampenhülle 30 angeschlossen.
Die Kopplungselemente 34, 36 sind aus leitendem Material hergestellt, und, wie am deutlichsten in Fig. 3 dargestellt ist, weisen vorzugsweise eine C-förmige Gestalt zur Anpassung an die Querschnittsform der Hülle auf. Falls das Gehäuse 22 aus Metall hergestellt ist, wird koaxial zwischen den Koppungselementen 34 und 36 und dem der Öffnung 26 benachbarten Teil des Gehäuses 22 ein Isoliermaterial 38 angeordnet. Um Radiofrequenzinterferenz (RFI) zu verhindern, kann ein leitendes Netz 42 den kleineren Teil der Lampenhülle, der sich vom Gehäuse 22 wegerstreckt, bedecken. Das Netz 42 ist mit dem geerdeten Metalgehäuse 22 elektrisch verbunden.
Die Lichtquelle nach der vorliegenden Erfindung, bei welcher der größere Teil einer elektrodenlosen Lampe innerhalb des Gehäuses eingeschlossen ist, bildet eine kompakte Lichtquelle, bei welcher die Gesamtlänge wesentlich reduziert werden kann.
Fig. 4 stellt ein Schaltkreisdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform eines Schaltkreises 28 für das Zünden und Betreiben der elektrodenlosen Lampe 24 dar. Bei einer bevorzugten Ausführungsform besteht der Schaltkreis 28 aus einem einen Hochfrequenzoszillator aufweisenden Hochfrequenzgenerator 46, dessen Ausgang an die elektrodenlose Lampe 24 und einen Steuerschaltkreis 48 angeschlossen ist, um in Abhängigkeit von einem Eingangssignal den Betrieb des Hochfrequenzgenerators 28 zu starten und zu unterbrechen, um Pulsbreitenmodulation zu schaffen und dadurch die durchschnittliche Lichtabgabe der Hochfrequenzlampe zu steuern.
Mit einem aus Widerständen R 50 und R 52 bestehenden Spannungsteilernetz ist eine 24 Volt Gleichstromquelle verbunden. Mit der Verbindungsstelle der Widerstände R 50 und R 52 ist die Basis oder der Eingangsanschluß eines Transistoroszillators Q 54 verbunden. Der Emitter des Transistors Q 54 ist über einen Vorwiderstand R 56 mit Erde verbunden. Der Kollektor des Transistors Q 54 ist über einen Induktor L 58 mit der Gleichstromquelle verbunden. Die Verbindung des Kollektors des Transistors Q 54 und des Induktors L 58 ist über einen Kondensator C 60 mit Erde und dem Mittelabgriff eines Hochfrequenz- Ausgangstransformators T 62 verbunden. Ein Anschluß des Hochfrequenztransformators C 62 ist mit einem der Lampenkopplungselemente 34 verbunden. Der andere Anschluß des Hochfrequenztransformators T 62 ist mit dem anderen Lampenkopplungselement 36, einem Ende des Kondensators C 68 und einem Ende des Kondensators C 70 verbunden. Das andere Ende des Kondensators C 68 ist geerdet, während das andere Ende des Kondensators C 70 mit der Basis des Transistors Q 54 verbunden ist.
Die Frequenz des Hochfrequenzoszillators ist durch geeignete Auswahl von 40 Megahertz gewählt worden. Eine geeignete Frequenz für den Oszillator beträgt von 10 bis 100 Megahertz.
Der Betrieb des Hochfrequenzoszillators und damit der Lampe 24 wird durch den mit 48 bezeichneten Teil des Schaltkreises 28 gesteuert. Der Schaltkreis 48 umfaßt einen einzelnen Transistor Q 64 mit einem Kollektor, der unmittelbar mit der Basis des Transistors Q 54 und einem geerdeten Emitter verbunden ist. Die Basis des Transistors Q 64 ist über die parallele Kombination eines Widerstands R 66 und eines Kondensators C 68 mit Erde verbunden. Ein Transistor-Transistor-Logik (TTL)-Steuersignal ist über einen Spannungsteilungswiderstand R 70 mit der Basis des Transistors Q 64 verbunden.
Im Betrieb wird über die Primärwindungen des Transformator T 62 eine vom Hochfrequenzoszillator erzeugte Hochfrequenzspannung entwickelt. Diese Spannung wird anschließend durch die Sekundärwicklungen des Transformators T 52 auf näherungsweise 100 Volt vergrößert und mittels der Lampenkopplungselemente 34 und 36 an die elektrodenlose Lampe 24 angeschlossen. Wird an den Schaltkreis 28 Leistung angelegt, ist der Hochfrequenzoszillator freilaufend und sorgt dafür, daß die Lampe 24 gezündet bleibt, während der Transistor Q 64 nicht leitet. Der Transistor Q 64 ist nichtleitend, wenn das Eingangssteuersignal kleiner als etwa 1 Volt ist. Ein an die Basis des Transistors Q 64 angeschlossenes Steuersignal von beispielsweise 2 Volt ruft Leitung desselben hervor. Als Ergebnis wird der Basistreiberstrom zum Transistor Q 54 über die Kollektor-Emitter-Verbindungsstelle des Transistors Q 64 zur Erde kurzgeschlossen. Dadurch wird die Leitung des Oszillators unterbrochen und die Lampe 24 ausgelöscht.
Als spezielles Beispiel, das in keiner Weise als Beschränkung angesehen werden kann, sind die folgenden, in Tabelle 1 aufgeführten Komponenten für eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung geeignet, wie durch die Fig. 4 verdeutlicht. TABELLE 1
In den Fig. 5 und 6 ist eine zweite Ausführungsform einer Lichtquelle zur Verwendung in einer Videoanzeigevorrichtung dargestellt. Wie gezeigt, weist die Lichtquelle vier elektrodenlose Lampen 24A, 24B, 24C und 24D auf (Fig. 5). Die Lampen 24A, 24B, 24C und 24D sind mit einer Innenschicht eines Leuchtstoffs 32 überzogen, der entweder rot, grün oder blau erzeugt. An die Lampen 24A, 24B, 24C und 24D sind jeweils individuelle Schaltkreise 28A, 28B, 28C und 28D (nur 28A und 28D sind in Fig. 6 gezeigt) für das Zünden und Betreiben der Lampen angeschlossen, die jeweils einen Hochfrequenzgenerator aufweisen. Auf eine der in den Fig. 2 und 3 gezeigten ähnliche Art und Weise sind die Ausgänge der Schaltkreise 28A, 28B, 28C und 28D jeweils mittels zweier Kopplungselemente 34A, 36A; 34B, 36B; 34C, 36C; und 34D, 36D (nur 34A, 36A, 34D und 36D sind in Fig. 6 gezeigt) an die äußere Oberfläche der individuellen Lampe gekoppelt. Ferner sind in Fig. 6 jeweils koaxial um die Lampen 24A und 24D Isoliermaterialien 38A und 38D angeordnet.
Rund um die Lampen und Hochfrequenzgeneratoren ist zur Bildung einer integralen Einheit ein zylindrisches Gehäuse 72 angeordnet. Über einem Ende des Gehäuses 72 wird eine Kappe 76 mit vier Öffnungen für die Aufnahme der vier elektrodenlosen Lampen festgehalten. Das äußere Ende des Gehäuses 72 ist mit Anschlüssen für die Aufnahme von Gleichstromleistung und die individuellen TTL-Steuersignale versehen.
Somit wurde eine verbesserte Lichtquelle für die Verwendung in Videoanzeigevorrichtungen gezeigt und beschrieben. Die Lichtquelle ist in hohem Maße verläßlich und besitzt ein verhältnismäßig langes Leben. Die sich ergebende Videoanzeigeeinrichtung ist energiesparend und kann weniger kosten als die Vorrichtungen nach dem Stand der Technik. Die Lichtquellen sind von kompakter Größe, was eine Verringerung der Videoanzeigevorrichtungstiefe erlaubt. Ferner eliminiert die Verwendung von UL-Signalen für die Steuerung jeder Lampe die Notwendigkeit eines Leistungshalbleiters (beispielsweise eines Leistungstransistors), wie sie im Falle früherer, auf mit Elektroden versehenen Leuchtstofflampen basierender Anzeigevorrichtungen vorhanden war.

Claims

1. Lichtquelle (20) für ein Sichtanzeigegerät mit

einem zylinderischen Gehäuse (22; 72);

zumindest einer elektrodenlosen Lampe (24), die eine rohrförmige Hülle (30) aufweist, deren größerer Teil innerhalb des Gehäuses eingeschlossen ist und deren kleinerer Teil sich außerhalb des Gehäuses erstreckt;

einem innerhalb des Gehäuses angeordneten Schaltkreiselement (28) zum Starten und Betreiben der elektrodenlosen Lampe, welches einen Hochfrequenzgenerator (46) für die Erzeugung von Hochfrequenz energie einschließt; und

einem Element (34, 36) zur Kopplung der Hochfrequenzenergie vom Hochfrequenzgenerator an die elektrodenlose Lampe, wdbei das Kopplungselement innerhalb des Gehäuses und am größeren Teil der rohrförmigen Hülle (30) anliegend angeordnet ist.

2. Lichtquelle nach Anspruch 1, bei welcher der Hochfrequenzgenerator (46) einen Oszillator aufweist, der einen Halbleiterschalter mit einem Eingangsanschluß, sowie ein mit dem Eingangsanschluß des Halbleiterschalters des Oszillators verbundenes Steuerelement zur Unterbrechung des Oszillators umfaßt .

3. Lichtquelle nach Anspruch 2, bei welcher das Steuerelement einen bipolaren oder FET Transistor mit einer Basis aufweist, die an ein Steuersignal gekoppelt ist, sowie Kollektor-Emitter- Leitungen, die parallel mit dem Eingangsanschluß des Halbleiterschalters verbunden sind, wodurch die Leitung des Oszillators in Abhängigkeit vom Steuersignal unterbrochen wird.

4. Lichtquelle nach Anspruch 2 oder 3, bei welcher der Oszillator Hochfrequenz von 10 bis 100 Megahertz erzeugt.

5. Lichtquelle nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher das Kopplungselement (34, 36) ein Paar einander gegenüberliegender Glieder aufweist.

6. Lichtquelle nach Anspruch 5, bei welcher jedes der einander gegenüberliegenden Glieder (34, 36) C-förmig ist.

7. Lichtquelle nach Anspruch 6, welche zusätzlich ein Isolierelement (38) aufweist, welches koaxial zwischen den einander gegenüberliegenden Gliedern (34, 36) und dem Gehäuse (22; 72) angeordnet ist.

8. Lichtquelle nach Anspruch 7, bei welcher das Isolierelement (38) ein zylinderförmiges Isolierelement einschließt.

9. Lichtquelle nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher das zylinderische Gehäuse (72) eine Mehrzahl von elektrodenlosen Lampen (24A, 24B, 24C, 24D) aufweist.

10. Sichtgerät (10) mit einer Mehrzahl von Lichtquellen (12), wie in den vorhergehenden Ansprüchen beansprucht.