FR2839198A1 - Panneau de visualisation a plasma a excitation des decharges par rayonnement micro-onde - Google Patents

Abstract

Panneau comprenant une dalle avant et une dalle arrière ménageant entre elles une matrice bi-dimensionnelle de zones remplies de gaz de décharge, des moyens d'adressage pour activer sélectivement des zones de décharge présélectionnées en y déposant des charges électriques, et un dispositif de génération de rayonnement électromagnétique micro-onde adapté pour appliquer au travers de la dalle arrière à l'ensemble des zones de décharge du panneau, un rayonnement micro-onde d'intensité suffisante pour générer des décharges plasma uniquement dans les zones de décharge activées.On obtient un panneau simple à piloter et à haut rendement lumineux où les fonctions d'adressage et de maintien sont séparées.

Description

Electrons selon la revendication 12.

L'invention concerne un panneau de visualisation à plasma à excitation des décharges par rayonnement micro-onde et un procédé de pilotage de ce panneau. Le principe de base du fonctionnement des écrans plasma repose sur l'amorçage et l'entretien de décharges plasma, entre deux électrodes, dans des cellules élémentaires remplies de gaz de décharge formant un réseau matriciel bi-dimensionnel entre deux plaques planes, généralement en verre. Ces électrodes sont recouvertes de couches diélectriques pour apporter un effet mémoire bien connu, d'o la nécessité d'utiliser des tensions d'entretien en forme d'impulsions ou des tensions d'entretien alternatives pour produire les décharges. En fonction de la fréquence des signaux d'entretien appliqués, les technologies de panneau de visualisation à plasma (" PDP ") développées jusqu'à ce jour peuvent être groupées en deux catégories: AC - PDP et RF PDP. Pour les structures AC (" alternative current " en langue anglaise), la fréquence de ces impulsions est de quelques centaines de kHz ou moins, tandis que pour les structures RF (" radio frequency " en langue anglaise) leur fréquence est d'une ou plusieurs dizaines de MHz; le document JP 10-171399

(HITACHI) décrit une structure de type RF.

Les couches diélectriques couvrant les électrodes entre lesquelles jaillissent les décharges jouent le rôle de capacités capables de stocker des charges électriques, ce qui confère un effet mémoire aux cellules dans lesquelles une décharge a eu lieu. Sur cette propriété de mémoire repose l'adressage des cellules en début de chaque balayage ou sous- balayage d ' image à visualiser, par application d ' imp u lsions de tension d 'adressage basse fréquence, et ce quelle que soit la structure " PDP ". La tension de ces impulsions d'adressage est adaptée pour déposer des charges électriques sur les parois des cellules à un niveau adapté pour que les signaux d'entretien

permettent la génération de décharges uniquement dans les zones adressées.

La différence essentielle entre les deux technologies AC et RF consiste, donc, dans le mode d'entretien des décharges pendant les sous-balayages des images: basse fréquence et radio fréquence, respectivement. Les deux modes se distinguent par le principe même de fonctionnement des décharges, mais ici on retient seuls les aspects qui concernent plus particulièrement les panneaux plasma: I'efficacité lumineuse et le temps de vie des surfaces de cellules: i. Le mode AC de décharge conduit à la formation d'une gaine cathodique très énergétique qui diminue la part d'énergie électronique dissipée dans l'excitation du gaz rare de décharge dans les cellules et, par conséquent, à une diminution de la production des photons VUV. Il en résulte une mauvaise efficacité lumineuse, mais aussi une faible durée de vie des surfaces de la structure de cellule due à leur bombardement par des ions

énergétiques des décharges.

ii. Comme l'illustre la figure 1, dans une décharge RF, la différence de potentiel entre le plasma Vsh et les électrodes VE est pratiquement la moitié du potentiel appliqué aux électrodes et, de ce fait, les ions ont une énergie divisée pratiquement par deux par rapport à ceux d'une décharge AC. Cela permet de diminuer la puissance dissipée dans la gaine et d'augmenter en conséquence la part d'énergie attribuée aux électrons de la décharge. A titre d'exempie, la part d'énergie attribuée aux électrons, par rapport à l'énergie totale attribuée à la décharge, est estimée à 75% par rapport à seulement 40% dans une structure AC. La diminution de l'énergie des ions dans la gaine permet d'améliorer l'efficacité lumineuse et

augmenter la durce de vie des surfaces de cellule.

Les couches diélectriques sont en général revêtues de couches de protection, généralement à base de magnésie (MgO), qui servent également à

I'émission d'électrons secondaires sous bombardement ionique.

Les principaux inconvénients des structures RF développées jusqu'à ce jour sont: - le problème de couplage entre les lignes constituant l'électrode RF; - la difficulté de réaliser un champ RF uniforme sur des grandes surfaces que constituent les panneaux à plasma; - le faible rendement électrique dû aux pertes dans les lignes de

conduction, les connexions, la bote d'accord.

L'invention a pour objectif de remédier aux inconvénients intrinsèques aux écrans plasma utilisant des cellules plasma opérant sur le mode des décharges à barrière diélectrique avec entretien basse fréquence ou radio fréquence. A cet effet, I'invention a pour objet un panneau de visualisation à plasma comprenant une dalle avant et une dalle arrière ménageant entre elles une matrice bi-dimensionnelle de zones remplies de gaz de décharge, et des moyens d'adressage pour activer sélectivement des zones de décharge présélectionnées en y déposant des charges électriques, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de génération de rayonnement électromagnétique micro-onde adapté pour appliquer au travers de ladite dalle arrière à l'ensemble desdites zones de décharge, un rayonnement micro-onde d'intensité suffisante pour générer des décharges plasma uniquement dans les zones de décharge activées. Le champ microonde sert donc au maintien des décharges plasma dans les cellules adressées, mais, selon l'invention, son amplitude est insuffisante à elle seule pour générer des décharges dans les cellules non activées ou adressoes; de préférence, les moyens d'adressage servent également non seulement à déclencher les décharges dans les zones ou cellules présélectionnées dès qu'on applique le champ micro-onde à l'ensemble du panneau, mais également à re-déclencher ces décharges à un niveau d'intensité suffisant pendant l'application du champ micro-onde; ces " re déclenchements " assurent l'entretien des charges dans le volume des cellules

ou zones activées.

L'invention peut également présenter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes: - le dispositif de génération de rayonnement électromagnétique micro onde est adapté pour générer des micro-ondes de fréquence supérieure à 200 MHz. - la dalle arrière ne comporte aucun réseau d'électrode ni aucune couche conductrice ni segment de couche conductrice; la dalle arrière est en matériau diélectrique présentant de faibles pertes diélectriques dans le domaine de fréquence dudit rayonnement micro-onde. Ainsi, la dalle arrière est transparente

au rayonnement micro-onde; cette dalle arrière peut par exemple être en verre.

- la dalle avant comprend au moins deux réseaux d'électrodes pour l'adressage, chaque électrode d'un premier réseau croisant chaque électrode d'un deuxième réseau à l'emplacement d'une zone de décharge du réseau bi-

dimensionnel de zones de décharge.

Selon l'invention, toutes les électrodes du panneau sont donc de préférence reportées sur la dalle avant; selon une variante, la dalle avant comporte trois réseaux d'électrodes, dont deux réseaux d'électrodes parallèles

appariées et coplanaires.

L'invention a également pour objet un procédé de pilotage du panneau

selon l' invention comprenant une succession de balayages et de sous-

balayages d'image, dans lequel chaque sous-balayage comprend une phase d'adressage de cellules présélectionnées à l'aide des moyens d'adressage du panneau et une phase de maintien, caractérisé en ce qu'on applique le champ

micro-onde à toutes les cellules du panneau pendant la phase de maintien.

Ce champ micro-onde peut être appliqué continûment pendant toute la

phase de maintien, ou de manière discontinue.

Avantageusement, pendant la phase de maintien, à l'aide des électrodes d'adressage ou d'autres électrodes, on applique en outre dans toutes les zones de décharge du panneau un signal " basse-fréquence " de maintien classique,

pour entretenir les charges en volume dans les zones adressées.

Ainsi, I'invention propose une nouvelle structure de cellule basse sur I'augmentation de la fréquence du signal d'entretien de la décharge jusque dans le domaine de micro ondes (f > 200 MHz). Dans un plasma micro onde, pratiquement toute l'énergie sera consacrce à l'ionisation et à l'excitation du gaz

permettant ainsi une augmentation de l'efficacité lumineuse.

La solution apportée par l'invention consiste à réaliser de préférence I'adressage des cellules par des signaux basse fréquence, suivant les techniques et circuits actuels des panneaux commerciaux et, à entretenir la décharge par un champ haute fréquence dans le domaine des micro-ondes (f >

MHz).

Les avantages de l'invention sont principalement les suivants: a) L'avantage principal de l'invention est l'augmentation de l'efficacité lumineuse. En effet, I'énergie dissipée dans un plasma micro ondes est entièrement consacrée à l'excitation et l'ionisation du gaz. L'absence d'électrodes de maintien du plasma fait que, en dehors des impuisions basse fréquence, il n'y a pas de bombardement ionique et de puivérisation des parois, et donc pas ou peu d'énergie dissipée sous cette forme. En effet, les parois des cellules du panneau sont au potentiel flottant, ce qui fait que l'énergie des ions frappant ces parois ne dépasse pas la dizaine d'électron-volts. De ce fait, la durée de vie de la couche de protection en magnésie augmente

considérablement, ce qui améliore sensiblement la durée de vie du panneau.

La population électronique d'un plasma micro onde a, généralement, une fonction de distribution en énergie proche d'une courbe de Maxwell de quelques eV, suivant le domaine de pressions, tandis que celle d'une décharge basse ou radio fréquence est une fonction qui comporte en plus une population importante d'électrons très énergétiques, les électrons secondaires. Ces électrons très énergétiques favorisent les ionisations et les excitations des niveaux d'énergie élevés au détriment des excitations des niveaux de basse

énergie, principalement responsables de la production des photons UV.

L'absence de cette population électronique dans un plasma micro onde le rend

donc beaucoup plus efficace pour la production des UV.

Un bon rendement lumineux des cellules peut être obtenu en choisissant des gaz ou mélanges de gaz permettant d'optimiser la production de photons UV. En fait, avec une excitation micro-onde, le choix du gaz et de la pression de travail est considérablement élargi par rapport aux contraintes des décharges basse et radio fréquence. Autrement dit, on a toute latitude pour choisir le point

de fonctionnement idéal des cellules plasma.

b) Un avantage clé de cette invention est que, I'injection de puissance par la face arrière d'une part, et l'adressage des cellules par des électrodes sur la face avant d'autre part, emprunteront des canaux différents permettant ainsi

une séparation des fonctions.

c) Un autre avantage est la simplicité de la technologie proposée tant au niveau de la structure des cellules qu'au niveau de leur adressage. Par exemple, le réseau matriciel d'électrodes ligne et colonne peut être réalisé par

l a tech no log ie de si mp ie croisement, avec d es électrodes d e faib le largeu r.

Comme ces électrodes sont utilisoes uniquement à la commande basse fréquence, il n'y a plus besoin d'électrodes larges pour assurer une charge mémoire pendant l'entretien et donc une marge mémoire (comme discuté plus haut). d) La limitation des tensions trop élevées de claquage est imposée par les composants de l'électronique de commande et non plus par la consommation en puissance puisque la commande des cellules ne requiert qu'un minimum d'impulsions par image et que la valeur de la tension d'impuision n'est plus un paramètre critique. Au contraire, du point de vue de marges de fonctionnement, les tensions de claquage élevées assureront des marges plus importantes. En revanche, le risque de claquage dans le diélectrique interposé entre les électrodes ligne et colonne impose des épaisseurs de diélectrique de plusieurs

dizaines de micromètres.

e) L'effacement de la charge mémoire pendant l'entretien micro onde permet de s'affranchir de l'impuision d'effacement précédant chaque sous balayage image. Dans les structures de panneau de l'art antérieur, cette impulsion était indispensable pour annuler la charge mémoire à la fin de chaque cycle d'entretien et réinitialiser ainsi les cellules. Cette impuision d'effacement est nécessaire même dans le cas d'un entretien radio fréquence. La moindre dissymétrie ou différence de surface d'électrodes radio fréquence peut conduire à une dissymétrie au niveau des potentiels des électrodes avec pour

conséquence des charges mémoires résiduelles à la fin d'un cycle d'entretien.

fl L'intensité lumineuse des cellules élémentaires est contrôlée par la durée d'application du champ micro-onde depuis l'amorçage du plasma jusqu'à

la fin de l'image.

g) Les dimensions des cellules et la pression totale de fonctionnement des cellules restent du même ordre de grandeur qu'avec la technologie actuelle, avec toutefois une bien plus grande latitude de fonctionnement. Dans cette technologie, la hauteur des barrières n'est plus un paramètre critique comme c'est le cas dans la technologie radio fréquence pour laquelle il faut ma^triser la

technologie de fabrication des barrières dépassant 500 m.

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va

suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif, et en référence aux figures annexées sur lesquelles: - la figure 1 illustre une comparaison du fonctionnement des panneaux de structure AC et de structure RF de l'art antérieur, au niveau des décharges (VSH = tension de gaine dans la décharge, VE = tension

d'électrode dans la cellule o a lieu la décharge).

- la figure 2 illustre les chronogrammes d'application des signaux de tension d'adressage SAX, SAY respectivement aux électrodes X et Y. et des signaux micro-onde SMW sur la face arrière selon un mode de réalisation du procédé de pilotage d'un panneau à plasma selon 1 5 I'invention; - les figures 3, 4 et 5 représentent une vue schématique en coupe respectivement de la dalle avant, de la dalle arrière, et de l'ensemble du panneau à plasma, selon un mode de réalisation selon l'invention; - la figure 6 représente en vue de dessus une variante du panneau selon la figure 5, o les croisements des électrodes de la dalle avant sont décentrés par rapport au centre des cellules; - la figure 7 représente une variante du panneau selon la figure 5, o la dalle avant comprend trois réseaux d'électrodes dont deux réscaux

d'électrodes parallèles, appariées et coplanaires.

Les figures représentant des chronogrammes ne prennent pas en compte d'échelle de valeurs afin de mieux faire appara'^tre certains détails qui

n'appara'^traient pas clairement si les proportions avaient été respectées.

La réalisation du panneau à plasma selon l'invention va maintenant étre

décrite; on commence par la description de la dalle avant, puis de la dalle

arrière, destinées à la fabrication de ce panneau.

i) comme illustré à la figure 3, I'adressage et le déclenchement de la décharge se font à l'aide d'un réseau matriciel d'électrodes situées sur la dalle avant du panneau. Les électrodes colonnes Y d'un premier réseau, déposées sur un substrat en verre 1, croisent les électrodes lignes X d'un deuxième réseau. Les deux réseaux sont séparés par une couche de diélectrique 2. Le deuxième réseau d'électrodes est revêtu d'une couche diélectrique 2 et d'une couche de protection à base de magnésie 3, cette

dernière ayant aussi le rôle de surface émettrice d'électrons secondaires.

ii) I'application de la puissance micro onde dans une décharge ne s'effectue pas à l'aide d'électrodes et, par conséquent, la structure de la dalle arrière, par laquelle les micro ondes sont appliquées, doit être conçue en adéquation. Comme illustré à la figure 4, la face arrière est complètement dégagée de toute électrode ou couche conductrice, et comprend principalement un substrat 4 en matériau diélectrique à faible perte, rigide et étanche. Le matériau diélectrique est de préférence à faibles pertes dans le domaine de fréquence des micro-ondes utilisées.Ce substrat 4 comprend un réssau de barrières 5 formant des alvéoles adaptées pour être centrées sur les croisements des é lectrodes X et Y de la d al le avant. Les pa roi s de ces a lvéoles sont revêtues par des luminophores 6R, 6B, 6G afin d'obtenir, sous l'excitation de l'émission ultra-violet des décharges plasma, des photons visibles dans les trois couleurs fondamentales de visualisation d'images: rouge, vert et bleu. Ces

alvéoles forment les cellules du panneau.

On assemble ensuite d'une manière connue en elle-même la dalle avant et la dalle arrière, en les superposant de manière à ce que chaque croisement

d'électrodes de la dalle avant concide avec une alvéole de la dalle arrière.

Le panneau à plasma est ensuite doté en face arrière d'un dispositif micro onde adapté pour appliquer un champ micro-onde sur toute la surface du

substrat 4 en matériau diélectrique correspondant à la partie active du panneau.

La structure du panneau obtenu est présentée sur les figures 5 et 6. Afin que la puissance micro onde appliquée à l'arrière 7 de la dalle arrière du panneau assure un champ uniforme sur toute la surface de celle-ci, le dispositif micro onde comprend un régulateur d'amplitude de champ imposant une limite supérieure pendant chaque sous-balayage image déterminée par le champ de maintien, correspondant à la tension d'entretien, complétée par une marge de tension correspondant à une vingtaine de volts par cellule. L'amplitude du champ est adaptee d'une manière connue en elle-même pour pouvoir assurer le maintien de l'ensemble de cellules du panneau, mais suffisamment basse

pour ne pas produire l'amorçage de cellules non adressées.

Pour éviter le rayonnement micro onde, la face arrière du panneau est dotée d'un blindage micro-onde 8. Sur la face avant, le blindage microonde est

assuré par le réseau matriciel d'électrodes.

Comme la faible largeur d'électrodes ne nuit plus au facteur de remplissage de la cellule, remplissage assuré par la diffusion du plasma micro onde dans tout le volume de la cellule. Comme illustré à la figure 6, la position des électrodes X et Y peut être décentrce par rapport au centre des cellules afin d'augmenter la transparence de la dalle avant au rayonnement visible, tout en restant cependant assez loin des barrières pour ne pas augmenter de façon

considérable les tensions d'amorçage.

La figure 7 représente une variante du panneau selon la figure 5, o la dalle avant comprend trois réseaux d'électrodes dont deux réseaux d'électrodes Y' parallèles, appariées et coplanaires; les composants référencés portent (au signe " ' " près) les mêmes références que les composants référencés de la figure 5; la référence 10 correspond à la couche de magnésie; la référence Y'B correspond à un bus conducteur opaque appliqué sur les électrodes Y' transparentes pour augmenter leur conductivité; On va maintenant décrire un mode de pilotage du panneau selon I'invention en référence à la figure 2, qui consiste: a) à effectuer l'adressage des cellules par l'application, entre les électrodes ligne X ou électrodes de balayage et les électrodes colonne Y ou électrodes de données, d'une impulsion d'amplitude Vx+Vy supérieure à la tension d'amorçage du plasma. Les décharges ainsi initiéss conduisent à la

création de la charge mémoire en surface dans les cellules adressées.

b) à appliquer, au travers de la dalle arrière, un champ électrique

micro-onde MW uniformément distribué sur toute la face arrière du panneau.

L'amplitude SMW du champ micro-onde MW doit être supérieure au champ électrique nacessaire au maintien du plasma, mais inférieure au champ

électrique d'amorçage de la décharge dans la cellule.

c) à déclencher la décharge dans les cellules adressées par l'application de quelques impuisions SS BF l,..., SS BF n, sur les électrodes de commande pour la création des charges en volume. L'amplitude de ces signaux ajoutée à la tension due à la charge mémoire et à la tension correspondant au

champ micro onde doit être supérieure à la tension d'amorçage du plasma.

L'amplitude de ces signaux seuis doit être inférieure à la tension d'amorçage du plasma. Ainsi, pendant la phase de maintien, à l'aide des électrodes d'adressage, on applique dans toutes les zones de décharge du panneau un signal " basse-fréquence " SS BF 1,..., SS BF n,.. de maintien classique, pour entretenir les charges en volume dans les zones adressées. L'entretien des charges en volume, c'est à dire la créstion des charges qui compensent les pertes par diffusion aux parois et par recombinaison, est repris par le champ

micro onde appliqué sur toute la surface de l'ensemble de cellules.

Conformément au point b, ce champ n'est pas suffisant pour amorcer la

décharge dans les cellules non adressées.

e) à obtenir l'extinction du plasma à la fin de chaque sous

balayage image par la coupure du champ micro onde appliqué (état " OFF ").

Les marges de fonctionnement sont déterminées par les tensions de claquage basse fréquence et d'extinction micro onde puisque, pendant l'entretien micro onde de la décharge plasma, la charge mémoire est

complètement effacée n'influençant plus les tensions d'extinction.

Le dernier chronogramme I représente très schématiquement l'intensité d'émission lumineuse ultra-violet des décharges résultant du mode de pilotage

qui vient d'être décrit.

La présente invention a été décrite principalement en se référant à un panneau à plasma o les deux réseaux d'électrodes sont portées par la dalle avant et o le réseau de barrières est porté par la dalle arrière, en se référant à un mode de pilotage o le champ micro-onde est appliqué continûment pendant un sous-balayage d'image; il est évident pour l'homme du l'art qu'elle peut s'appliquer à d'autres types de panneaux à plasma ou à d'autres mode de

pilotage sans sortir du cadre des revendications ci-après.

Claims (6)

REVENDICATIONS

1.- Panneau de visualisation à plasma comprenant une dalle avant et une dalle arrière ménageant entre elles une matrice bi-dimensionnelle de zones remplies de gaz de décharge, et des moyens d'adressage pour activer sélectivement des zones de décharge présélectionnées en y déposant des charges électriques, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de génération de rayonnement électromagnétique micro-onde adapté pour appliquer au travers de ladite dalle arrière à l'ensemble desdites zones de décharge, un rayonnement micro-onde d'intensité suffisante pour générer des

décharges plasma uniquement dans les zones de décharge activéss.

2.- Panneau selon la revendication 1 caractérisé en ce que le dispositif de génération de rayonnement électromagnétique micro-onde est adapté pour

générer des micro-ondes de fréquence supérieure à 200 MHz.

3.- Panneau selon l'une quelconque des revendications précédentes

caractérisé en ce que ladite dalle arrière ne comporte aucun réseau d'électrode

ni aucune couche conductrice ni segment de couche conductrice.

4.- Panneau selon l'une quelconque des revendications précédentes

caractérisé en ce que la dite dalle arrière (4) est en matériau diélectrique présentant de faibles pertes diélectriques dans le domaine de fréquence dudit

rayonnement micro-onde.

5.- Panneau selon l'une quelconque des revendications précédentes

caractérisé en ce que ladite dalle avant comprend au moins deux réseaux d'électrodes pour l'adressage, chaque électrode (Y. Y') d'un premier réseau croisant chaque électrode (X, X') d'un deuxième réseau à l'emplacement d'une

zone de décharge dudit réseau bi-dimensionnel.

6.- Procédé de pilotage du panneau selon l'une quelconque des

revendications précédentes comprenant une succession de balayages et de

sous-balayages d'image, dans lequel chaque sous-balayage comprend une phase d'adressage de cellules présélectionnées à l'aide desalts moyens d'adressage et une phase de maintien, caractérisé en ce qu'on applique le champ micro-onde à toutes les cellules du panneau pendant ladite phase de