JP3825444B2 - 穿孔電極パターンを有する交流プラズマ表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、大面積型プラズマ表示パネル(ＰＤＰ)の電極構成に関し、詳述すれば、モアレ効果を除去し、動作電圧の均一性を改善するために散在した短絡バーを有する穿孔電極をＰＤＰに利用することに関する。

カラープラズマ表示パネル(ＰＤＰ)は従来より知られているところである。図１は、前面パネルに狭幅電極を利用した従来の交流カラーＰＤＰの第１実施例を示している。詳述すれば、図１に示した交流ＰＤＰは、維持バス１２と接続した水平維持電極１０を複数備えた前面板を備えている。これらの維持電極１０に対して複数の走査電極１４が並設されていて、両電極は誘電体層(図示せず)により覆われている。垂直バリア突条１６と垂直カラム導体１８(仮想線で示す)とが背面板に支えられている。それぞれのカラム導体は必要に応じて赤色、緑色、青色の蛍光体が被着されていて、全色カラー表示ができるようになっている。前面板と背面板とは互いにシールされていて、両者間の空隙には放電ガスが充填されている。

画素は、(i)前面板における維持電極１０と並設されている走査電極１４との電極対と、(ii)赤色、緑色、青色に対応する、背面板上の三つのカラム電極１８との交点に形成されている。サブ画素は、前面板の電極対と交差する赤色用カラム電極、緑色用カラム電極、青色用カラム電極にそれぞれ対応している。

これらのサブ画素は、前部維持電極１０及び走査電極１４と一本化それ以上の選択されたカラム電極１８との両方に一組のパルスを印加することによりアドレスできるようになっている。アドレスされた各サブ画素は、前面板電極対だけにパルスを印加することにより連続放電する(即ち、放電が維持される)。同様な前面板電極構造を利用したＰＤＰは、ディックに付与された米国特許第4,728,864号（特許文献１）に開示されている。

動作電圧とパワーは放電隙間と電極幅に依存する。そのために、維持電極と走査電極とは、放電隙間が狭くなり、かつ、画素間の間隔が大きくなるようにそれぞれ配置されている。放電隙間は放電サイトの中心をなしていて、放電はそこから垂直方向に拡散する。画素間の間隔は、放電サイトに隣接するサブ画素のオン状態またはオフ状態がこのように拡散するプラズマ放電で崩壊されないように充分広く取る必要がある。電極の幅と該電極を覆う誘電体ガラスの厚みにより、画素の放電容量が定まるが、この放電容量の如何によっては放電パワー、従って輝度が左右される。放電パワーないし輝度が与えられているとすると、放電の回数はパネルに求められている総輝度を満たすように選ばれる。

ところで、表示面積が大きくなるに伴って、画素サイズを大きくするのに種々の方法が採られている。図２は各画素につき二重放電サイトを利用した電極構造を示しており、これは本願発明者によるもので、本願出願人に譲渡されている米国特許出願第08/939,252号の対象となっている。散在する放電サイト(例えば、サイト２０、２２)が、各対の共通走査電極(例えば、電極２４、２６)とアドレス電極２８との間に形成されている。放電は放電隙間Ｃを横切って反対側のループ状維持電極(例えば、電極３０、３２)の方へと拡散する。各放電サイトからの光出力はこの放電隙間Ｃにおいて、各放電隙間を画成する電極の上方と下方から発生する。このような電極構造では、電極が発光の陰となるので、電極幅と輝度とのどちらかが犠牲にならざるを得ない。

図３は、大きな画素容量と同様に大量の光出力を確保するために利用されている広幅透明電極を示している。これらの透明広幅電極４０は維持供給電極１０と走査供給電極４２、４４にそれぞれ接続されている。互いに隣接する透明電極４０の間に臨む放電隙間ＣでＰＤＰの電気絶縁破壊特性が定まる。電極４０の幅は画素容量、従って放電電力要求量に影響をもたらす。

透明電極対が生ずる光は放電隙間から発生して、供給電極４４の方へと、そしてその電極の下方へと拡散していく。供給電極１０、４２、４４は透明電極４０の側縁にあることから、これらの電極が画素サイト間での光の陰になって、画素列の間から暗い水平線が見られようになる。他方、広幅透明電極２０は入力電力のレベルを大きくして輝度を高める手段をなしている。しかしながら、透明電極４０の製造コストは、処理工程数が増加することから高くなっている。
米国特許第4,728,864号明細書

透明電極を利用すれば、高放電容量、大画素面積が得られる利点がある。二重放電サイトを利用した形態では容量が小さいので、透明電極を利用した形態におけるのと同等の光量を出せるようにするためには放電サイクルの数を大いに増やす必要がある。また、得られた光は各放電サイトにおける非常に狭い部分に集中する。従って、透明電極を利用した形態では、二重法線サイトを利用した形態におけるよりも明るくて、広く、均一な放電部が得られるのではあるが、但し、コスト高を惹起している。

従って、本発明の目的は、光出力を高めたＰＤＰを提供することにある。

製造コスト高を惹起することなく、透明電極の光出力特性を確保した改良型ＰＤＰを提供することも本発明の別の目的である。

改良された発光効率を有する改良型ＰＤＰを提供することも本発明のまた別の目的である。

本発明による交流プラズマ表示装置(ＰＤＰ)は、放電性ガスが間に充填されている互いに対向する基板と、一方の基板に設けた複数の細長アドレス電極と、他方の基板に設けられ、前記アドレス電極と直交する複数の走査電極構造体とからなる。複数の維持電極構造体は、前記走査電極構造体とは平行に延在すると共に、櫛歯状配置になっている。維持電極構造体と走査電極構造体とはそれぞれ、複数の孔を有する細長導電層として構成されている。各維持電極構造体及び各走査電極構造体を画成するこの細長導電層は、斜平行線模様(cross-hatched)導電パターンであってもよいし、または、短絡バーで互いに接続した複数の平行導体であってもよい。

図４において、維持電極と走査電極とはそれぞれ、穿孔導体経線として構成されている。詳述すれば、各維持電極５２、５４には維持バス５０が、また、走査電極５６、５８のそれぞれには走査接点６０、６２が接続されている。維持電極と走査電極とはそれぞれ、斜平行線模様導電パターンを呈している。介在する孔は、放電作用時に光が抜け通るようになっている。斜平行線模様導電パターンを囲繞する縁取り導体(例えば、縁取り導体６４)は、放電隙間の輪郭を一様にしていて、隣接する電極構造体の間で均一な放電電圧を確保できるようにしている。

開放エリアを有する広幅金属電極を利用することにより、光が通り抜けるようになっており、画素容量が増加する。また、電極の幅は、広い蛍光エリアにわたって放電が行われるに充分なものとなっているので、放電隙間の寸法が大きくなっている結果、改善された発光効率を呈することができる。穿孔電極は、金属化ガラス板に写真平版法を利用することで作製できる。従って、斜平行線パターンを有する電極は、電極全体としての抵抗を低く抑える一方で、光が通り抜けるほど充分幅の小さいものに仕上げることができる。しかし、モアレ効果(パターン変化に伴う輝度ムラ)をできるだけ最小限に抑制するためにライン幅と間隔の選定には注意が必要である。この斜平行線パターンでは、電極の幅にわたり非常に均一な容量が得られるので、幅を横切る方向の輝度が均一になる。

斜平行線パターンでは、その前例である透明電極にありがちな問題点を有している。即ち、初期壁電位(starting wall potential)を確保するのに利用する起動(setup)電圧波形が、放電両々が大きいがために背景光を生みだしやすいと言った問題がある。また、隣接する画素サイトの間隔について注意を怠ると、大量の放電が垂直方向に拡がって、隣接するセルを崩壊させてしまうことがある。

モアレ効果は、図５に示した平行電極パターンを利用することで減らすことができる。走査及び維持電極７０、７２が共に平行導体を利用して、画素サイトを広くしている。この平行導体の両端部と、両端の間に臨む中間部に直交短絡バーが設けられている。従って、一つの平行導体の開放回路が、短絡バーが架橋していることから、必要以上に電極を不作動状態にするようなことはない。垂直短絡バーは、好ましくは狭く、かつ広く隔てているのが望ましく、そうすることによりモアレ効果を最小限にすることができる。導体の数、幅、間隔は、斯かる電極形態を利用する場合に画素容量を制御する上で充分な融通性を得ることができる。また、短絡バー間のピッチ距離をサブ画素間のバリア突条のピッチ距離の平均値と同一にすれば、高周波モアレ効果をほぼ減少することができる。

図５に示した電極パターンは、透明パターンと斜平行線パターンとの両方に比べて勝る利点を有している。即ち、起動放電が主として放電隙間Ｃ後角で行われ、そのために全容量の一部だけが放電する。これにより、背景光が生ずることは殆どなく、また、起動で電極構造体を均等に横切る放電作用を妨げるようなこともないので、アドレス放電が放電隙間Ｃで局所的に集中し、かくて、プラズマの過剰拡散を抑制できるのである。

図６に示した電極パターンは、平行導体を利用しているものの、各放電隙間Ｃでの容量を増加させるために導体ライン幅を変化させている。従って、導体７４、７６は一番幅広で、導体７８、８０、８２、８４は、それらの幅が漸次減少するようになっている。この構造では、改良された動作マージンが得られると共に、画素間の間隔Ｄの容量を減らすことができるので、プラズマの拡散を減らすことができる。

図７は、本発明の別の実施の形態を示すもので、そこでは二重走査および維持電極構造体が互いに櫛歯状配置になっている。隣接する走査電極または隣接する維持電極の間、例えば走査電極１０２、１０４の間および維持電極１０６、１-８の間に電気的浮遊絶縁バー１００が配置されている。

よく知られているように、各プラズマ放電は、負のグロー部と、正電荷源に引きつけられる(即ち、正のカラムは正味の負電荷(net negative charge)を運んでいる) 正のカラム部とから成り立っている。絶縁バー１００は、プラズマパネルの動作時に負電荷を蓄積する。(エフ・レイの米国特許第3,666,981号を参照のこと)。従って、図７に示すように絶縁バー１００を配置すれば、画素セルが放電隙間Ｃで放電するときに、正のカラムが距離Ｄを横切って近くの画素セルサイトまで拡散するのを阻止することができる。

図７の実施の形態では、垂直短絡バー１０９が、維持および走査電極構造体のそれぞれにおける各穿孔電極の幅を跨っている。これらのバーの配置については、高周波モアレ効果を防ぐために、背面板のバリア突条と同一ピッチにするか、または、それより長くする必要がある。高周波効果を除去するが、低周波効果はそのまま残ってかすかな虹として見える。短絡バーがどのカラー蛍光体の突条溝(rib channel)に臨むかによっては、サブ画素の輝度が変化して虹が出てくる。短絡バーが、バリア突条の間の中心にあれば、プラズマ放電は高速にて、しかも低電圧で電極構造体を横切って拡散する。短絡バーがバリア突条に近づくか、または、その頂部にあるとこの効果は消失する。短絡バーがバリア突条の間の中心に臨むと低電圧高輝度部が、また、短絡バーがその中心から逸れると高電圧薄暗部がでる。

パネル板を製造して組み立てる際、パネル板が高温処理から収縮するためにバリア突条のピッチと短絡バーのピッチとが少しばかり変わることがある。また、組立て中に二枚の板の直交性に固有のミスアラインメントが発生する。これらの結果が短絡バーを正確に配置する妨げとなっている。

図示のように、モアレ模様は、２つかそれ以上のパターンが、完全に整合されない状態で重なり合ったときに発生する。そこで、穿孔電極構造体内に短絡バーを設けると、それまでにある垂直方向配置のバリア突条に対してもう一つの垂直パターンが作られることになる。これらの２つのパターンがビートする周波数によって、看視しうる光分布パターンが決まる。短絡バーをバリア突条のピッチよりも非常に小さければ、２つのパターンが互いにうなり合う回数にもよるが、高周波モアレ模様が発生する。他方、短絡バーをリブピッチに近づけるか、または、大きく離すと、低周波パターンが生ずる。短絡バーの間に画素が幾つかあると、光の強度変化のために狭幅ラインが見られるようなことがある。

ところが、短絡バーを利用する開放型電極の影響を減少できるが、短絡バーを各放電サイトに臨ませる必要はない。従って、板における短絡バーの分散が、パターン妨害を減少させる手段として可能である。同様に、パターンの妨害輝度は、短絡バーの放電容量を最小限にすることにより減少できる。これは、非常に狭いライン幅を用いるか、短絡バーの長さを穿孔電極の部分を跨るほどの長さに減らすかの何れか、または両方を採ることにより達成できる。

図７ａは、図７の平行線光電局構造体の部分集合からなるまた別の実施の形態を示すもので、蛍光体カラーとバリア突条１１０も示してある。各短絡バー１１２の長さは、走査ないし維持電極内にある三本の電極の内の二本を跨るに必要な長さに減少されていて、放電隙間Ｃにあっては短絡バーは電極構造体から完全に除去してある。この構成によれば、短絡バーの金属量を、各放電サイトにつき４の因数だけ減らしている。そして、短絡バー１１２が電極構造において跨橋機能を維持しながら異なった箇所に臨むようにパターンを選定している。

多くても各ＲＧＢ画素内に一本だけの短絡バー１１２が臨むように、短絡バー１１２を配置している。こうすることにより、各画素ごとに、パターン妨害は単色に及ぶだけであり、そのため３の因数だけ妨害を減少することができる。図７ａにあっては、短絡バー１１２は、各色におけるエネルギーが過剰にならないように色の間に分布するように配置されている。

その他のパターン妨害減少が、短絡バー１１２を含む各ＲＧＢ画素を囲繞するＲＧＢ画素に短絡バー１１２が臨まないように、パターンを拡張することにより達成される。短絡バーをこのように配置すると、電極構造体内における開放部が依然と横切られることから、開放型電極を防ぐ上で役立つことになる。開放部の発生はランダムであり、広く隔離されているので、短絡バーは広く隔離されていてもよい。その結果、パターン妨害減少と製造性との何れか一方を犠牲にすることになる。

パターン妨害を相当減少すれば、ミスアラインメントないし板の収縮の視認しうる効果を除去でき、そのため表示装置は、放電作用に少しも変化をもたらすことなく図７の構成で見られるように高動作電圧で均一に動作する。要するに、短絡バーを散在配置にすると、短絡バーによりもたらされる電圧および輝度の変動を殆ど除去でき、モアレ効果を著しく減らすことができる。

図８は、正のカラム放電部位が近くの画素サイトまで拡散するのを防ぐために、隣り合った透明電極構造体の間に絶縁バー１００を利用しているところを示している。それぞれの走査電極対と維持電極対とが図７に示したように櫛歯状に配置されている。

前述したように、各プラズマ放電は、負のグロー部と、正電荷源に引きつけられる正のカラム部とから成り立っている。図４から図７に示した電極の形態は、うまく放電を拡散させて、相当長い正のカラム放電部位を醸し出している。各放電は放電隙間Ｃの中心部で行われる。放電が進むに従い、負のグロー部位が放電隙間に最も近い陰極電極に形成される。正カラム部位が急速に発展して、短絡バーの作用により陽極電極を跨るようになる。この放電が続くに従い、電流が正カラムを流れる一方、負グローが波の如く放電隙間Ｃから最外の陰極電極導体へと緩やかにドリフトする。この負グローが陰極電極導体をドリフトすると、陽極電極への放電路が更に長くなり、正カラムの長さがそれに伴って増加する。

このような電極パターンの発光効率は、従来の電極形態のそれとは全く違っている。従来より、この効率は印加電圧の増加に伴って減少することが知られている。それは主として、放電が行われる場所が放電隙間に限られ、電圧増加により醸し出された余分のパワーが負グローにより消費されるからである。図５、図７、図９に示したパターンは、従来の電極パターンよりもより大きい効率をもたらすと共に、効率-電圧特性がより平坦になっている。これは大きく隔離した、狭幅の平行ラインを利用しているからである。

電圧が低いと、放電は現下の放電隙間部域に閉じこめられ、そのために最も遠く離れたところにある電極の壁容量が利用されるようなことはない。電圧が増加するに伴い、電極容量の大部分が利用されるようになり、放電作用に大量のパワーが供されるようになる。これのように増加したパワーは、負グローの代わりに高効率正カラムに費やされ、かくて全体の効率のバランスが粗くなる。

効率特性が平坦であれば、交流ＰＤＰのパワーと輝度とが印加した維持電圧により加減(modulate)されることになる。維持電圧を単に調節するだけで、パワーと輝度とが、表示装置の２０ボルト動作スパン内に二倍近くになることが判明した。従って、輝度を最大化にするために動作電圧範囲の高電圧端で動作するようにＰＤＰパワー供給を制御し、その後負荷の増加に伴って電圧を自動的に減少させてパワーを制限するようにしてもよい。また、ＰＤＰは光出力を、サブフィールドと称する二値化重み付けブロック(binary weighted block)に細分化(break up)されるので、異なったレベルの輝度が、維持放電の回数と維持電圧との組合せにより制御され得る。このように、電圧を上げ、大量の放電を得ることで高輝度レベルを達成できる一方、少数の低電圧放電を利用することで非常に薄暗い低レベルの光が達成できる。

本発明の電極構造体のレイアウトで用いる寸法諸元で、幾つかの制御変数が得られる。従来例と同様に、放電隙間が最低放電電圧を左右する。電極構造体は短絡バーがなくても機能するが、短絡バーは、放電隙間から電極構造体導体に至る放電路を画成することで低放電電圧を維持するのに役立っている。この短絡バーの幅は、光をブロックする、もしくは、モアレ効果を醸し出すようなことがないように小さくすべきである。この形態は、放電隙間が背面板に対する基板隙間に近いか、それより小さければ最も動作しやすいものである。

電極構造体導体の幅と間隔とは壁容量、従って、放電パワーを左右する。二重放電サイト式ＰＤＰ(図２に示した如く)に比して、図７の電極構造体は殆ど同一パワーレベルを醸し出している。これは、前電極幅を２５％も減少させたにも拘わらずである。前放電エリアの長さは、パワー消費量からして伝統的に二次的なものである。導体ラインの間隔も、負グローがその間隔をドリフトすることから、パワーと効率とにおいて役割を担っている。電極構造体の導体ラインの間の隙間が広ければ広いほど、負グロー部位が狭くなる。導体ライン間隔が放電隙間Ｃほどの大きさであれば、充分動作することが経験できた。

絶縁バー１００を設けることは、この絶縁バー１００により正カラム部位を電極構造体の最外導体から排斥する傾向があるので重要である。電極構造体の最外導体ラインから絶縁バーまでの維持すべき合理的な距離は放電隙間Ｃである。同様に、絶縁バーの幅としては、放電隙間Ｃに設定することもできる。これにより、画素サイト間に三つの放電隙間の距離が確保でき、ひいてはセル同士を絶縁させるのに充分な大きさの画素間隙間Ｄが得られる。

本発明により構成したＰＤＰにおける起動放電によりもたらされる背景輝度は、従来の二重放電サイト式ＰＤＰの輝度の約半分である。これは主として、放電サイトの数が半分しかないことによる。起動放電は、ＰＤＰにアドレス動作を行う前にしっかりした壁電圧状態を確立するのに使われる。

起動電圧が上昇している間、放電は放電隙間の両側にある導体バーに閉じこめられている。次の導体バー(例えば、中心導体バー)は、極小さい背景グローをもたらすが、三番目の導体では可視光が見られるようなことはない。これは、背景グローが透明電極全体にまたがり、容量を全て放電する透明電極を備えたＰＤＰとは違っているところである。

図３に示したように、従来では、走査電極と維持電極とが交互になるように透明電極を配置するのが慣習であった。この従来例の形態では、主として背面基板のアドレス電極と前面基板の走査電極との間でアドレス作用時に放電が形成されることから、セル間絶縁に画素間隙間を大きくする必要があった。アドレス放電点火点が広幅透明電極の直下の部分でランダムに起こる。放電が進むに従い、正カラムが放電隙間の方へ成長するが、点火点が画素間隙間の近くで起こると、正カラムが放電隙間どころか、画素間隙間と横切り、かくてアドレスできなくなるようなことがあった。

従って、図７と図８とに示したように、画素間隙間を横切る電界がなくなるように、走査電極と維持電極とを対にするのが有利である。図７ａはこの形態を示している。

従来の透明電極を用いた形態では、２つの電界域が画成される。主たる電界は放電隙間をまたがるものであり、副次的な電界は画素間隙間をまたがるものである。図８に示すように透明電極を対にすることにより、隣接する電極が常にほぼ同一電位にあるから、主電界を放電隙間に残し、副次的電界を除去することができる。また、セル間絶縁を改善できると共に、走査-維持容量を殆ど半分に減らすことができる。

図９は、隣接する維持電極と走査電極との間に絶縁バーを設けた例を示している。

尚、ここまでの説明は本発明を例示したものに過ぎない。当業者には本発明から逸脱しないで種々の代替構造や変形などが想到しうるところである。従って、添付の請求の範囲に含まれる代替構造や変形などは、本発明に含まれるものとすべきである。

狭幅走査及び維持電極を利用した従来のＰＤＰの概略図。 二重放電サイトを利用したＰＤＰ構造の概略図。 透明電極を利用した従来のＰＤＰの概略図。 本発明による穿孔維持および走査電極(斜平行線パターン)を示す概略図。 本発明による穿孔維持および走査電極(平行導体パターン)を示す概略図。 異なった表面積を有する平行導体からなる図５の穿孔維持および走査電極を示す概略図。 隣接する走査電極が電気絶縁導体バーにより隔離されていて、穿孔維持および走査電極の対が互いに櫛歯状配置になった本発明の概略図。 散在させた短絡バーを備えた穿孔維持および走査電極を示す本発明の概略図。 隣接する維持および走査電極が電気絶縁導体バーによりそれぞれ隔離されていて、透明維持および走査電極の対が互いに櫛歯状配置になった本発明の概略図。 隣接する穿孔維持および走査電極が電気絶縁導体バーによりそれぞれ隔離されている本発明の概略図。

符号の説明

５２、５４…維持電極 ５６、５８…走査電極
７０…走査電極 ７２…維持電極
１０９…短絡バー １１０…バリア突条
１１２…短絡バー １００…絶縁バー

Claims (7)

1. 放電性ガスが間に充填されている互いに対向する基板からなる交流プラズマ表示パネル(ＰＤＰ)であって、
   ａ） 一方の基板に設けた複数の細長アドレス電極と、
   ｂ） 他方の基板に設けられていて、前記アドレス電極とは直交する複数の走査電極構造体と、
   ｃ） 前記走査電極構造体とは平行に延在し、維持電極構造体の隣り合った対と走査電極構造体対とが櫛歯状配置にされている複数の維持電極構造体と、
   ｄ） 対をなす直ぐ隣り合った走査電極構造体の間に設けた導電性電気絶縁バーとからなり、
   各維持もしくは走査電極構造体をなす細長導電層が、その両端で短絡バーにより連結された複数の平行導体からなり、
   各電極構造体の平行導体が、前記両端の間に追加した追加短絡バーにより更に連結され、
   隣接するサブ画素サイトを隔離するために各アドレス電極近傍にバリア突条が設けられており、Ｎ個の隣接するサブ画素サイトのそれぞれが画素サイトからなり、
   各維持もしくは走査電極構造体をなす複数の平行導体が、少なくとも三本の平行導体からなり、前記追加短絡バーがそれぞれ前記少なくとも三本の導体の部分集合の間に連結されてなる交流プラズマ表示パネル(ＰＤＰ)。
2. 請求項１に記載のものであって、
   各維持電極構造体および各走査電極構造体が、複数の穴の形成された細長導電層からなる交流ＰＤＰ。
3. 請求項１又は２に記載のものであって、
   各電極構造体の平行導体が透明導体からなる交流ＰＤＰ。
4. 請求項１に記載のものであって、
   前記交流ＰＤＰを横切る互いに隣接する前記バリア突条の間のピッチの平均値が互いに隣接する追加短絡バーの距離とほぼ等しいことからなる交流ＰＤＰ。
5. 請求項１に記載のものであって、
   各画素サイトにつき、二つ以上の追加短絡バーが設けられていないことよりなる交流ＰＤＰ。
6. 請求項１に記載のものであって、
   各維持もしくは走査電極構造体に対応する前記追加短絡バーが、その位置上、少なくともＮ個の隣接するサブ画素サイトにより隔離されてなる交流ＰＤＰ。
7. 請求項１に記載のものであって、
   隣接する維持電極構造体と走査電極構造体とでは、前記追加短絡バーが異なったサブ画素サイトにそれぞれ設けられてなる交流ＰＤＰ。

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