KR20040090963A

KR20040090963A - 플라즈마 디스플레이 장치 및 그 제어 방법

Info

Publication number: KR20040090963A
Application number: KR10-2004-7010050A
Authority: KR
Inventors: 쟈끄 펠르띠에르; 아나 라꼬스뜨; 이브 아르날
Original assignee: 썽트르 나시오날 드 라 르쉐이쉬 씨엉띠피끄(씨.엔.에르.에스.)
Priority date: 2001-12-24
Filing date: 2002-12-23
Publication date: 2004-10-27
Also published as: WO2003056597A1; ATE365374T1; FR2834113B1; FR2834113A1; US20050093443A1; JP2005513750A; EP1459345B1; DE60220827D1; DE60220827T2; CA2470446A1; EP1459345A1

Abstract

본 발명은 단독으로 또는 방전형 가스에 의하여 방출되는 방사에 의하여 자신이 여기되도록 되는 인광체 수단(18)과 조합하여, 가시 광선을 생성하기 위하여 여기될 수 있는 상기 방전형 가스를 포함하는 챔버(17)를 스크린 내부에 구비하는 플라즈마 디스플레이 장치에 관한 것이다. 상기 장치는, 상기 가스에서 플라즈마를 점등시키도록 설계된 균일하게 분포된 전계(E)를 상기 챔버(17)의 일측 상에 생성하기 위한 수단과, 한편으로는 제어가능한 소자들(19)의 매트릭스와, 다른 한편으로는 상기 소자들(19)을 제어하는 수단을 구비하여, 이들이 전계(E) 또는 상기 플라즈마에 의하여 방출된 방사 또는 생성된 가시 광선을 변조하여, 스크린 상의 발광 영역들을 선택적으로 생성한다.

Description

플라즈마 디스플레이 장치 및 그 제어 방법{PLASMA DISPLAY DEVICE AND CONTROL METHOD THEREFOR}

플라즈마 스크린들은 일반적으로 두 개의 평행한 유리판 사이에 가두어진 셀 네트워크를 포함한다. 각각의 셀은 방전 가스와 접촉하는 적어도 한 쌍의 전극들에 의해 제어된다. 두 개의 전극들 간에 충분한 전압이 인가될 때, 셀 내 가두어진 가스에 방전이 발생된다. 이 방전에 의해 가스가 자외선을 방출하게 된다. 셀들의 벽들은 인광체(phosphor)들로 피복되어 있고 인광체들은 받아들인 비가시 광선(자외선)을 가시광선(색)으로 전환시킨다.

현재, 도 1 및 도 2에 도시한 두 가지 유형의 스크린 구조들이 있다. 이들 도면에서, 장벽들(31, 32, 33)로 분리된 기본 셀들(21, 22, 23)은 장벽들에 수직하게 연장한 두 개의 유리판들(11, 12) 사이에 가두어져 있다. 인광체층들은 셀들(21, 22, 23)의 내벽들을 부분적으로 덮고 있다.

도 1은 ACM(Alternate Current Matrix) 구조(1)를 구비하는 "매트릭스"형 플라즈마 스크린을 도시하고 있다. 이 도면에서, 제1 유리판(11)은 이의 내표면 상에 평행전극(Xn, Xn+1, Xn+2, 등) 네트워크를 포함한다. 각각의 전극(Xn, Xn+1, Xn+2, 등)은 스크린의 디스플레이 라인에 대응한다. 전극들은 예를 들면 에나멜로 구성된 두꺼운 유전물질층(13)(대략 20㎛의 두께) 내에 매립된다. 이 층(13)은 표면이 방전 가스에 접촉하는, 예를 들면 산화마그네슘(MgO)으로 구성된 유전물질층(14)(1㎛ 미만의 두께)으로 덮여있다. 제2 유리판(12) 또한 이의 내면 상에 평행 전극(Yn, Yn+1, 등) 네트워크를 포함하고 제1 유리판(11)의 라인 전극들(Xn, Xn+1, Xn+1, 등)에 수직하게 배치되어 있어 전극열을 구성한다. 라인 전극들(Xn, Xn+1, Xn+1, 등)에서와 같이, 이들 전극들은 얇은 산화마그네슘 층(16)이 피복될 수도 있을 두꺼운 유전물질층(15) 내에 매립된다.

도 2는 ACC(Alternating Co-planar Current)를 구비하는 "공면(co-planar)"형 플라즈마 스크린을 도시한 것이다. 이 구조에서, 두 전극 네트워크들(Xn, Xn+1, Xn+2 및 Yn, Yn+1, 등)은 동일 유리판(11) 상에 인터리브 형식으로, 병렬로 배열된다. 어드레싱 전극 네트워크(Z)는 대향하는 유리판(12)에 내장된다.

도 1 및 도 2에 도시한 두 스크린 구조들(1, 2)에서, 두 전극 네트워크들(Xn, Xn+1, Xn+1 및 Yn, Yn+1, 등)은 각 셀(21, 22, 23) 내 포함된 플라즈마의 점등(lighting up)(통상 이 기술에 숙련된 자들은 "브레이크다운"라 함)을 제어한다. 사실, 전극들(Xn, Xn+1, Xn+2 및 Yn, Yn+1, 등)은 이들이 매립되어 있는 유전층들(13 혹은 15)에 의해 용적을 형성하는 데, 이 용적은 그 표면에 전기 전하들을 저장할 수 있고, 이를 통해 플라즈마 내에서 광 방출(점선으로 도시한)을 생성 혹은 유지하는데 필요한 전압이 인가된다.

이들 방전 동작은 유전 장벽 방전(DBD), 단순 발광성 고압 방전 동작과 유사하다. 두 개의 전극들(X, Y) 사이에 방전이 유발될 때, 플라즈마와 접촉한 산화마그네슘(MgO)층(14)은 방전시 존재하는 이온들과 충돌하고 이러한 충돌의 영향 하에 전자들 e을 방출한다. 산화마그네슘층(14)은 이온 충격 하에서 큰 2차 전자 방출계수를 얻는 데에 결정적인 역할을 한다. 이러한 전자들 e의 2차 방출로, 2차 방출계수가 큰 만큼이나 약한 전극들(X, Y) 간 전압들로 방전이 유지될 수 있다.

방전에 응하여, 플라즈마는 UV선들을 방출한다. UV선들을 흡수하는 인광체들(18)은 가시 주파수의 방사 광선(C)을 다시 방출한다. 인광체들(18)은, 예를 들면, 플라즈마 스크린의 셀 대역에 배열된다. 각각의 스크린 대역은 기본 색으로서 적색, 녹색, 혹은 청색을 방출한다. 이에 따라 인광체들(18)은 각각이 다른 방출 색을 가진 3개의 연속한 반복된 대역 패턴에 따라 스크린에 분포된다.

기본 셀들(21, 22, 23)의 동작이 용량성 동작 모드만이라 할 때, 셀들의 점등 및 점멸(extinction)은, 전기 펄스들, 즉, 셀의 전극들(X, Y) 간에 연속적으로 인가되고 플라즈마 항복 전압(breakdown voltage) 미만인 교류 "유지" 전압(대략 50 내지 100 kHz의 주파수)인 전기 펄스와, 유전 장벽들의 표면에 교류 전압에 의해 유지된 전기 전하를 상쇄시키기 위한 "소거" 펄스와의 중첩에 의해 제어된다. 그러므로 플라즈마는 점등 펄스와 소거(clearing) 펄스 간의 교류의 유지 전압에 의해 생성되는 펄스 방전 흐름에 의해 여기된다. 임펄스 방전의 전류 펄스는 대략 100 ns 지속하고, 이 시간 동안에, 전자(e)가 여기하여 가스를 이온화시킨다. 플라즈마의 존재에 기인한 유전체 장벽면들 간의 전압 강하는 새로운 유지 교류 펄스가 인가될 때까지 방전 정지를 유발한다. 그 다음, 여기된 플라즈마와 원자들은 각 전류 펄스에서 발생된 광자들을 방출한다. 네온-크세논 혼합물의 경우에, 크세논에 의해 UV 광자가 방출되므로, (특히, 공명 레벨 Xe(³P₁) 및 엑시머 후에), 가시 광자들을 재방출하는 전극들의 액티브 영역의 외측에 일반적으로 배치되는 인광체(18)를 여기시킨다.

플라즈마 셀들의 통상적인 동작값은, 스파크오버(sparkover) 전압의 서브-대기압에서 네온-크세논 혼합물에 대해, 250V와 300V 사이이고, 포함되는 유지 전압은 150V와 200V 사이이다. 항복 전압은 최소값이 대략 5 내지 10 torr ×cm인 전극간 거리와 압력의 곱에 의존한다. 임펄스 방전 중의 전류 밀도는 5 내지 10 A/cm²에 이를 수 있다. 플라즈마의 밀도는 대략 10¹¹내지 10¹⁴cm^-3이고 전자 온도는 수 eV이다.

전술한 기술의 다른 변형들은 중요한 연구와 개발의 목적이지만(무선 주파수 전압에 의한 플라즈마 유지), 평면 스크린의 동작 원리는 유전체 장벽 방전에 기초하여 동일하게 유지한다.

앞서 설명한 기술들의 문제는, 플라즈마의 동작 윈도우(점멸 또는 소거 전압과 항복 전압 간의 갭)이 좁아, 셀 어드레싱이 비교적 복잡하고 광 효율성에 대해서 불리한 타협을 강요한다는 것이다.

실제로, 브레이크다운 방전보다 낮은 방전(점멸 방전)의 유지 임계의 존재는 오프 상태에서 불이 들어온 상태(lit status)로 통과할 수 있는 셀의 동작에 필수적이고, 반대로, 셀의 전하를 변형시키는 점등 펄스 및 소거 펄스를 이용한다. 플라즈마 스크린의 셀들 중 어떤 것도 동일하지 않기 때문에, 항복 전압과 점멸 전압 간의 갭이, 모든 스크린 셀의 동작점들이 이 마진의 범위 내에 있도록 너무 낮지 않은 것이 바람직하다.

네온-크세논 혼합물의 경우에, 이 마진은 네온-크세논 혼합물에서의 크세논에 비례하여 증가한다. 이것은, 네온 이온들에 대해 크세논 이온들의 낮은 2차 방출 계수 때문에 크세논에 비례하여 스파크오버 전압이 증가하기 때문이다. 그러므로, 유지 전압과 항복 전압의 증가에 의해 복잡성을 증가시키고, 전력의 명령 및 전달 회로의 손실을 증가시킨다.

그 결과, 스파크오버 전압을 감소시키기 위해서, 가스에서의 크세논의 비율은 제한되어야 하며, 이것은 플라즈마의 UV 효율성을 상관적으로 감소시킨다. 이 경우에, 항복 전압과 점멸 전압 간의 마진이 상당히 작게 되어, 제어 펄스의 보다 정교한 조정을 요하게 된다.

마지막으로, 정교하게 조정되는 3가지 형태의 펄스(유지, 점등, 및 소거)의 스펙트럼 간섭은 어드레싱 기능을 비교적 복잡하게 만든다.

기존의 플라즈마 스크린의 다른 문제점은, 셀 제어가 전력 전자 회로들만을 통해 발생될 수 있는 고 전압 펄스와 피크 전류를 필요로 한다는 것이다. 그러므로, 이들 회로는 플라즈마 스크린 비용의 중요한 부분을 나타낸다.

또한, 셀 어드레싱의 복잡성 또한, 전극에 대한 전하의 메모리 효과에 기초하여, 고 비용의 제어 일렉트로닉스에 관여한다.

기존의 플라즈마 스크린의 다른 문제점은, 방전 동작 모드에 고유한, 범용의 조명 효율성을 나타낸다는 것이다.

실제로, 전류 플라즈마 스크린의 효율성은 대략 1에서 수 lm/W(lumen per Watt)이고, 이것은 셀에 의해 소비되는 작은 퍼센티지의 전기 에너지만이 가시 광선으로 변환되는 것을 의미한다. 광 효율성을 제어하는 주요 인자들은 다음과 같다(변환 시퀀스에 기초하여 논리순으로).

- 명령 및 어드레싱 회로에서 소비되는 전력,

- 방전의 UV 효율성; 즉, UV 광자의 형태로 방출되는 에너지와 플라즈마에 주입되는 에너지 간의 관계,

- 인광체에 의한 UV 소집 효율성,

- 인광체에 의해 가시가능한 광자로의 UV 광자의 변환 효율성,

- 가시 광자 소집 효율성.

명령 및 어드레싱 회로에서 소비되는 전력에 대해서, 이 전력은 스파크오버 전압과 유지 전압을 감소시킴으로써 감소될 수 있지만, 이미 지적된 바와 같이 UV 효율성을 희생시킨다.

가스 또는 가스 혼합물의 선택은 UV 광자의 효율성을 결정한다. 동시에, 2차 전자 재료로서, MgO 층의 존재는 표면 특성을 변경하지 않는 희가스의 사용을 요한다(2차 방출 계수는 표면 변형에 민감함). 네온-크세논 혼합물의 경우에, 크세논은 효율적인 UV 에미터이지만, 크세논은 MgO의 이온 충격을 통한 2차 전자의 효율적인 에미터이다. 따라서, 낮은 크세논 혼합물(10% 보다 낮은 퍼센티지)을 사용함으로써 낮은 항복 전압이 얻어질 수 있다. 그러므로, 전기 장벽 충전식 셀에서, 플라즈마에 주입되는 에너지의 중요한 부분은, 네온 원자 여기와 이온화 위상(여기서 이 여기와 이온화는 크세논의 것보다 훨씬 큼)으로 뿐만 아니라, 유전체 장벽면에 대한 MgO의 이온 충격(그리고 전형적인 확산 이온 튜브에서의 중성자와의 충돌)로 전달된다. 즉, 셀에서 주입되는 에너지는 원리적으로 유전체 장벽 방전의 동작 모드에 고유한, 비생산적인 손실로 소비된다.

인광체에 의한 UV 광자의 소집 효율성도, 셀 효율성에서는 중요한 인자이다. 실제로, 덮히지 않은 인광체 표면을 때리는 광자; 즉, MgO 층으로 덮힌 표면이 상실되어, 셀의 전체 효율성에 크게 영향을 준다.

가시 광자로의 UV 광자 인광체의 변환 효율성은, 플라즈마의 특성 또는 셀 구조에 의존하지 않고, 인광체의 고유의 효율성에만 의존한다. 일반적으로, 변환 효율성은 대략 20% 내지 25 %의 값을 얻고 있다.

마지막으로, 스크린의 정면을 가로지를 수 있는 가시 광자의 퍼센티지의 최종 광 효율성에 있어서, 일부는 스크린의 이면에서 상실되고 그 밖의 것은 전극들 또는 유전체층들의 교차가 존재할 때에 흡수된다(MgO, 에나멜).

기존의 플라즈마 스크린의 다른 단점은, 이것들의 제조를 복잡한 프로세스로 만드는 셀 구조의 복잡성이다. 플라즈마 스크린의 제조는 이들의 최종 비용의 중요한 부분을 나타내고 있다.

마지막으로, 기존의 플라즈마 스크린의 다른 문제점은, 상대적으로 짧은 셀의 수명이다.

셀 수명의 제한은, 이온 전류 펄스의 효과하에서, 두께가 제한되는 산화마그네슘층의 점진적인 스퍼터링에 기인한다. 산화마그네슘층이 완전히 스퍼터링되면, 이러한 높은 2차 방출 계수를 갖지 않는 밑에 있는 두꺼운 유전체층은, 방전을 조명시키도록 충분한 양의 2차 전자를 방출하지 않는다. 따라서 셀은 영구적으로 오프 상태로 남는다.

셀 수명의 제한은 또한 시간에 대한 인광체 효율성의 열화에 기인한다. 일반적으로 이 열화는, 산화물의 경우 산소와 같은 휘발성 요소의 광 제거(photo-desorption)에 의해 인광체 표면의 화학적 성분에 상당하게 영향을 줄 것인 UV 광선의 작용때문이다.

본 발명의 목적은 개선된 효율성 기술, 양호한 광 효율성, 간단한 셀 구조, 및 긴 수명을 갖는 플라즈마 스크린을 제공하는 데에 있다.

이 발명은 플라즈마 디스플레이 스크린들 또는 패널들 영역에 관한 것이다. 특히 본 발명은 텔레비전 벽 플라즈마 스크린들에 관한 것이다.

이미 언급된 도 1 및 도 2는 이전 기술의 플라즈마 스크린 구조, 매트릭스형 플라즈마 스크린 구조 및 동일 평면형 플라즈마 스크린 구조의 셀의 라인에 따른 단면도로 각각 나타내는 도면.

도 3 및 도 4는 두 형태의 플라즈마 스크린 구조의 동작을 도시하는 블록선도.

도 5는 셀의 라인에 의한 단면도, 본 발명의 장치의 일 실시형태에 따른 플라즈마 스크린 구조를 나타내는 다이어그램.

도 6은 셀의 라인에 의한 단면도, 도 5의 장치의 변형 실시형태에 따른 플라즈마 스크린 구조를 나타내는 다이어그램.

도 7은 셀의 라인에 의한 단면도, 본 발명의 장치의 제2 실시형태에 따른 스크린 구조를 나타내는 다이어그램.

도 8은 셀의 라인에 의한 단면도, 본 발명의 장치의 제3 실시형태에 따른 스크린 구조를 나타내는 다이어그램.

도 9는 본 발명의 장치에 사용될 수 있는 셀의 명령 장치의 후면도를 나타내는 다이어그램.

이 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은, 가시 광선을 발생하기 위해서 여기될 수 있는 방전형 가스를 포함하는 챔버를, 자신 또는 상기 가스에 의해 방출된 방사에 의해 자신이 여기되도록 설계된 인광체 수단과의 조합으로, 스크린에 포함하는 형태의 플라즈마 디스플레이 장치를 제공한다. 이 장치는, 한편으론 제어 가능한 소자의 매트릭스, 다른 한편으론 상기 소자를 제어하는 수단 뿐만 아니라, 상기 가스에서 플라즈마를 비출 수 있는 균일하게 분포된 전계를 상기 챔버의 일 측에 생성하는 수단을 포함한다.

본 발명의 일 실시형태에서, 제어 가능한 소자 매트릭스는 전계와 가스 사이에 배열되고, 제어 수단은 소자를 제어하여, 전계를 개별적으로 변조하여 스크린 상의 광 영역을 선택적으로 발생한다.

본 발명의 다른 실시예에서, 제어 가능한 소자 매트릭스는 가스와 인광체 사이에 배열되고 제어 수단은 상기 소자를 제어하여, 플라즈마에 의해 방출된 방사를 개별적으로 변조하여, 이에 따라 스크린에 나타나는 광을 선택적으로 제어한다.

본 발명의 다른 실시형태에서, 제어가능한 소자 매트릭스는 가스 또는 인광체 수단에서 하류에 배열되고, 제어 수단은 상기 소자를 제어하므로 생성된 가시 광선을 개별적으로 변조하여, 이에 따라 스크린에 나타나는 광을 선택적으로 제어한다.

이런 장치에서, 스크린 상의 전원 주입과 광 제어의 기능은 분리된다. 전압은 전계를 발생하는 수단에 의해 공급되는 반면, 스크린에 나타나는 광의 제어는 제어 가능한 소자에 의해 실행된다.

이 분리의 결과로서, 제어 가능한 소자를 제어하는데 요구된 전압은 종래 기술의 플라즈마 장치의 명령 회로에 요구된 전압에 대해서 감소된다.

상관적으로 말해, 명령에서 낭비된 전압이 감소된다.

게다가, 이 분리가 주어지면, 전압의 주입은 보다 효율적인 방법으로 이루어진다. 이처럼, 본 발명의 장치는 항복 전계와 점멸 전계 사이의 갭을 독립적으로 동작할 수 있다. 결과적으로, 광자의 생성을 최적화하는 가스 또는 가스 혼합물을 선택함으로써 양호한 광 효율성이 얻어질 수 있다.

결국, 본 발명의 장치는 제조 비용을 감소시키는 단순화된 구조를 갖는다.

본 발명의 바람직한 실시형태에서, 전계는 마이크로파에 의해 발생된다. 그러므로, 플라즈마는 종래 기술의 장치와 같이, 편광된 전극에 의해 여기되지 않는다. 이는 이온 충격에 의한 벽의 스퍼터링의 문제를 제거한다. UV 효율성과 장치 수명이 개선된다. 또한, 이 장치는 MgO 유전체 층이 필요 없다.

다른 특징과 장점은 완전히 예시적인 목적이고 한정하지 않는 이하의 설명으로부터 보다 명백하며, 첨부 도면을 보면서 이해해야만 한다.

도 3은 인광체를 포함하는 형태의 본 발명에 따른 플라즈마 스크린의 동작을 도시하는 블록선도이다.

이 블록선도에 의하면, 전계(E)가 가스를 포함하는 챔버에 인접하여 생성되어 균일하게 분포되어 있다. 이 전계에 가스가 인가될 때, 자외선 방사를 방출하는 플라즈마를 발생한다. 이 방사는 자외선 방사를 흡수하는 인광체를 향해 지향되어, 스크린을 보는 관찰자에게 볼 수 있는 방사를 재방출한다.

제1 구성에 의하면, 제어가능한 소자의 매트릭스가 전계와 가스 사이, (1) 에 위치된다. 제어 수단은 소자들을 제어하여, 가스에 전달된 전계를 개별적으로 변조하며, 따라서 스크린에 발생된 광을 제어한다. 이 구성에서, 전계(E)의 강도는 플라즈마의 광 강도보다 크다.

제2 구성에 의하면, 제어가능한 소자의 매트릭스가 가스와 인광체 사이, (2)에 위치된다. 제어 수단은 소자들을 제어하여, 플라즈마에 의해 방출되며 인광체에 의하여 수신되도록 되는 UV 방사를 개별적으로 변조하여, 따라서 스크린에 나타나는 광을 선택적으로 제어한다. 이 구성에서, 전계(E)가 가스에 연속적으로 인가되고 분포되어, 균일한 플라즈마가 연속적으로 생성된다. 따라서, 전계(E)는 연속적인 방법으로 플라즈마의 유지 강도보다 큰 강도를 갖는다. 강도는 스크린이 활성화될 때보다 플라즈마의 광 강도보다 커서는 안된다.

제3 구성에 의하면, 제어가능한 소자의 매트릭스가 인광체 수단의 하류(즉, 인광체와 외부 관찰자 사이)(3)에 위치된다. 제어 수단은 인광체에 의해 발생된 가시 광선을 개별적으로 변조하도록 소자들을 제어하여, 스크린에 나타나는 광을 선택적으로 조절한다. 유사하게, 전계(E)는 제어가능한 소자가 (2)에 위치될 때는, 플라즈마의 유지 강도보다 큰 강도를, 스크린이 활성될 때는, 플라즈마의 광 강도 보다 큰 강도를 연속적으로 갖는다.

도 4는 인광체 없는 형태의 본 발명에 따른 플라즈마 스크린의 동작을 도시하는 블록선도이다.

이 도면에 의하면, 전계(E)가 발생되어, 가스를 함유하는 다음 챔버에 균일하게 분포된다. 이 전계가 가스에 적용되면, 플라즈마가 발생되어 스크린을 보는 관찰자가 볼 수 있는 광선을 방출한다.

이러한 형식의 구조는 특히, "흑백(black and white)" 스크린을 만들 수 있게 한다.

셀로 분할된 플라즈마 챔버를 스크린이 포함하는 경우에는, 셀이 상이한 가스 조성(composition)을 포함할 수 있다. 따라서, 각각의 셀은 포함되는 가스의 조성에 따라 유색 광선(일반적으로, 녹색, 적색 또는 청색)을 발생한다. 이에 의해 "칼라" 스크린이 얻어진다.

제1 구조에 따르면, 제어가능한 소자의 매트릭스가 전계와 가스 사이, (4)에 위치된다. 이 구조는 도 3의 구조(1)와 유사하다. 제어 수단은 소자를 제어하여, 가스에 투과된 전계를 각각 변조함으로써, 스크린 상에 발생된 광을 제어한다. 이구조에서, 전계(E)의 강도는 플라즈마의 광의 강도보다 크다.

제2 구조에 따르면, 조정 가능한 소자의 매트릭스가 플라즈마(들)의 하류(5)에 위치된다. 이 구조는 도 3의 구조(1)와 유사하다. 제어 수단은 소자를 제어하여, 플라즈마(들)에 의해 발생된 가시 광선을 각각 변조시킴으로써, 스크린 상에 나타나는 광을 선택적으로 제어한다. 전계(E)는 연속적으로 플라즈마의 유지 강도보다 큰 전계의 강도와, 스크린이 구동될 때, 플라즈마의 광의 강도보다 큰 전계의 강도를 갖는다.

도 5는 도 3의 구조(1)에 해당하는 실시예에 따른 플라즈마 스크린 구조(3)를 나타내는 도면이다.

구조(3)는 장벽(31, 32, 33)에 의해 분리된 셀(21, 22, 23)의 매트릭스로 분할되어 가스 또는 가스 혼합물이 채워지는 챔버(17)를 포함한다. 셀(21, 22, 23)은 스크린의 정면 부분(즉, 관찰자의 눈을 향해 지향된 측면)을 형성하는 유리 판(11)과 스크린의 후방 측면을 형성하며, 균일하게 분포된 마이크로파 전계(microwave electric field)(E)가 발생되는 공동(41) 사이에서 한정된다.

공동(41)은 예컨대, 손실이 적은 유전체 물질(예컨대, 산화 규소(SiO₂))과 냉각 액체 유전체(cooling dielectric liquid)로 만들어진다. 전계(E)는 병렬 또는 위상 동력된(phase-powered) 링형 공진기와 같은 마이크로파 공진기 또는 3차원 마이크로파 애플리케이터(microwave applicator) 중 하나를 통해 균일하게 분포될 수 있다. 본 명세서의 전체에서, "마이크로파"는 200MHz 이상의 주파수를 갖는 전자기파를 언급한다. 사용되는 마이크로파 주파수는 예컨대, 매스 애플리케이션(433MHz, 920MHz, 또는 2.45MHz)에서 일반적으로 사용되는 ISM(산업, 과학, 및 의학) 마이크로파 주파수 또는 이동 통신에서 사용되는 주파수이다. 전계(E)는 매우 짧은 시간(예컨대, 대략 마이크로초(1/1,000,000초))동안 셀의 각각의 레벨에 플라즈마를 비출 수 있는 크기(amplitude)를 갖는다.

적어도 2개의 전극 제어 네트워크(X, Y)가 공동(41)과 셀(21, 22, 23)로 분할된 챔버의 후면 사이에 위치된다. 네트워크 중 하나(X)는 수직하게 위치되며, 스크린의 열에 평행한 일련의 전극(Xn, Xn+1, Xn+2 등)을 적어도 포함한다. 다른 네트 워크(Y)는 수평으로 위치되며, 스크린의 라인에 평행한 일련의 전극(Yn, Yn+1, Yn+2 등)을 적어도 포함한다.

제어가능한 소자(19)가 네트워트(X)의 각 전극과 네트워트(Y)의 각 전극 사이에 접속된다. 이들 제어가능한 소자(19)는 셀(21, 22, 또는 23)과 균일한 전계(E)의 공동(41) 사이에서, 각 셀의 후방에 위치된다. 이에 의해, 소자(19)는 한 쌍의 전극(Yn, Xn+2)에 의해 제어된다. 수신되는 명령에 따라, 소자(19)는 공동(41)과 셀(22)에 전도된 전계(E)를 변조한다.

도 9에 나타낸 바와 같이, 소자(19) 각각은 적어도 부여된 한 쌍의 전극에 의해 제어된다. 이 쌍은 네트워트(X)의 전극과 네트워트(Y)의 전극으로 구성된다. 이에 의해, 네트워트(X, Y)의 전극은 소자 매트릭스의 각 소자(19)의 상태를 개별적으로 제어한다.

각 소자(19)는 적어도 2개의 전달 상태: 셀(22)에 점등 필드(light upfield)를 전달함에 따른 제1 상태, 셀(22)에 플라즈마가 낮은 유지 값을 갖는 필드를 전달함에 따른 제2 상태를 갖는다.

이와 같은 소자(19)는, 예컨대, 기계적 전자 마이크로 시스템들(MEMS)으로 구성될 수 있다.

전달 소자(19)는 또한 퀀텀 웰(quantum well) 구조와 같은 반도체 구성요소형 구조로 구성될 수도 있다.

셀(22)이 구동되면(activated), 대응하는 소자(19)가 제어되어, 점등 필드와 동일한 전계를 셀(22)에 전달하도록 전계(E)를 변조한다. 이 전계는 UV 방사를 발생시키는 셀(22)에 포함된 가스에서 방전을 발생시킨다. 셀(22)의 벽에 존재하는 인광체(18)가 UV 방사를 흡수하고 가시 주파수로 방사(C)을 재방출한다.

비춰진 셀(22)을 유지하기 위해서는, 대응하는 소자(19)가 점등의 유지 필드와 적어도 동등한 필드를 셀(22)에 전달하도록 전계(E)를 변조하기 위해 제어되어야만 한다. 이 전압은 가스의 방전과 이에 의한 가시 방사(C)의 발생을 유지한다.

마지막으로, 셀(22)을 턴 오프하기 위해, 대응하는 소자(19)가 제어되어야 하여, 유지 전계보다 더 낮은 전계를 셀(22)에 전달하도록 전계(E)를 변조한다. 이 전계는 가스 중에서의 방전을 유지하기에 충분하지 못하므로, 가시 방사(C)의 방출을 중단한다.

최대량의 UV 방사를 소집하여 스크린의 광 효율성을 개선하기 위해, 인광체(18)가 가능한 모든 표면 상에서 셀의 벽을 덮는다는 것에 주목할 수 있다.

도 6은 본 발명의 변형에 따른 플라즈마 스크린 구조(4)를 나타내는 도면이다. 이 변형예는 도 4의 구조(4)에 해당한다.

구조(4)는 셀(21, 22, 23)의 벽이 형광체로 덮히지 않는다는 것을 제외하고, 도 5의 구조(3)와 유사하다. 이 변형예에서, 챔버(17)에 포함된 가스는, 방전 효과 하에, 가시 방사(C)를 직접 발생시킨다. 이러한 형태의 구조는, 셀에, 동일한 가스 조성으로 만들어진 플라즈마로 채워지는 경우에는 "흑백" 스크린을 형성하게 하며, 또는 각각이 3원색(적색, 녹색, 및 청색) 중 어느 하나의 가시 방사를 방출하는 상이한 가스 조성으로 만들어진 플라즈마를 포함하는 셀의 경우에는 "칼라" 스크린을 형성하게 한다.

도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 플라즈마 스크린(5)을 나타내는 도면이다. 이 실시예는 도 3의 구조(2)에 해당한다. 이 실시예에서, 제어가능한 소자(19)의 매트릭스는 가스와 인광체(18) 사이에 위치된다. 전극 네트워크(X, Y)는 소자(19)를 제어하여, 플라즈마에 의해 방출되며 인광체(18)에 의하여 수신되도록 되는 UV 방사를 개별적으로 변조하여, 이에 의해 스크린 상에 나타나는 광을 선택적으로 제어한다. 이 실시예에서, 전계(E)에는 균일한 플라즈마가 연속적으로 발생되도록 가스에 연속적으로 인가된다.

도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 플라즈마 스크린 구조(6)를 나타내는 도면이다. 이 실시예는 도 3의 구조(3)에 해당한다. 제어가능한 소자(19)의 매트릭스는 가시 광선을 발생시키는 소자의 하류에 위치된다. 전극 네트워크(X, Y)는 소자들을 제어하여, 생성된 가시 광선(플라즈마(들) 또는 인광체에 따라)을 개별적으로 변조하여, 이에 의해 스크린 상에 나타나는 광을 선택적으로 제어한다.

도 7과 (8)(도 3의 구성 (2)와 (3)에 대응하는)의 스크린 구성의 경우에서, 소자(19)는, 전자 기계 마이크로 시스템들(MEMS), 기계 광학 전자 마이크로 시스템들(MOEMS), 또는 전송 상태가 제어될 수 있는 포토닉 대역 갭 장치들(포토닉 결정들 또는 BIP)로도 구성될 수 있다.

상술된 플라즈마 스크린들의 이점은, 한편으로는, 셀들에는 전극들, 유전체 장벽들, 및 MgO-형 2차 방출층들이 면제되기 때문이고, 다른 한편으로는 셀 어드레싱을 위하여 충분한 저전압 회로들(전송 소자 명령은 전력 일렉트로닉스를 필요로 하지 않는다)에 의하여, 셀 구조 레벨과 그 어드레스 레벨 모두에서, 사용되는 기술의 단순성이라는 것이다.

다른 이점은, 플라즈마의 여기를 위하여 상당히 큰 동작 윈도우가 존재한다는 것이다. 주어진 압력에서 주어진 가스 또는 가스 혼합물에 대한 항복 전계보다 큰 전계를 인가하는 것이 유일한 조건이다. 따라서, 가스 혼합물은 윤곽이 뚜렷한 파장들에 따라 방전 또는 방사 방출의 최선의 UV 효율성을 획득하도록 최적화될 수 있다. 예컨대, UV 광자를 생성하기 위하여 효율성이 알려져 있는 순수 크세논으로 플라즈마의 스파크오버를 획득할 수 있다. 가스와 동작 압력의 선택은 유전체 장벽 방전 플라즈마 스크린 기술에 관하여 상당히 광범위하여, 스크린 셀들의 동작점을 선택할 수 있게 한다.

다른 이점은, 또한 보다 우수한 광 효율성이다. 실제로, 플라즈마에 방산되는 에너지는 UV 광자들의 생성을 위한 효율적인 원자들(예컨대, 크세논) 만의 여기 및 이온화에 완전히 사용된다.

또한, 마이크로파 전계의 경우에서, 전극의 부재는 이온 충격으로 인하여 벽들의 스퍼터링의 문제점을 제거한다. 결국, 이 에너지는 이 형태로 방산된다. 벽들은 부동(floating) 전위를 가지므로, 벽 상의 이온들의 에너지는 10 전자-볼트(eV)(대략)를 초과하지 않는다.

다른 이점은, 이들 전극들에 관하여 전극들의 부재와 MgO 적층물의 부재로 인한 것이다. 그러므로, 대응 위치는, 셀들의 광 효율성을 향상시킬 수 있는 인광체가 차지할 수 있다.

마지막으로, 다른 이점은 셀들의 축적된 수명이다. 실제로, MgO 층과 활동적인(energetic) 이온 충격이 부재한다면, 셀들의 수명은 그 동작 수명으로 이어지지 않는다. 본 발명에 의하여 사용된 기술로써, 셀들의 수명은 단지 인광체의 수명에 제한되지 않는다.

도 7 및 도 8에 대응하여 설명된 실행에서, 소자(19)가 플라즈마의 하류에 있는 스크린의 점등 및 점멸 영역들을 직접 제어한다면, 셀들로 분리되는 방출 가스를 포함하는 챔버(17)에 대한 필요성은 없다.

Claims

그 자신으로 또는 방전형 가스에 의하여 전달되는 방사에 의하여 자신이 여기되도록 되는 인광체 수단(18)과 조합하여, 가시 광선을 생성하기 위하여 여기될 수 있는 상기 방전형 가스를 포함하는 챔버(17)를 스크린 내부에 포함하는 형태의 플라즈마 디스플레이 장치에 있어서,

상기 플라즈마 디스플레이 장치는, 상기 가스에서 플라즈마를 점등(light up)시킬 수 있는 균일하게 분포된 전계를 상기 챔버의 일측 상에 생성하는 수단과, 한편으로는 전계와 가스 사이에 배열된 제어가능한 소자들(19)의 매트릭스와, 다른 한편으로는 상기 소자들(19)을 제어하는 수단을 포함하여, 이들이 개별적으로 전계를 변조하여, 스크린 상의 광 영역들을 선택적으로 생성하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 디스플레이 장치.
방전형 가스에 의하여 전달되는 방사에 의하여 여기되도록 되는 인광체 수단(18)과 조합하여, 전계 효과로부터, 가시 광선을 생성할 수 있는 상기 방전형 가스를 포함하는 챔버(17)를 스크린에 포함하는 플라즈마 디스플레이 장치에 있어서,

상기 플라즈마 디스플레이 장치는, 플라즈마를 비춘 후 유지할 수 있는 균일하게 분포된 전계를 상기 챔버의 일측 상에 생성하는 수단과, 한편으로는 상기 가스와 상기 인광체(18) 사이에 위치된 제어가능한 소자들(19)의 매트릭스와, 다른한편으로는 상기 소자들(19)을 제어하는 수단을 포함하여, 이들이 플라즈마에 의하여 방출되고 상기 인광체(18)에 의하여 수신되도록 예정되는 방사를 개별적으로 변조하여, 스크린 상에 나타나는 광을 선택적으로 제어하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 디스플레이 장치.
단독으로 또는 방전형 가스로부터 방출된 방사에 의하여 자신이 여기되도록 되는 인광체 수단(18)과 조합하여, 가시 광선을 생성하기 위하여 여기될 수 있는 방전형 가스를 포함하는 챔버(17)를 스크린에 포함하는 형태의 플라즈마 디스플레이 장치에 있어서,

상기 플라즈마 디스플레이 장치는, 상기 가스에서 플라즈마를 점등할 수 있는 균일하게 분포된 전계를 상기 챔버의 일측 상에 생성하는 수단과, 한편으로는 상기 가스 또는 상기 인광체 수단(18)의 하류에 위치된 제어가능한 소자들(19)의 매트릭스와, 다른 한편으로는 상기 소자들(19)을 제어하는 수단을 포함하여, 이들이 생성된 가시 광선을 개별적으로 변조시켜, 스크린 상에 나타나는 광을 선택적으로 제어하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 디스플레이 장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 수단은 네트워크에서 신장하여, 매트릭스 방식으로 상기 제어가능한 소자들(19)을 제어하는 적어도 2개의 직렬 전극(X, Y)을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 디스플레이 장치.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어가능한 소자들(19)은 기계적 전자 마이크로 시스템들, 및/또는 기계적 광학 전자 마이크로 시스템들, 및/또는 전달 상태가 제어될 수 있는 포토닉 대역 갭 장치들을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 디스플레이 장치.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전계는 200 MHz 이상의 마이크로파 주파수에 의하여 생성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 디스플레이 장치.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전계를 생성하는 수단은 2차원 네트워크의 마이크로파 어플리케이터들을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 디스플레이 장치.
제 1 항 내지 제 6 항에 있어서, 상기 전계를 생성하는 수단은 병렬이며 위상 동력되는(phase-powered) 마이크로파 공진기들을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 디스플레이 장치.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가스를 포함하는 상기 챔버(17)는 인광체(18)로 덮힌 셀들(21, 22, 23)로 분리되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 디스플레이 장치.
제 9 항에 있어서, 하나의 셀(21; 22; 23)은 그 전체 면을 따라 바닥이 인광체(18)로 덮힌 것을 특징으로 하는 플라즈마 디스플레이 장치.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 챔버(17)는 상이한 파장들로 방사를 생성할 수 있는 상이한 가스들의 혼합을 포함하는 셀들(21, 22, 23)로 분리되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 디스플레이 장치.
가시 광선을 생성하기 위하여 여기될 수 있는 방전형 가스를 포함하는 챔버(17)를 스크린에 포함하는 형태의 플라즈마 디스플레이 장치를 제어하는 방법에 있어서,

상기 가스에서 플라즈마를 점등하는 데 필요한 전계 강도보다 큰 강도로 균일하게 분포된 전계(E)를 생성하는 단계; 및

상기 플라즈마의 일부를 선택적으로 비추거나, 비춘 채로 유지하거나, 턴 오프하기 위하여 상기 플라즈마의 일부에 상기 생성된 전계(E)를 전달하도록 상기 생성된 전계(E)를 변조하는 단계를 포함하는 플라즈마 디스플레이 장치의 제어 방법.
가시 광선을 생성하기 위하여 여기될 수 있는 방전형 가스를 포함하는 챔버(17)를 스크린에 포함하는 형태의 플라즈마 디스플레이 장치를 제어하는 방법에 있어서,

상기 가스에서 플라즈마를 점등하거나 비춘 채로 유지하는 데 필요한 전계 강도보다 큰 강도로 균일하게 분포된 전계(E)를 생성하는 단계;

가시 광선 또는 UV 방사를 생성하기 위하여 상기 가스에 상기 전계(E)를 인가하는 단계; 및

출현하는 상기 광선을 선택적으로 제어하기 위하여 상기 플라즈마의 일부에 의하여 방출된 방사를 변조하는 단계를 포함하는 플라즈마 디스플레이 장치의 제어 방법.
가시 광선을 생성하기 위하여 여기될 수 있는 방전형 가스를 포함하는 챔버(17)를 스크린에 포함하는 형태의 플라즈마 디스플레이 장치를 제어하는 방법에 있어서,

상기 가스에서 플라즈마를 비추는 데 필요한 전계 강도보다 큰 강도로 균일하게 분포된 전계(E)를 생성하는 단계;

자외선 방사를 생성하기 위하여 상기 가스에 상기 전계(E)를 인가하는 단계;

상기 자외선 방사를 소집하여, 가시 방사를 재방출하는 단계; 및

상기 가시 광선 방사를 변조하는 단계를 포함하는 플라즈마 디스플레이 장치의 제어 방법.