СПОСОБ ВОЗБУЖДЕНИЯ ЛЮМИНОФОРА В ПЛАЗМЕННОЙ ПАНЕЛИ ПОСТОЯННОГО ТОКА Российский патент 2005 года по МПК H01J17/49 

Изобретение относится к технике индикации и может быть использовано при разработке плазменных панелей постоянного тока (ППП) для наборных экранов.

Известен способ возбуждения люминофора в плазменной панели постоянного тока при отображении видеоинформации, в которой люминофор каждого адресуемого элемента отображения возбуждается ультрафиолетовым излучением от газового разряда между электродами (1). Причиной, препятствующей достижению требуемого технического результата при использовании известного способа возбуждения люминофора, является то, что в каждом адресуемом элементе отображения строки панели формирование газового разряда между электродами, анодом и катодом осуществляется на начальном участке режима аномального тлеющего разряда вольтамперной характеристики газового разряда. Этот участок тлеющего разряда имеет низкую световую эффективность и высокую скорость деградации люминофора из-за процесса распыления катода в результате бомбардировки ионами катода, что соответственно уменьшает долговечность работы плазменной панели постоянного тока.

Известен способ возбуждения люминофора в плазменной панели постоянного тока при отображении видеоинформации, в которой люминофор каждого адресуемого элемента отображения расположен на внутренней стороне лицевой пластины, и он возбуждается ультрафиолетовым излучением от газового разряда между электродами (2). Причиной, препятствующей достижению требуемого технического результата при использовании известного способа возбуждения люминофора, является то, что в каждом адресуемом элементе отображения строки панели формирование газового разряда между электродами осуществляется на начальном участке режима аномального тлеющего разряда вольтамперной характеристики газового разряда, на котором нельзя получить высокую световую характеристику.

Наиболее близким способом того же назначения является способ возбуждения люминофора в плазменной панели постоянного тока, заключающийся в облучении люминофора ультрафиолетовым излучением от газового разряда в адресуемых элементах отображения выбранной строки панели, который формируется импульсом напряжения: вначале с амплитудой напряжения возникновения разряда, а затем с амплитудой напряжения горения газового разряда, а ток газового разряда между электродами в каждом адресуемом элементе отображения ограничивается электрическим элементом (3). К причинам, препятствующим достижению требуемого технического результата при использовании известного способа, принятого за прототип, относится то, что в известном способе возбуждения элементов отображения используется режим аномального тлеющего разряда с низкой световой эффективностью, который сопровождается процессом деградации люминофора и снижает долговечность панели.

Сущность изобретения заключается в том, что в каждом элементе отображения однополярным импульсом напряжения с амплитудой, большей напряжения возникновения разряда и длительностью, меньшей дрейфовой скорости ионов, и минимальным периодом повторения импульсом, равным времени начала процесса деионизации, формируется короткоимпульсный разряд, который аналогичен сильноточному высокочастотному газовому разряду с увеличенной интенсивностью ультрафиолета и уменьшенным процессом деградации люминофора за счет снижения интенсивности бомбардировки ионами катода. Выбранная длительность импульса напряжения, подаваемая на электроды разрядного промежутка, формирует проводимость разряда, которая позволяет отказаться от использования внешних электрических элементов, ограничивающих ток разряда в элементе отображения панели. Технический результат при осуществлении изобретения позволит увеличить световую эффективность и долговечность работы элементов отображения за счет формирования короткоимпульсного разряда, в котором плотность энергии, выделяемая в катодном слое электрода, значительно меньше, чем в объеме плазмы разряда, что приводит к уменьшению температуры газа, люминофора и к снижению интенсивности процесса распыления катода. Также упрощается схема коммутации электродов для управления панелью при короткоимпульсном разряде в элементах отображения.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе возбуждения люминофора в плазменной панели постоянного тока, заключающемся в облучении люминофора ультрафиолетовым излучением от газового разряда в адресуемых элементах отображения выбранной строки панели, разряд формируется импульсом напряжения с амплитудой напряжения возникновения разряда, а затем с амплитудой горения газового разряда. Ток газового разряда между электродами в каждом адресуемом элементе отображения ограничивается электрическим элементом. При этом в каждом адресуемом элементе отображения строки панели между электродами формируют короткоимпульсный разряд, являющийся аналогом сильноточного высокочастотного газового разряда, однополярным импульсом напряжения с амплитудой, большей напряжения возникновения разряда, с длительностью t, которую выбирают из соотношения:

где t - длительность импульса напряжения; S - длина разрядного промежутка; Vq - дрейфовая скорость ионов. При этом выбранная длительность импульсного напряжения формирует проводимость разрядного промежутка, которая в каждом элементе отображения определяет амплитуду импульсного тока газового разряда. Минимальный период повторения импульсов напряжения устанавливают равным времени начала деионизации газового разряда для выбранного газа или смеси газов. Между электродами формируют импульс напряжения с амплитудой напряжения в соответствии с соотношением U_a=(1,1÷2,0) U_Bmin, где U_a - амплитуда импульса напряжения между электродами; U_Bmin - напряжение возникновения разряда в элементе отображения с минимальным напряжением возникновения разряда. При этом длительность импульса напряжения U_a выбирают в диапазоне (0,075÷0,5) мксек относительно нулевого уровня амплитуды напряжения, при длительности t1 переднего фронта не более t1≤0,05 мксек, а при длительности t2 среза - не более t2≤0,3 мксек. Выбранная длительность однополярного импульса напряжения, с учетом скорости дрейфа ионов газа, с амплитудой напряжения, большей напряжения возникновения разряда, и с минимальным периодом повторения импульса напряжения возникновения разряда, равным времени начала деионизации, создает в адресуемом элементе отображения между электродами короткоимпульсный разряд, который работает аналогично сильноточному высокочастотному газовому разряду. Все это увеличивает интенсивность ультрафиолетового излучения газового разряда, что повышает яркость свечения люминофора, при той же мощности, которая потребляется в режиме аномального тлеющего разряда. Кроме того, короткоимпульсный разряд создает такие условия в элементе отображения, при которых температура газа и люминофора в режиме отображения информации уменьшается и снижается скорость деградации люминофора за счет уменьшения интенсивности бомбардировки катода ионами, что повышает долговечность панели. Выбранная длительность импульса напряжения возникновения разряда предлагаемыми длительностями фронтов позволяет отказаться от внешних электрических элементов, ограничивающих ток разряда в электродах анодов. Для проверки соответствия заявленного изобретения требованию изобретательского уровня был проведен дополнительный поиск известных решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными, от выбранного прототипа заявленного изобретения, результаты которого показывают, что заявленное изобретение не следует явным образом из известного уровня техники, так как не выявлены технические решения, в которых повышение световой эффективности люминофора в элементах отображения панели постоянного тока при отображении информации достигалось бы формированием в каждом адресуемом элементе отображения короткоимпульсного разряда, аналога сильноточного высокочастотного разряда, который формируется однополярным импульсом напряжения с амплитудой, большей напряжения возникновения разряда, и длительностью импульса напряжения, определяемой с учетом дрейфовой скорости ионов. Выбранная длительность импульса напряжения определяет проводимость разрядного промежутка и соответственно импульсный ток в элементе отображения, что позволяет в режиме короткого импульсного разряда исключить внешние электрические элементы в электродах анодов, ограничивающих ток разряда в элементах отображения панели, при этом минимальный период повторения импульсного напряжения равен времени начала процесса деионизации.

На чертежах представлены пояснения предложенного способа возбуждения люминофора.

На фиг.1 показана форма импульса напряжения в адресуемом элементе отображения в типовой плазменной панели постоянного тока, при отображении информации без градации яркости.

На фиг.2 показана форма импульса напряжения между электродами относительно катода, формируемая в адресуемом элементе отображения при короткоимпульсном разряде.

На фиг.3 показана эпюра электрических сигналов на электродах - катодах в режиме короткоимпульсного разряда.

Форма результирующего импульса напряжения между электродами в адресуемом элементе отображения в типовой плазменной панели постоянного тока (относительно анода) показана на фиг.1, где U_В - напряжение возникновения разряда; U_Г - напряжение горения; t_Д - длительность импульса напряжения, которое больше времени развития разряда. Например, в плазменной панели постоянного тока емкостью 32×32 пикселов, с размером каждого пиксела 12×12 мм, максимальная длительность - t_Д импульса напряжения на катоде, при частоте кадровой развертки - 50 Гц равна 20 млсек/32=0,625 млсек. В течение этой длительности t_Д=0,625 млсек горит разряд, который соответствует максимальной яркости свечения элемента отображения. Для панелей с большей информационной емкостью величина длительности t_Д уменьшается. Сначала импульс напряжения в течение нескольких микросекунд формируется с напряжением возникновения разряда, например с амплитудой напряжения 350 V, затем напряжение возникновения разряда уменьшается до напряжения горения с амплитудой 250 V. На фиг.2 в соответствии с предлагаемым способом возбуждения люминофора (относительно катода) показана форма импульса напряжения отрицательной полярности между электродами, которая формируется в адресуемом элементе отображения при короткоимпульсном разряде, где U_a - импульсное напряжение между электродами, в адресуемом элементе отображения, величина которого определяется из соотношения: U_a=(1,1÷2,0) U_Bmin, в котором U_Bmin - минимальное напряжение возникновения разряда в элементе отображения, поэтому U_a>U_Bmin, при этом длительность t импульса напряжения отрицательной полярности на катоде определяется из соотношения:

где t - длительность импульса напряжения, в сек, S - длина разрядного промежутка, в мм, V_q - дрейфовая скорость ионов, в мм/сек. Например, для разрядного промежутка длиной 0,3 мм и дрейфовой скорости ионов порядка 10⁵÷10⁶ мм/сек, при основном наполняющем газе - ксеноне при давлении 80÷100 тор, для максимальной дрейфовой скорости ионов длительность импульса напряжения будет 0,03×10⁶ сек или 0,03 мксек, а для минимальной дрейфовой скорости ионов 0,3 мксек, тогда среднеарифметическая величина длительности t будет около 0,15 мксек и эта длительность импульса напряжения будет соответствовать предложенному диапазону длительностей t=(0,075÷0,5) мксек. Для формы импульса напряжения, показанного на фиг.2, длительность t1 переднего фронта выбирается соответственно не более t1≤0,05 мксек, а длительность t2 среза не более t2≤0,3 мксек. Данная длительность импульса напряжения между электродами панели создает разряд, в котором плотность энергии, выделяющейся в приэлектродных областях, значительно меньше, чем в объеме квазинейтральной плазмы разрядного промежутка, что снижает нагрев газа и люминофора в элементах отображения.

На фиг.3 показана эпюра электрических сигналов на электродах - катодах в режиме короткоимпульсного разряда в соответствии с режимом сканирования, где условно показаны импульсы напряжения 1 с рассмотренными выше параметрами на катодах строк К1-Кп, с периодом повторения Тп на каждом катоде строки. Минимальное время периода Тп повторения импульса напряжения на катоде строки выбирают равным времени начала деионизации выбранного газа или смеси газов. Установлено экспериментально, что, например, для смеси газа - ксенона и неона, при давлении 100 тор, процесс деоинизации начинается после разряда через 15 мксек.

Работа предложенного способа возбуждения люминофора в плазменной панели постоянного тока проверена экспериментально на цветной панели для наборного экрана, с информационной емкостью 64×64 пиксела и размером пиксела 6×6 мм. При известном способе управления и горении всех пикселов с яркостью 120 кд/м² потребляемая мощность около 40 Вт, а предлагаемый способ позволил снизить потребляемую мощность до 25 Вт, при яркости свечения 200 кд/м². Такое снижение мощности обеспечивается за счет повышения световой эффективности.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного изобретения следующей совокупности условий:

- средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, предназначено для использования в промышленности, именно в разработке цветных плазменных панелей с увеличенной световой эффективностью и долговечностью;

- для заявленного изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеизложенных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов;

- средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.

Источники информации

1. T.Yamamoto et all. "Improvement of Moving - Picture on a 42 - in. - Diagonal PDP For HDTV" p. 217-220 SID 97.

2. Патент US 6160348, кл. H 01 J 17/49 от 12.12.2000 г.

3. Патент RU 2025790, кл. G 09 G 3/10 от 03.12.1992 г.

Изобретение относится к технике индикации и может быть использовано при разработке плазменных панелей постоянного тока для наборных экранов. Техническим результатом является повышение световой эффективности и долговечности работы панели. Указанный технический результат достигается тем, что в каждом элементе отображения выбранной строки формируется импульс напряжения с амплитудой, большей напряжения возникновения разряда, и длительностью, определяемой скоростью дрейфа ионов газа в разрядном промежутке между электродами. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ возбуждения люминофора в плазменной панели постоянного тока, заключающийся в облучении люминофора ультрафиолетовым излучением от газового заряда в адресуемых элементах отображения выбранной строки панели, который формируется импульсом напряжения с амплитудой напряжения возникновения разряда, затем с амплитудой напряжения горения газового разряда, ток газового разряда между электродами в каждом адресуемом элементе отображения ограничивается электрическим элементом, отличающийся тем, что в каждом адресуемом элементе отображения строки панели между электродами формируют короткоимпульсный разряд, аналог сильноточного высокочастотного газового разряда, однополярным импульсом напряжения с амплитудой, большей напряжения возникновения разряда, и с длительностью t, которую выбирают из соотношения:

где S - длина разрядного промежутка; V_q - дрейфовая скорость ионов,

при этом выбранная длительность импульсного напряжения формирует проводимость разрядного промежутка, которая в каждом элементе отображения определяет амплитуду импульсного тока газового разряда, а минимальный период повторения импульсов напряжения устанавливают равным времени начала деионизации газового разряда для выбранного газа или смеси газов.