СПОСОБ ВОЗБУЖДЕНИЯ ЛЮМИНОФОРА С РЕГУЛИРОВКОЙ ЯРКОСТИ В ПЛАЗМЕННОЙ ПАНЕЛИ ПОСТОЯННОГО ТОКА Российский патент 2007 года по МПК G09G3/10 H01J17/49 H01J31/20 

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

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. Величина тока разряда в каждом разрядном промежутке элемента отображения ограничивалась резистором, которым определяется импульсная память элемента отображения [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 элемента отображения осуществляется на начальном участке режима аномального тлеющего разряда вольт-амперной характеристики газового разряда. Ток определялся величиной резистора в цепи анода и амплитудой импульса напряжения зажигания. Участок тлеющего разряда имеет низкую световую эффективность и высокую скорость деградации люминофора, которая происходит из-за процесса распыления катода в результате бомбардировки ионами катода, что соответственно уменьшает долговечность работы плазменной панели постоянного тока. Кроме того, введение резистора в цепь анода каждого элемента отображения усложняет технологию изготовления панели.

Известен также способ возбуждения люминофора в плазменной панели постоянного тока при отображении видеоинформации, в которой люминофор каждого адресуемого элемента отображения расположен на лицевой пластине панели и 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 вольт-амперной характеристики газового разряда, на котором нельзя получить высокую световую эффективность.

Наиболее близким способом того же назначения по совокупности признаков является способ возбуждения люминофора в плазменной панели постоянного тока при кадровом вводе видеоинформации, заключающийся в облучении люминофора ультрафиолетовым излучением от газового разряда в адресуемых элементах отображения выбранной строки панели, в которых между электродами импульсом напряжения зажигания формируется газовый разряд, амплитуда тока которого ограничивается электрическим элементом, в соответствии с участком вольт-амперной характеристики газового разряда. Яркость свечения элемента отображения в каждом кадре изображения регулируется длительностью импульса напряжения зажигания [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 газового разряда, при токе разряда на границе между нормальным и аномальным тлеющим разрядом. Регулировка яркости свечения за счет изменения длительности импульса напряжения зажигания приводит к низкой световой эффективности, а также к процессу деградации люминофора, что снижает долговечность панели.

Задача изобретения состоит в возбуждении люминофора элемента отображения коротко-импульсным газовым разрядом, который аналогичен сильноточному высокочастотному газовому разряду, с увеличенной интенсивностью ультрафиолета и уменьшенным процессом деградации люминофора за счет снижения интенсивности бомбардировки ионами катода. При этом предложенная длительность импульсов напряжения зажигания дает возможность не использовать электрические элементы, ограничивающие ток газового разряда, в соответствии с вольт-амперной характеристикой газового разряда. Регулировку яркости свечения адресуемого элемента отображения в кадре изображения можно осуществить путем изменения количества газовых разрядов от импульсов напряжения зажигания.

Технический результат при осуществлении изобретения - увеличение световой эффективности и долговечности работы элементов отображения панели при отображении видеоинформации. Достигается за счет формирования коротко-импульсного газового разряда с помощью импульса напряжения зажигания, длительность которого учитывает скорость дрейфа ионов, что позволяет создать разряд, в котором плотность энергии, выделяемой в катодном слое электрода, значительно меньше, чем в объеме плазмы разряда, что уменьшает температуру газа и соответственно нагрев люминофора, а также снижает интенсивность процесса распыления катода. Кроме того, регулировка яркости элемента отображения за счет разного количества газовых разрядов, при выбранном периоде повторения импульсов напряжения зажигания в каждом кадре изображения, упрощает процесс формирования шкалы серой градации при вводе видеоинформации с предложенными параметрами, импульс напряжения зажигания формируется на существующей элементной базе.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном способе возбуждения люминофора в плазменной панели постоянного тока при кадровом вводе видеоинформации, заключающемся в облучении люминофора ультрафиолетовым излучением от газового разряда в адресуемых элементах отображения выбранной строки панели, в которых импульсом напряжения зажигания между электродами формируется газовый разряд, амплитуда тока которого, в соответствии с участком вольт-амперной характеристики газового разряда, ограничивается электрическим элементом, а яркость свечения элемента отображения в каждом кадре изображения регулируется длительностью импульса напряжения зажигания, в адресуемых элементах отображения формируют коротко-импульсный газовый разряд, в котором амплитуду тока разряда ограничивают за счет длительности импульса напряжения зажигания, которую выбирают относительно нулевого уровня источника напряжения, в соответствии с соотношением:

t≤k(S/Vqmin+S/Vqmax),

где t - длительность импульса напряжения; k - коэффициент, равный 0,1; S - длина разрядного промежутка; Vq min - минимальная дрейфовая скорость ионов; Vq max - максимальная дрейфовая скорость ионов. Величину времени периода повторения импульсов напряжения зажигания устанавливают равной или большей времени начала процесса деионизации газового разряда для выбранного газа или смеси газов. При этом яркость свечения каждого адресуемого элемента отображения в кадре изображения регулируют разным количеством газовых разрядов, формируемых импульсами напряжения зажигания, в адресуемых элементах отображения между электродами формируют коротко-импульсный газовый разряд импульсом напряжения зажигания с длительностью переднего фронта не более t¹≤0,05 мксек и длительностью вершины в соответствии с соотношением t²=(1÷8)t¹. Длительность среза импульса напряжения зажигания выбирают в соответствии с соотношением t³≤(t¹+t²), t¹ - длительность переднего фронта, t² - длительность вершины. Формирование между электродами элемента отображения коротко-импульсного разряда, ток которого ограничен длительностью импульса напряжения зажигания и создает условия для развития разряда, который по физике работы аналогичен сильноточному высокочастотному разряду с высокой интенсивностью излучения ультрафиолета, что повышает световую эффективность возбуждения люминофора. Предлагаемый выбор длительности импульса напряжения зажигания, с учетом диапазона скорости дрейфа ионов газа, дает возможность сформировать разряд с сильноточными электронными лавинами, в котором основная доля ионов приходит к катоду после импульса напряжения зажигания разряда, когда между электродами отсутствует внешнее электрическое поле, что существенно снижает воздействие ионов на процесс распыления катода, но увеличивает долговечность работы. Выбранный период повторения импульсов напряжения зажигания, равный или больший времени деионизации газового разряда, обеспечивает оптимальные условия формирования коротко-импульсного разряда для выбранной максимальной яркости свечения элементов отображения с минимальной потерей электрической мощности. При возбуждении люминофора коротко-импульсным разрядом формирование градаций яркости в изображении при вводе видеоинформации наиболее оптимален метод за счет изменения количества импульсов напряжения зажигания разряда в адресуемом элементе отображения в каждом кадре изображения. Формирование между электродами импульса напряжения зажигания разряда с предложенными параметрами позволяет отказаться от применения электрических элементов, ограничивающих ток разряда, что упрощает схему системы управления панелью при использовании существующей элементной базы.

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 кадровом вводе видеоинформации достигалось бы облучением люминофора в элементе отображения ультрафиолетом от коротко-импульсного разряда, аналога сильноточного высокочастотного разряда, с увеличенной интенсивностью ультрафиолетового излучения. Ток коротко-импульсного газового разряда ограничивался за счет формирования импульса напряжения зажигания с длительностью, которая определена с учетом диапазона скорости дрейфа ионов газа между электродами. При этом увеличение долговечности работы панели обусловлено физикой развития разряда с сильноточными электронными лавинами, когда основная доля ионов приходит на катод после выключения внешнего электрического поля между электродами. Поэтому скорость процесса распыления катода уменьшена, что приводит соответственно к снижению процесса деградации люминофора. Кроме того, не выявлены технические решения, в которых был бы определен оптимальный период повторения импульсов напряжения зажигания при использовании коротко-импульсного разряда, для этого разряда предложен метод регулировки яркости свечения элемента отображения, за счет разного количества газовых разрядов от импульсов напряжения зажигания в кадре, при вводе видеоинформации с градациями яркости.

Предлагаемый способ возбуждения люминофора в элементе отображения панели постоянного тока поясняется чертежами.

На фиг.1 показаны вольт-амперная характеристика (ВАХ) газового разряда между электродами в широком диапазоне токов и нагрузочная прямая.

На фиг.2 показан импульс напряжения зажигания между электродами относительно катода в адресуемом элементе отображения для формирования коротко-импульсного разряда.

На фиг.3 показана эпюра электрических сигналов на электродах - катодах в режиме коротко-импульсного разряда, в соответствии с режимом сканирования в кадре изображения при способе регулировки яркости элемента отображения, за счет разного количества газовых разрядов, формируемых импульсами напряжения зажигания.

На фиг.4 показана часть плазменной панели постоянного тока.

Для типовой плазменной панели постоянного тока величина напряжения зажигания и амплитуда тока газового разряда определяются из ВАХ разряда между электродами (фиг.1), где А - область несамостоятельного разряда, ВС - темный таунсендовский разряд, DE - нормальный тлеющий разряд, EF - аномальный тлеющий разряд, FG - переход в дугу, GH - дуга, Vt - потенциал зажигания в таунсендовском разряде, е - напряжение источника питания, Ω - омическое сопротивление, е/ Ω - величина тока газового разряда после пробоя газового промежутка между электродами элемента отображения. Величина тока газового разряда (фиг.1) соответствует областям разряда от нормального к аномальному. Регулировка яркости осуществляется за счет изменения длительности импульса зажигания в кадре изображения, как, например, в плазменной панели постоянного тока с информационной емкостью 32×32 пикселов и размером каждого пиксела 12×12 мм, максимальная длительность - tд импульса напряжения на катоде, при частоте кадровой развертки - 50 Гц равна 20 млсек/32=0,625 млсек. В течение этой длительности tд=0,625 млсек горит разряд, который соответствует максимальной яркости свечения элемента отображения. Для панелей с большей информационной емкостью величина длительности tд уменьшается. В соответствии с предлагаемым способом возбуждения люминофора относительно катода (фиг.2) показана форма импульса напряжения отрицательной полярности между электродами в адресуемом элементе отображения для формирования коротко-импульсного разряда, где Uзаж - импульсное напряжение зажигания между электродами, при этом t - длительность импульса напряжения зажигания отрицательной полярности относительно нулевого уровня источника напряжения и выбирается из соотношения

t≤k(S/Vqmin+S/Vqmax),

где t - длительность импульса напряжения, k - коэффициент, равный 0,1; S - длина разрядного промежутка; Vq min - минимальная дрейфовая скорость ионов; Vq max - максимальная дрейфовая скорость ионов. Например, для разрядного промежутка длиной 0,3 мм и дрейфовой скорости ионов в диапазоне (10⁵÷10⁶) мм/сек, при основном наполняющем газе - ксеноне и давлении 80÷100 Торр t - длительность импульса напряжения зажигания относительно нулевого уровня источника напряжения равна - 0,33 мксек. Данная длительность импульса напряжения зажигания соответствует предложенным параметрам: t¹ - длительность переднего фронта не более t¹≤0,05 мксек, t² - длительность вершины в мксек, t²=(1÷8)t¹ и t³ - длительность среза в мксек, t³≤(t¹+t²). При предлагаемой длительности импульса напряжения зажигания между электродами панели создается 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. Кроме того, в создаваемом газовом разряде основная доля ионов приходит на катод после выключения внешнего электрического поля между электродами, поэтому скорость процесса распыления катода уменьшена, что приводит соответственно к снижению процесса деградации люминофора. На фиг.3 показана эпюра электрических сигналов на электродах - катодах в режиме коротко-импульсного разряда, в соответствии с режимом сканирования в кадре изображения при способе регулировки яркости элемента отображения, за счет разного количества газовых разрядов, формируемых импульсами напряжения зажигания, где условно показаны (для кадра изображения с периодом Тп) импульсы напряжения зажигания, с рассмотренными выше параметрами, на 8-ми катодах строк К1-К8, с периодом повторения Т, равным частоте сканирования импульсов напряжения зажигания, при этом одни импульсы напряжения зажигания вызывают свечение элемента отображения с разной яркостью, а другие - нет. На фиг.4 показана часть плазменной панели постоянного тока с 8-мью катодами строками К1-К8 и анодами А1-Ап, где относительно анода А1 элементы отображения имеют различную яркость, в соответствии с эпюрами электрических сигналов на фиг.3. Элементы отображения катода К1 и К7, управляемые анодом А1, имеют более высокую яркость по сравнению с элементами К2 и К4, для данного кадра изображения при одном и том же периоде повторения Т импульсов напряжения зажигания на катодах. Такая регулировка яркости соответствует методу кода импульсной модуляции. Минимальное время периода Тп повторения импульса напряжения зажигания на катодах строк выбирают равным времени начала деионизации выбранного газа или смеси газов. Установлено экспериментально, что, например, для смеси газов - ксенона и неона, при давлении 100 Торр, основная часть процесса деионизации начинается после разряда через 15 мксек.

Работа предложенного способа возбуждения люминофора с регулировкой яркости в плазменной панели постоянного тока проверена экспериментально на цветной панели для наборного экрана, с информационной емкостью 64×64 пиксела и с 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 с регулировкой яркости свечения от 1-256 кд/м². Такое снижение мощности обеспечивается за счет повышения световой эффективности, а диапазон изменения яркости - путем применения кода импульсной модуляции.

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, а именно в разработке цветных плазменных панелей с увеличенной световой эффективностью и долговечностью для наборных экранов с отображением видеоинформации;

- 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 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. Н 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 цветных плазменных панелей постоянного (ППП) тока для наборных экранов, отображающих видеоинформацию. Технический результат - повышение световой эффективности и долговечности работы элементов отображения плазменной панели постоянного тока при отображении видеоинформации. Между электродами элемента отображения формируется коротко-импульсный разряд, а регулировка яркости адресуемых элементов отображения осуществляется изменением количества газовых разрядов в каждом кадре изображения. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ возбуждения люминофора с регулировкой яркости в плазменной панели постоянного тока при кадровом вводе видеоинформации, заключающийся в облучении люминофора ультрафиолетовым излучением от газового разряда в адресуемых элементах отображения выбранной строки панели, в которых между электродами импульсом напряжения зажигания формируется газовый разряд, амплитуда тока которого ограничивается в соответствии с участком вольт-амперной характеристики газового разряда, а яркость свечения элемента отображения в каждом кадре изображения регулируется, отличающийся тем, что в адресуемых элементах отображения формируют короткоимпульсный газовый разряд, в котором амплитуду тока ограничивают длительностью импульса напряжения зажигания, которую выбирают в соответствии с соотношением

t≤k(S/Vqmin+S/Vqmax),

где t - длительность импульса напряжения; k - коэффициент, равный 0,1; S - длина разрядного промежутка; Vq min - минимальная дрейфовая скорость ионов; Vq max - максимальная дрейфовая скорость ионов,

а величину периода повторения импульсов напряжения зажигания устанавливают равной или большей времени начала процесса деионизации газового разряда для выбранного газа или смеси газов, при этом яркость свечения каждого адресуемого элемента отображения в кадре изображения регулируют количеством короткоимпульсных газовых разрядов, формируемых импульсами напряжения зажигания.