專利名稱:一種采用磁化的等離子體顯示器及等離子體放電方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于等離子體顯示器技術(shù)領(lǐng)域：
，特別涉及采用電流產(chǎn)生的磁場來磁化等離子體以提高等離子體放電效率的方法及其等離子體顯示器。
背景技術(shù)：
據(jù)清華大學出版社2001年出版的《電子顯示》(田民波著，第117-128頁)介紹，現(xiàn)有等離子體顯示器雖然有很多不同的結(jié)構(gòu)，但是其放電發(fā)光的機理是相同的，主要由以下兩個基本過程組成1、氣體放電過程，即惰性氣體在外加電信號的作用下產(chǎn)生放電，使原子受激而躍遷，發(fā)射出真空紫外線；2、熒光粉發(fā)光過程，即氣體放電所產(chǎn)生的紫外線激發(fā)光致熒光粉發(fā)射可見光的過程。
等離子體顯示器是一種主動發(fā)光型顯示器，目前的技術(shù)是通過輝光放電而發(fā)光，在一定氣壓下，一旦產(chǎn)生放電，其發(fā)光亮度通過控制電極電壓，調(diào)節(jié)有效放電時間的長短等來控制。彩色等離子體顯示器的亮度與氣體放電時產(chǎn)生的真空紫外線強度和擊穿電壓有關(guān)。現(xiàn)有技術(shù)下氣體放電的擊穿電壓較高，使得目前所使用的驅(qū)動電路產(chǎn)生等離子體的效率較低，真空紫外光強度較弱，從而導致顯示器的輝度不夠。
中國專利號200410078947.0介紹的等離子體放電方法及基于該方法的顯示器，其結(jié)構(gòu)復雜，制造工藝要求高；特別是該方法依舊單一的使用直流輝光放電，因而沒能從根本上降低擊穿電壓。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提出一種采用電流產(chǎn)生的磁場來磁化等離子體以提高等離子體密度的顯示器，以改變現(xiàn)有技術(shù)在產(chǎn)生等離子體方式上對電壓的依賴，達到提高放電效率、降低擊穿電壓、減少能耗和增加亮度的目的。
本發(fā)明采用電流產(chǎn)生的磁場來磁化等離子體的顯示器，由不少于三個結(jié)構(gòu)相同的獨立放電單元并聯(lián)構(gòu)成；各放電單元為由透明材料制成的相互平行的前基板和后基板和與它們垂直的四個壁障構(gòu)成的立方體結(jié)構(gòu)，內(nèi)充有100～1000帕斯卡的工作氣體，該工作氣體由含體積百分比10％～99％的惰性氣體與包括氮氣、汞蒸汽、甲烷或氫氣在內(nèi)的其他氣體混合而成；所述前基板內(nèi)表面以一透明的導電材料層作為維持電極，在與該維持電極相對的后基板內(nèi)表面有一導電層作為尋址電極；在放電單元的內(nèi)表面覆蓋有熒光材料層；其特征在于在每個放電單元的壁障或前后基板的內(nèi)表面上分別或同時設(shè)有以導電材料制成的磁化電極，與能夠產(chǎn)生0.1～50A電流的交流或直流電源中的任一電極相連接；各放電單元中的維持電極、尋址電極各自并聯(lián)到能夠產(chǎn)生3～380伏特電壓的交流或直流電源的兩極；所述障壁由摻雜了體積百分比為0.1％～10％的金屬氧化物或金屬粉末的玻璃制成。
所述障壁通常采用寬20微米～100微米，厚100微米～400微米。
所述放電單元內(nèi)充有的工作氣體，通常選用含體積百分比80％～95％的惰性氣體和5％～20％的其他氣體混合而成，所述惰性氣體包括氦、氬或氖，所述其他氣體包括氮氣、汞蒸汽、甲烷或氫氣。
所述熒光材料是指在受到紫外線照射時會電離出可見光的材料，包括以銪為發(fā)光中心的鋇、鎂鋁酸鹽(BaMgAlO:Eu)粉末、以錳為發(fā)光中心的硅酸鹽(ZnSiO4:Mn)或以銪為發(fā)光中心的釔、釓的硼酸鹽((Y，Gd)BO3:Eu)。
所述作為維持電極的透明導電材料，可選用厚度為1納米～1毫米的銦錫氧化物(ITO)薄膜、氧化錫薄膜、銀箔、鎳箔或鋁箔。
所述尋址電極材料，可選用厚度0.01～2毫米的銀箔、鎳箔或鋁箔。
所述磁化電極材料，可選用直徑為0.01～10微米的銀絲、銅絲或鋁絲。
為了保護電極，可以在電極表面均勻覆蓋一層以介電常數(shù)為1～10、厚度0.001～1毫米的電介質(zhì)做為保護層；所述電介質(zhì)，可選用氧化鎂、氧化釕或氟化鎵。
本發(fā)明的采用磁場輔助的等離子體放電方法，包括根據(jù)選用的工作氣體通過給維持電極以及與維持電極相對應的尋址電極施加相應的電壓實現(xiàn)擊穿放電；在擊穿放電之后，維持電極持續(xù)該相應的電壓進行維持放電；其特征在于在擊穿放電之前，對磁化電極通以0.1～50A的電流使得在放電空間內(nèi)生成磁場；在維持電極產(chǎn)生維持放電的同時，在磁化電極上繼續(xù)施加0.1～50A的電流維持磁場。
隨著選用的工作氣體不同，所述給維持電極以及與維持電極相對應的尋址電極施加的擊穿電壓可以從幾十伏特到幾千伏特，通常在30～5000伏特；例如對于300帕斯卡的95％氦與5％汞蒸氣的混合氣體擊穿電壓約為70伏特；對于150帕斯卡的90％氬氣與10％的SF4的混合氣體擊穿電壓約為250伏特；而對于900帕斯卡40％氪、50％氙與10％氮的混合氣體則約為3000伏特。
由于本發(fā)明利用電流通過磁化電極，根據(jù)安培定律在一定空間范圍內(nèi)產(chǎn)生磁場，對等離子體進行磁化，從而使得高能量的二次電子在陰極表面沿著由磁力線形成的環(huán)柱體的方位角方向做旋轉(zhuǎn)運動，而不是直接撞擊在陽極上而被吸收，該效應被稱為“磁控管效應”。于是，二次電子從陰極發(fā)出到達陽極被吸收掉為止所經(jīng)過的距離變長，因此其存在的時間變長，它們引發(fā)電離的幾率也就增加，可以形成更高密度的等離子體。而現(xiàn)有等離子體顯示器內(nèi)的正離子被陰極區(qū)的電壓降所加速而撞擊陰極表面，使得二次電子逸出，這種二次電子在暗區(qū)電場的加速下獲得較高的能量，在無磁場的時候在經(jīng)過兩個電極之間的距離后就被陽極吸收掉，壽命很短，電離效率很低。本發(fā)明通過磁化電極產(chǎn)生的磁場，提高了所產(chǎn)生等離子體的密度，增大了二次電子逸出。同時，由于拉莫回旋作用，增加了電子的約束時間，使得碰撞電離及激發(fā)的幾率增加，降低了擊穿放電電壓，減輕了等離子體顯示器驅(qū)動電路的壓力，提高使用壽命；而且可以利用較低的能耗建立持續(xù)穩(wěn)定維持放電，減少電能消耗。
圖1為交流放電磁化等離子體顯示器放電單元的截面示意圖；圖2為交流放電磁化等離子體顯示器放電單元擊穿及維持放電部分的等效電路圖。
圖3為直流放電磁化等離子體顯示器放電單元的截面示意圖；圖4為直流放電磁化等離子體顯示器放電單元的等效電路圖。
具體實施方式實施例1三電極交流透射面放電型磁化等離子體顯示器本實施例為一種典型的三電極交流透射面放電型磁化等離子體顯示器。圖1給出了其放電單元的截面圖，圖2為一個放電單元的擊穿放電及維持放電部分的等效電路示意圖。
參照圖1和圖2在由高屈服溫度的玻璃，包括型號為PD200的玻璃制成的前基板1的內(nèi)表面上有兩個由厚度為50納米的銦錫氧化物(ITO)膜制成的透明維持電極4a和4b；厚20微米的氧化鎂電介質(zhì)層3a涂覆在前基板1上，并覆蓋在維持電極4的表面上；與前基板1平行的、由屈服點為300～1000攝氏度的玻璃(本實施例中采用型號為PD200的玻璃)制成的后基板2上朝向維持電極4的一側(cè)，有由5微米厚的銀制成的尋址電極5；厚25微米的氧化鎂電介質(zhì)層3b涂覆在后基板2上，并覆蓋于尋址電極5的表面；在前基板1和后基板2之間有垂直于它們的障壁8；本實施例中障壁8，寬40微米，厚150微米，采用由均勻摻雜了體積百分比為11％的鋁粉的玻璃采用絲網(wǎng)印刷的方法制成；前基板1、后基板2與障壁8所包圍的放電空間9密封保持氣壓為300帕斯卡的含體積百分比80％～95％惰性氣體和5％～20％的其他氣體混合而成，所述惰性氣體包括氦、氬和氖，所述其他氣體包括氮、汞蒸汽、甲烷和氫；由直徑為0.1微米的銅絲制成的磁化電極6在障壁8內(nèi)側(cè)相對平行放置；采用印刷的方法將厚0.07毫米的以銪為發(fā)光中心的鋇鎂鋁酸鹽(BaMgAlO:Eu)熒光層7涂覆在磁化電極6、障壁8以及電介質(zhì)層3b暴露在放電空間9的表面上。
磁化電極6與電源10相連接；維持電極4a和4b與尋址電極5串聯(lián)，分別接在電源10的兩極，與磁化電極6并聯(lián)。
工作時，磁化電極6通電，對放電空間9進行磁化；尋址電極5導通后觸發(fā)維持電極4對放電空間9內(nèi)被磁化電極6磁化的工作氣體進行擊穿放電；擊穿放電后，放電氣體產(chǎn)生的等離子體經(jīng)過多次電離生成紫外線，輻射在熒光層7上，使其發(fā)出可見光。
經(jīng)過磁化電極6磁化后的放電空間9內(nèi)等離子體的密度會顯著提高，擊穿電壓也隨之降低；維持電極4在擊穿放電之后繼續(xù)工作，在放電空間9內(nèi)進行維持放電，磁化電極6同時進行輔助維持放電，這樣在較低的電壓下也可以獲得穩(wěn)定和有效的持續(xù)放電；由于在維持電極所使用的擊穿放電方式之外增加了磁場，改變了原有等離子體顯示器采用輝光放電完全依賴擊穿電壓的現(xiàn)狀，而利用提高磁場強度的方式來提高產(chǎn)生等離子體的效率，增大激發(fā)效率。
本實施例中通過磁化電極產(chǎn)生的磁場，提高了所產(chǎn)生等離子體的密度，增大了二次電子逸出，使得碰撞電離及激發(fā)的幾率增加。降低了擊穿放電電壓，減輕了現(xiàn)有等離子體顯示器驅(qū)動電路的壓力，提高使用壽命，減少電能消耗。
將電源與磁化電極串聯(lián)時，為了控制由于阻抗變化而引起的電壓輸出變化，可以增加匹配電路，最簡單的匹配電路是在電源與磁化電極之間串聯(lián)一個可調(diào)電容器。
本實施例中只采用了一個磁化電極。為了在放電空間內(nèi)獲得更均勻的磁場，可以增加磁化電極的數(shù)量，電極數(shù)量越多則磁場越均勻。這些磁化電極都是并聯(lián)的。
實施例2直流透射面放電型磁化等離子體顯示器本實施例為一種典型的直流透射面放電型等離子體顯示器。圖3為直流放電型磁化等離子體顯示器放電單元的截面圖；圖4為直流放電型磁化等離子體顯示器放電單元的等效電路圖。
參照圖3和圖4在由高屈服溫度的玻璃包括型號為PD200的玻璃制成的前基板1的內(nèi)表面上有由厚度為5微米的銀錫膜制成的透明的維持電極4；厚10微米的氧化釕電介質(zhì)層3a涂覆在前基板1上，并覆蓋在維持電極4的表面上；與前基板1平行的，由高屈服溫度玻璃包括型號為PD200的玻璃制成的后基板2上朝向維持電極4的一側(cè)，有由厚度為3微米的鎳箔制成的尋址電極5；厚30微米的氧化釕電介質(zhì)層3b涂覆在后基板2上，并覆蓋于尋址電極5的表面；在前基板1和后基板2之間有垂直于它們的障壁8；障壁8厚150微米，寬50微米，由均勻摻雜了體積百分比為20％的三氧化二鐵的玻璃采用噴砂磨蝕的方法制成；前基板1、后基板2與障壁8所包圍的放電空間9密封保持266帕斯卡的工作氣體，由含體積百分比80％～95％惰性氣體和5％～20％的其他氣體混合而成，所述惰性氣體包括氦、氬和氖，所述其他氣體包括氮、汞蒸汽、甲烷和氫；由直徑為0.14微米的銅絲制的磁化電極6以同軸線圈的形式貼合在障壁8的內(nèi)表面；采用光刻制版的方法將厚0.1毫米的以錳為發(fā)光中心的硅酸鹽(ZnSiO4:Mn)熒光層7形成在磁化電極6、障壁8以及電介質(zhì)層3b暴露在放電空間9的表面上。
維持電極4接在直流電源11的陰極，尋址電極5接在直流電源11的陽極。
磁化電極12連接在交流電源10上。
通過磁化電極6對放電空間9進行磁化；尋址電極5收到電信號，觸發(fā)維持電極4對放電空間9內(nèi)已經(jīng)被磁化電極6磁化的工作氣體進行擊穿放電；擊穿放電后，放電氣體產(chǎn)生的等離子體經(jīng)過多次電離生成紫外線，輻射在熒光層7上，使其發(fā)出可見光。
經(jīng)過磁化后的放電空間9內(nèi)等離子體的密度會顯著提高，擊穿電壓也隨之降低；在維持電極所使用的直流擊穿放電方式之外增加了磁化的方式，改變了原有等離子體顯示器采用輝光放電完全依賴擊穿電壓的現(xiàn)狀，而利用提高磁化電極電流的方式來提高產(chǎn)生等離子體的效率。
本實施例中的磁化電極采用的是同軸線圈的形式，也可以采用盤繞式或其他樣式放置于后基板2上。
將電源與磁化電極串聯(lián)時為了控制由于阻抗變化而引起的電壓輸出變化，可以增加匹配電路，最簡單的匹配電路是在電源與磁化電極之間串聯(lián)一個可調(diào)電容器。
本實施例中通過磁化電極產(chǎn)生的磁場，提高了所產(chǎn)生等離子體的密度，增大了二次電子逸出，使得碰撞電離及激發(fā)的幾率增加。降低了擊穿放電電壓，減輕了現(xiàn)有等離子體顯示器驅(qū)動電路的壓力，提高使用壽命，減少電能消耗。
這種等離子體放電方法和使用該方法的等離子體顯示器利用與電源相連接的磁化電極實現(xiàn)了對等離子體的磁化，獲得了更高的等離子體密度和放電效率，并由此降低擊穿電壓，同時提高了熒光層的發(fā)光效率。工藝簡單，在現(xiàn)有的等離子體顯示器生產(chǎn)線上均可實現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種采用電流產(chǎn)生的磁場來磁化等離子體的顯示器，由不少于三個結(jié)構(gòu)相同的獨立放電單元并聯(lián)構(gòu)成；各放電單元為由透明材料制成的相互平行的前基板和后基板和與它們垂直的四個壁障構(gòu)成的立方體結(jié)構(gòu)，內(nèi)充有100～1000帕斯卡的工作氣體，該工作氣體由含體積百分比10％～99％的惰性氣體與包括氮氣、汞蒸汽、甲烷或氫氣在內(nèi)的其他氣體混合而成；所述前基板內(nèi)表面以一透明的導電材料層作為維持電極，在與該維持電極相對的后基板內(nèi)表面有一導電層作為尋址電極；在放電單元的內(nèi)表面覆蓋有熒光材料層；其特征在于在每個放電單元的壁障或前后基板的內(nèi)表面上分別或同時設(shè)有以導電材料制成的磁化電極，與能夠產(chǎn)生0.1～50A電流的交流或直流電源中的任一電極相連接；各放電單元中的維持電極、尋址電極各自并聯(lián)到能夠產(chǎn)生3～380伏特電壓的交流或直流電源的兩極；所述障壁由摻雜了體積百分比為0.1％～10％的金屬氧化物或金屬粉末的玻璃制成。
2.如權(quán)利要求
1所述的磁化等離子體的顯示器，特征在于所述障壁寬20微米～100微米，厚100微米～400微米。
3.如權(quán)利要求
1所述的磁化等離子體的顯示器，特征在于所述放電單元內(nèi)充有的工作氣體由含體積百分比80％～95％的惰性氣體和5％～20％的其他氣體混合而成，所述惰性氣體包括氦、氬或氖，所述其他氣體包括氮氣、汞蒸汽、甲烷或氫氣。
4.如權(quán)利要求
1所述的磁化等離子體的顯示器，特征在于所述熒光材料包括以銪為發(fā)光中心的鋇、鎂鋁酸鹽BaMgAlO:Eu粉末、以錳為發(fā)光中心的硅酸鹽ZnSiO4:Mn或以銪為發(fā)光中心的釔、釓的硼酸鹽(Y，Gd)BO3:Eu。
5.如權(quán)利要求
1所述的磁化等離子體的顯示器，特征在于所述作為維持電極的透明導電材料選用厚度為1納米～1毫米的銦錫氧化物ITO薄膜、氧化錫薄膜、銀箔、鎳箔或鋁箔。
6.如權(quán)利要求
1所述的磁化等離子體的顯示器，特征在于所述尋址電極材料選用厚度0.01～2毫米的銀箔、鎳箔或鋁箔。
7.如權(quán)利要求
1所述的磁化等離子體的顯示器，特征在于所述磁化電極材料選用直徑為0.01～10微米的銀絲、銅絲或鋁絲。
8.如權(quán)利要求
1所述的磁化等離子體的顯示器，特征在于在所述電極表面均勻覆蓋一層以介電常數(shù)為1～10、厚度0.001～1毫米的電介質(zhì)做為保護層；所述電介質(zhì)選用氧化鎂、氧化釘或氟化鎵。
9.一種采用磁場輔助的等離子體放電方法，包括根據(jù)選用的工作氣體通過給維持電極以及與維持電極相對應的尋址電極施加相應的電壓實現(xiàn)擊穿放電；在擊穿放電之后，維持電極持續(xù)該相應的電壓進行維持放電；其特征在于在擊穿放電之前，對磁化電極通以0.1～50A的電流使得在放電空間內(nèi)生成磁場；在維持電極產(chǎn)生維持放電的同時，在磁化電極上繼續(xù)施加0.1～50A的電流維持磁場。
專利摘要
本發(fā)明采用磁化的等離子體顯示器及等離子體放電方法，特征是在每個放電單元內(nèi)，設(shè)置在障壁內(nèi)表面的磁化電極與能夠產(chǎn)生大于0.1A電流的交流或直流電源相連接；各放電單元中的維持電極、尋址電極分別連接到能夠產(chǎn)生3伏特以上電壓的交流或直流電源上；所述障壁由摻雜了金屬氧化物或金屬粉末的玻璃制成；在擊穿放電之前，對磁化電極通不低于0.1A的電流對放電空間內(nèi)的工作氣體進行磁化；在維持電極產(chǎn)生維持放電的同時，在磁化電極上繼續(xù)施加不低于0.1A的電流進行磁化；由此可以降低擊穿電壓，提高了維持放電的穩(wěn)定性和效率，并可以在一定程度上提高發(fā)光效率，減少了能耗，增加了亮度。
文檔編號H01J17/36GK1996541SQ200610166446
公開日2007年7月11日 申請日期2006年12月20日
發(fā)明者吳征威, 任海駿, 曹金濤, 仇志勇 申請人:中國科學技術(shù)大學導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan