CN1112719C - 场发射等离子体放电发光装置及显示器 - Google Patents

Abstract

一种场发射等离子体放电发光装置，它包括至少一个气体放电腔，腔内充有放电气体，腔壁上可有发光粉层，至少一对放电电极和至少一个场发射触发电极，当一对气体放电电极间加有维持电压时，放电腔不放电，当场发射触发电极输入一点火电压脉冲时即可因场发射产生初始带电粒子引发气体放电，放电产生的紫外光可激发腔壁上的发光粉发出所需颜色的光，从而使本发明具有很高的发光效率，很高的亮度和记忆功能等特点。

Description

场发射等离子体放电发光装置和显示器

本发明涉及一种由场发射触发的气体放电器件，特别是一种具有很高发光效率、很高的亮度并有记忆功能的场发射等离子体发光器件和显示器，可用于照明、紫外光源和单色、多色、全色图文和图象显示。

在现有技术中，等离子体显示器(PDP)有交流(ACPDP)，直流(DCPDP)和交直流混合(AC-DC PDP)三种。目前已被用于制造40英寸左右的平板彩色电视等显示器，它具有彩色好、反差高、图象质量好等优点。但它的发光效率仅约1lm/W，亮度不足，耗电量高，同时成本很高，影响了它的推广应用。

等离子体显示器是一种气体放电器件，大多彩色等离子体显示器都利用辉光放电的正柱区发光。图1所示为典型的气体放电的电压-电流(V-I)关系图。图中所示1为初始带电粒子区，2为暗放电区，3为欠辉区，4为正常辉光放电区，5为异常辉光放电区，6为过渡区，7为弧光放电区。欠辉区2为第一负阻区。等离子体显示器工作于辉光放电区，第一负阻区常被用来制作有存储功能的等离子体显示器。

由图1可见，为获得稳定的辉光放电需要提供一定的初始带电粒子。为此，在现有技术的等离子体显示器中常采用一辅助放电装置提供初始带电粒子。由于气体放电的着火电压是气体压力(p)和极间距(d)的函数，在同一气压条件下，此辅助放电装置的极间距应接近或等于显示放电电极间距。在交直流混合等离子体显示器中，此初始带电粒子则由交流气体放电提供。由图1还可见，图中1区所示初始带电粒子的电流极小，仅需要约10^-8A，用单独的辅助放电和带电粒子扩散方式提供初始带电粒子的方法不仅效率低，浪费能量，还会产生不需要的背景发光，使反差下降。

此外，现有的等离子体显示器效率低的另一个原因是放电电极间距很小，较大的放电电极间距可得较高的发光效率，增加此放电电极间距是提高等离子体显示器发光效率的有效途径之一，但这时，辅助放电的放电间距也需同时增加，然而由大家熟知的巴邢曲线可知，在同一气压下，电极间距太小，其放电的着火电压将激剧增加。因而辅助放电将耗费更多能量，产生更多的背景光。

本发明的目的是克服上述存在不足，而提供一种利用较长的放电电极间距和只需很小能量的场发射原理提供足够的初始带电粒子，去引发辉光放电，从而得到一种高效率，高亮度的场发射等离子体气体放电发光装置和显示器。

本发明的目的是通过如下技术方案来完成的，一种场发射等离子体气体放电发光装置，它包括至少一个真空密封的气体放电腔，腔内充有放电气体，至少一对气体放电电极及其引线和至少一个场发射触发电极及其引线，该场发射触发电极位于一个气体放电电极旁。当所述的一对放电电极间加上维持电压时，气体放电腔不发生放电，当场发射触发电极和与它相邻的放电电极之间加上一点火脉冲时，它们之间即会因场发射产生初始带电粒子，引发气体放电和发光，此放电和发光可一直保持，直至维持电压关掉或低于最低放电电压时，放电和发光才熄灭，即所述的器件具有记忆功能。

所述气体放电电极间所加的维持电压为交流、直流或直流脉冲电压。

所述气体放电电极由金属或氧化铟锡等导电材料制成。

所述气体放电腔由玻璃、石英或陶瓷制成。

所述气体放电腔内所充的气体为汞、氖、氩、氦、氙或其它气体。

本发明的目的还可通过如下技术方案来完成，一种场发射等离子体放电发光装置，它主要包括有一个真空密封的气体放电腔，腔内充有放电气体，至少一对气体放电电极及其引线和至少一个场发射触发电极及其引线，所述的场发射触发电极位于某一放电电极旁，所述的每一对气体放电电极至少有一个电极串联一个电阻后与外电压相连，而场发射触发电极在串联一个电容后与点火电压相连，且每对气体放电电极之间加有直流维持电压或直流脉冲维持电压，例如其中一个电极经过电阻与正直流维持电压相接，另一电极接地，这时放电腔不发生放电，当场发射触发电极通过电容加上一点火脉冲时，场发射触发电极与它近旁的放电电极之间因场发射产生足够的初始带电粒子，引发气体放电和发光，此放电和发光可一直保持到所述的维持电压关掉或低于最低放电电压时才停止。

如上所述的放电腔可以是一支直的或被弯成一定形状的玻璃或石英管。

如上所述的放电腔的内壁上没有发光粉，以得到一种紫外光源。

如上所述的放电腔的内壁上涂制有发光粉层，以得到所需颜色的可见光或所需波长的紫外光。

如上所述的放电腔的光出射窗口上可加有滤色装置。

如上所述的串联电阻也可以改用恒流管，使放电电流保持恒定，以得到亮度很稳定的发光。

如上所述的场发射触发电极也可以在放电腔外邻近一个放电电极处，该电极与邻近的放电电极之间形成一个电容，点火脉冲可经过此电容去引发放电腔放电。

本发明的目的还可通过如下技术方案来完成，一种场发射等离子体显示器，它主要包括NXM个气体放电腔，每一放电腔有一对放电电极和一个场发射触发电极，每对放电电极中的一个经一电阻与行扫描线总线相连，每一列的各场发射触发电极分别经过电容与数据总线相连。当某一扫描总线加上扫描电压，即与该扫描线相连的各放电腔的放电电极间加上维持电压时，各放电腔将按由各数据总线的数据脉冲即点火脉冲，经场发射触发电极引发放电发光，此发光将一直被保持直至行扫描电压结束，发光才停止，各放电腔的发光亮度由数据脉冲前沿和扫描电压的后沿之间的时间决定。如此一行顺一行扫描，反复进行，即可得到有灰度的图象显示。

所述的气体放电腔内壁上可涂有发光粉，气体放电产生的紫外光可激发所述发光粉产生可见光，不同色的发光粉，可得不同色的可见光。

所述的气体放电腔内壁上可分别涂有红，蓝，绿发光粉，一组红，蓝，绿发光放电腔组成一个象素，分别控制各色放电腔的亮度，即可得到彩色图象显示。各气体放电腔的光出射窗口上可加有滤色装置。

所述的各放电腔可以是分立的器件，也可以是相互结合成一个显示器，也可以制成每一个器件有NXM个放电腔的模块，若干个模块拼接成一个大屏幕显示器。

本发明的目的还可通过如下技术方案来完成，一种场发射体等离子显示器，它包括部NXM个气体放电腔，每一放电腔有一对放电电极和一个场发射触发电极，每对放电电极中的一个电极各自经过一电阻后连接到一个直流维持电压，另一个电极则全部接地，这时所有放电腔都不放电发光。当某一放电腔的场发射触发电极接收到一数据电压即点火脉冲时，该放电腔即放电发光，直至维持电压关掉或低于在低放电电压，放电发光才停止。

所述的直流维持电压为每一图象显示场或每一子场关掉一次，即所有放电腔全部熄灭，以等待下一个点火脉冲到来后重新放电发光，如此即可得峰值亮度为占空比接近一的很高亮度的单色，多色或全色图文及图象显示。

所述的气体放电腔壁上涂有发光粉，气体放电产生的紫外光可激发所述发光粉产生可见光，不同色的发光粉，可得不同色的可见光，从而得到单色，多色和全色的光。

如上所述的各气体放电腔的光出射窗口上可加有滤色装置。

如上所述的各放电腔可以是分立的器件，也可以是相互结合成一个显示器，也可以制成每一个器件有NXM个放电腔的模块，若干个模块拼接成一个大屏幕显示器。

附图说明如下：

图1是典型的气体放电的电压-电流(V-I)关系图。

图2是本发明的场发射等离子体放电发光装置一个原理示意图。

图3是本发明的场发射等离子体放电发光装置的一个发光器件的

实施例的示意图。

图4是本发明的场发射等离子体放电发光装置的又一个发光器件的实施例的示意图。

图5是本发明的场发射等离子体显示器(FEPDP)的一个实施例的示意图。

图6是图5所示场发射等离子体显示器的一种驱动方法的电压波形和发光波形图。

图7是图5所示场发射等离子体显示器的又一种驱动方法的电压波形和发光波形图。

图8是本发明的场发射等离子体显示器的由一个实施例的示意图。

图9是图8所示的场发射等离子体显示器的电压波形和发光波形图。

下面将结合上述附图对本发明作详细的介绍：

图2是本发明的场发射等离子体放电发光装置一个原理示意图。如图2中所示，有一个真空密封的气体放电腔1，它由玻璃或石英或陶瓷制成，放电腔的壁2，放电腔中充有放电气体，如汞、氖、氩、氦、氙或其他气体。放电腔1内至少有一对气体放电电极3a和3b及它们的引线4，所述电极3a和3b由金属、氧化铟锡等导电材料制成，在放电电极之一(例如3a)旁有场发射触发电极5及它的引线6，及它们的引线5由钨、镍、钼、杜美丝或其他导电材料制成，其形状可为丝、片状、桶形或其它形状。

当一对放电电极之间加上交流、直流或直流脉冲维持电压时，由于此维持电压低于气放电的着火电压，放电腔1不发生气体放电，这时若在场发射触发电极5与电极3a之间加上一个电脉冲，使它们因场发射而产生足够的初始带电粒子，即可引发放电腔内的气体放电，产生发光，由于图1所示负阻区3的存在，在场发射触发电极的电脉冲关掉后，气体放电仍能保持，直到维持电压关掉或低于最低放电电压时，放电发光才停止，即本发明的场发射气体放电装置具有记忆功能。

本发明所述的场发射气体放电装置可用于制造发光器件和等离子体显示器。

图3为本发明的场发射气体放电装置的一个直流发光器件的示意图。它包括一真空密封的放电腔7，腔体内充有放电气体，放电腔内有一对气体放电电极8a、8b和它们有引线9，引线通过密封放电腔通向腔外，以连接外电压，在其中一个电极8a旁设置有一场发射触发电极11及其引线12。当所述器件用直流工作时，电极8a和8b之间加一直流维持电压或直流脉冲维持电压，电极8b经一个电阻13与正电压+V相连，而8a接地，这时放电腔内气体不产生气体放电。若在场发射触发电极11上通过电容14加上一个点火电脉冲15，则在场发射触发电极11和放电电极8a之间可产生足够的初始带电粒子以引发气体放电和产生发光，16为接地电阻。所述场发射触发电极5由钨、镍、钼、杜美丝或其他导电材料制成，它的形状可以是丝、片装、桶形或其它形状。所述的放电腔的内壁上可没有发光粉，以得到一种紫外光源。为了要得到不同色的可见光或所需波长的紫外线，在气体放电腔7的内壁上也可加上发光粉层10，气体放电产生的紫外线可激发所述发光粉10产生可见光或所需波长的紫外线，用不同的发光粉，即可得到不同色的光或不同波长的紫外线。图3中所示的放电腔7可以是一支直的或弯成一定形状的管子，它由玻璃或石英制成。

图3所示的器件，可用于制造可见光或紫外光源，具有效率高、亮度高、寿命长、驱动电路简单、光不闪烁，没有交流干扰、和有记忆功能等优点，可用于照明和显示等。

为了得到很稳定的发光，图3中所示的电阻13也可改为恒流管，使放电管的放电电流恒定从而可得到亮度很稳定的光源。

图3中所示的电阻13的阻值也可以是可调的，以得到亮度可调的光源。

图4是本发明的场发射等离子体放电发光装置的又一个发光器件的实施例的示意图。其特征在于场发射触发电极17位于放电腔壁外并近一个放电电极8a处，例如腔壁外表面上的一圈银浆层、氧化铟锡、铝等导电材料。所述导电材料17与电极8a间形成一个电容，点火脉冲18经过此电容触发放电腔放电，其它则与图3所示相同。

本发明的场发射气体放电装置也可用于制造矩阵式显示器。如图5所示是本发明的矩阵式场发射等离子体显示器的一个实施例的示意图。所述的显示矩阵为NXM的显示矩阵，由扫描线X1、X2.....XN数据总线Y1、Y2.....YM和一系列放电腔组成，图中(1，1)、(1，2)、(2，1)和(2，2)为所述场发射等离子体显示器中的4个放电腔，放电腔内有放电电极19a和19b，它们的连接方式如图5所示。各行的电极19a相互连接并接电压V01、V02.....V0N，19b经电阻21与行扫描线X1，X2.....XN相连，各列放电腔的各场发射触发电极20各自经过电容22与数据总线Y1、Y2.....YM相连，用以送入亮度数据信号。各场发射触发电极20和放电电极19b之间有放电电阻23。

图6是图5的场发射等离子体显示器的一种驱动方式的电压波形和发光的亮度波形图。X1、X2....XN为行扫描电压，一行接一行扫描；Y1、Y2....YM为亮度信号总线，图中26为触发放电腔放电发光的场发射触发脉冲，即点火脉冲，V01、V02....V0N都接地，发光亮度正比于时间tON，即正比于场发射触发脉冲26前沿和扫描电压后沿之间的时间，如图6所示，L(1，1)为放电腔(1，1)的亮度波形，L(2，1)、L(1，2)、L(2，2)各为放电腔(2，1)、(1，2)和(2，2)的亮度波形。不同的tON，可得到不同的亮度，从而可得到有灰度的图象显示。各放电腔壁上有单色多色发光粉，例如分别有红、蓝、绿发光粉，一组红、蓝、绿发光放电腔组成一个象素，控制各组红、蓝、绿腔的亮度，即可显示单色、多色或全彩色图文和图象等。

图7是图5的场发射等离子体显示器的另一个种驱动方法的波形图。图中VX1、VX2....VXN为加在图5中X1、X2.....XN的直流脉冲维持电压，其中T为图象显示的一场或一子场的时间，图7为分子场的例子，图中T1为第一子场，T2为第二子场....，每一场可分为几个子场，例如要得到256级灰度，则可分为8个子场，各子场加到行扫描电极X上的电压的脉冲宽度可按亮度权重来选定，例如T1至T8分别为128、64、32、16、8、4、2、1，tE为擦除时间，即这时维持脉冲关掉或低于在低放电电压，则与该行相连的各放电腔都熄灭，等待下一子场的信号。VY1、VY2....VYM为加在Y1、Y2....YM上的亮度数据脉冲电压，V01、V02....V0N为加在各行放电电极的阴极19a上的选择脉冲电压。VY1、V02......VYM和V01、V02....V0N正负反相，分别都小于场发射触发电极的点火电压，但二者相加则等于或大于点火电压，即只有二个电压同时到达的放电腔才能放电发光。如图中L(1，1)、L(1，2)、L(2，1)和L(2，2)所示，此放电发光可一直维持，直到直流脉冲维持电压VX的tE，放电才熄灭。上述方法可得到红、蓝、绿每一种色256级的灰度，可有167万种颜色和更高的亮度图象显示。

图8为本发明的场发射等离子体显示器的又一实施例示意图，它的放电腔与图4所示相同，唯连接方式不同。图8中各放电电极19b经过电阻21相互连接在一起，加上正直流维持电压(+V)，所有放电电极19接地，各放电腔则各自分别控制。

图9是图8的电压波形和亮度波形图，各放电腔各自分别控制，图9中T为图象显示的一场和一子场的时间。+V为图8中的+V，在每一场或一子场结束时，此正电压降到VG，此VG可为零或低于最低放电电压的任何一电压，以使所有放电腔发光全部熄灭，等待下一场或下一子场的场发射触发信号。

图8和9所示的场发射等离子体显示器可得到峰值亮度占空比接近等于1的显示，可得到极很高亮度的显示器，可用于单色，多色或全色的图文和图象显示。

图5和图8所示的场发射等离子体显示器的各放电腔，可以是分立的器件，也可以是相互结合成一个显示器，也可以制成每一个器件有NXM个放电腔的模块，若干个模块拼接成一个大屏幕显示器。

为了得到彩色更好、反差更高的显示，图5和图8所示的场发射等离子体显示器的各放电腔光出射窗口可加上滤色装置25。

本发明与现有技术相比，具有如下特点：一，发光效率很高，用于超大屏幕显示时，效率可高达15lm/w以上；二，驱动电路简单，光不闪烁没有交流干扰，图象质量好；三，寿命长；四，亮度高，可用于室内或室外的单色，多色或全色图文和图象显示；五，也可作为光源，用照明和液晶显示的背照明等。

Claims (13)

1、一种场发射等离子体放电发光装置，其特征在于它包括有：一个真空密封的气体放电腔(7)，腔内充有放电气体，一对气体放电电极(8a、8b)及它们的引线，一个场发射触发电极(11)及其引线，所述的一个场发射触发电极(11)位于某一放电电极旁，所述一对放电电极中有一个电极串联一个电阻(13)后与外电压相连，而场发射触发电极(11)在串联一个电容(14)后与点火电压(15)相连，场发射触发电极(11)和与之相邻的放电电极(8a)之间连接一放电电阻(16)，每对气体放电电极之间加有直流维持电压或直流脉冲维持电压。

2、如权利要求1所述的场发射等离子体放电发光装置，其特征在于所述的放电腔(7)是一支直的或被弯成一定形状的玻璃或石英管。

3、如权利要求1所述的场发射等离子体放电发光装置，其特征在于所述的放电腔(7)的内壁上没有发光粉，以得到一种紫外光源。

4、如权利要求1所述的场发射等离子体放电发光装置，其特征在于所述的放电腔(7)的内壁上涂有发光粉层(10)，以得到所需颜色的可见光或所需波长的紫外光。

5、如权利要求1所述的场发射等离子体放电发光装置，其特征在于所述的电阻(13)的阻值也是可调的，以得到亮度可调的光源。

6、如权利要求1所述的场发射等离子体放电发光装置，其特征在于所述的电阻(13)可用恒流管代替，使放电电流恒定，以得到亮度很稳定的发光。

7、一种矩阵式场发射等离子显示器，其特征在于它包括NXM个气体放电腔，每一放电腔有一对放电电极(19a、19b)，其中一个放电电极旁有场发射触发电极(20)，各行的各放电腔的每对放电电极中的一个(19b)经一电阻(21)后相互连结，另一个放电电极(19a)互相连接，每一列的各场发射触发电极(20)分别经过电容(22)与数据信号相连，场发射触发电极(20)与它近旁的放电电极(19a)之间有放电电阻(23)。

8、如权利要求7所述的矩阵式场发射等离子显示器，其特征在于各行放电腔的一个放电电极(19b)经过一个电阻(21)后与行扫描线相连，行扫描电压为直流脉冲电压，一行接一行扫描；各列场发射触发电极(20)分别经过电容(22)与亮度数据总线Y1、Y2......YM相连，所有场发射触发电极旁的放电电极接地。

9、如权利要求7所述的矩阵式场发射等离子显示器，其特征在于各行放电腔的一个放电电极(19b)经过一个电阻(21)后与行扫描线相连，并加上直流脉冲维持电压，每一图象显示场分为若干子场，各子场的行扫描电压的脉冲宽度按亮度权重来选定；各行放电腔放电极的阴极(19a)相互连接，加上选择脉冲V01、V02......V0N，各列放电腔场发射触发电极相互连接，并加上亮度数据脉冲电压VY1、VY2......VYM；选择脉冲和亮度数据脉冲正负反相，分别都小于场发射触发电极的电火电压，但二者相加则等于或大于点火电压，即只有二个电压同时到达的放电腔才能放电发光，此放电发光可一直维持，直到直流脉冲维持电压降低到最低维持电压以下或为零，放电才熄灭。

10、如权利要求7所述的矩阵式场发射等离子显示器，其特征在于所述的各放电腔的各对放电电极(19b)各自经过一个电阻(21)后全部连接到直流维持电压+V，另一个放电电极(19a)则全部接地；各场发射触发电极(20)则各自经过电容(22)与数据总线Y1、Y2......YM相连，用以送入亮度数据信号；所述的直流维持电压为每一图象显示场或每一子场关掉一次或降低到最低维持电压以下一次，使所有放电全部熄灭，以等待下一个点火脉冲到来后重新放电发光，如此即可得峰值亮度为占空比接近一的很高亮度的单色、多色或全色图文及图象显示。

11、如权利要求7所述的矩阵式场发射等离子显示器，其特征在于所述的各气体放电腔壁上涂制有发光粉，从而可得到所需颜色的显示器。

12、如权利要求11所述的矩阵式场发射等离子显示器，其特征在于所述的各气体放电腔壁上分别涂制有红、蓝、绿发光粉，一组红、蓝、绿发光放电腔组成一个象素，分别控制各色放电腔的亮度，即可得到彩色图象显示，且在各气体放电腔的光出射窗口上加有滤色装置(25)。

13、如权利要求7所述的矩阵式场发射等离子显示器，其特征在于所述的各放电腔是分立的器件，或是相互结合成的一个显示器，或制成每一个器件有NXM个放电腔的模块，若干个模快拼接成一个大屏幕显示器。

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