DE69003689T2 - Hochfrequenzgespeiste Grossbildanzeigevorrichtung. - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft großflächige Videoanzeigen für Information, Daten, Bilder usw. und insbesondere Anzeigen, die Lampen als Pixel angeordnet haben. Anwendungen für solche Felder schließen Anzeigetafeln für Werbung und sofortige Informationswiedergabe in Sportstadien ein. Ein Typ eines solchen Feldes schließt die Verwendung von einer Vielzahl von Fluoreszenzlampen ein, die in Gruppen von drei oder mehr angeordnet sind, um so Pixel zu bilden. Jedes Pixel enthält eine Lichtquelle für jede der Primärfarben blau, rot und grün. Die selektive Anregung eines jedes Pixels in einem Feld von vielen Tausend Pixeln kann ein Bild erzeugen, das für einen Beobachter der sich in einiger Entfernung befindet, einem TV-Bild ähnlich ist. Die relative Anregung der Primärfarbenquellen in jedem Pixel bestimmt die Farbe, die der Beobachter von dem Pixel ausgehend wahrnimmt, und im Zusammenhang die Farbinformation, die notwendig ist, um gesamte Bilder in Farbe wahrzunehmen. Jede Lampe ist mit einem Primärfarbenleuchtstoff beschichtet um blaues, rotes oder grünes Licht zu emittieren.
• Im Stand der Technik beinhaltet jede Lampe zumindest eine Kathode, vorzugsweise in der konventionellen Fluoreszenzlampentechnik gefertigt. Die Kathode ist in geeigneter Weise mit Funktionsmaterial mit niedrigem Arbeitspunkt überzogen und ist eine Emissionsquelle für Elektronen, wenn sie auf eine höhere Temperatur angehoben wird. Die Lampen enthalten auch ein Edelgas, wie beispielsweise Argon, bei niedrigem Druck (typischerweise einige Torr (1 torr = 133,32 Pa)) und einer kleinen Menge von Quecksilber. Elektronen werden von der Kathode emittiert und werden durch eine Spannung, die zwischen der Kathode und einer Anode angelegt wird, beschleunigt. Einige der Elektronen kollidieren, was eine Anregung der Quecksilberatome zur Folge hat, die dann UV-Licht bei 254 nm emittieren. Diese Strahlung wird von dem Leuchtstoff umgewandelt um farbiges Licht zu erzeugen. Die Anode dient als Kollektor für die in der Fluoreszenzröhre fliegende Ladung und ist die Elektrode, die die Spannung liefert, die die Menge des Elektronenstroms steuert, die Intensität der Emission bei 254 nm und demzufolge die Helligkeit des Lichtes, das von den einzelnen Pixelelementen emittiert wird.
• Eine Schwierigkeit kleine Fluoreszenzlampen zu verwenden beruht auf dem nachteiligen Effekt des emittierenden Kathodenmaterials, das bei der erforderlichen erhöhten Temperatur allmählich verdampft und sich nach und nach auf der mit Leuchtstoff beschichteten Lampe niederschlägt. Dies ist einer von mehreren Zusammenhängen, der allmählich die Lichtausbeute der Lampe verringert und insbesondere bei Lampen mit sehr kleinem Maß problematisch ist. Bei der Anwendung für großflächige Videoanzeigen ist das allmähliche Dunklerwerden wegen der Verschlechterung der Bildqualität problematisch, insbesondere wenn es nach Zeitspannen weniger 100 Stunden auftreten kann. Ein Ungleichgewicht im Alterungsprozeß, kann ungleichmäßige Bildhelligkeit oder Farben erzeugen und das Austauschen von Lampen kann übermäßig helle Pixel zur Folge haben.
• Ein weiteres potentielles Problemfeld konventioneller Fluoreszenzlampentechnologie ist die angewandte Glasmetalldichtung. Während dies eine altbewährte Technologie ist, die mit einem hohen Maß an Zuverläßigkeit ausgeführt werden kann, stellt die Verwendung von so vielen, wie Hundertausend Lampen in einer einzigen Anzeige ungewöhnlich strenge Anforderung an die Zuverläßigkeit dieser Dichtungen als auch an die Elektrodenbeschaffenheiten, die sie halten.
• Es ist offensichtlich, daß es einen Bedarf für eine Anzeige gibt, die Lampen verwendet, die eine verbesserte Zuverläßigkeit aufweisen und die sich extrem langsam verschlechtern.
• Die verschiedenen Lampen, die derzeit für gewöhnlich verwendet werden, werden in typischerweise in einem Leistungsbereich von etwa 1 Watt betrieben. Demgemäß muß jede Lampe einzeln mit einer Leistung in dieser Höhe versorgt werden, was zusammen soviel wie 10 bis 100 kW für eine typische Anzeige ausmacht. In Abhängigkeit der Anforderungen der einzelnen Lampen bezüglich Kathodenheizung oder Vorheizung kann noch eine zusätzliche Verdrahtung erforderlich sein. Starkstromleitungen sind teuer und komplex und machen den Aufbau und die Reparatur schwierig. Es besteht daher auch der Bedarf, die Kosten und die Komplexizität der Verdrahtung und Anschlüsse der Licht emittierenden Pixellampen zu reduzieren.
• Demzufolge stellt die vorliegende Erfindung eine Videoanzeige zur Verfügung, die umfaßt: einen RF-Hohlraum, der durch eine RF-reflektierende Rückwand und eine RF-reflektierende Vorderwand beschrieben wird, wobei die Vorderwand von der Rückwand durch RF-reflektierende Seitenwände beabstandet ist, einer Vielzahl von elektrodenlosen Lampen, die in der Nähe der Vorderwand, außerhalb des RF-Hohlraums angeordnet sind, eine RF-Einrichtung, um RF-Energie in dem RF-Hohlraum bereitzustellen, und eine Kopplungseinrichtung einer jeden Lampe entsprechend, um RF-Energie aus dem RF-Hohlraum in die entsprechenden Lampen einzukoppeln. In den Zeichnungen ist dargestellt:
• Fig. 1 zeigt einen Teil einer Anzeige gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, in der Lampen an einen RF-Mohlraum gekoppelt sind;
• Fig. 2 ist eine Schnittdarstellung durch eine Lampe mit einer Einbuchtung, die kapazitiv an einen RF-Hohlraum gekoppelt ist;
• Fig. 3 ist ein Schnitt durch eine Lampe mit einer Einbuchtung, die induktiv an einen RF-Hohlraum gekoppelt ist;
• Fig. 4 stellt einen in Reihe geschalteten Schalter dar, um die RF-Leistung für eine Lampe zu steuern;
• Fig. 5 zeigt einen nebengeschalteten Schalter zur Steuerung der RF-Leistung für eine Lampe; und
• Fig. 6 und 7 sind Schnittdarstellungen durch alternative Anordnungen zur Einkopplung von RF-Energie in Lampen ohne Einbuchtung unter Verwendung von becher- oder scheibenförmigen Schleifen.
• Fig. 1 zeigt eine RF-angetriebene Anzeige 10, die ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt. Anzeige 10 umfaßt einen Radiofrequenz(RF)hohlraum 11, der an eine Vielzahl von zylindrischen elektrodenlosen Lampen 20 angekoppelt ist, die in Gruppen von drei oder mehreren angeordnet sind, um Pixel 12 zu bilden.
• In dem gezeigten Beispiel stellen drei Lampen eines jeden Pixels Lichtquellen für jede der Primärfarben bereit: rot (R), blau (B) und grün (G). In der Praxis wird die großflächige Anzahl inehrere Pixel (z. B. Zehntausend) beinhalten, die in mehrere Module gruppiert werden können. Fig. 1 zeigt deshalb nur einen sehr kleinen Bereich eines großflächigen Feldes.
• Die Pixelgröße kann durch anordnen der Lampen in versetzter Anordnung, dadurch, daß ein dreieckförmiges Pixel 12 gebildet wird, minimiert werden. Alternativ können die Lampen eines Pixels so angeordnet sein, daß sie ein rechtwinkliges Pixel 13 bilden, welches ein Viereck sein kann, wenn vier Lampen verwendet werden.
• Der Radiofrequenzhohlraum 11 hat eine Rückwand 14, aus Radiofrequenz-reflektierendem Material und eine ähnliche Vorderwand 15, die durch die Seitenwände 50, 51, 52, 53 beabstandet ist. Die Lampen 20 sind an der Vorderwand 15 angebracht. Die Vorderwand 15 und die Rückwand 14 sind parallel und in einem unkritischen Abstand getrennt, der den Gütefaktor oder "Q" des Hohlraums beeinflußt.
• Eine RF-Quelle 16 sorgt für Leistung, die in den Hohlraum durch das Kopplungselement 17 eingekoppelt wird. (Zwei Teile der Seitenwände sind in der Zeichnung weggenommen, um den inneren Aufbau zu zeigen.) Das Einkoppeln der RF-Leistung von der RF-Leistungsquelle in den Hohlraum 11 kann entweder mit einer Kapazitätssonde, wie gezeigt, erzielt werden oder einer induktiven Schleife, in Abhängigkeit des anzuregenden Schwingungstyps. Eine geeignete Radiofrequenz ist 915 Mhz.
• Die reflektierenden Wände 14, 15 und die Seitenwände sind aus Metall oder metallisierten Oberflächen gefertigt, und können Teil der Aufbauelemente sein, die bei großflächigen Feldern erforderlich sind. Der Hohlraum ist rechtwinklig dargestellt, mit ebenen Wänden, passend für große, flache Anzeigensysteme. Andere Geometrien sind möglich, vorausgesetzt, daß die Abmessungen des Hohlraums so gewählt werden, daß die gewünschten Schwingungstypen und Frequenzen aufrechterhalten werden, wie ausführlich in bestimmten Referenzen erklärt ist, so wie in J.D. Jackson, Classical Electrodynamics, 2nd Ed., John Wiley & Sons, Inc., New York (1975), und E.C. Jordan, Editor, Reference Data for Engineers: Radio, Electronics, Computer und Communications, 7th Ed., Howard W. Sams & Co., Inc. Indianapolis (1985). In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel sind die E-Vektoren der elektrischen Schwingungen in dem Hohlraum im allgemeinen von vorne nach hinten ausgerichtet. Leistungskopplungselemente, die jeder Lampe beigefügt sind, messen das lokale E- Feld. In der Nähe der Kanten und Ecken des Hohlraums, können die Kopplungssonden abgeändert werden, um das lokale magnetische Feld zu koppeln.
• RF-Leistung zur Erregung von Entladungen in jeder Pixellampe 20 wird in jede Lampe durch den Resonanzhohlraum 11 gekoppelt. Die Achse einer jeden zylindrischen elektrodenlosen Lampe 20 ist rechtwinklig auf der Vorderwand 15 angeordnet und die RF wird in den Hohlraum 11 durch ein entsprechendes Kopplungselement eingekoppelt, das in Fig. 2 als leitende Sonde erkannt werden kann, die sich durch einen Isolator 19 in den Hohlraum erstreckt. In Fig. 2 ist nur eine Lampe 20 gezeigt, aber es sollte verständlich sein, daß zumindest drei solcher Lampen für jedes Pixel verwendet werden, und eine große Anzahl von Pixel in einer Anzeige verwendet werden. Der Einkopplungsgrad der Leistung von dem Hohlraum wird zum Teil durch die Länge der Sonden bestimmt, die als Monopolantennen dienen.
• Jede elektrodenlose Lampe 20 kann dem Gestaltungsprinzip folgen, das in der am 5. Mai 1981 an Proud and Baird erteilten Patentschrift Nr. 4,266,167, beschrieben ist. Die Lampe ist zylindrisch, mit einer Ummantelung, typischerweise aus Glas, die ein Füllmaterial beinhaltet, das aus Edelgas bei niedrigem Druck und Quecksilber zusammengesetzt ist. Die Anregung der Füllung durch eine Entladung darin, erzeugt ultraviolettes Licht, das eine innere Leuchtstoffbeschichtung anregt, um sichtbares Licht in einem Spektralbereich zu emittieren, der durch die Zusammensetzung des Leuchtstoffs bestimmt wird.
• Jede Lampe beinhaltet einen eingebuchteten Hohlraum 21, der eine innere Sonde 22 empfängt, die sich von der entsprechenden Kopplungssonde 18 erstreckt, die dazu dient Radiofrequenzleistung einzuführen. Ein oszillierendes elektrisches Feld besteht so zwischen der Sonde 22 und einer zylindrischen äußeren Elektrode 23, die rechtwinklig zu der Vorderwand angeordnet ist und eine Plasmaentladung in dem elektrodenlosen Bereich der Lampenummantelung verursacht. Die elektrische Impedanz, die durch die Lampe gegeben ist, kann durch die serielle kapazitive Impedanz der Lampenwand und der Impedanz der Plasmaentladung dargestellt werden. Mikrowellenleistung (z. B. Frequenzen über etwa 500 Mhz) erzeugt Entladungen, die Impedanzen aufweisen, die in der Nähe des Wertes des Antriebswiderstandes liegen, wodurch Bedingungen für eine effiziente Überleitung von Leistung für die Entladung gegeben sind.
• Die Kopplungselemente für die Lampen sind rechtwinklig zu der Vorderwand angeordnet, um RF-Energie durch die Vorderwand des Hohlraums mittels isolierten Durchführungen überzuleiten. Die RF-Energie wird somit entlang der Sonde 22 geleitet, die sich im Inneren des eingebuchteten Hohlraums 21 der Lampe 20 befindet, um eine Entladung zu erzeugen. Eine solche Entladung kann mit Eingangsleistungshöhen im Bereich kleiner oder größer 1 Watt aufrechterhalten werden.
• Für großflächige Anzeigen, sollte das Licht, das von den Lichtquellen emittiert wird, im wesentlichen wahlweise zusammen mit dem Hauptanteil des Lichtes, in Vorwärtsrichtung emittiert werden. Ein Merkmal der vorliegenden Erfindung ist, daß die äußere Elektrode 23 ein Metallzylinder ist, der die Lichtstrahlung, mit Ausnahme in Vorwärtsrichtung blockiert. Die innere Oberfläche des Zylinders ist vorzugsweise hoch reflektierend für Licht im sichtbaren Bereich, um das Durchtunneln der Strahlung durch das vordere Ende der Pixellampe zu unterstützen.
• Anstelle der geraden Sonde, kann eine Kopplungsschleife 24 verwendet werden, um die Leistung induktiv von dem Hohlkörper einzukoppeln, wie in Fig. 3 gezeigt ist. In diesem Fall wird die Leistungskopplungsstärke durch die Querschnittsfläche der Schleife 24 und deren Orientierung relativ zu den starken magnetischen Feldkomponenten der resonanten Schwingungstypen des Hohlraums bestimmt.
• Als ein weiteres Merkmal ist ein Schalter enthalten, um die Radiofrequenzleistung von jedem Koppelelement zu der jeweiligen Lampe zu steuern. Weiter kann vorgesehen sein, daß ein Schalter angeordnet ist, um entweder die Leistung, die getrennt zu der entsprechenden Lampe fließt, kontinuierlich zu kontrollieren oder einfache "an" oder "aus" Zustände für die Lampe bereitzustellen. Ein einfacher Serienschalter ist in Fig. 4 dargestellt. Der Schalter kann eine variable Impedanzdiode sein, wie etwa ein Varaktor oder PIN gesteuert durch Spannung, die durch den RF-Blockierungsschaltkreis 26 angelegt wird. Der hohe Impedanzzustand des Serienschalters 25 bewahrt den Radiofrequenzleistungsfluß vor dem Fortschreiten von dem Kopplungselement in die entsprechende Pixellampe. Alternativ, wie in Fig. 5 gezeigt, kann ein Nebenschlußschalter 27 angeordnet sein, um eine Nebenschlußschaltfunktion durchzuführen, in der der Schalter dazu dient einen effektiven Niederimpedanzkurzschluß mit der Vorderwand des Resonanzhohlraums zu erzeugen. Wenn der Nebenschlußschalter 27 geschlossen ist, wird die Radiofrequenzleistung weitgehend durch das Kopplungselement reflektiert und wenig oder gar keine Leistung wird zu der Pixellampe 20 geleitet.
• Die Ausbuchtungssonde 22 in dem Ausführungsbeispiel, wie in Fig. 2 und 3 dargestellt, sorgt für hohe Felder zwischen der inneren Sonde 22 und der Gegenelektrode 23, was hilfreich ist um die Entladung zu starten. In dem Ausführungsbeispiel, wie in Fig. 6 und 7 dargestellt, ist eine viel einfachere Lampenkonstruktion verwirklicht, nämlich durch eine ringförmige Elektrode 28, die eine hohlförmige Spuhle oder eine scheibenförmige Spuhle sein kann, und den äußeren Bereich eines Endes der Lampe 20 umgibt. Dieser Aufbau beseitigt die Notwendigkeit eines ausgebuchteten Bereichs der Lampe. Ein neuer Vorteil und ein Merkmal der vorliegenden Erfindung ist, daß Leistung durch einen Resonanzhohlraum an die Lampen drahtlos von einer einzigen Quelle verteilt wird. Kopplungssonden entnehmen Energie aus den lokalen elektrischen oder magnetischen Feldern, die in dem Resonanzhohlraum aufrechterhalten werden. Da eine einzige Leistungsquelle verwendet wird, kann RF-Leistung günstig erzeugt werden (z. B. 700 W bei 2,45 GHz können mit einer billigen Röhre erzeugt werden) mit geringerem Wärmeverlust und verminderten Kühlungsanforderungen. Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel und die beste Art und Weise die Erfindung durchzuführen wurden offenbart. Die verschiedenen Merkmale können in verschiedenen Kombinationen kombiniert werden. Weitere Modifikationen werden einem Fachmann nun offenkundig sein. Demgemäß ist der Umfang der Erfindung in den Ansprüchen bestimmt.

Claims (14)

1. Eine Videoanzeige (10), die umfaßt:

Einen RF-Hohlraum (11), der durch eine RF-reflektierende Rückwand (14) und eine RF-reflektierende Vorderwand (15) beschrieben wird, wobei die Vorderwand von der Rückwand durch RF-reflektierende Seitenwände (50 - 53) beabstandet ist;

eine Vielzahl von elektrodenlosen Lampen (20), die in der Nähe der Vorderwand außerhalb des RF-Hohlraums angeordnet sind;

eine RF-Einrichtung (16, 17) um RF-Leistung in dem RF- Hohlraum bereitszustellen; und

eine Kopplungseinrichtung (18, 24) für jede Lampe entsprechend, um RF-Energie aus dem RF-Hohlraum in die entsprechende Lampe einzukoppeln.

2. Anzeige nach Anspruch 1, wobei jede Lampe einen zylindrischen Aufbau hat und eine Achse die rechtwinklig zu der Vorderwand angeordnet ist.

3. Anzeige nach Anspruch 2, die einen zylindrischen Mantel (23) für jede Lampe entsprechend einschließt, wobei jeder zylindrische Mantel sich rechtwinklig zu der Vorderwand erstreckt und elektrischem Kontakt mit der Vorderwand ist, und zumindest einen Teil der zylindrischen Seite der entsprechenden Lampe bedeckt.

4. Anzeige nach Anspruch 3, wobei die innere Oberfläche des Mantels reflektierend ist.

5. Anzeige nach Anspruch 3, wobei jede Lampe einen eingebuchteten Hohlraum (21) aufweist und die entsprechende Kopplungseinrichtung ein leitendes Teil (22) einschließt, das so angeordnet ist, daß es in den eingebuchteten Hohlraum paßt.

6. Anzeige nach Anspruch 3, wobei jede Lampe ein erstes Ende in der Nähe der Vorderwand aufweist, und die entsprechende Kopplungseinrichtung ein kreisförmiges Teil (28), das um das Ende angeordnet ist, einschließt.

7. Anzeige nach Anspruch 5 oder 6, wobei jede der Kopplungseinrichtungen eine Sonde (18, 24) einschließt, die innerhalb des RF-Hohlraums angeordnet ist.

8. Anzeige nach Anspruch 7, wobei jede der Kopplungseinrichtungen eine Schleife (24) einschließt, die innerhalb des RF-Hohlraums angeordnet ist.

9. Anzeige nach Anspruch 1, wobei die Lampen in Dreiergruppen in einem dreieckigen Muster (12) angeordnet sind.

10. Anzeige nach Anspruch 1, wobei die Lampen in einem rechtwinkligen Muster 13 angeordnet sind.

11. Anzeige nach Anspruch 1, die eine variable Impedanzeinrichtung (27) einschließt, die zwischen einer entsprechenden Kopplungseinrichtung und der Vorderwand nebengeschaltet ist.

12. Anzeige nach Anspruch 1, die eine variable Impedanzeinrichtung (25) einschließt, die in Serie mit einer Lampe und der entsprechenden Kopplungseinrichtung angeordnet ist.

13. Anzeige nach Anspruch 11 oder 12, wobei die variable Impedanzeinrichtung eine PIN-Diode ist.

14. Anzeige nach Anspruch 11 oder 12, wobei die variable Impedanzeinrichtung ein Varaktor ist.