专利名称：一种采用磁化的等离子体显示器及等离子体放电方法
技术领域：
本发明属于等离子体显示器技术领域，特别涉及采用电流产生的磁场来磁化等离子体以提高等离子体放电效率的方法及其等离子体显示器。
背景技术：
据清华大学出版社2001年出版的《电子显示》(田民波著，第117-128页)介绍，现有等离子体显示器虽然有很多不同的结构，但是其放电发光的机理是相同的，主要由以下两个基本过程组成1、气体放电过程，即惰性气体在外加电信号的作用下产生放电，使原子受激而跃迁，发射出真空紫外线；2、荧光粉发光过程，即气体放电所产生的紫外线激发光致荧光粉发射可见光的过程。
等离子体显示器是一种主动发光型显示器，目前的技术是通过辉光放电而发光，在一定气压下，一旦产生放电，其发光亮度通过控制电极电压，调节有效放电时间的长短等来控制。彩色等离子体显示器的亮度与气体放电时产生的真空紫外线强度和击穿电压有关。现有技术下气体放电的击穿电压较高，使得目前所使用的驱动电路产生等离子体的效率较低，真空紫外光强度较弱，从而导致显示器的辉度不够。
中国专利号200410078947.0介绍的等离子体放电方法及基于该方法的显示器，其结构复杂，制造工艺要求高；特别是该方法依旧单一的使用直流辉光放电，因而没能从根本上降低击穿电压。
发明内容
本发明提出一种采用电流产生的磁场来磁化等离子体以提高等离子体密度的显示器，以改变现有技术在产生等离子体方式上对电压的依赖，达到提高放电效率、降低击穿电压、减少能耗和增加亮度的目的。
本发明采用电流产生的磁场来磁化等离子体的显示器，由不少于三个结构相同的独立放电单元并联构成；各放电单元为由透明材料制成的相互平行的前基板和后基板和与它们垂直的四个壁障构成的立方体结构，内充有100～1000帕斯卡的工作气体，该工作气体由含体积百分比10％～99％的惰性气体与包括氮气、汞蒸汽、甲烷或氢气在内的其他气体混合而成；所述前基板内表面以一透明的导电材料层作为维持电极，在与该维持电极相对的后基板内表面有一导电层作为寻址电极；在放电单元的内表面覆盖有荧光材料层；其特征在于在每个放电单元的壁障或前后基板的内表面上分别或同时设有以导电材料制成的磁化电极，与能够产生0.1～50A电流的交流或直流电源中的任一电极相连接；各放电单元中的维持电极、寻址电极各自并联到能够产生3～380伏特电压的交流或直流电源的两极；所述障壁由掺杂了体积百分比为0.1％～10％的金属氧化物或金属粉末的玻璃制成。
所述障壁通常采用宽20微米～100微米，厚100微米～400微米。
所述放电单元内充有的工作气体，通常选用含体积百分比80％～95％的惰性气体和5％～20％的其他气体混合而成，所述惰性气体包括氦、氩或氖，所述其他气体包括氮气、汞蒸汽、甲烷或氢气。
所述荧光材料是指在受到紫外线照射时会电离出可见光的材料，包括以铕为发光中心的钡、镁铝酸盐(BaMgAlO:Eu)粉末、以锰为发光中心的硅酸盐(ZnSiO4:Mn)或以铕为发光中心的钇、钆的硼酸盐((Y，Gd)BO3:Eu)。
所述作为维持电极的透明导电材料，可选用厚度为1纳米～1毫米的铟锡氧化物(ITO)薄膜、氧化锡薄膜、银箔、镍箔或铝箔。
所述寻址电极材料，可选用厚度0.01～2毫米的银箔、镍箔或铝箔。
所述磁化电极材料，可选用直径为0.01～10微米的银丝、铜丝或铝丝。
为了保护电极，可以在电极表面均匀覆盖一层以介电常数为1～10、厚度0.001～1毫米的电介质做为保护层；所述电介质，可选用氧化镁、氧化钌或氟化镓。
本发明的采用磁场辅助的等离子体放电方法，包括根据选用的工作气体通过给维持电极以及与维持电极相对应的寻址电极施加相应的电压实现击穿放电；在击穿放电之后，维持电极持续该相应的电压进行维持放电；其特征在于在击穿放电之前，对磁化电极通以0.1～50A的电流使得在放电空间内生成磁场；在维持电极产生维持放电的同时，在磁化电极上继续施加0.1～50A的电流维持磁场。
随着选用的工作气体不同，所述给维持电极以及与维持电极相对应的寻址电极施加的击穿电压可以从几十伏特到几千伏特，通常在30～5000伏特；例如对于300帕斯卡的95％氦与5％汞蒸气的混合气体击穿电压约为70伏特；对于150帕斯卡的90％氩气与10％的SF4的混合气体击穿电压约为250伏特；而对于900帕斯卡40％氪、50％氙与10％氮的混合气体则约为3000伏特。
由于本发明利用电流通过磁化电极，根据安培定律在一定空间范围内产生磁场，对等离子体进行磁化，从而使得高能量的二次电子在阴极表面沿着由磁力线形成的环柱体的方位角方向做旋转运动，而不是直接撞击在阳极上而被吸收，该效应被称为“磁控管效应”。于是，二次电子从阴极发出到达阳极被吸收掉为止所经过的距离变长，因此其存在的时间变长，它们引发电离的几率也就增加，可以形成更高密度的等离子体。而现有等离子体显示器内的正离子被阴极区的电压降所加速而撞击阴极表面，使得二次电子逸出，这种二次电子在暗区电场的加速下获得较高的能量，在无磁场的时候在经过两个电极之间的距离后就被阳极吸收掉，寿命很短，电离效率很低。本发明通过磁化电极产生的磁场，提高了所产生等离子体的密度，增大了二次电子逸出。同时，由于拉莫回旋作用，增加了电子的约束时间，使得碰撞电离及激发的几率增加，降低了击穿放电电压，减轻了等离子体显示器驱动电路的压力，提高使用寿命；而且可以利用较低的能耗建立持续稳定维持放电，减少电能消耗。
图1为交流放电磁化等离子体显示器放电单元的截面示意图；图2为交流放电磁化等离子体显示器放电单元击穿及维持放电部分的等效电路图。
图3为直流放电磁化等离子体显示器放电单元的截面示意图；图4为直流放电磁化等离子体显示器放电单元的等效电路图。
具体实施例方式实施例1三电极交流透射面放电型磁化等离子体显示器本实施例为一种典型的三电极交流透射面放电型磁化等离子体显示器。图1给出了其放电单元的截面图，图2为一个放电单元的击穿放电及维持放电部分的等效电路示意图。
参照图1和图2在由高屈服温度的玻璃，包括型号为PD200的玻璃制成的前基板1的内表面上有两个由厚度为50纳米的铟锡氧化物(ITO)膜制成的透明维持电极4a和4b；厚20微米的氧化镁电介质层3a涂覆在前基板1上，并覆盖在维持电极4的表面上；与前基板1平行的、由屈服点为300～1000摄氏度的玻璃(本实施例中采用型号为PD200的玻璃)制成的后基板2上朝向维持电极4的一侧，有由5微米厚的银制成的寻址电极5；厚25微米的氧化镁电介质层3b涂覆在后基板2上，并覆盖于寻址电极5的表面；在前基板1和后基板2之间有垂直于它们的障壁8；本实施例中障壁8，宽40微米，厚150微米，采用由均匀掺杂了体积百分比为11％的铝粉的玻璃采用丝网印刷的方法制成；前基板1、后基板2与障壁8所包围的放电空间9密封保持气压为300帕斯卡的含体积百分比80％～95％惰性气体和5％～20％的其他气体混合而成，所述惰性气体包括氦、氩和氖，所述其他气体包括氮、汞蒸汽、甲烷和氢；由直径为0.1微米的铜丝制成的磁化电极6在障壁8内侧相对平行放置；采用印刷的方法将厚0.07毫米的以铕为发光中心的钡镁铝酸盐(BaMgAlO:Eu)荧光层7涂覆在磁化电极6、障壁8以及电介质层3b暴露在放电空间9的表面上。
磁化电极6与电源10相连接；维持电极4a和4b与寻址电极5串联，分别接在电源10的两极，与磁化电极6并联。
工作时，磁化电极6通电，对放电空间9进行磁化；寻址电极5导通后触发维持电极4对放电空间9内被磁化电极6磁化的工作气体进行击穿放电；击穿放电后，放电气体产生的等离子体经过多次电离生成紫外线，辐射在荧光层7上，使其发出可见光。
经过磁化电极6磁化后的放电空间9内等离子体的密度会显著提高，击穿电压也随之降低；维持电极4在击穿放电之后继续工作，在放电空间9内进行维持放电，磁化电极6同时进行辅助维持放电，这样在较低的电压下也可以获得稳定和有效的持续放电；由于在维持电极所使用的击穿放电方式之外增加了磁场，改变了原有等离子体显示器采用辉光放电完全依赖击穿电压的现状，而利用提高磁场强度的方式来提高产生等离子体的效率，增大激发效率。
本实施例中通过磁化电极产生的磁场，提高了所产生等离子体的密度，增大了二次电子逸出，使得碰撞电离及激发的几率增加。降低了击穿放电电压，减轻了现有等离子体显示器驱动电路的压力，提高使用寿命，减少电能消耗。
将电源与磁化电极串联时，为了控制由于阻抗变化而引起的电压输出变化，可以增加匹配电路，最简单的匹配电路是在电源与磁化电极之间串联一个可调电容器。
本实施例中只采用了一个磁化电极。为了在放电空间内获得更均匀的磁场，可以增加磁化电极的数量，电极数量越多则磁场越均匀。这些磁化电极都是并联的。
实施例2直流透射面放电型磁化等离子体显示器本实施例为一种典型的直流透射面放电型等离子体显示器。图3为直流放电型磁化等离子体显示器放电单元的截面图；图4为直流放电型磁化等离子体显示器放电单元的等效电路图。
参照图3和图4在由高屈服温度的玻璃包括型号为PD200的玻璃制成的前基板1的内表面上有由厚度为5微米的银锡膜制成的透明的维持电极4；厚10微米的氧化钌电介质层3a涂覆在前基板1上，并覆盖在维持电极4的表面上；与前基板1平行的，由高屈服温度玻璃包括型号为PD200的玻璃制成的后基板2上朝向维持电极4的一侧，有由厚度为3微米的镍箔制成的寻址电极5；厚30微米的氧化钌电介质层3b涂覆在后基板2上，并覆盖于寻址电极5的表面；在前基板1和后基板2之间有垂直于它们的障壁8；障壁8厚150微米，宽50微米，由均匀掺杂了体积百分比为20％的三氧化二铁的玻璃采用喷砂磨蚀的方法制成；前基板1、后基板2与障壁8所包围的放电空间9密封保持266帕斯卡的工作气体，由含体积百分比80％～95％惰性气体和5％～20％的其他气体混合而成，所述惰性气体包括氦、氩和氖，所述其他气体包括氮、汞蒸汽、甲烷和氢；由直径为0.14微米的铜丝制的磁化电极6以同轴线圈的形式贴合在障壁8的内表面；采用光刻制版的方法将厚0.1毫米的以锰为发光中心的硅酸盐(ZnSiO4:Mn)荧光层7形成在磁化电极6、障壁8以及电介质层3b暴露在放电空间9的表面上。
维持电极4接在直流电源11的阴极，寻址电极5接在直流电源11的阳极。
磁化电极12连接在交流电源10上。
通过磁化电极6对放电空间9进行磁化；寻址电极5收到电信号，触发维持电极4对放电空间9内已经被磁化电极6磁化的工作气体进行击穿放电；击穿放电后，放电气体产生的等离子体经过多次电离生成紫外线，辐射在荧光层7上，使其发出可见光。
经过磁化后的放电空间9内等离子体的密度会显著提高，击穿电压也随之降低；在维持电极所使用的直流击穿放电方式之外增加了磁化的方式，改变了原有等离子体显示器采用辉光放电完全依赖击穿电压的现状，而利用提高磁化电极电流的方式来提高产生等离子体的效率。
本实施例中的磁化电极采用的是同轴线圈的形式，也可以采用盘绕式或其他样式放置于后基板2上。
将电源与磁化电极串联时为了控制由于阻抗变化而引起的电压输出变化，可以增加匹配电路，最简单的匹配电路是在电源与磁化电极之间串联一个可调电容器。
本实施例中通过磁化电极产生的磁场，提高了所产生等离子体的密度，增大了二次电子逸出，使得碰撞电离及激发的几率增加。降低了击穿放电电压，减轻了现有等离子体显示器驱动电路的压力，提高使用寿命，减少电能消耗。
这种等离子体放电方法和使用该方法的等离子体显示器利用与电源相连接的磁化电极实现了对等离子体的磁化，获得了更高的等离子体密度和放电效率，并由此降低击穿电压，同时提高了荧光层的发光效率。工艺简单，在现有的等离子体显示器生产线上均可实现。
权利要求
1.一种采用电流产生的磁场来磁化等离子体的显示器，由不少于三个结构相同的独立放电单元并联构成；各放电单元为由透明材料制成的相互平行的前基板和后基板和与它们垂直的四个壁障构成的立方体结构，内充有100～1000帕斯卡的工作气体，该工作气体由含体积百分比10％～99％的惰性气体与包括氮气、汞蒸汽、甲烷或氢气在内的其他气体混合而成；所述前基板内表面以一透明的导电材料层作为维持电极，在与该维持电极相对的后基板内表面有一导电层作为寻址电极；在放电单元的内表面覆盖有荧光材料层；其特征在于在每个放电单元的壁障或前后基板的内表面上分别或同时设有以导电材料制成的磁化电极，与能够产生0.1～50A电流的交流或直流电源中的任一电极相连接；各放电单元中的维持电极、寻址电极各自并联到能够产生3～380伏特电压的交流或直流电源的两极；所述障壁由掺杂了体积百分比为0.1％～10％的金属氧化物或金属粉末的玻璃制成。
2.如权利要求1所述的磁化等离子体的显示器，特征在于所述障壁宽20微米～100微米，厚100微米～400微米。
3.如权利要求1所述的磁化等离子体的显示器，特征在于所述放电单元内充有的工作气体由含体积百分比80％～95％的惰性气体和5％～20％的其他气体混合而成，所述惰性气体包括氦、氩或氖，所述其他气体包括氮气、汞蒸汽、甲烷或氢气。
4.如权利要求1所述的磁化等离子体的显示器，特征在于所述荧光材料包括以铕为发光中心的钡、镁铝酸盐BaMgAlO:Eu粉末、以锰为发光中心的硅酸盐ZnSiO4:Mn或以铕为发光中心的钇、钆的硼酸盐(Y，Gd)BO3:Eu。
5.如权利要求1所述的磁化等离子体的显示器，特征在于所述作为维持电极的透明导电材料选用厚度为1纳米～1毫米的铟锡氧化物ITO薄膜、氧化锡薄膜、银箔、镍箔或铝箔。
6.如权利要求1所述的磁化等离子体的显示器，特征在于所述寻址电极材料选用厚度0.01～2毫米的银箔、镍箔或铝箔。
7.如权利要求1所述的磁化等离子体的显示器，特征在于所述磁化电极材料选用直径为0.01～10微米的银丝、铜丝或铝丝。
8.如权利要求1所述的磁化等离子体的显示器，特征在于在所述电极表面均匀覆盖一层以介电常数为1～10、厚度0.001～1毫米的电介质做为保护层；所述电介质选用氧化镁、氧化钉或氟化镓。
9.一种采用磁场辅助的等离子体放电方法，包括根据选用的工作气体通过给维持电极以及与维持电极相对应的寻址电极施加相应的电压实现击穿放电；在击穿放电之后，维持电极持续该相应的电压进行维持放电；其特征在于在击穿放电之前，对磁化电极通以0.1～50A的电流使得在放电空间内生成磁场；在维持电极产生维持放电的同时，在磁化电极上继续施加0.1～50A的电流维持磁场。
全文摘要
本发明采用磁化的等离子体显示器及等离子体放电方法，特征是在每个放电单元内，设置在障壁内表面的磁化电极与能够产生大于0.1A电流的交流或直流电源相连接；各放电单元中的维持电极、寻址电极分别连接到能够产生3伏特以上电压的交流或直流电源上；所述障壁由掺杂了金属氧化物或金属粉末的玻璃制成；在击穿放电之前，对磁化电极通不低于0.1A的电流对放电空间内的工作气体进行磁化；在维持电极产生维持放电的同时，在磁化电极上继续施加不低于0.1A的电流进行磁化；由此可以降低击穿电压，提高了维持放电的稳定性和效率，并可以在一定程度上提高发光效率，减少了能耗，增加了亮度。
文档编号H01J17/36GK1996541SQ20061016644
公开日2007年7月11日 申请日期2006年12月20日 优先权日2006年12月20日
发明者吴征威, 任海骏, 曹金涛, 仇志勇 申请人:中国科学技术大学