一種等離子平板光源及其方波脈衝驅動方法

2023-04-28 03:44:36 4

專利名稱：一種等離子平板光源及其方波脈衝驅動方法
技術領域：
本發明涉及一種等離子體平板光源，尤其涉及一種具有陡峭上升下降沿 的等離子體平板光源的方波驅動模式技術領域。
背景技術：
採用等離子體放電原理的光源目前成熟產品是管狀的螢光燈，包括冷陰 極螢光燈和熱陰極螢光燈，這些光源雖然發光效率高，亮度高，但通常採用 汞蒸氣為工作氣體，對環境存在汙染問題。對於平板狀的螢光燈，適合對光 源均勻度要求高的場合，尤其是特殊儀器、液晶顯示器等器件。這類平板光
源具有通常採用惰性氣體為工作氣體，採用等離子體放電原理工作，如Ne+Xe 混合氣體，該種光源目前存在的主要問題是發光效率不高，發光亮度相對冷 陰極螢光燈較低，限制了等離子體平板光源的進一步應用。

發明內容
本發明目的是為了改善現有等離子體平板光源的發光效率和發光亮度 的特性，提出採用陡峭的上升、下降沿的方波驅動模式，及快速方波驅動的 波形，使等離子體平板光源在方波脈沖的頂端開始放電，提高了方波脈衝的 利用率，乂人而改善發光效率和發光亮度。
本發明為實現上述目的，採用如下技術方案
本發明的等離子平板光源，包括前基板、後基板、放電腔，放電腔設置 在前基板、後基板之間，前基板靠近放電腔的一側設置透明介質層和保護膜，
前基板與透明介質層和保護膜之間設置若干條採用方波脈沖驅動的平行電 極，該方波脈沖驅動釆用頻率為15 60KHz的方波電壓驅動，上升、下降沿 的時間為50 ~ 300ns;平行電極，後差^反上靠近放電腔的一側塗覆三色螢光本發明的相鄰兩根平行電極之間的間距大於等於3mm。 本發明的放電腔內充入Ne、 Xe的混合氣體，其中Xe的比例大於等於20%。 本發明的放電腔內氣體壓力為400 700Torr。 本發明的放電腔的高度為間距為0. 7 ~ 1. 5mm。
基於本發明的等離子平板光源的方波脈衝驅動方法，採用頻率為15 ~ 60KHz的方波脈衝驅動，上升和下降沿的時間為50~ 300ns， -使得等離子體 放電發生在方波頂端，並使等離子體發生飽和的頻率在低頻段向高頻方向延 伸。
本發明採用上述技術方案，與現有技術相比具有如下優點
1 、本發明的等離子體平板光源通過立體結構的電極將表面電極間的放
電引向放電空間的內部，使等離子體放電產生的紫外光更有效地被吸收，從
而提高發光效率。
2、 本發明的等離子體平板光源實現了放電電極間的長路徑放電和放電 空間的大間距放電，從而實現了在平板等離子體結構中的正柱區放電，極大 的改善了發光效率和亮度。
3、 本發明的等離子體平板光源實現了方波脈衝頂端觸發引發等離子體 放電，有效的利用了驅動電壓，使最佳驅動頻率提高，進一步改善了發光效 率和亮度。
4、 本發明採用具有陡峭上升沿和下降沿的快速方波脈沖驅動方式，該 驅動方式相對於較緩的上升沿和下降沿的慢速方波脈衝驅動，使等離子體放 電發生在方波的頂端，避免了慢速脈沖驅動下等離子體放電發生在電壓上升 的過程中，提高了電壓的利用率，從而提高了發光亮度和發光效率，並且使 等離子體發生飽和的頻率在低頻段向高頻方向延伸，從而延伸了等離子體平 板光源發生亮度飽和的頻率，該頻率才艮據Xe氣比例而定。對於20%的Xe氣 比例的背光源，當採用頻率為15-60KHz的方波電壓驅動，當上升、下降沿 的時間為100ns的快速脈衝，相對1000ns的慢速脈沖驅動，亮度、發光效 率均提高2倍多，並使飽和頻率由30kHz延伸到60kHz。


圖1為本發明的等離子體平板光源的結構示意圖。
圖2是本發明的等離子體平板光源低頻方波示意圖。 圖3a是本發明在100ns下採用快速脈沖的方波脈衝及等離子體紅外放 電圖像。
圖3b是在1000ns下採用慢速脈衝驅動的方波脈衝及等離子體紅外放電 圖像。
圖4是本發明的發光亮度在不同上升時間方波脈衝下隨頻率的變化曲線 對比。
圖5是本歲郎 對比。
圖6是本發明具有平面凸起的平行電極示意圖
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明的技術方案進行詳細描述
如圖1所示，本發明的等離子平板光源包括前基板1、後基板2、放電 腔3，放電腔3設置在前基板1、後基板2之間，前基板l靠近放電腔的一 側設置透明介質層和保護膜5,前基板1與透明介質層和保護膜5之間設置 若干條釆用方波脈衝驅動的平行電極4,該方波脈衝驅動採用15 ~ 60的方波 電壓驅動，上升、下降沿的時間為100ns;後基才反2上靠近;^文電腔3的一側 塗4隻三色螢光升分的混合層6 。
本發明的相鄰兩根平行電極4之間的間距大於等於3mm。
本發明的放電腔3內充入Ne、 Xe的混合氣體，其中Xe的比例大於等於 20%。本發明的放電腔3內氣體壓力為400 700Torr。
本發明的放電腔3的高度為間距為0. 7 ~ 1. 5mm。
本發明的方波脈衝驅動方法採用15-60的方波脈衝驅動，上升和下降 沿的時間為100ns,使得等離子體放電發生在方波頂端，並使等離子體發生 飽和的頻率在低頻段向高頻段延伸。
本發明的等離子體平板光源的工作模式及原理是，當一定頻率的方波作用在前基板的一對對平行電極上，方波電壓幅值超過工作氣體的著火電壓，氣體電離放電，產生的深紫外光激發混合螢光粉發出白色可見光。通常等離子體平板光源的放電模式為負輝區放電，亮度隨驅動頻率提高而上升，發光效率隨驅動頻率提高顯著下降。上述結構等離子體平板光源，採用大電極間隙的電極結構，釆用低頻方波觸發驅動，得到放電模式為正柱區放電，當縮
短方波的上升時間，將使等離子體放電在方波脈衝的頂端發生，圖3a是不同時間比例下100ns的方波脈衝及等離子體紅外放電圖像，上圖為2ps/div,下圖為100ns/div。圖3b是不同時間比例下1000ns的方波月永衝及等離子體紅外》文電圖^f象，上圖為2fis/div,下圖為500ns/div。由圖3可見所示，在快速脈衝驅動下，放電發生在脈沖頂端，而在慢速脈衝驅動下，放電發生在脈沖上升的過程中，使電壓的利用率不夠。亮度和發光效率在上升下降時間由1000ns縮短為100ns時隨頻率變化的曲線如圖4、 5所示，由圖4可見，加快了脈衝上升及下降沿時間，使在相同頻率下亮度大大提高，如在60 kHz下，亮度由約4000cd/n^提高到11000 cd/m2，提高了2倍多。並且由圖4可見，亮度的變化趨勢是隨頻率提高趨於飽和，在低頻範圍內，存在一個最佳驅動頻率，同時使亮度和發光效率都具有較大的值。當其它結構條件不變，在20。/。的Xe氣比例下，最佳頻率為20KHz 30KHz。而加快了^p中的響應時間，可使亮度的飽和頻率向高頻段變化，由原來的約30kHz變成60kHz，使平板光源工作在較高的最佳頻率而得到較高的亮度。由圖5可見，發光效率依然遵循隨頻率增加而下降的規律，但在相同頻率下，發光效率大大提高，如在20 kHz,發光效率由原來的51m/W提高到121m/W，在60 kHz,發光效率由原來的21m/W提高到51m/W。
實施例二，釆用快速脈衝驅動的等離子體平板光源結構如圖1所示，其中的前J^反1上平行電極為帶有平面凸起的電極9，如圖6所示，其餘條件不變，當低頻快速方波觸發驅動上述等離子體平板光源，同樣獲得較高的發光亮度和發光效率，工作原理同實施例一。
實施例三，當Xe比例高於20%,直至100%的純Xe氣體，在低頻快速方波驅動下，同樣獲得相對於慢速方波驅動下的高發光亮度和發光效率，但最
佳頻率隨Xe比例不同而不同。工作原理同實施例一，構成了一組實施例。
本實施例僅給出了部分具體的應用例子， <旦對於本領i或的4支術人員而言，還可根據以上啟示設計出多種變形產品，這仍被認為涵蓋於本發明之中。
權利要求
1、一種等離子平板光源，其特徵在於包括前基板(1)、後基板(2)、放電腔(3)，放電腔(3)設置在前基板(1)、後基板(2)之間，前基板(1)靠近放電腔的一側設置透明介質層和保護膜(5)，前基板(1)與透明介質層和保護膜(5)之間設置若干條採用方波脈衝驅動的平行電極(4)，該方波脈衝驅動採用頻率為15～60KHz的方波電壓驅動，上升、下降沿的時間為50～300ns；後基板(2)上靠近放電腔(3)的一側塗覆三色螢光粉的混合層(6)。
2、 根據權利要求1所述的具有快速方波驅動的等離子平板光源，其特 徵在於上述平行電極(4)具有平面凸起。
3、 根據權利要求1所述的具有快速方波驅動的等離子平板光源，其特 徵在於上述相鄰兩根平行電極(4)之間的間距大於等於3mm。
4、 根據權利要求1所述的具有快速方波驅動的等離子平板光源，其特 徵在於上述力丈電腔(3)內充入Ne、 Xe的混合氣體，其中Xe的比例大於等 於20%。
5、 根據權利要求4所述的具有快速方波驅動的等離子平板光源，其特 徵在於上述》文電腔(3)內氣體壓力為400 ~ 700Torr。
6、 根據權利要求1所述的具有快速方波驅動的等離子平板光源，其特 徵在於上述放電腔(3 )的高度為間距為0. 7 ~ 1. 5mm。
7、 基於權利要求1所述的等離子平板光源的方波脈沖驅動方法，其特 徵在於採用頻率為15 60KHz的方波脈衝驅動，上升和下降沿的時間為50~ 300ns,使得等離子體放電發生在方波頂端，並使等離子體發生飽和的頻率 在低頻段向高頻方向延伸。
全文摘要
一種等離子平板光源及其方波脈衝驅動方法，涉及一種等離子體平板光源的方波驅動模式的技術領域。本發明採用頻率為15～60KHz的方波脈衝驅動，上升和下降沿的時間為50～300ns的快速脈衝，使得等離子體放電發生在方波頂端，並使等離子體發生飽和的頻率在低頻段向高頻方向延伸。本發明的放電腔設置在前基板、後基板之間，前基板靠近放電腔的一側設置透明介質層和保護膜，前基板與透明介質層和保護膜之間設置平行電極，後基板上靠近放電腔的一側塗覆三色螢光粉的混合層。本發明目的是為改善現有等離子體平板光源的發光效率和發光亮度的特性，使等離子體平板光源在方波脈衝的頂端開始放電，提高了方波脈衝的利用率，從而改善發光效率和發光亮度。
文檔編號H05B41/36GK101515534SQ20091003032
公開日2009年8月26日 申請日期2009年3月11日 優先權日2009年3月11日
發明者傑 劉, 哈姆·託勒, 淵 崔, 張子南, 青 李, 楊蘭蘭, 湯勇明, 鄭姚生 申請人:東南大學