用於彩色等離子體顯示板中產生氣體放電的三元混合氣的製作方法
2023-05-06 04:34:26
專利名稱：用於彩色等離子體顯示板中產生氣體放電的三元混合氣的製作方法
技術領域：
本發明涉及彩色等離子體顯示板領域，特別涉及彩色等離子體顯示板中所充的放電氣體種類和配比的改進。
各種直流(DC)或交流(AC)驅動的彩色等離子體顯示板(PDP)已經研製出來，並已投入批量生產。在顯示板中實現彩色顯示是在板內發光象素內塗復三基色螢光粉，並且充入稀有氣體，依靠所充氣體的放電產生紫外光輻射，激發螢光粉發出可見光。顯示板內氣體放電以後，在電極之間形成等離子體，所以這種氣體放電顯示板通常稱為等離子體顯示板(PDP)。顯示板的充氣種類、配比和壓強會影響放電的著火電壓，顯示板的發光亮度、光效和色純。所以，在放電板的放電單元結構確定之後，稀有氣體種類的選擇，配比的優化，壓強的確定對於提高顯示器件的性能起決定性作用。目前，彩色等離子體顯示板內通常充入含Xe的二元或三元混合氣。氣體放電時，通過Xe原子的受激躍遷輻射出真空紫外線(波長＜200nm，其中以147nm輻射為主)激發螢光粉發光。
從1993年日本富士通公司開始了21英寸表面放電型PDP的量產以來，日本至少有6家公司宣布了彩色PDP的產業化。它們是富士通，NEC，三菱，先鋒，日立和松下等公司。在這些量產化的製造技術中，彩色PDP放電單元所充的氣體，大多是He-Xe，Ne-Xe二元混合氣和He-Ne-Xe的三元混合氣。例如富士通21英寸AC-PDP中充入Ne+4％Xe二元氣，充氣壓力600Torr(內池平樹プラズマデイスプレイはここまできた電氣學會誌平成8年8月號)。
日本NEC公司40英寸AC-PDP中充入70％He+30％Ne+Xe(1～4％)三元氣，壓力500Toor(Invited paperDrive for 40 in Diagonal Full-Collor AC Plasma Display，Kawasaki等SID 95 DIGEST.P807)。三菱公司在其模擬PDP放電板中採用Ne+5％Xe(Shigeki Harada等「高亮度高清晰度表面放電AC-PDP的研究」96年SID亞洲年會論文)等等。
這些公司所採用的Ne-Xe二元氣或He-Ne-Xe三元氣中，Xe的含量為4～5％，充氣壓強超過2/3大氣壓，放電時，Xe所產生的真空紫外輻射(主要是波長為147nm的諧振輻射和170nm附近的連續輻射)比較強，使PDP的發光亮度和光效得到提高。這些公司的40英寸PDP產品，亮度已達到250～300cd/m2，光效1.2lm/w。但是採用這種含Xe比例高的Ne-Xe或He-Ne-Xe混合氣，當放電間隙大於100um時，氣體的著火電壓至少大於210伏，要求放電的維持電壓大於180伏。這就要求提高驅動電路的工作電壓，增大輸入功率。器件耐壓要求的提高帶來電路製作難度和成本的增加。為了降低工作電壓，一種可選擇的方法是採用Ne+1％Xe的二元混合氣。實驗表明，當放電間隙為100um時，充Ne+1％Xe二元混合氣，AC-PDP的著火電壓可降至170～180v，但是由於Ne氣在氣體放電時在可見光譜的橙色輻射較強，破壞了三基色螢光粉發光的色純，另外由於含Xe量少，PDP的亮度和光效都較低。
一個具有商品生產前景的彩色AC-PDP必須具有長壽命，低工作電壓，足夠的亮度或光效，良好的色純。但是最近已存在的器件都還沒有同時滿足這些要求。因此就顯示板的充氣而言，還存在不斷改善的餘地。
本發明的目的在於克服上述現有技術的缺點，為彩色交流等離壓，並且具有足夠的亮度，光效，壽命和良好的色純。
根據本發明，用於彩色等離子體顯示板的放電氣體由三元混合氣Ne，Xe和Ar氣所組成。Xe氣的百分比選擇從1％到5％，Ar氣的百分比從0.5％到4％，其餘為Ne氣。充氣的總壓強從200Torr到600Torr(26.6KPa到79.8KPa)。其中氙氣和氖氣成分是產生輝光放電等離子體，放電時氙氣能輻射出真空紫外線來激發螢光粉發出可見彩色光。氬的作用是降低放電的著火電壓，補償氖氣放電產生的橙色光譜，改善白場的色純。同時氬的存在還能提高氙的真空紫外輻射強度，有利於顯示板亮度和光效的提高。上述百分比為體積百分比。
圖1是表面放電型彩色等離子體顯示板的示意圖。
圖2是顯示板的垂直剖面圖。
圖3是本發明的實施例之一。
參見圖1，表面放電型彩色等離子體顯示板由上玻璃基板1和下玻璃基板2通過氣密性封接組成一體。在上基板1沿水平X方向排列著許多配對的平行顯示電極3和4，由低熔點玻璃組成的介質層5塗復在顯示電極表面，然後再塗覆一層MgO薄介質層6。在下基板沿垂直Y方向用低熔點玻璃印刷法製成許多平行分隔的絕緣障壁7，在障壁之間有相應的尋址電極8，在電極8上同樣有介質層覆蓋。在每條障壁之間，依次印刷三基色螢光粉9。螢光粉漿料的流動性能保證螢光粉緊貼障壁7的側面和下基板2的上表面。
參見圖2，上下基板封接後，在障壁之間就產生了由障壁高度決定的空間。在這些空間中充入由稀有氣體組成的二元或三元混合氣10。由顯示電極3，4和尋址電極8的交叉點確定了相應的放電單元。顯示電極3和4之間施加脈衝電壓，達到氣體的擊穿電壓後，在氣體空間會形成等離子體11。等離子體中紫外輻射線激發螢光粉9產生可見光。靠尋址電極8的選擇性尋址，適當的混合三基色就可產生彩色顯示。
根據本發明，靠改進稀有氣體10的組成，即在Ne，Xe二元氣體中加入規定比例的Ar氣後，能使上述等離子體顯示板的特性得到顯著的改善。
本發明的三元氣體的組成為Xe氣百分比從1％到5％，Ar氣百分比從0.5％到4％，其餘為Ne氣。其中Xe氣的比例增加能顯著提高顯示板的亮度和改善白場的色坐標，但Xe的含量太高將使工作電壓提高。Ar氣的加入能顯著降低工作電壓，進一步改善顯示板的光效和白場的色坐標，使之更接近CIE規定的白場色坐標。
三元氣體的充氣壓強從200Torr到600Torr。提高充氣壓強能提高顯示板亮度和光效，延長器件的壽命，同時可提高顯示板的記憶裕度。板的記憶裕度是由象素表面放電的著火電壓Uf和熄火電壓Ue之差來決定的。記憶裕度大的顯示板，在選定的維持電壓下，能夠穩定地工作。但是過高的充氣壓強將帶來工作電壓的提高。
圖3為發明實例之一充Ne+1％Xe+0.5％Ar的表面放電著火電壓和氣壓的關係，其中橫坐標(P)表示氣壓，縱坐標(Uf)表示放電著火電壓，顯示電極的間隙g＝84um，曲線最小值的充氣壓強為180Torr。實際充氣壓強必須選在曲線的右支，並遠離曲線最小值為好。充氣壓強的上限為600Torr。必須說明，以上數據是顯示板在充氣後系統上進行動態充氣時測得的，即通常所謂臺上測試。如將顯示板充氣後封離，進行臺下測試，則相應的著火電壓將下降。這從表(2)的測試結果可以看到。
在Ne+Xe二元氣中充入第三種成分Ar氣，可以降低工作電壓，提高發光亮度，改善白場色坐標。其工作原理如下1)在Ne+Xe+Ar三元氣體中，除了Ne原子的亞穩態Nem對Xe原子的潘寧電離外又增加了Nem對Ar原子的潘寧電離，後者的產生機率高於前者，所以少量Ar的加入能明顯降低混合氣的著火電壓。潘寧電離過程是式中，Ne的亞穩態能量16.62ev大於Ar的電離能15.7ev，滿足第二類非彈性碰撞時內能轉換條件，即滿足潘寧電離條件。這種碰撞發生時，內能轉換機率高於Nem與Xe之間的內能轉移機率。
由於在相同的條件下，Ne+Xe+Ar三元氣的著火電壓比Ne+Xe二元氣為低。我們就可以選擇更高的三元氣的充氣壓強。在較低的工作電壓下得到顯示板亮度的提高。2)三元氣放電時，產生Ar原子激發態，Ar在可見光區的400～470nm波段有很豐富且發光強度較大的藍色輻射，幾乎沒有黃色和紅色輻射。Ar原子的藍色輻射和Ne原子的橙紅輻射及綠色輻射互補後，可形成白光輸出。故氣體成分中增加Ar後，白場坐標值比Ne+Xe二元氣有明顯的減小。更接近於CIE的6550K白場色坐標。3)Ne+Xe+Ar三元氣放電時，由於Ar的亞穩態的存在(Ar的亞穩態能級Em＝11.55ev)，在Ar+Xe原子之間，有可能產生共振轉移激發，即Arm將Xe原子激發到高能級態Xe**，例如激發到Xe的2P5態(E＝9.89ev)，Xe**在逐次退激過程中，也會產生Xe的諧振輻射。例如先從2P5態躍遷到1S4態，輻射828nm，再從1S4態躍遷到基態，產生147nm的諧振輻射。
模擬計算結果表明，在Ne-Xe-Ar三元氣中，當Ar的含量為0.5％時，得到Xe的諧振激發態1S4的最大濃度。因此Xe的147nm輻射增強，顯示板的亮度和光效提高。
表(2)為21英寸AC-PDP充入Ne-Xe-Ar三元氣和充入Ne-Xe二元氣時的效果對比測試值。在同一塊U90603#PDP顯示板中，例如充入Ne+1％Xe，200torr時，全屏著火電壓為170v。充入Ne+1％Xe+0.5％Ar三元氣時，著火電壓為170v時，壓強可增大至300Torr。在大致相同的功率下，顯示版的中心亮度提高了24％。同時，色坐標下降(ΔX＝-0.16，ΔY＝-0.21)，使白場的色坐標更接近於CIE，6550K時的白場色坐標。在同一塊板上，如在三元氣中再增加1％Xe的含量，顯示板中心亮度幾乎比二元氣時提高1倍，白場色坐標也有進一步的改善，但是全屏著火電壓也有明顯的增高。在U90608#PDP顯示板中，充入Ne+1.5％Xe+0.5％Ar三元氣，氣壓為300Torr時，比充Ne+1％Xe二元氣200torr時，著火電壓提高5v。而在相同的輸入功率下，充三元氣時，屏的中心亮度比充二元氣時提高了24％。同時，白場色坐標也有明顯的改善。
權利要求
1.用於彩色等離子體顯示板中產生氣體放電的三元混合氣，包括Ne、Xe，其特徵在於，還包括Ar，Xe的百分比為1％～5％，Ar的百分比為0.5％～4％，其餘為Ne。
2.根據權利要求1所述的三元混合氣，其特徵在於，充氣的總壓強為200Torr到600Torr。
全文摘要
一種彩色等離子體顯示板中產生氣體放電的三元混合氣,用於彩色等離子體顯示板的放電氣體由三元混合氣Ne,Xe和Ar氣所組成,Xe氣的百分比選擇從1%到5%,Ar氣的百分比從0.5%到4%,其餘為Ne氣。充氣的總壓強從200Torr到600Torr(26.6KPa到79.8KPa)。
文檔編號G09G3/28GK1255698SQ9911592
公開日2000年6月7日 申請日期1999年12月3日 優先權日1999年12月3日
發明者姚宗熙 申請人:西安交通大學