Brevet FR2858727A1 — publié le 20050211

DISPOSITIF DE GENERATION D'UNE RAMPE DE TENSION DANS UN CIRCUIT DE COMMANDE POUR ECRAN PLASMA La présente invention concerne un dispositif de génération d'une rampe de tension dans un panneau d'affichage à plasma. Les panneaux d'affichage à plasma, appelé par la suite PAP, sont des écrans de visualisations plats. Ils comprennent généralement deux dalles isolantes parallèles, portant chacune un ou plusieurs réseaux d'électrodes et délimitant entre elles un espace rempli de gaz. Les dalles 10 sont assemblées l'une à l'autre de manière à définir des intersections entre les électrodes desdits réseaux. Chaque intersection d'électrodes définit une cellule élémentaire à laquelle correspond un espace gazeux partiellement délimité par des barrières et dans lequel se produit une décharge électrique lorsque la cellule est activée. Classiquement, deux réseaux d'électrodes 15 croisées, disposés chacun sur une dalle différente, servent à adresser des décharges dans les cellules et deux réseaux d'électrodes coplanaires parallèles servent à entretenir ces décharges. Généralement, un des réseaux d'électrodes coplanaires sert à la fois à l'adressage et à l'entretien. Le panneau comporte alors trois réseaux d'électrodes. Dans la suite de la 20 description, on désigne par A le réseau d'électrodes servant uniquement à l'adressage des cellules du PAP, par X le réseau d'électrodes servant uniquement à l'entretien des cellules du PAP et par Y le réseau d'électrodes servant à la fois à l'adressage et à l'entretien des cellules du PAP. Les réseaux X et Y sont disposés sur la même dalle et les électrodes du réseau 25 A sont orthogonales à celles du réseau X et du réseau Y. Ces réseaux sont recouverts d'une couche diélectrique, notamment pour apporter un effet mémoire. Cette couche diélectrique est elle-même recouverte d'une couche de protection et d'émission d'électrons secondaires, généralement à base de magnésie. Chaque électrode du réseau X forme avec une électrode du réseau Y une paire d'électrodes délimitant entre elles une succession de zones de décharges lumineuses, généralement réparties le long d'une ligne de zones de décharges du panneau. Les réseaux d'électrodes X et Y desservent donc des lignes de zones de décharge, alors que le réseau 35 d'électrodes A servant seulement à l'adressage dessert des colonnes de zones de décharges. Les zones de décharges lumineuses forment, sur le panneau, une matrice bi-dimensionnelle. Les zones de décharge adjacentes, au moins celles qui émettent des couleurs différentes, sont généralement délimitées par des barrières. Les parois des zones de décharges lumineuses sont généralement revêtues partiellement de luminophores sensibles au rayonnement ultraviolet des 5 décharges lumineuses. Des zones de décharge adjacentes sont dotées de luminophores émettant des couleurs primaires différentes, de sorte que l'association de trois zones adjacentes forme un élément d'image ou pixel. Lorsque le panneau à plasma est en fonctionnement, pour afficher une image, on procède à une succession d'affichages ou de sous10 affichages à l'aide de la matrice de zones de décharges. Chaque sousaffichage comprend généralement les étapes suivantes: - d'abord, une étape sélective d'adressage qui a pour but de modifier les charges électriques sur la couche diélectrique dans chacune des zones de décharges à activer, par application d'au moins une impulsion de 15 tension entre les électrodes des réseaux A et Y se croisant dans ces zones, - ensuite, une étape non sélective d'entretien pendant laquelle on applique une succession d'impulsions de tension entre les électrodes des réseaux X et Y de manière à provoquer une succession de décharges lumineuses uniquement dans les zones de décharges qui ont été 20 préalablement activées. A l'issue d'un sous-affichage, les zones de décharge peuvent se trouver dans des états très différents de tensions électriques internes, notamment selon que ces zones ont été ou non activées lors de ce sousaffichage; d'autres facteurs contribuent à cette dispersion des états de 25 tensions internes, comme la nature des luminophores correspondant à ces zones, les fluctuations inévitables des caractéristiques dimensionnelles de ces zones de décharge, les fluctuations de composition de surface des parois de ces zones, qui sont liées aux procédés de fabrication de panneaux. Afin d'homogénéiser l'état des tensions internes des zones de décharge à adresser, la plupart des étapes d'adressage sont précédées d'une étape d'égalisation de ces zones qui vise essentiellement à remettre toutes les zones de décharge à adresser dans un même état de tension interne, qu'elles aient été activées ou non pendant le sous-affichage 35 précédent; cette étape d'égalisation (dite de reset en langue anglaise) comprend classiquement une opération de formation de charges électriques ( priming en langue anglaise) suivie d'une opération d'ajustage des charges encore appelée "d'effacement" de ces charges à l'issue de laquelle, idéalement, les tensions internes au sein de chaque zone de décharge sont voisines des seuils d'allumage desdites zones. Pour chaque paire d'électrodes d'adressage ou d'entretien d'une 5 zone de décharge, on peut associer une tension externe appliquée entre ces électrodes et une tension interne dans l'espace de gaz séparant les matériaux qui recouvrent ces électrodes. La tension interne diffère généralement de la tension externe du fait des charges surfaciques qui se trouvent à la surface des matériaux isolants recouvrant les électrodes, à 10 I'interface entre ces matériaux diélectriques et le gaz de la zone de décharge. Ces charges surfaciques résultent d'une part d'un effet capacitif lié aux propriétés diélectriques des matériaux qui délimitent les zones de décharge, d'autre part d'une accumulation de charges dites "mémoire" 15 produites par les décharges précédentes dans le gaz de ces zones de décharge. On effectue généralement ces opérations de priming et d'effacement en appliquant une rampe de tension sur les électrodes du réseau Y du PAP, le potentiel sur les électrodes des réseaux X ou A du PAP 20 étant maintenu constant. Plus précisément, la formation de charges électriques dans les cellules du PAP est obtenue par application d'une rampe de tension croissante sur les électrodes du réseau Y et l'ajustage de celles-ci est obtenue par application d'une rampe de tension décroissante également sur les électrodes du réseau Y du PAP. Actuellement, dans les panneaux plasma, les rampes de tension sont générées par des montages utilisant des sources de tension continue et des transistors de puissance fonctionnant en mode linéaire. Ce fonctionnement en mode linéaire des transistors introduit alors des pertes d'énergie obéissant à une loi de type C.V2.Foù C représente la capacité 30 globale du groupe de cellules à égaliser, cette capacité étant celle du réseau d'électrode Y par rapport aux deux autres réseaux A et X, V est la tension de charge maximale à atteindre, de l'ordre de 400 à 600V et F le nombre de charges et décharges dans les cellules à chaque seconde. La puissance correspondante atteint aujourd'hui environ 10 W. Il est intéressant de 35 diminuer cette perte d'énergie, non seulement pour améliorer le rendement énergétique du dispositif, mais également pour réduire l'élévation de température des transistors dépensant cette énergie et réduire ainsi les dimensions de ces transistors et des radiateurs servant à dissiper cette énergie. Pour réduire ces pertes, il est connu de créer une résonance de la capacité du panneau plasma avec une inductance. Un tel dispositif est décrit 5 dans la demande de brevet international WO 02/058041 déposée au nom de LG Electronics Inc. Dans ce dispositif, les pertes d'énergie obéissent à une loi du type Rp.i2 où Rp est la résistance résiduelle du dispositif, celle-ci pouvant être réduite en choisissant des composants faiblement résistifs, ce qui représente un coût. Ce dispositif présente également les inconvénients 10 suivants: - la forme d'onde de la tension générée n'est pas une rampe de tension évoluant linéairement mais une portion de sinusoïde dont la forme est définie par la valeur de l'inductance employée pour créer la résonance; - la capacité globale du panneau étant de l'ordre de 80 nF à 15 100nF, la valeur de l'inductance doit donc être relativement élevée pour respecter les temps de montée et de descente des rampes de formation et d'effacement nécessaires; - en production, I'optimisation de la pente pour un panneau donné ne peut se faire que par un ajustage mécanique de la valeur de 20 I'inductance, ce qui est difficile en raison de la valeur élevée de celle-ci; - et enfin, le dispositif nécessite une source de tension supplémentaire en plus de celles utilisées pour l'adressage et à l'entretien des cellules. La présente invention propose un dispositif pour générer des rampes de tension dans les panneaux plasma générant peu de pertes d'énergie et palliant tout ou partie des inconvénients précités. La présente invention concerne un dispositif de génération d'une 30 rampe de tension dans un panneau d'affichage à plasma comprenant une pluralité de cellules, ladite rampe de tension étant appliquée sur des électrodes de cellules du panneau d'affichage au plasma pour former et/ou égaliser des charges électriques présentes sur les parois desdites cellules, ledit dispositif comportant une source de tension continue, une inductance, 35 des interrupteurs et des diodes, caractérisé en ce que, pour générer ladite rampe de tension, les interrupteurs fonctionnent en mode découpage. Selon un mode de réalisation particulier, le dispositif comporte quatre interrupteurs munis chacun d'une diode en parallèle. Le dispositif comporte alors: - une source de tension comprenant une borne positive et une borne négative, - des premier et deuxième interrupteurs montés en série entre la borne positive et la borne négative de la source de tension continue, des première et deuxième diodes étant montées respectivement en parallèle avec lesdits premier et deuxième interrupteurs, la cathode de ladite première 10 diode étant connectée à la borne positive de la source de tension continue et l'anode de ladite deuxième diode étant connectée à la borne négative de la source de tension continue, - une inductance dont une première extrémité est connectée à un point situé entre lesdits premier et deuxième interrupteurs, pour former un 15 circuit de résonance avec la capacité des cellules du panneau; - des troisième et quatrième interrupteurs montés en série entre les électrodes desdites cellules du panneau, des troisième et quatrième diodes étant montées respectivement en parallèle avec lesdits troisième et quatrième interrupteurs, la cathode de ladite troisième diode étant connectée 20 à une électrode desdites cellules du panneau et l'anode de ladite quatrième diode étant connectée à une autre électrode desdites cellules du panneau et à la borne négative de la source de tension continue, et - un circuit de commande pour commander l'ouverture et la fermeture des interrupteurs. D'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, la description faisant référence aux dessins annexés parmi lesquels: - la figure 1 est un dispositif de génération de rampe et de fronts 30 montants ou descendants conforme à l'invention; et la figure 2 est une courbe de tension illustrant les différentes phases de fonctionnement du dispositif de la figure 1. Selon l'invention, les interrupteurs du dispositif fonctionnent dans 35 un mode à découpage pour générer les rampes de tension. Les rampes de tension générées peuvent être croissantes ou décroissantes, cette croissance ou décroissance pouvant être linéaires ou non linéaires. La figure 1 illustre un dispositif conforme à l'invention. Le dispositif comprend une source de tension continue G délivrant une tension Vs, quatre interrupteurs M1, M2, M3 et M4, quatre diodes D1, D2, D3 et D4, et une inductance. Cp désigne la charge capacitive du panneau. Les interrupteurs M1 et M2 sont montés en série entre les bornes positive et négative de la source de tension continue G. Dans l'exemple présent, la borne négative de la source G est connectée à la masse sans que cela soit nécessaire. Les interrupteurs sont des transistors MOS de 10 puissance. Le drain du transistor M1 est connecté à la borne positive de la source de tension G, sa source est connectée au drain du transistor M2 et la source du transistor M2 est connectée à la borne négative de la source de tension G. Par ailleurs, la diode D1 est montée en parallèle avec le transistor M1, sa cathode étant connectée à la borne positive de la source de tension 15 G, et la diode D2 est montée en parallèle avec le transistor M2, son anode étant connectée à la borne négative de la source de tension G. Les interrupteurs M3 et M4 sont montés en série entre les électrodes du réseau Y du panneau plasma et la borne négative de la source de tension G. Le drain du transistor formant l'interrupteur M3 est 20 connecté aux électrodes d u réseau Y et sa source est connectée au drain du transistor formant l'interrupteur M4. La source du transistor M4 est connectée à la borne négative de la source de tension G. La diode D3 est montée en parallèle avec le transistor M3, sa cathode étant connectée au drain du transistor M3, et la diode D4 est montée en parallèle avec le 25 transistor M4, son anode étant connectée à la borne négative de la source de tension G. L'inductance L est connectée entre le point milieu des interrupteurs M1 et M2 et le point milieu des interrupteurs M3 et M4. Un circuit de commande (non représenté) est prévu pour commander l'ouverture et la fermeture des interrupteurs M1 à M4. Le fonctionnement de ce dispositif va être maintenant décrit en référence à la figure 2. La figure 2 représente, dans sa partie supérieure, un exemple de courbe de tension délivrée par le dispositif de la figure 1 et, dans sa partie inférieure, un tableau récapitulant les états des interrupteurs du dispositif pour chaque portion de courbe. La courbe de la partie supérieure de la figure 2 illustre plusieurs phases de fonctionnement du dispositif de la figure 1. Cette courbe est donnée à titre d'exemple pour décrire les différentes formes de tension que l'on peut obtenir avec le dispositif de la figure 1. En conditions de fonctionnement réelles, ces phases ne se succèdent pas comme indiquée dans cette figure. Cette succession a simplement pour objet de montrer que ce dispositif permet de générer des rampes de tension croissantes et décroissantes ainsi que des fronts de tension montants et descendants. Ces phases sont numérotées de 1 à 9. Pendant chaque phase, les interrupteurs du dispositif sont soit à l'état ouvert, soit à l'état fermé, soit en mode découpage dans lequel ils alternent entre un état fermé et un état ouvert avec une fréquence de découpage f. Le tableau de la partie inférieure de la figure 2 montre l'état des interrupteurs du dispositif pour chaque phase de fonctionnement. Chaque colonne du tableau se rapporte à une phase de fonctionnement du dispositif identifiée par son numéro et chaque ligne du tableau se rapporte à un interrupteur. Dans le tableau, les interrupteurs dans un état fermé sont notés "on", les interrupteurs dans un état ouvert sont notés "off" et les interrupteurs fonctionnant en mode découpage sont notés "mode découpage". Pendant la phase numérotée 1, le signal de tension délivré par le dispositif est une rampe de tension croissante superposée à la tension 20 continue Vs. Pendant cette phase, l'interrupteur M1 est dans un état fermé, les interrupteurs M2 et M3 sont dans un état ouvert et l'interrupteur M4 fonctionne en mode découpage. L'inductance L se charge lorsque l'interrupteur M4 est conducteur (état fermé) et se décharge via la diode D3 dans la capacité Cp lorsqu'il est ouvert. Pendant cette phase, la tension 25 délivrée par le dispositif atteint Vp=400 V. Cette tension peut être obtenue, sans générateur de tension supplémentaire, grâce à la présence de l'inductance L. Cette rampe de tension positive est notamment utilisée pendant la phase de "priming" des cellules du panneau plasma. Une autre méthode pour obtenir cette rampe de tension 30 croissante consiste à faire fonctionner l'interrupteur M1 en mode découpage pour obtenir une meilleure linéarité en début de rampe. Dans ce mode de fonctionnement, le fonctionnement de l'interrupteur M1 est synchronisé sur celui de l'interrupteur M4. L'inductance L se charge lorsque M1 et M4 sont fermés et se décharge via les diodes D2 et D3 dans la capacité Cp lorsqu'ils 35 sont ouverts. A chaque ouverture/fermeture des interrupteurs M1 et M4, la tension aux bornes de Cp augmente de dVp. Pendant la phase 2, la tension générée est un front descendant passant de Vp à Vs. Ce front est obtenu en fermant l'interrupteur M3 et en ouvrant les interrupteurs M1, M2 et M4. Le transistor M3 est maintenu dans l'état fermé pour l'inductance L entre en résonance avec la capacité Cp. De 5 l'énergie est transférée de la capacité Cp vers la source d'alimentation G via la diode D1. Pendant la phase 3, la tension générée est une rampe décroissante passant de Vs à une tension plus faible, par exemple 0 volt si la borne négative de la source G est connectée à la masse. Pendant cette 10 phase, les interrupteurs M2 et M3 fonctionnent en mode découpage et les interrupteurs M1 et M4 sont dans un état ouvert. Les interrupteurs M2 et M3 sont commandés de façon synchronisée et sont simultanément dans le même état. Lorsque ces derniers sont en position fermée, la tension aux bornes de la capacité Cp baisse et de l'énergie est transférée de la capacité 15 Cp vers l'inductance L et, lorsqu'ils sont en position ouverte, l'énergie emmagasinée dans L est transférée à la source de tension G via les diodes D1 et D4. Pendant la phase 4, la tension générée est un front montant en mode résonant passant de la tension V à la tension Vs. Pendant cette 20 phase, l'interrupteur M1 est en position fermée et les autres sont en position ouverte. L'inductance L forme avec la source de tension Vs, la capacité Cp et la diode D3 un circuit résonant. L'interrupteur M1 est maintenu en position fermée le temps nécessaire pour que la tension aux bornes de la capacité Cp atteigne la valeur désirée, en l'occurrence ici la valeur Vs. Ceci est par 25 exemple obtenu après décharge complète de l'inductance L dans la capacité Cp. La phase 5 correspond à une phase de repos où tous les interrupteurs du dispositif sont en position ouverte. Il n'y a pas de transfert d'énergie pendant cette phase. La tension Vs est maintenue dans la 30 capacité Cp. Pendant la phase 6, la tension générée est un front descendant passant de Vs à 0 volt. Pendant cette phase, les interrupteurs M2 et M3 sont en position fermée et les interrupteurs M1 et M4 en position ouverte. De l'énergie est transférée de la capacité Cp vers l'inductance L. La phase 7 est identique à la phase 5 et correspond à une phase de repos où tous les interrupteurs du dispositif sont en position ouverte. Pendant cette phase, l'énergie accumulée dans l'inductance L est transférée vers la source de tension G via les diodes D1 et D4. La tension aux bornes de la capacité Cp est maintenue à zéro. La phase 8 est une phase pendant laquelle la tension générée est une rampe de tension croissante passant de 0 à Vs. Pendant cette phase, 5 les interrupteurs M1 et M4 fonctionnent en mode découpage, les autres interrupteurs étant dans un état ouvert. Pendant la conduction de M1 et M4, I'inductance L se charge en énergie sous la tension Vs puis, après ouverture de ceux-ci, transfère ladite énergie vers la capacité Cp via les diode D2 et D3. Enfin, la phase 9 est une phase de repos identique à celle de la phase 7. La tension obtenue en fin de phase 8 aux bornes de la capacité Cp est maintenue aux bornes de celle-ci. En pratique, la fréquence de découpage des interrupteurs est comprise entre 100 et 500 Khz. A chaque cycle de découpage, la tension 15 aux bornes de la capacité Cp varie d'une quantité dV. La pente de la rampe est ajustée en agissant sur la fréquence de découpage et le temps de conduction des interrupteurs en mode découpage. Le dispositif de l'invention comporte de nombreux avantages 20 notamment les suivants: - faibles pertes dans les transistors en raison de leur utilisation en mode découpage; - possibilité de régler la pente de la rampe en agissant sur la fréquence et le rapport cyclique de découpage des interrupteurs, sans être 25 dépendant des tolérances de l'inductance; ce contrôle de la pente peut se faire aussi par une boucle de régulation comparant l'information de tension ou de courant du panneau à une rampe analogique ou numérique de référence; - possibilité d'adapter la pente de la rampe tout au long de la vie 30 du panneau plasma pour par exemple compenser l'évolution de la couche de magnésie des cellules; - ne nécessite pas de source de tension continue supplémentaire; la source de tension utilisée est déjà présente dans le panneau plasma pour l'entretien des cellules; - possibilité de prévoir une table de type LUT pour mémoriser plusieurs valeurs de pente et de régler automatiquement la pente des rampes par lecture de ladite table. REVENDICATIONS 1. Dispositif de génération d'une rampe de tension dans un 5 panneau d'affichage à plasma comprenant une pluralité de cellules, ladite rampe de tension étant appliquée sur des électrodes des cellules du panneau d'affichage au plasma pour former et/ou égaliser des charges électriques présentes sur les parois desdites cellules, ledit dispositif comportant une source de tension continue, une inductance, des 10 interrupteurs et des diodes, caractérisé en ce que, pour générer ladite rampe de tension, au moins un desdits interrupteurs fonctionnent en mode découpage. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il 15 comporte: - une source de tension (G) comprenant une borne positive et une borne négative, et générant une tension continue positive (Vs), - des premier et deuxième interrupteurs (M1,M2) montés en série entre la borne positive et la borne négative de la source de tension continue, 20 des première et deuxième diodes (D1,D2) étant montées respectivement en parallèle avec lesdits premier et deuxième interrupteurs (M1,M2), la cathode de ladite première diode (D1) étant connectée à la borne positive de la source de tension continue et l'anode de ladite deuxième diode (D2) étant connectée à la borne négative de la source de tension continue, une inductance (L) dont une première extrémité est connectée à un point situé entre lesdits premier et deuxième interrupteurs (M1,M2), pour former un circuit de résonance avec la charge capacitive (Cp) des cellules dudit panneau; - des troisième et quatrième interrupteurs (M3,M4) montés en 30 série entre lesdites électrodes des cellules du panneau d'affichage au plasma, des troisième et quatrième diodes (D3,D4) étant montées respectivement en parallèle avec lesdits troisième et quatrième interrupteurs (M3,M4), la cathode de ladite troisième diode (D3) étant connectée à une électrode des cellules du panneau et l'anode de ladite quatrième diode (D4) 35 étant connectée à une autre électrode des cellules du panneau et à la borne négative de la source de tension continue, et un circuit de commande pour commander l'ouverture et la fermeture des interrupteurs. 3) Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que pour 5 générer une rampe de tension croissante, ledit quatrième interrupteur (M4) fonctionne en mode découpage tandis que ledit premier interrupteur (M1l) est placé dans un état fermé et les deuxième et troisième interrupteurs (M2,M3) sont placés dans un état ouvert. 4) Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que pour générer une rampe de tension croissante, lesdits premier et quatrième interrupteurs (M1,M4) fonctionnent en mode découpage de manière synchronisée tandis que lesdits deuxième et troisième interrupteurs (M2, M3) sont placés dans un état ouvert. 5) Dispositif selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que pour générer une rampe de tension décroissante, lesdits deuxième et troisième interrupteurs (M2, M3) fonctionnent en mode découpage de manière synchronisée tandis que lesdits premier et quatrième interrupteurs 20 (M1,M4) sont placés dans un état ouvert.