(57)【要約】      （修正有）【課題】光出力と入力電力の比である効率を高め、寿命も改善する。【解決手段】表示セルの背面と前面に設けた駆動電極線を直交させ、それぞれの電極線に囲まれた領域を１画素とし、それぞれの電極に交互の向きの差動高周波電流を流し、上面電極線に流れる差動電流の周波数と背面電極線に流れる差動電流の周波数を一致させ、その間の位相差は＋９０度または−９０度とし、１画素の領域に円偏波駆動された渦電流が流れ、電離（ポンピング）と放射（再結合）の遷移を繰り返して蛍光体を紫外線励起して発光させる。【効果】無電極円運動とすることでＰＤＰの効率が０．３％から１％以上に改善され、またＰＤＰの寿命が５万時間から２０万時間になった。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
＜無電極駆動＞
ＰＤＰ表示セルの背面と前面に設けた駆動電極線を直交させ、それぞれの電極線に囲まれた領域をＲＧＢいずれかの１画素とし、それぞれの電極に交互の向きの差動高周波電流を流し、上面電極線に流れる差動電流の周波数と背面電極に流れる差動電流の周波数を一致させた高調波の少ない単一周波数とし、その間の位相差は＋９０度または−９０度として、１画素のプラズマ領域に円偏波駆動された渦電流が流れ、電離（ポンピング）と放射（再結合）の軌道遷移を繰り返してＲＧＢの蛍光体を紫外線励起してＲＧＢ発光させる形とすることにより、従来のＡＣ方式ではプラズマが表示電極に向かうピストン運動によって壁面や電極に衝突して熱になる損失と損傷を無くす渦電流駆動方式とすること。また直交する差動電極線間の位相差を＋９０度と−９０度を交互に繰り返してＡサイクルとＢサイクルとし、市松様の画素領域全体をカバーすること。
【請求項２】
＜輝度制御の方法＞
渦電流駆動方式の新ＰＤＰに於いて、透明または不透明の輝度制御電極（ゲート）を設け、対面駆動電極との電位差を無くしてＯＮ状態とし、正または負の静電位差を与えて電子とイオンを両面に分離してＯＦＦ状態とすること。また輝度制御電極の役割を画素領域両側の駆動電極のコモンモードで行うこと。またＯＮとＯＦＦの間をゲートで制御された電界効果無限円運動チャンネルとしてゲートに加える電圧により連続的な輝度階調とすること。
【請求項３】
＜輝度情報の書き込み・保持の方法＞
渦電流駆動方式の新ＰＤＰに於いて、ゲート電極線と直交する対向差動電極を一組選択し、他の差動対は選択されないように電圧を印加して、この対向電極線と直交する画素数だけのゲート電極線に、輝度に対応する電圧を印加して追加情報分を書き込み、対向電極に印加した電圧を元に戻してプラズマセルに記憶させること。またこの動作に於いて、ゲート電極の代わりに円偏波駆動用の差動対電極を使用すること。
【請求項４】
＜装荷インダクタンス＞
差動の駆動電極を見込むインピーダンスはＯＦＦ状態では電極間静電容量の総和であり、ＯＮ状態ではその静電容量に回転プラズマの損失抵抗が直列に挿入されるが、この静電容量の総和を装荷インダクタンスで打ち消すことによって、正弦波駆動を一層推し進めて、駆動回路の損失をＤ級スイッチング駆動でほぼ無視できる程度とし、また単一周波数正弦波の高調波の不要輻射を大幅に減らすこと。
【請求項５】
＜ＡＰＬ制御＞
ＬＣＲ共振回路のスイッチング駆動に等価回路として置き換えられる渦電流駆動方式の新ＰＤＰに於いて、全並列の定電流駆動から外れて映像信号のＡＰＬ（平均輝度レベル）の変化によって、画素の絶対輝度が変動するのを避けるために、ＡＰＬによって駆動回路を制御し、定電流駆動が理想的に行われるようにすること。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＰＤＰの駆動方法に関連した技術分野に属する。ＰＤＰの光出力と入力電力の比を表す表示効率は、０．３％程度であり、熱陰極ＦＬ管の１５％と比べるとその０．０２程度でしかない。この０．３％の表示効率を１％程度以上に高め、同時にＰＤＰの寿命も２倍程度以上にするのが、本発明の目的である。
【背景技術】
【０００２】
ＰＤＰディスプレイとＬＣＤディスプレイの２００９年時点での出荷数は１：１０の程度である。ＰＤＰの技術の維持は世界で数社に限定され、それが落ち着く先は、やがてＬＣＤディスプレイに統一されるか、薄さを追及した有機ＥＬディスプレイに自発光型として置き換えられるかも知れない。そのＰＤＰもかつてはＤＣ方式でずっと効率が悪く寿命も短かったものが、ＡＣ方式の発明で驚異的な改善がなされた。同じ追求のベクトルで、今一度驚異的な改善があるかも知れない。その改善とは、蛍光灯の改善そのものである。
【特許文献１】特開２００３−１６９３８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ＰＤＰディスプレイの寿命を、バックライトを含めたＬＣＤディスプレイより長いものにし、また消費電力も少なくし、また製造コストも安くし、また製造の設備投資も少なくすること。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
＜無伝電極ＦＬ＞
従来最良であったＡＣ方式ＰＤＰセルの正負表示電極間のプラズマ移動は、ガスの封入気圧・印加電圧・ＡＣ駆動繰り返し周波数に関係なく、表示電極に向かってピストン運動をし、壁面や電極に電離イオン・電子が衝突して熱損失になる成分を持っている。この損失成分は、蛍光灯で言えば、ＨＣＦＬ（熱陰極蛍光灯）、ＣＣＦＬ（冷陰極蛍光灯）、ＥＥＦＬ（外部電極蛍光灯）の順に発光効率がよくなる。その極限は無電極で連続運動を行わせることであり、プラズマが、図１に示す構造で、コイルの交番磁界によって単純円運動（Ｅｄｄｙカレント）をすれば、無駄な衝突がなくなり、陽光円盤で消費される損失は全てが紫外線の放出に寄与し、熱の発生も最小限になる。
従来一般的であったＡＣ方式では、１画素列当たり前面には２本の透明電極の差動電極があり、背面には１本の不透明電極が配されていた。本発明では、１画素列当たり前面には１本の不透明電極の差動電極があり、背面には１画素列当たり１本の不透明電極が配されている。
【０００５】
＜プラズマ陽光円盤のＯＮ−ＯＦＦ制御＞
プラズマ円盤の高周波誘導運動電離放射・発光サイクルをＯＮ−ＯＦＦ制御するのは、図２に示すように、背面又は前面に制御電極を設けて静電的な電位を与えることによって行われる。プラズマ層を挟んだ駆動電極と制御電極の間の静電位差がないＯＮ状態では、プラズマは電離されたイオンと電子が互いに反対方向に回転して高周波誘導放射・発光サイクルを持続する。
２つの電極間に静電位差があるＯＦＦ状態では、図３に示すように、プラズマ層の電離されたイオンと電子は反対方向に別れ、高周波誘導で回転しても衝突をしないので高周波誘導放射・発光サイクルを持続しない。この動作は電界効果トランジスタで、ソース／ドレインが無限軌道として存在していないものに類似している
制御電極を前面に設ける場合には、半透明にする必要があるが、背面に設ける場合には必要がない。また従来の主流は蛍光体を背面に塗装しているが、本発明では表示効率が従来の３倍以上よいので、蛍光体を前面に塗布してもよい。
本発明では、差動の駆動電極はプラズマ円盤画素を囲むリブ壁の真上にあり、そのため不透明電極が使用され、また前方からの外光の電極での反射を抑えて外光下でのコントラスト比を高めているが、制御電極を差動の駆動電極のコモンモード電圧として与えることが出来、透明な制御電極を必ずしも使わなくてよい。その場合は、従来のＡＣ方式が画素列あたり裏表で３本の割合で電極を必要としていたのに対して、本発明では２本を使用することになる。
新ＰＤＰの画素セルでは、制御電極と反対側差動電極がコモンモードとして電圧が印加されて選ばれ、両隣の反対側差動電極は選ばれないようにそれを打ち消す電圧が印加され、その列と交差する制御電圧にＯＮ抵抗変化に相当する変化分を書き込んで行く。このメモリー機能は主として質量の重いイオンによって保持される。
この、ＦＬのプラズマ駆動は水平面内の電磁誘導で行い、ＯＮ抵抗の制御は垂直な静電誘導で行うやり方は、従来のＡＣ方式の輝度制御／駆動と比べて遥かに簡明でまた精度が高く、色むらの発生が少ない。
【０００６】
＜円偏波駆動＞
直交する差動の駆動電極は同じ周波数で、図４に示したように、９０度の位相差で駆動される。
このためプラズマ円盤は時計回りか反時計回りの単純な円運動をする。それを利用し本発明の方式では、図５に示したように、ＡサイクルとＢサイクルに分かれて駆動される。
ＰＤＰ板の面駆動としては、図６に示したように、ＡサイクルとＢサイクルを交互に繰り返して、市松様にインターリーブして、ＲＧＢ列が駆動される。
【０００７】
＜正弦波スイッチング駆動＞
差動電極間のインピーダンスは、表示電極側とアドレス電極側の間の静電位差によってＯＦＦ状態にあるときは、図７に示すように、単純な容量であり、ＯＮ状態では容量に直列に紫外線放射抵抗が加わる。
従来のＡＣ方式では、負荷は差動電極間容量と直列の紫外線放射抵抗であった。これを駆動するための回路の損失は大きなものであった。本発明では、図８に示すように、容量の総和を装荷インダクタンスで打ち消した共振回路をＨｉｇｈ−Ｑ正弦波スイッチング駆動するので、回路の損失は殆どなく、また低電圧しか発生せず、また単一周波数駆動の高調波は極めて少ない。
正弦波駆動が停止し、電子とイオンが回転運動をしていることは、駆動電極で回生ブレーキとして回収され、無駄なエネルギーとはならず、その分の発熱も抑えられる。
【０００８】
＜ＡＰＬ補正回路＞
新ＰＤＰの１９２０ｘ１２００（黄金分割比）のＲＧＢ画素セルは、全並列で単一周波数純粋正弦波駆動される。各画素の輝度の総和であるＯＮ抵抗の全並列値に対して、純粋な定電流駆動が出来ない場合は、信号のＡＰＬ（平均輝度）値によってＬＣＲ共振回路駆動に於いて、各画素の輝度の絶対値が変動しないように制御される。
【０００９】
＜表示の電力−視聴光効率＞
蛍光灯を電界で駆動する考えしか浮かばなかったのは、照明技術史の中の単純な、しかし重大な見落としである。この錯誤は、実はファラデーが電磁誘導現象を説明した時の錯誤を受け継いでいる。電磁誘導とは磁気的な関係ではなく、放射抵抗の関係であることが、無線電力伝送や進んだアンテナ設計ですでに明らかになっている。通常の熱陰極蛍光灯と無電極誘導蛍光灯の効率は倍以上の開きがある。
これまでのＰＤＰはＨＣＦＬからＣＣＦＬになり、更にＥＥＦＬの発展したものを画素としてアレー状に並べたものである。ＥＥＦＬとＵＦＯＬ（無電極誘導蛍光灯）の効率はもともと倍程度の開きがあるので、その点で従来のＰＤＰと本発明のＰＤＰはこの点で倍の効率の開きを基本的に持っている。
そのほか、ＰＤＰは全並列に接続された高いＱを持つＬＣＲ共振回路であり、これを低電圧ＰＭＯＳ／ＮＭＯＳのスイッチトランジスターでＤ級動作させたときのＩＣ側の損失は殆どない。図９に、従来のＰＤＰと新ＰＤＰの効率の違いを示す。
ＥＥＦＬやＵＦＯＬでは始動を紫外線照射で行い、それをフラッシュオーバーで画面全体に広げて初期状態のプラズマを作り出さなければならない。以前は封入ガスの絶縁破壊から始まり、また電圧降下の大部分がレシプロ動作の両端の不連続で起こっていたが、渦電流動作では電子軌道遷移の紫外線放出／吸収のバンドギャップ電圧が現れる電圧のうち最大のものとなる。これは従来のＰＤＰとは全く別の世界を構成する。
【００１０】
＜ＰＤＰの寿命＞
従来のＡＣ方式のＰＤＰは、それ以前のＤＣ方式ＰＤＰの寿命を倍程度に延ばした。それは効率とともに、ＨＣＦＬとＥＥＦＬの差であると言える。しかしＥＥＦＬとＵＦＯＬを比較すると、ＥＥＦＬは極めて不完全なものであることが分かる。この差はＡＣ方式のＰＤＰと本発明のＰＤＰの差になってそのまま現れる。
従来のＡＣ方式のＰＤＰはその寿命として５万時間を得たいと考えた。その理由は、ＣＣＦＬを使うＬＣＤパネルがＣＣＦＬバックライトの寿命は短くても、交換して新しいものにすることが出来、ＬＣＤ部分の寿命は十分に長いのに対して、平均的な使用状態でＰＤＰの寿命が５万時間あれば、ＬＣＤパネルより寿命が短いとは非難されないと考えたのである。
しかしＬＣＤパネルに無電極円筒状蛍光灯であるＳＰＦＬを使用した場合は、図１０示すように、その寿命は１０万時間を越え、そして交換は消費者が行うことが出来る。従って蛍光灯そのものであるＰＤＰの寿命は、２０万時間でなければならない。そのためには電離イオンや電子が壁面電極と衝突を起さない誘導蛍光灯を使う本発明の方式しか可能性がないことが論理的に理解できる。
【００１１】
＜ＰＤＰの製造工程＞
ＰＤＰはＬＣＤパネルと比べて特に大きな利点がある訳ではない。自発光だから白の輝度が高いといっても、ＰＤＰの効率が０．３％であるのに比べて、ＣＣＦＬの効率２０％とＬＣＤの透過率７％を掛けたＬＣＤパネルの１．４％の方が４倍も大きいので、言い訳にしか過ぎない。ＰＤＰがＬＣＤパネルより製造投資額が少なく、また製造コストが安くなければ生き残ることはない。
本発明の適用がＰＤＰ１台当たりの製造コストの低減に方法の差として直接寄与するのは１０％程度である。
これに比べて、本発明がＰＤＰの省電力化を与えるのは、約０．１ＫＷの差であり、平均使用時間を寿命の半分の１０万時間とすれば、全体で１万ＫＷＨの電力をセーブし、電気代を２０円／ＫＷＨとすれば、２０万円の電気代をセーブすることになる。これが最大の貢献である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の第１の目的である表示効率の改善は、従来の０．３％から１％以上へと改善された。本発明の第２の目的であるＰＤＰパネルの寿命を改善することは、５万時間から２０万時間になった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１１に、無電極発光ＰＤＰの最良の駆動形態を示す。
【実施例】
【００１４】
本発明の製品としての３つの実施例を図１２に示す。
１）５０〜１００インチのＰＤＰテレビ
現状のＬＣＤテレビと比べて、製造設備投資が少なく、１００インチまでの大画面化がより容易で、ＬＣＤパネルの効率およそ１％に対して２％が得られ、１０万時間〜２０万時間の寿命が得られる本発明の新ＰＤＰによって、２００９年現在この分野で、ＬＣＤ：ＰＤＰの出荷量がおよそ１０：１であるのを、２：１程度にすることをバランスの取れた地球規模の社会的意義とする。
２）ＰＤＰスクリーンのノートパソコン
２００９年現在、ノートパソコンの画面はほぼ全てＬＣＤパネルである。新ＰＤＰによって、ＬＣＤパネルより寿命が２〜４倍、消費電力が１／２、若干軽量・薄型、製造コストが若干少ないことで、１／３程度を新ＰＤＰとするのがよい。
３）ＰＤＰプロジェクター
効率が高い新ＰＤＰは、光源ランプと冷却Ｆａｎの不要なプロジェクターとして機能する。透過型ＬＣＤプロジェクター、反射型ＬＣＯＳプロジェクター、ＤＬＰプロジェクターと比べて、殆ど全ての点で優れている。
【産業上の利用可能性】
【００１５】
ＰＤＰがディスプレイとして存続するならば、本発明がその最良形態であると考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】は新ＰＤＰの無電極誘導駆動  である。
【図２】は輝度電界効果制御電極  である。
【図３】は電子軌道遷移サイクルのＯＮ−ＯＦＦ  である。
【図４】は円偏波駆動のＡ／Ｂサイクル  である。
【図５】はＡ／Ｂサイクルによるプラズマの運動  である。
【図６】は円偏波駆動のＡ／Ｂサイクルの誘導電流  である。
【図７】はプラズマの円偏波駆動の負荷変化   である。
【図８】は装荷インダクタンスと究極効率スイッチング駆動   である。
【図９】は表示の電力−光効率  を示す。
【図１０】はディスプレイ／光源の寿命比較を示す。
【図１１】は最良の形態（書き込み方式例）である。
【図１２】は新ＰＤＰの３つの実施例である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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