-
Die Erfindung betrifft einen Plasmabildschirm ausgerüstet mit einer Frontplatte, die eine
transparente Platte, auf der eine dielektrische Schicht und eine Schutzschicht aufgebracht
sind, aufweist, mit einer Trägerplatte ausgestattet mit einer Leuchtstoffschicht, mit einer
Rippenstruktur, die den Raum zwischen Frontplatte und Trägerplatte in Plasmazellen, die
mit einem Gas gefüllt sind, aufteilt, mit einem oder mehreren Elektroden-Arrays auf der
Frontplatte und der Trägerplatte zur Erzeugung von stillen elektrischen Entladungen in
den Plasmazellen
-
Plasmabildschirme ermöglichen Farbbilder mit hoher Auflösung, großer
Bildschirmdiagonale und sind von kompakter Bauweise. Ein Plasmabildschirm weist eine hermetisch
abgeschlossenen Raum, der mit einem Gas gefüllt ist, mit üblicherweise gitterförmig
angeordneten Elektroden-Arrays auf. Durch Trennrippen werden individuell ansteuerbare
Plasmazellen erzeugt, in denen durch Anlegen einer elektrischen Spannung eine
Gasentladung hervorgerufen wird, die Licht im ultravioletten Bereich erzeugt. Durch Leuchtstoffe
kann dieses Licht in sichtbares Licht umgewandelt und durch die Frontplatte der Zelle
zum Betrachter emittiert werden.
-
Prinzipiell unterscheidet man zwei Typen von Plasmabildschirmen: eine Matrixanordnung
der Elektroden und eine koplanare Anordnung der Elektroden. Bei der Matrixanordnung
wird die Gasentladung am Kreuzungspunkt zweier Elektroden auf der Front- und der
Trägerplatte gezündet und unterhalten. Bei der koplanaren Anordnung der Elektroden
wird die Gasentladung zwischen den Elektroden auf der Frontplatte unterhalten und am
Kreuzungspunkt mit einer Elektrode, einer sogenannten Adresselektrode, auf der
Rückplatte gezündet. Die Adresselekrrode befindet sich in diesem Fall unter der
Leuchtstoffschicht.
-
Die Frontplatte eines Plasmabildschirms weist eine transparente Platte auf, auf der
üblicherweise eine Vielzahl an parallelen Entladungselektroden aufgebracht ist. Üblicherweise
enthalten die Entladungselektroden ITO-Schichten und Bus-Elektroden. Bus-Elektroden
sind schmale Metallschichten, von denen sich jeweils eine auf einer ITO-Schicht befindet.
Die Entladungselektroden sind mit einer transparenten Schicht aus einem dielektrischem
Material, üblicherweise ein niedrig schmelzendes Glas, bedeckt. Auf dieser dielektrischen
Schicht ist eine Schutzschicht, welche üblicherweise MgO enthält, aufgebracht.
-
Die Entladungskapazität in den einzelnen Plasmazellen wird einerseits durch die
Schichtdicken der auf den Entladungselektroden aufgebrachten Schichten, der dielektrischen
Schicht und der Schutzschicht, und andererseits durch die Dielektrizitätskonstanten K der
in diesen Schichten verwendeten Materialien bestimmt. Der Wert der
Dielektrizitätskonstanten K der dielektrischen Schicht liegt zwischen 8 und 9. Der Wert der
Dielektrizitätskonstanten K einer Schutzschicht aus MgO liegt bei einem Wert um 9. Es ist bekannt,
dass mit steigender Entladungskapazität die Effizienz eines Bildschirms abnimmt.
-
Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Plasmabildschirm bereit zu
stellen.
-
Diese Aufgabe wird gelöst, durch einen Plasmabildschirm ausgerüstet mit einer
Frontplatte, die eine transparente Platte, auf der eine dielektrische Schicht und eine
Schutzschicht aufgebracht sind, aufweist, mit einer Trägerplatte ausgestattet mit einer
Leuchtstoffschicht, mit einer Rippenstruktur, die den Raum zwischen Frontplatte und
Trägerplatte in Plasmazellen, die mit einem Gas gefüllt sind, aufteilt, mit einem oder
mehreren Elektroden-Arrays auf der Frontplatte und der Trägerplatte zur Erzeugung von
stillen elektrischen Entladungen in den Plasmazellen und mit einer Pulverschicht zwischen
den Elektroden-Arrays auf der Frontplatte und den Elektroden-Arrays auf der Trägerplatte.
-
Durch das Einbringen einer Pulverschicht in die Plasmazellen kann die
Entladungskapazität reduziert werden, da eine Pulverschicht eine niedrige Dielektrizitätskonstante K
aufweist. Eine Pulverschicht besitzt in der Regel einen Volumenanteil des Pulvermaterials
von nicht mehr als 60%. Das heißt, dass die Dichte der Pulverschicht ≤ 60% der
theoretischen Dichte ist. In einer solchen Pulverschicht wird die Dielektrizitätskonstante K der
Pulverschicht wesentlich von der Matrix, welche hier Luft ist, bestimmt.
-
Die Dielektrizitätskonstante K einer Pulverschicht mit einem Volumenanteil der Matrix
Vm mit einer Dielektrizitätskonstanten Km sowie einem Volumenanteil des Pulvermaterial
Vp mit einer Dielektrizitätskonstanten Kp ist durch die Maxwell-Gleichung gegeben:
-
Aus der JP 09-102280 A ist ein Plasmabildschirm bekannt, der in der Plasmazelle eine
gesputterte Schicht aus TiO2, SiO2 oder Al2O3 enthält. Die gesputterten Schichten aus
TiO2 oder Al2O3 weisen jedoch Dielektrizitätskonstanten K von 86 für TiO2 und 9.3 für
Al2O3 auf, so dass sie die Entladungskapazität der Plasmazelle nicht senken. Die
Verwendung einer Pulverschicht hat weiterhin den Vorteil, dass im Gegensatz zur Verwendung
von gesputterten Schichten bei einem erfindungsgemäßen Plasmabildschirm keine
Haftungsprobleme zwischen einer Pulverschicht und anderen Schichten auftreten,
beispielsweise der Schutzschicht aus MgO, auf wie sie in der JP 09-102280 A beschrieben
sind. Insbesondere eine gesputterte Schicht aus SiO2, welche eine relativ niedrige
Dielektrizitätskonstante K von 4.6 aufweist, haftet sehr schlecht auf der Schutzschicht aus MgO.
-
Durch die vorteilhafte Ausführung gemäß Anspruch 2 kann insbesondere die
Entladungskapazität zwischen den Entladungselektroden und der Gasentladung reduziert werden.
-
Die vorteilhafte Ausgestaltungen der Ansprüche 3 und 4 gewährleisten, dass ausreichend
sichtbares Licht durch die Frontplatte zu dem Betrachter gelangt.
-
Die vorteilhafte Ausgestaltung gemäß Anspruch 5 gewährt eine niedrige
Dielektrizitätskonstante K der Pulverschicht.
-
Die vorteilhaft ausgewählten Materialien gemäß Anspruch 6 sind beständig gegen die
rigiden Herstellungs- und Betriebsbedingungen von Plasmabildschirmen, insbesondere
gegen hohe Temperaturen.
-
Im folgenden soll die Erfindung anhand von einer Figur näher erläutert werden. Dabei
zeigt
-
Fig. 1 den Aufbau und das Funktionsprinzip einer einzelnen Plasmazelle in
einem AC-Plasmabildschirm,
-
Fig. 2 die gemessene Entladungskapazität als Funktion der Betriebsspannung in
einem erfindungsgemäßen Plasmabildschirm und
-
Fig. 3 das Verhältnis der Luminanz bzw. Effizienz eines Plasmabildchirms mit
Pulverschicht zu einem Plasmabildschirm ohne Pulverschicht als Funktion
der Betriebsspannung.
-
Gemäß Fig. 1 weist eine Plasmazelle eines AC-Plasmabildschirms mit einer koplanaren
Anordnung der Elektroden eine Frontplatte 1 und eine Trägerplatte 2 auf. Die Frontplatte
1 weist eine transparente Platte 3, beispielsweise aus Glas, auf, auf der sich eine
dielektrische Schicht 4, welche vorzugsweise niedrigschmelzendes Glas enthält, und darauf eine
Schutzschicht 5, welche vorzugsweise MgO enthält, befinden. Auf der transparenten Platte
3 sind parallele, streifenförmige Entladungselektroden 6, 7 aufgebracht, die von der
dielektrischen Schicht 4 bedeckt sind. Die Entladungselektroden 6, 7 sind zum Beispiel
aus Metall, ITO oder einer Kombination aus einem Metall und ITO. Vorzugsweise weisen
die Entladungselektroden 6, 7 jeweils einen Streifen aus ITO auf, auf denen jeweils eine
schmalere Schicht aus Al oder Ag als Buselektrode aufgebracht ist. Die Trägerplatte 2 ist
vorzugsweise aus Glas und auf der Trägerplatte 2 sind parallele, streifenförmige, senkrecht
zu den Entladungselektroden 6, 7 verlaufende Adresselektroden 11 aus beispielsweise Ag
aufgebracht. Diese sind von einer Leuchtstoffschicht 10, die Licht 14 in einer der drei
Grundfarben rot, grün oder blau emittiert, bedeckt. Dazu ist die Leuchtstoffschicht. 10 in
mehrere Farbsegmente unterteilt. Durch eine Rippenstruktur 13 mit Trennrippen aus
vorzugsweise dielektrischem Material werden individuell ansteuerbare Plasmazellen, in
denen stille elektrische Entladungen stattfinden, gebildet.
-
In der Plasmazelle, als auch zwischen den Entladungselektroden 6, 7, von denen jeweils
eine im Wechsel als Kathode bzw. Anode wirkt, befindet sich ein Gas. Das Gas kann zum
Beispiel ein Edelgas, ein Gemisch aus Edelgasen mit Xe als UV-Licht emittierender
Komponente, Stickstoff oder ein Gemisch aus Stickstoff und wenigstens einem Edelgas, wie
beispielsweise He, Ne, Kr oder Xe, enthalten. Nach Zündung der Oberflächenentladung,
wodurch Ladungen auf einem zwischen den Entladungselektroden 6, 7 im Plasmabereich 9
liegenden Entladungsweg fließen können, bildet sich im Plasmabereich 9 ein Plasma,
durch das je nach der Zusammensetzung des Gases Strahlung 12 im (V)UV-Bereich
erzeugt wird. Die Strahlung 12 regt die Leuchtstoffschicht 10 zum Leuchten an, die
sichtbares Licht 14 emittiert, das durch die Frontplatte 1 nach außen tritt und somit einen
leuchtenden Punkt auf dem Bildschirm darstellt. Die Leuchtstoffschicht 10 ist in mehrere
Farbsegmente unterteilt. Üblicherweise sind die rot-, grün- bzw. blau-emittierenden
Farbsegmente der Leuchtstoffschicht 10 in Form von senkrechten Streifentripeln aufgebracht.
Eine Plasmazellen mit einem Farbsegment bildet ein sogenanntes Subpixel. Drei
benachbarte Plasmazellen mit je einem rot-, grün- bzw. blau-emittierenden Farbsegment bilden
zusammen einen Pixel, oder auch Bildpunkt genannt.
-
Zwischen die Elektroden-Arrays 6, 7 auf der Frontplatte 1 und die Elektroden-Arrays 11
auf der Trägerplatte 2, vorzugsweise auf die Schutzschicht 5, ist eine Pulverschicht 8
eingebracht. Ist die Pulverschicht 8 auf der Schutzschicht 5 aufgebracht, so ist vorteilhaft, dass
die Pulverschicht 8 in streifenförmigen Abschnitten aufgebracht ist. Da das Pulvermaterial
meist streuende Eigenschaft hat, ist es vorteilhaft die Fläche der Pulverschicht 8, welche die
Schutzschicht 5 bedeckt, klein zu halten. Bei einer Drei-Elektrodenanordnung ist es auch
vorteilhaft, dass ein streifenförmiger Abschnitt der Pulverschicht 8 in einer Plasmazelle
derart aufgebracht ist, dass er gegenüber dem Zwischenraum zwischen den Paaren an
Entladungselektroden 6, 7 der einzelnen Plasmazellen liegt. Es kann auch vorteilhaft sein, dass
der streifenförmige Abschnitt der Pulverschicht 8 zusätzlich partiell gegenüber den
Entladungselektroden 6, 7 liegt und so mit diesen überlappt.
-
Als Pulvermaterial kann in der Pulverschicht 8 ein dielektrisches Material wie
beispielsweise ein Oxid oder ein Leuchtstoff verwendet werden. Die Teilchen der
Pulvermaterialien weisen vorzugsweise eine Teilchengröße zwischen 20 nm und 20 µm auf.
Dabei ist es vorteilhaft, dass die Dichte der Pulverschicht 8 ≤ 60% der Dichte des
Pulvermaterial selbst ist. Die Dichte des Pulvermaterials bestimmt sich aus dem Quotienten des
Schichtgewichts der Pulverschicht 8 und der Dicke der Pulverschicht 8.
-
Je nach verwendeten dielektrischen Material als Pulvermaterial und dessen Teilchengröße
kann die Pulverschicht 8 UV-Licht reflektierend sein. In diesem Fall wird die Effizienz des
Plasmabildschirms erhöht, da das UV-Licht 12, welches bei der Gasentladung erzeugt und
nicht in Richtung der Leuchtstoffschicht 10, sondern in Richtung Frontplatte 1 emittiert
wurde, in Richtung der Leuchtstoffschicht 10 reflektiert wird und so dort zur
Lichterzeugung zur Verfügung steht.
-
Es kann auch vorteilhaft sein, dass das verwendete Pulvermaterial in der Pulverschicht 8
ein Leuchtstoff ist. Dieser kann beispielsweise im sichtbaren Bereich des Lichtes emittieren.
In dieser Ausführung ist es bevorzugt, dass ein blau-emittierender Leuchtstoff in einer
Plasmazelle mit einem blau-emittierenden Farbsegment der Leuchtstoffschicht 10, dass ein
rot-emittierender Leuchtstoff in einer Plasmazelle mit einem rot-emittierenden
Farbsegment der Leuchtstoffschicht 10 und dass ein grün-emittierender Leuchtstoff in einer
Plasmazelle mit einem grün-emittierenden Farbsegment der Leuchtstoffschicht 10 als
Pulvermaterial verwendet wird. In dieser Ausführungsform wird die Effizienz des
Plasmabildschirms erhöht, da das UV-Licht 12, welches bei der Gasentladung erzeugt und nicht
in Richtung der Leuchtstoffschicht 10, sondern in Richtung Frontplatte 1 emittiert wurde,
von den Leuchtstoffen in der Pulverschicht 8 absorbiert und in sichtbares Licht überführt
wird, welches durch die Frontplatte 1 zum Betrachter gelangt.
-
Alternativ können in der Pulverschicht 8 Leuchtstoffe verwendet werden, welche durch das
UV-Licht 12 aus der Plasmaentladung angeregt werden und anschließend längerwelligeres
UV-Licht emittieren. In dieser Ausführungsform wird die Effizienz des Plasmabildschirms
erhöht, da das UV-Licht 12, welches bei der Gasentladung erzeugt und nicht in Richtung
der Leuchtstoffschicht 10, sondern in Richtung Frontplatte 1 emittiert wurde, von den
Leuchtstoffen in der Pulverschicht 8 absorbiert und in längerwelligeres UV-Licht überführt
wird, welches von den Leuchtstoffen in der Leuchtstoffschicht 10 in sichtbares Licht
überführt wird.
-
Zur Herstellung eines Plasmabildschirms mit einer Pulverschicht 8 in den Plasmazellen
wird zunächst mit den üblichen Verfahren eine Frontplatte 1 hergestellt. Die Pulverschicht
8 wird vorzugsweise mittels Siebdruck aufgebracht. Dazu wird zunächst eine
Siebdruckpaste aus Siebdruckpastenbase und dem Pulvermaterial hergestellt. Die
Siebdruckpastenbase ist vorzugsweise p-Menth-1-en-8-ol mit 5 Gew.-% Ethylcellulose. Alternativ kann die
Siebdruckpaste weitere Additive, wie beispielsweise Dispergiermittel oder
Thixotropiermittel enthalten.
-
Die erhaltene Siebdruckpaste wird mittels Siebdruck, beispielsweise auf die Schutzschicht 5
einer Frontplatte 1, aufgebracht. Vorzugsweise wird die Siebdruckpaste in streifenförmigen
Abschnitten aufgebracht und getrocknet. Anschließend wird die gesamte Frontplatte 1
einer Temperatur von 485°C ausgesetzt. Die Schichtdicke der fertigen Pulverschicht 8
liegt bevorzugt zwischen 2 und 15 µm.
Ausführungsbeispiel 1
-
Zur Herstellung einer Siebdruckpaste wurden 100 g eines Lösungsmittelgemisches aus 80 Gew.-%
Diethylenglycolmonoethyletheracetat und 20 Gew.-% p-Menth-1-en-8-ol,
welches 5 Gew.-% Ethylcellulose enthielt, 2.7 g eines Thixotropiermittel und 10 g SiO2
mit einem Teilchendurchmesser zwischen 20 und 110 nm gemischt und anschließend
durch zweimalige Passage eines Dreiwalzenstuhls dispergiert.
-
Mittels Siebdruck wurde eine Pulverschicht 8 aus SiO2-Partikeln in streifenförmigen
Abschnitten auf die Schutzschicht 5 aus MgO einer Frontplatte 1, welche eine Glasplatte
3, eine dielektrische Schicht 4, eine Schutzschicht 5 und Entladungselektroden 6, 7
aufweist, aufgebracht. Der Abstand zwischen je zwei Entladungselektroden 6, 7 in einer
Plasmazelle betrug 200 µm. Die dielektrische Schicht 4 enthielt PbO und die beiden
Entladungselektroden 6, 7 waren aus ITO und Ag. Die Frontplatte 1 wurde zunächst
getrocknet und dann 2 h einer thermischen Nachbehandlung bei 450°C unterzogen. Die
Schichtdicke der Pulverschicht 8 aus SiO2 betrug 5.0 µm und die Breite der
streifenförmigen Abschnitte betrug 200 µm. Die streifenförmigen Abschnitte der Pulverschicht 8
waren derart aufgebracht, dass sie sich gegenüber den Zwischenräumen zwischen den
Paaren an Entladungselektroden 6, 7 befanden.
-
Die Frontplatte 1 wurde zusammen mit einer Trägerplatte 1 mit einer Rippenstruktur 12,
einer leuchtstoffschicht 10, welche (Y,Gd)BO3:Eu als rot-emittierenden Leuchtstoff,
Zn2SiO4:Mn als grün-emittierenden Leuchtstoff und BaMgAl10O17:Eu als blau-
emittierenden Leuchtstoff aufwies, sowie mit einer Gasmischung, welche 5 Vol.-% Xe und
95 Vol.-% Ne enthielt, zum Bau eines Plasmabildschirms verwendet.
-
In Fig. 2 ist die gemessene Entladungskapazität des Plasmabildschirms gemäß
Ausführungsbeispiel 1 im Vergleich zu einem Plasmabildschirm ohne Pulverschicht 8 aus SiO2
als Funktion der Betriebsspannung gezeigt. Dabei entspricht die gestrichelte Linie dem
Plasmabildschirm ohne Pulverschicht 8 und die durchgezogene Linie dem
Plasmabildschirm mit Pulverschicht 8.
-
In Fig. 3 ist das Verhältnis der Effizienz und der Luminanz eines Plasmabildschirms gemäß
Ausführungsbeispiel im Vergleich zu einem Plasmabildschirm ohne die Pulverschicht 8 aus
SiO2 als Funktion der Betriebsspannung gezeigt. Dabei entspricht die durchgezogene Linie
der Effizienz und die gestrichelte Linie der Luminanz.
Ausführungsbeispiel 2
-
Analog wie in Ausführungsbeispiel 1 beschrieben, wurden drei Siebdruckpasten hergestellt,
wobei die erste Siebdruckpaste anstelle von SiO2 (Y,Gd)BO3:Eu enthielt, die zweite
Siebdruckpaste anstelle von SiO2 Zn2SiO4:Mn enthielt und die dritte Siebdruckpaste anstelle
von SiO2 BaMgAl10O17:Eu enthielt. Die Konzentration der anstelle von SiOs eingesetzten
Pulver betrug 13 Gew.-% in der druckfertigen Paste.
-
Mittels Siebdruck wurden streifenförmigen Abschnitten mit (Y,Gd)BO3:Eu-Partikeln auf
die Schutzschicht 5 aus MgO einer Frontplatte 1, welche eine Glasplatte 3, eine
dielektrische Schicht 4, eine Schutzschicht 5 und Entladungselektroden 6, 7 aufweist,
aufgebracht. Der Abstand zwischen den zwei Entladungselektroden 6, 7 in einer Plasmazelle
betrug 200 µm. Die dielektrische Schicht 4 enthielt PbO und die beiden
Entladungselektroden 6, 7 waren aus ITO und Ag. Diese streifenförmigen Abschnitte der
Pulverschicht 8 mit (Y,Gd)BO3:Eu-Partikeln wurden derart aufgebracht, dass sich im fertigen
Plasmabildschirm in einer Plasmazelle mit einem rot-emittierenden Leuchtstoff befanden.
Anschließend wurden analog streifenförmige Abschnitte mit Zn2SiO4:Mn-Partikeln derart
auf die Schutzschicht 5 aufgebracht, dass sie sich diese streifenförmigen Abschnitte der
Pulverschicht 8 im fertigen Plasmabildschirm in einer Plasmazelle mit einem grün-
emittierenden Leuchtstoff befanden. Danach wurden analog streifenförmige Abschnitte
mit BaMgAl10O17:Eu-Partikeln derart auf die Schutzschicht 5 aufgebracht, dass sich diese
streifenförmigen Abschnitte der Pulverschicht 8 im fertigen Plasmabildschirm in einer
Plasmazelle mit einem blau-emittierenden Leuchtstoff befanden.
-
Die Frontplatte 1 wurde zunächst getrocknet und dann 2 h einer thermischen
Nachbehandlung bei 450°C unterzogen. Die Schichtdicke der Pulverschicht 8 betrug 8.0 µm
und die Breite der streifenförmigen Abschnitte betrug 240 µm. Die streifenförmigen
Abschnitte der Pulverschicht 8 waren derart aufgebracht, dass sie sich gegenüber den
Zwischenräumen zwischen den Paaren an Entladungselektroden 6, 7 befanden und
zusätzlich partiell mit den Entladungselektroden 6, 7 überlappten.