CN1679133A - 提高效率的等离子体图像屏幕 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在等离子体单元中具有粉末层(8)的等离子体图像屏幕，粉末层具有低的介电常数K，因此可减小等离子体单元中放电电容。这样的等离子体图像屏幕可提高效率和亮度。

Description

提高效率的等离子体图像屏幕

技术领域

本发明涉及设有前板和托架板的等离子体图像屏幕，所说的前板包括透明板，在所说的透明板上设有电介质层和保护层，托架板设有磷光层，一个加肋结构细分前板和托架板之间的空间为填充有空气的等离子体单元，在前板和托架板上的一个或几个电极阵列用于在等离子体单元中产生电晕放电。

背景技术

等离子体图像屏幕可能得到具有高分辨率和大图像屏幕直径的彩色图像，并且具有紧凑的结构。等离子体图像屏幕包括一个严密封闭的填充气体的空间，通常具有排列成栅格状的电极阵列。备个可控的等离子体单元是借助于各个分割肋产生的，在等离子体单元中，施加电压导致气体放电，气体放电产生紫外范围的光。这个光可通过磷光转换成可见光，并且通过等离子体单元的前板发射给观众。

在原理上，可分成两种类型等离子体图像屏幕：电极矩阵排列和电极共面排列。在矩阵排列中，气体放电的起动和维持是在前板和托架板的两个电极的相交部分进行的。在电极共面排列中，气体放电的维持是在前板上的电极之间进行的，气体放电的起动则是在与后板上的一个电极(即，所谓的地址电极)的相交部分进行的。

等离子体图像屏幕的前板包括一个透明板，在透明板上通常设有多个平行的放电电极。放电电极通常包括ITO层和总线电极。总线电极是窄的金属层，在每个ITO层上都有一个总线电极。放电电极由电介质材料的透明层(通常是低熔点玻璃)覆盖。在这个电介质层上设置一个保护层，通常包括MgO。

在各个等离子体单元中的放电电容一方面由设在放电电极上的各个层即电介质层和保护层的层厚度确定，另一方面由各层中所用的材料的介电常数K确定。电介质层的介电常数K的值在8和9之间。保护层MgO的介电常数K的值在9左右。众所周知，图像屏幕的效率随放电电容的增加而减小。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供一种改进的等离子体图像屏幕。

这个目的是借助于设有前板和托架板的等离子体图像屏幕实现的，所说的前板包括透明板，在所说的透明板上设有电介质层和保护层，托架板设有磷光层，一个加肋结构细分前板和托架板之间的空间为填充有空气的等离子体单元，在前板和托架板上的一个或几个电极阵列用于在等离子体单元中产生电晕放电，并且在前板的电极阵列和托架板的电极阵列之间有一个粉末层。

在等离子体单元中引入一个粉末层有可能减小放电电容，因为粉末层具有低的介电常数K。粉末层在每单位体积中的粉末材料的比例数通常不大于60％。这就是说，粉末层的密度≤60％理论密度。这种粉末层的介电常数K基本上是由基质材料(matrix)确定的，在此情况下是空气。

通过下述的麦克斯韦尔方程给出粉末层的介电常数K，其中每单位体积基质材料V_m的介电常数为K_m，每单位体积粉末材料V_p的介电常数为K_p：

$K=\frac{V_m{K}_m(\frac{2}{3}+\frac{K_p}{{3K}_m})+V_p{K}_p}{V_m(\frac{2}{3}+\frac{K_p}{{3K}_m})+V_p}$

JP 09-102280A公开了一种等离子体图像屏幕，它包括在等离子体单元中的TiO₂、SiO₂或Al₂O₃溅射层。然而，TiO₂溅射层的介电常数为K为86，Al₂O₃溅射层的介电常数K为9.3，所以它们没有降低等离子体单元的放电电容。使用粉末层具有附加的优点，即，与使用溅射层相比，在按照本发明的等离子体图像屏幕中，在粉末层和其它的层(如在JP 09-102280中描述的MgO保护层)之间没有任何粘结问题发生。特别是SiO₂溅射层(它的介电常数K相当低，为4.6)与MgO保护层发生粘结，这是极其不利的。

权利要求2的优选实施例具体来说使减小放电电极和气体放电之间的放电电容成为可能。

权利要求3和4的优选实施例可保证有足够大数量的可见光通过前板向观察人员发出。

权利要求5的优选实施例可保证粉末层的介电常数K很低。

权利要求6的优选材料能够承受等离子体图像屏幕的严格的制造和操作条件，尤其是高温。

附图说明

下面参照附图详细描述本发明，其中：

图1表示在一个AC等离子体图像屏幕中单个等离子体单元的构造和操作原理；

图2表示在按照本发明的等离子体图像屏幕中测得的放电电容随操作电压的变化；

图3表示具有粉末层的等离子体图像屏幕的亮度或效率与没有粉末层的等离子体图像屏幕的亮度或效率之比随操作电压的变化。

具体实施方式

在图1中，具有电极共面排列的一个AC等离子体图像屏幕的一个等离子体单元包括一个前板1和一个托架板2。前板1包括透明板3，透明板3例如由玻璃制成，在透明板上有电介质层4(最好包括低熔点玻璃)和在电介质层4上的保护层5(最好包括MgO)。在透明板7上设有平行的条形的放电电极6、7，并由电介质层4覆盖。放电电极6、7例如由金属、ITO、或者金属和ITO的组合构成。优选地，每个放电电极6、7都包括一个条形ITO，在条形ITO上每次都设置一个较窄的Al或Ag层，以此作为总线电极。托架板2最好由玻璃制成，并且在托架板2上设置例如由Ag制成的平行的条形地址电极11，地址电极11垂直于放电电极6、7运行。所说的地址电极由磷光层10覆盖，磷光层10可以发出三原色红、绿、蓝之一的光14。为此目的，将磷光层10细分成几个彩色段。具有最好由电介质材料构成的分割肋的加肋结构13用于形成其中发生电晕放电的各个可控的等离子体单元。

在等离子体单元中存在气体，在放电电极6、7之间也存在气体，放电电极6、7相互交替地充当阴极和阳极。气体例如可以是稀有气体、稀有气体与Xe(用作紫外(UV)发射组分)的混合物、氮气或者氮气和至少一种稀有气体(例如He、Ne、Kr、或Xe)的混合物。在启动表面放电以后，允许电荷沿等离子体区9中的放电电极6、7之间的放电路径流动，在等离子体区9内产生等离子体，从而根据气体组分产生在(V)UV范围内的辐射12。辐射12激发磷光层10产生亮度，从而使这层发出可见光14，可见光14通过前板1发射到外部，于是在图像屏幕上产生亮点。将磷光层10细分为几个彩色段。通常以垂直三色条(strip triplet)的形式提供磷光层10的发射红、绿、蓝光的彩色段。具有一个彩色段的等离子体单元形成一个所谓的子像素。具有对应的发射红、绿、蓝光的彩色段的3个相互邻接的等离子体单元形成一个像素或者像元。

在前板1上的电极阵列6、7和在托架板2上(最好在保护层5上)的电极阵列11之间引入粉末层8。如果粉末层8设置在保护层5上，则粉末层8最好设在条形部分内。由于粉末层主要具有散射性质，所以最好保持覆盖保护层5的粉末层8的表面面积较小。在一个3电极排列中，优选的作法还有，提供在等离子体单元中粉末层8的条形部分，使其位于每个等离子体单元的一对放电电极6、7之间的居中空间(intervening space)的对面。优选的作法还有，粉末层8的条形部分部分地在放电电极6、7的对面，即，部分地与放电电极6、7重叠。

在粉末层8中使用的粉末材料可以是电介质材料，例如氧化物或磷。粉末材料的颗粒的颗粒大小最好在20nm和20μm之间。当粉末层8的密度≤粉末材料本身的密度的60％时，这是优选的。粉末材料的密度由粉末层8的层重量和粉末层8的层厚度之商来确定。

粉末层8可以反射紫外辐射，这取决于粉末材料所用的电介质材料和它的颗粒大小。在这种情况下可提高等离子体图像屏幕的效率，因为在气体放电中产生的、没有向磷光层10发射而是向前板1发射的紫外辐射12将要沿磷光层10的方向反射并且在这里可以用来产生光。

优选的作法还有，粉末层8所用的粉末材料是一种磷光体。这种磷光体例如可以发射可见光范围的光。在这个优选实施例中优选的作法还有，使用发蓝光的磷光体作为具有磷光层10的发蓝光的彩色段的等离子体单元中的粉末材料，使用发红光的磷光体作为在具有磷光层10的发红光的彩色段的等离子体单元中的粉末材料，使用发绿光的磷光体作为在具有磷光层10的发绿光的彩色段的等离子体单元中的粉末材料。在这个实施例中，提高了等离子体图像屏幕的效率，因为在气体放电中产生的、没有向磷光层10发射而是向前板1发射的紫外辐射12将要由粉末层8中的磷光体吸收并将其转换成可见光，可见光通过前板1到达观察人员。

按照另一种方式，可以使用在粉末层8中的磷光体，所说的磷光体由来自等离子体放电的紫外辐射12激发并随后发出较长波长紫外辐射。在这个实施例中，提高了等离子体图像屏幕的效率，因为在气体放电中产生的、没有向磷光层10发射而是向前板1发射的紫外辐射12将要由粉末层8中的磷光体吸收并将其转换成较长波长紫外辐射，这个长波紫外辐射由粉末层10中的磷光体转换成可见光。

为了制造在等离子体单元中具有粉末层8的等离子体图像屏幕，首先要利用一种通用的工艺制造前板1。最好通过丝网印刷工艺来制造粉末层8。为此，首先从丝网印刷墨浆基(paste base)剂和粉末材料制备出丝网印刷墨浆(paste)。丝网印刷墨浆基剂最好是具有按重量计5％乙基纤维素的p-menth-1-en-8-ol。按另一种方式，丝网印刷墨浆可以包括另外的添加剂，如分散剂或者触变剂。

例如在前板1的保护层5上，借助于丝网印刷工艺涂敷最终得到的丝网印刷墨浆。优选地，在条形部分提供所说的丝网印刷墨浆并且进行烘烤。然后，将整个前板1曝露到485℃的温度下。最终的粉末层8的层厚度最好在2和15微米之间。

实施例1

为了制备丝网印刷糊剂，混合以下的物质：按重量计占80％的二甘醇一乙酯缩醛(diethyleneglycolmonoethyletheracetate)和按重量计占20％的p-menth-1-en-8-ol(包含有按重量计含5％的乙基纤维素)的溶剂混合物100克、触变剂2.7克、和SiO₂(颗粒直径在20和110nm之间)10克，并随后扩散这些物质，让它们两次通过一个三态轧制机。

在前板1的MgO保护层5上借助于丝网印刷工艺提供条形部分形式的SiO₂颗粒粉末层8，所说的前板包括玻璃板3、电介质层4、保护层5、和放电电极6、7。在等离子体单元中的两个放电电极6、7之间的距离每次都是200微米。电介质层4含有PbO，两个放电电极6、7由ITO和Ag构成。首先将前板1烘干，然后使其在450℃经受热的后处理2个小时。SiO₂粉末层8的层厚度是5.0微米，条形部分的宽度是200微米。所提供的粉末层8的条形部分应使其定位在放电电极6、7的对之间的居中空间的对面。

使用前板1与托架板2组合用于组装等离子体图像屏幕，其中具有加肋结构12和包括(Y，Gd)BO₃:Eu作为发红光的磷光体、包括Zn₂SiO₄:Mn作为发绿光的磷光体和包括BaMgAl₁₀O₁₇:Eu作为发蓝光的磷光体的磷光层10，并具有气体混合物，气体混合物包括按体积计5％Xe和95％Ne。

图2表示实施例1的等离子体图像屏幕的测得的放电电容随操作电压的变化曲线，其中与没有SiO₂粉末层8的等离子体图像屏幕的放电电容进行了比较。虚线涉及没有粉末层8的等离子体图像屏幕，连续线涉及有粉末层8的等离子体图像屏幕。

图3表示这个实施例的等离子体图像屏幕的效率和亮度随操作电压的变化曲线，其中与没有SiO₂粉末层8的等离子体图像屏幕的效率和亮度进行了比较。连续线表示效率，虚线表表示示亮度。

实施例2

以与实施例1类似的方式制备3种丝网印刷墨浆，第一种丝网印刷墨浆包括(Y，Gd)BO₃:Eu代替SiO₂，第二种丝网印刷墨浆包括Zn₂SiO₄:Mn代替SiO₂，第三种丝网印刷墨浆包括BaMgAl₁₀O₁₇:Eu代替SiO₂。在投入使用时，在墨浆中代替SiO₂使用的粉末的浓度按重量计为13％。

在前板1的MgO保护层5上通过丝网印刷工艺提供具有(Y，Gd)BO₃:Eu颗粒的条形部分，所说的前板1包括玻璃板3、电介质层4、保护层5、和放电电极6、7。在等离子体单元中，两个放电电极6、7之间的距离每次都是200微米。电介质层4含有PbO，两个放电电极6、7由ITO和Ag制造。提供具有(Y，Gd)BO₃:Eu颗粒的粉末层8的条形部分，以使它们存在在最终的等离子体图像屏幕中具有发红光的磷光体的等离子体单元中。类似地，随后在保护层5上提供具有Zn₂SiO₄:Mn颗粒的条形部分，以使粉末层8的这些条形部分存在在最终的等离子体图像屏幕中具有发绿光的磷光体的等离子体单元中。类似地，随后再在保护层5上提供具有BaMgAl₁₀O₁₇:Eu颗粒的条形部分，以使粉末层8的这些条形部分存在在最终的等离子体图像屏幕中具有发蓝光的磷光体的等离子体单元中。

首先将前板1烘干，然后使其在450℃经受热的后处理2个小时。粉末层8的层厚度是8.0微米，条形部分的宽度是240微米。所提供的粉末层8的条形部分应使其定位在放电电极6、7的对之间的居中空间的对面并且部分地与放电电极6、7重叠。

Claims (6)

1.一种设有前板(1)和托架板(2)的等离子体图像屏幕，所说的前板包括透明板(3)，在所说的透明板(3)上设有电介质层(4)和保护层(5)，托架板(2)设有磷光层(10)，一个加肋结构(12)细分前板(1)和托架板(2)之间的空间为填充有空气的多个等离子体单元，在前板(1)和托架板(2)上的一个或几个电极阵列(6、7、11)用于在等离子体单元中产生电晕放电，并且在前板(1)上的电极阵列(6，7)和托架板(2)上的电极阵列之间有一个粉末层(8)。

2.根据权利要求1所述的等离子体图像屏幕，其特征在于：粉末层(8)设在保护层(5)上。

3.根据权利要求2所述的等离子体图像屏幕，其特征在于：粉末层(8)设在保护层(5)的条形部分上。

4.根据权利要求3所述的等离子体图像屏幕，其特征在于：提供粉末层(8)的条形部分，以使它们每一个都定位在位于各个放电电极(6、7)的对之间的居中空间的对面。

5.根据权利要求1所述的等离子体图像屏幕，其特征在于：粉末层(8)的密度≤粉末材料密度的60％。

6.根据权利要求1所述的等离子体图像屏幕，其特征在于：粉末层(8)包括从电介质材料和磷光体构成的组中选出的一种材料。

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