DE10023341A1

DE10023341A1 - Plasmabildschirm mit Schutzschicht

Info

Publication number: DE10023341A1
Application number: DE10023341A
Authority: DE
Inventors: Peter Klaus Bachmann; Volker Van Elsbergen; Markus Klein; Rob Snijkers
Original assignee: Philips Corporate Intellectual Property GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 2000-05-12
Filing date: 2000-05-12
Publication date: 2001-11-29
Also published as: TW554369B; KR20010104232A; CN1324092A; US20020003407A1; US6525471B2; EP1154456A3; JP2002063851A; EP1154456A2

Abstract

Die Erfindung beschreibt einen Plasmabildschirm mit einer Schutzschicht (5) aus Materialien mit niedriger Elektronenaffinität und hoher Sputterresistenz.

Description

Die Erfindung betrifft einen Plasmabildschirm ausgerüstet mit einer Frontplatte, die eine Glasplatte, 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, und 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 Bildschirmdia gonalen und sind von kompakter Bauweise. Ein Plasmabildschirm weist eine hermetisch abgeschlossene Glaszelle, die mit einem Gas gefüllt ist, mit gitterförmig angeordneten Elektroden auf. Durch Anlegen einer elektrischen Spannung wird eine Gasentladung hervorgerufen, die hauptsächlich Licht im Vakuum-Ultraviolett-Bereich erzeugt. Durch Leuchtstoffe wird dieses VUV-Licht in sichtbares Licht umgewandelt und durch die Frontplatte der Glaszelle zum Betrachter emittiert.

Plasmabildschirme werden in zwei Klassen unterteilt: DC-Plasmabildschirme und AC- Plasmabildschirme. Bei den DC-Plasmabildschirmen stehen die Elektroden im direkten Kontakt mit dem Plasma. Bei AC-Plasmabildschirmen sind die Elektroden durch eine dielektrische Schicht von dem Plasma getrennt.

Prinzipiell unterscheidet man zwei Typen von AC-Plasmabildschirmen: eine Matrixanord nung und eine koplanare Anordnung der Elektroden-Arrays. Bei der Matrixanordnung wird die Gasentladung am Kreuzungspunkt zweier Elektroden auf der Front- und der Trägerplatte gezündet und unterhalten. Bei der koplanaren Anordnung wird die Gasent ladung zwischen den Elektroden auf der Frontplatte unterhalten und am Kreuzungspunkt mit einer Elektrode, einer sogenannten Adresselektrode, auf der Trägerplatte gezündet. Die Adresselektrode befindet sich in diesem Fall unter der Leuchtstoffschicht.

In einem typischen AC-Plasmabildschirm ist die dielektrische Schicht noch mit einer Schicht aus MgO überschichtet. MgO besitzt einen hohen ioneninduzierten Sekundär elektronenemissionskoeffizienten und verringert so die Zündspannung des Gases. Außer dem ist MgO resistent gegen Sputtering durch positiv geladene Ionen des Plasmas. Nach teilig ist, dass MgO während des Herstellungsprozess leicht mit Fremdstoffen kontaminiert werden kann, welche kaum wieder entfernbar sind.

In JP 11054048 A der Patent Abstracts of Japan wird ein AC-Plasmabildschirm beschrie ben, der auf der dielektrischen Schicht anstelle einer MgO-Schutzschicht eine Schutz schicht aus diamant-ähnlichem Kohlenstoff (amorpher Diamant) aufweist. Die Schutz schicht weist eine amorphe Struktur auf und wird mittels eines CVD(Chemical Vapour Deposition)-Verfahrens abgeschieden.

Nachteilig bei Verwendung von diamant-ähnlichem Kohlenstoff in der Schutzschicht ist, dass bei den rigiden Bedingungen, zum Beispiel hohe Temperaturen, bei der Herstellung von Plasmabildschirmen diamant-ähnlicher Kohlenstoff seine Struktur verändern und teilweise auch Wasserstoff abgeben kann. Ein Nachteil der Strukturveränderung ist, dass sich dadurch eine Schicht mit graphitischem Anteil bildet, welche sich bräunlich verfärbt. Dies verringert die Luminanz des Plasmabildschirms. Abgegebener Wasserstoff kann die Gasphase im Inneren des Plasmabildschirms verändern, wodurch beispielsweise die Zünd spannung unkontrolliert verändert werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Plasmabildschirm bereitzu stellen.

Diese Aufgabe wird gelöst, durch einen Plasmabildschirm ausgerüstet mit einer Front platte, die eine Glasplatte, auf der eine dielektrische Schicht und eine Schutzschicht aufge bracht sind, aufweist, mit einer Trägerplatte ausgestattet mit einer Leuchtstoffschicht, mit einer Rippenstruktur, die den Raum zwischen Frontplatte und Trägerplatte in Plasma zellen, 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, bei dem die Schutzschicht ein Material ausgewählt aus der Gruppe kristalliner Diamant, AlN, AlGaN, BN und tetrahedral amorpher Kohlenstoff enthält.

Diese Materialien weisen eine hohe chemische Resistenz beispielsweise gegen hohe Tempe raturen bei Herstellung des Plasmabildschirms auf und sie sind im Vergleich zu MgO nicht hygroskopisch. Sie weisen auch eine höhere physikalische Resistenz im Vergleich zu diamant-ähnlichem Kohlenstoff auf und sind beispielsweise sputter-resistenter gegenüber hochenergetischen Plasmabestandteilen. Außerdem enthält eine Schutzschicht aus einem dieser Materialien keine wesentlichen Wasserstoffanteile und eine Veränderung der Gas phase in den Entladungszellen durch Abgabe von Wasserstoff wird verhindert.

Es ist weiterhin bevorzugt, dass das Gas Xenon in einem Anteil von über 7 Vol.-% enthält.

Eine Schutzschicht aus kristallinem Diamant, AlN, AlGaN, BN oder tetrahedral amor phem Kohlenstoff ermöglicht eine Erhöhung des Xenon-Anteils im Gas ohne drastisches Ansteigen der Zündtemperatur. Durch Erhöhung des Anteils an UV-Licht generierendem Xenon im Gas wird die UV-Lichtausbeute und damit die Anregung der Leuchtstoffe effizienter.

Im folgenden soll anhand von einer Figur und zwei Ausführungsbeispielen die Erfindung näher erläutert werden. Dabei zeigt

Fig. 1 den Aufbau und das Funktionsprinzip einer einzelnen Plasmazelle in einem AC-Plasmabildschirm.

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 enthält eine Glasplatte 3, auf der eine dielektrische Schicht 4 und darauf eine Schutz schicht 5 aufgebracht sind. Die Schutzschicht 5 ist bevorzugt aus MgO und die dielektri sche Schicht 4 ist beispielsweise aus PbO-haltigem Glas. Auf die Glasplatte 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 oder ITO. Die Trägerplatte 2 ist aus Glas und auf der Trägerplatte 2 sind parallele, streifenförmige, senk recht zu den Entladungselektroden 6, 7 verlaufende Adresselektroden 10 aus beispielsweise Ag aufgebracht. Diese sind von einer Leuchtstoffschicht 9, die in einer der drei Grund farben rot, grün oder blau emittiert, bedeckt. Die einzelnen Plasmazellen sind durch eine Rippenstruktur 12 mit Trennrippen aus vorzugsweise dielektrischem Material getrennt.

In der Plasmazelle, das heißt zwischen den Entladungselektroden 6, 7, von denen jeweils eine im Wechsel als Kathode bzw. Anode wirkt, befindet sich ein Gas, vorzugsweise ein Edelgasgemisch aus beispielsweise He, Ne oder Kr, welches als UV-Licht generierende Komponente Xe enthält. Nach Zündung der Oberflächenentladung, wodurch Ladungen auf einem zwischen den Entladungselektroden 6, 7 im Plasmabereich 8 liegenden Entla dungsweg fließen können, bildet sich im Plasmabereich 8 ein Plasma, durch das je nach der Zusammensetzung des Gases Strahlung 11 im UV-Bereich, insbesondere im VUV- Bereich, erzeugt wird. Diese Strahlung 11 regt die Leuchtstoffschicht 9 zum Leuchten an, die sichtbares Licht 13 in einer der drei Grundfarben emittiert, das durch die Frontplatte 1 nach außen tritt und somit einen leuchtenden Bildpunkt auf dem Bildschirm darstellt. In der Leuchtstoffschicht 9 kann beispielsweise als blau-emittierender Leuchtstoff BaMgAl₁₀O₁₇ : Eu, als grün-emittierender Leuchtstoff beispielsweise Zn₂SiO₄ : Mn und als rot-emittierender Leuchtstoff beispielsweise (Y,Gd)BO₃ : Eu verwendet werden.

Die dielektrische Schicht 4 über den transparenten Entladungselektroden 6, 7 dient unter anderem bei AC-Plasmabildschirmen dazu, eine direkte Entladung zwischen den aus leit fähigem Material bestehenden Entladungselektroden 6, 7 und damit die Ausbildung eines Lichtbogens bei Zündung der Entladung zu unterbinden.

Zur Herstellung einer Frontplatte 1 mit einer Schutzschicht 5 werden zunächst auf einer Glasplatte 3, deren Größe der gewünschten Bildschirmgröße entspricht, mittels Aufdampf verfahren und anschließender Strukturierung die Entladungselektroden 6, 7 aufgebracht. Anschließend wird die dielektrische Schicht 4 aufgebracht und getrocknet.

Zur Herstellung einer Schutzschicht 5 wird je nach Material ein unterschiedliches Verfah ren, welche an sich bekannt sind, angewendet. Eine Schutzschicht 5, die kristallinen Dia mant enthält, kann durch CVD-Methoden hergestellt. Dazu wird eine Gasmischung, die in der Regel Kohlenstoff und Wasserstoff sowie gegebenenfalls Sauerstoff, Edelgase oder Halogene enthält, in reaktive Radikale und Molekülbruchstücke zerlegt, aus denen sich auf einem heißen Substrat ein Diamantfilm abscheidet. Die Anregung der Gasmischung kann beispielsweise durch ein Plasma, einen heißen Draht, eine Bogenentladung oder eine chemische Flamme wie zum Beispiel eine Acetylen-Sauerstoff-Flamme.

Eine Schutzschicht 5, welche AlN enthält, kann mittels reaktiven Sputtern aus einem Al- Target in einer stickstoffhaltigen Atmosphäre hergestellt werden. Eine Schutzschicht 5, welche AlN oder AlGaN enthält, kann auch mittels MO(metal organic)-CVD oder über Plasma CVD hergestellt werden. Hierbei werden entsprechende metall-organische Verbin dungen entweder thermisch oder mit Hilfe eines Plasmas in Gegenwart einer Stickstoff quelle angeregt und umgesetzt.

Ebenso kann eine Schutzschicht 5, welche BN enthält, mittels CVD oder reaktiven Sputterns hergestellt werden. In diesem Fall werden geeignete bor-organische Verbindun gen eingesetzt. Außerdem können BN-haltige Schichten durch ionenstrahlgestützte Abscheidtechniken hergestellt werden. Das BN kann ein kubisches oder hexagonales Kristallgitter besitzen.

Eine Schutzschicht 5, welche tetrahedral amorphen Kohlenstoff (t-a:C) enthält, kann beispielsweise über eine gefilterte Bogenentladung aus Graphit oder auch mittels CVD- Techniken hergestellt werden.

Die Schichtdicke der Schutzschicht 5 beträgt vorzugsweise zwischen 2 nm und 10 µm. Ganz besonders bevorzugt sind Schichtdicken zwischen 5 nm und 1 µm.

Die gesamte Frontplatte 1 wird zwei Stunden bei 100 bis 600°C nachbehandelt und zusammen mit einer Trägerplatte 2 aus Glas, welche eine Rippenstruktur 12, leitfähige Adresselektroden 10 und eine Leuchtstoffschicht 9 aufweist, sowie einem Gas zum Bau eines AC-Plasmabildschirms verwendet. Das Gas enthält vorzugsweise ein Edelgasgemisch wie Ne/Xe, He/Xe oder Ne/He/Xe, wobei der Anteil von Xenon im Gas bevorzugt mindestens 7 Vol.-% beträgt. Das Gas kann auch reines Xenon enthalten. Je höher der Gehalt an UV-Licht generierendem Xenon ist, desto effizienter ist die UV-Lichtausbeute und damit die Anregung der Leuchtstoffe.

Die Schutzschicht 5, welche ein Material mit niedriger Elektronenaffinität enthält, ernied rigt die Zünd- und Betriebsspannungen des Plasmas. So kann der Effekt, dass mit steigen dem Xenon-Gehalt die Zündspannung des Plasmas steigt teilweise kompensiert werden und es kann eine preiswerte Treiberelektronik im Plasmabildschirm eingesetzt werden. Der Plasmabildschirm weist dann neben einer resistenteren Schutzschicht 5 auch eine erhöhte Luminanz auf.

Im folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung erläutert, die beispielhafte Reali sierungsmöglichkeiten darstellen.

Ausführungsbeispiel 1

Mittels Mikrowellen-Plasma-CVD wurde als Schutzschicht 5 ein Diamantfilm auf die dielektrische Schicht 4 einer Frontplatte 1, welche eine Glasplatte 3, eine dielektrische Schicht 4 und zwei Entladungselektroden 6, 7 aufweist, aufgebracht. Die dielektrische Schicht 4 enthielt PbO und die beiden Entladungselektroden 6, 7 waren aus ITO. Die Schichtdicke der Schutzschicht 5 aus kristallinem Diamant betrug 0.5 µm.

Die gesamte Frontplatte 1 wurde zwei Stunden bei 200 bis 400°C nachbehandelt und anschließend zusammen mit einer Trägerplatte 2 aus Glas, welche eine Rippenstruktur 12, Adresselektroden 10 aus Ag und eine Leuchtstoffschicht 9 aufweist, sowie einem Gasge misch, welches eine Zusammensetzung von 7 Vol.-% Xe und 93 Vol.-% Ne aufwies, zum Bau eines AC-Plasmabildschirms verwendet, der erhöhte Luminanz aufwies.

Ausführungsbeispiel 2

Mittels Mikrowellen-Plasma-CVD mit einem reinen Stickstoffplasma und Trimethyl aluminium wurde als Schutzschicht 5 eine Schicht aus AlN auf die dielektrische Schicht 4 einer Frontplatte 1, welche eine Glasplatte 3, eine dielektrische Schicht 4 und zwei Entla dungselektroden 6, 7 aufweist, aufgebracht. Die dielektrische Schicht 4 enthielt PbO und die beiden Entladungselektroden 6, 7 waren aus ITO. Die Schichtdicke der Schutzschicht 5 betrug 0.3 µm.

Die gesamte Frontplatte 1 wurde zwei Stunden bei 200 bis 400°C nachbehandelt und anschließend zusammen mit einer Trägerplatte 2 aus Glas, welche eine Rippenstruktur 12, Adresselektroden 10 aus Ag und eine Leuchtstoffschicht 9 aufweist, sowie einem Gasge misch, welches eine Zusammensetzung von 20 Vol.-% Xe und 80 Vol.-% Ne aufwies, zum Bau eines Plasmabildschirms verwendet, der erhöhte Luminanz aufwies.

Claims

1. Plasmabildschirm ausgerüstet mit einer Frontplatte (1), die eine Glasplatte (3), auf der eine dielektrische Schicht (4) und eine Schutzschicht (5) aufgebracht sind, aufweist, mit einer Trägerplatte (2) ausgestattet mit einer Leuchtstoffschicht (9), mit einer Rippenstruk tur (12), die den Raum zwischen Frontplatte (1) und Trägerplatte (2) in Plasmazellen, die mit einem Gas gefüllt sind, aufteilt, mit einem oder mehreren Elektroden-Arrays (6, 7, 10) auf der Frontplatte (1) und der Trägerplatte (2) zur Erzeugung von stillen elektrischen Entladungen in den Plasmazellen, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht (5) ein Material ausgewählt aus der Gruppe kristalliner Diamant, AlN, AlGaN, BN und tetrahedral amorpher Kohlenstoff enthält.

2. Plasmabildschirm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas Xenon in einem Anteil von über 7 Vol.-% enthält.