DE10118531A1

DE10118531A1 - Plasmabildschirm vom Oberflächenentladungstyp

Info

Publication number: DE10118531A1
Application number: DE10118531A
Authority: DE
Inventors: Markus Klein; Rob Snijkers
Original assignee: Philips Corporate Intellectual Property GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 2001-04-14
Filing date: 2001-04-14
Publication date: 2002-10-17
Also published as: JP2002324489A; US20020167279A1; EP1258900A3; EP1258900A2

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Plasmabildschirm vom Oberflächenentladungstyp, bei dem die Entladungselektroden von einer dielektrischen Schicht bedeckt sind. Nachteilig an bekannten Plasmabildschirmen vom Oberflächenentladungstyp sind die relativ hohe Zündspannung für die Gasentladung und die geringe Effizienz. Um einen Plasmabildschirm vom Oberflächenentladungstyp mit verbesserter Entladungseffizienz zu schaffen, wird vorgeschlagen, die Kapazität der dielektrischen Schicht C = f (Schichtdicke d, Dielektrizitätskonstante epsilon) in einer Richtung transversal zum Entladungskanal zu variieren.

Description

Die Erfindung betrifft einen Plasmabildschirm ausgerüstet mit einer Trägerplatte, einer durchsichtigen Frontplatte, einer Rippenstruktur, die den Raum zwischen Trägerplatte und Frontplatte in Plasmazellen, die mit einem Gas gefüllt sind, aufteilt, mit einem Elektrodenarray von Paaren aus Entladungselektroden, die paarweise zu beiden Seiten einer Entladungsstrecke auf der Frontplatte angeordnet sind, mit einer dielektrischen Schicht, die das Elektrodenarray auf der Frontplatte bedeckt und mit einem Elektrodenarray aus Adresselektroden auf der Trägerplatte.

In einem Plasmabildschirm vom Oberflächenentladungstyp wird das Licht durch eine Gasentladung in einem Dreielektroden-System erzeugt. Das Drei-Elektroden-System besteht pro Bildpunkt aus einer Adresselektrode und zwei Entladungselektroden, zwischen denen im Betrieb eine Wechselspannung anliegt.

Bekannte Plasmabildschirme dieser Art umfassen eine durchsichtige Frontplatte und eine Trägerplatte, die auf Abstand voneinander gehalten werden und peripher hermetisch verschlossen sind. Der Raum zwischen beiden Platten bildet den Entladungsraum, in dem eine Gasfüllung für die Gasentladung eingeschlossen ist. Individuell ansteuerbare Plasma zellen werden durch eine Rippenstruktur mit Trennrippen gebildet.

Die Innenseite der Frontplatte trägt eine Anzahl von Paaren von langgestreckten Ent ladungselektroden, die paarweise parallel zueinander angeordnet sind. Die Entladungs elektroden sind mit einer Schicht aus einem dielektrischen Material abgedeckt. Dadurch entstehen in Reihe geschaltete Kondensatoren, die aus den Elektroden einerseits und dem Plasma und der dielektrischen Schicht andererseits bestehen. Die Kapazität der Konden satoren wirkt als Ladungsspeicher zwischen zwei Wechselspannungsimpulsen.

Die Innenseite der Trägerplatte trägt eine Anzahl von langgestreckten Adresselektroden, die ebenfalls parallel zueinander angeordnet sind.

Für einen Farbbildschirm werden die Bildpunkte des Plasmabildschirms in den drei Grundfarben Rot, Blau und Grün durch eine Leuchtstoffschicht auf mindestens einem Teil der Trägerplatte und/oder auf den Wänden der Trennrippen gebildet.

Frontplatte und Trägerplatte werden so montiert, dass die Längsrichtung der Entladungs elektroden orthogonal zu der Längsrichtung der Adresselektroden angeordnet ist. Jeweils der Kreuzungspunkt eines Paars von Entladungselektroden und einer Adresselektroden definiert eine Plasmazelle, d. h. eine Entladungsregion im Entladungsraum.

Im Betrieb liegt an allen Bildpunkten eine Rechteckwechselspannung (Sustain-Spannung) von beispielsweise etwa 100 kHz an. Die Amplitude beträgt 160 V und ist damit kleiner als die Zündspannung. Die Sustain-Spannung und die Zündspannung sind abhängig von dem Abstand und von der Formgebung von Adress- und Entladungselektroden, von der chemischen Zusammensetzung und dem Gasdruck der Gasfüllung und von den Eigen schaften der dielektrischen Schicht, die die Entladungselektroden bedeckt. Soll ein Bild punkt aktiviert werden, so wird an die entsprechenden Adress- und Entladungselektroden eine Spannung von 160 V bis 180 Volt gelegt, die nun eine Gasentladung an den Kreuzungspunkten in der Entladungsregion auslöst. Es bildet sich eine transitorische Gasentladung aus. Die UV-Strahlung, die von der Entladungsregion ausgestrahlt wird, stimuliert die Leuchtstoffschicht zur Ausstrahlung von sichtbarem Licht, das durch die Frontplatte als Bildpunkt erscheint. Man bezeichnet den Spannungsimpuls auch als Schreibimpuls. Es fließt ein kurzzeitiger Strom, bis die Kapazitäten aufgeladen sind. Gleichzeitig bildet sich eine Wandladung. Die Wandladungsspannung addiert sich zur anschließenden negativen Impulsspannung von 160 V, so dass wiederum eine Entladung ausgelöst wird. Die Kapazität wird dadurch wieder umgeladen. Dies wiederholt sich solange, bis die Entladung durch einen Löschimpuls gestoppt wird. Ein einmal aktivierter Bildpunkt leuchtet also bis zur Löschung. Dies wird als Memory-Funktion des Plasmabild schirms bezeichnet. Der Löschimpuls ist so kurz, dass zwar eine Entladung der Kapa zitäten, aber kein Umladung erfolgen kann. Ohne Wandladungsspannung reicht beim nächsten Impuls die Spannung für eine Zündung nicht aus. Der Bildpunkt bleibt dunkel.

Die Kapazität der dielektrischen Schicht beeinflußt den Energieverbrauch des Plasmabild schirms. Wenn die Kapazität der dielektrischen Schicht hoch ist, fließt bei jeder Entladung eine hoher Entladungsstrom und der Energieverbrauch ist größer. Aus US 5,703,437 ist es bekannt, den Energieverbrauch eines AC-Plasmabildschirms vom Oberflächenentladungs typ zu senken, indem für die dielektrische Schicht ein Material gewählt wird, das eine niedrige Dielektrizitätskonstante und damit eine niedrige Kapazität hat.

Eine niedrige Kapazität der dielektrischen Schicht über den Entladungselektroden erfordert aber höhere Zünd-, Sustain- und Löschspannungen und solche höheren Betriebspan nungen erniedrigen die Lebensdauer des Bildschirms und erfordern eine aufwendigere Ansteuerelektronik.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Plasmabildschirm vom Ober flächenentladungstyp zu schaffen, der sich durch einen niedrigen Energieverbrauch bei höherer Effizienz und eine lange Lebensdauer auszeichnet.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch einen Plasmabildschirm ausgerüstet mit einer Trägerplatte, einer Frontplatte, einer Rippenstruktur, die den Raum zwischen Trägerplatte und Frontplatte in Plasmazellen, die mit einem Gas gefüllt sind, aufteilt, mit einem Elektrodenarray von Paaren aus Entladungselektroden, die paarweise zu beiden Seiten eines Entladungskanals auf der Frontplatte angeordnet sind, mit einer dielektrischen Schicht mit der Dicke d und der Dielektrizitätskonstante ε, die das Elektrodenarray auf der Frontplatte bedeckt, mit einem Elektrodenarray aus Adresselektroden auf der Trägerplatte, wobei die Kapazität C = f(d, ε) der dielektrischen Schicht transversal zum Entladungs kanals variiert ist.

Der Erfindungsgedanke ist es, einen Plasmabildschirm vom Oberflächenentladungstyp zu schaffen, in dem die dielektrische Schicht über den Entladungselektroden eine kapazitive Einkoppelstruktur bildet, der als kapazitiver Spannungsteiler wirkt. Dort, wo die Kapazität der dielektrischen Schicht hoch ist, werden die Feldlinien gebündelt und die Zündspan nung erniedrigt. Dort, wo die Kapazität dielektrischen Schicht niedrig ist, ist die Energie dichte der Entladung niedriger und die Plasmaeffizienz erhöht. Dadurch werden gleichzeitig eine hohe Plasmaeffizienz und geringe Blindleistung sowie ein niedriges Spannungs niveau und eine höhere Lebensdauer erreicht.

Besonders vorteilhafte Wirkungen gegenüber dem Stand der Technik entfaltet die vor liegende Erfindung, wenn die Kapazität C der ersten dielektrischen Schicht ein Minimum, das zu beiden Seiten von einem Maximum flankiert wird, über einem Entladungskanal hat.

Eine derartige Anordnung begünstigt die gewünschten transversalen Entladungsstrukturen.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass die Kapazität C der ersten dielektrischen Schicht mittels der Schichtdicke d variiert ist.

Dielektrische Schichten lassen sich einfach in unterschiedliche Schichtdicke auftragen, daher ist die Herstellung unkompliziert und mit geringem Ausschußrisiko behaftet.

Es kann auch bevorzugt sein, dass die Kapazität C der ersten dielektrischen Schicht mittels der Dielektrizitätskonstante ε variiert ist.

Wenn die Kapazität mittels der Dielektrizitätskonstanten der dielektrischen Schicht variiert wird, kann die dem Plasma zugewandte Oberfläche der Frontplatte im wesentlichen planar gehalten werden.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung können die Entladungselektroden durch Buselektroden erster und zweiter Art kontaktiert sein, um die Zündspannung für die Gas entladung weiter herabzusetzen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von 7 Figuren weiter erläutert.

Fig. 1 zeigt eine halbperspektivische Ansicht einer Ausführungsform des erfindungs gemäßen Plasmabildschirms mit variierter Schichtdicke der dielektrischen Schutzschicht.

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch die Ausführungsform des erfindungsgemäßen Plasmabildschirms mit variierter Schichtdicke der dielektrischen Schutzschicht.

Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Plasmabildschirms mit Buselektroden zweiter Art.

Fig. 4 zeigt eine Aufsicht auf die Frontplatte einer Ausführungsform des erfindungs gemäßen Plasmabildschirms mit einander zugewandten Buselektroden

Fig. 5 zeigt einen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform des erfindungs gemäßen Plasmabildschirms mit variierter Kapazität der dielektrischen Schutzschicht.

Fig. 6 zeigt eine Aufsicht auf die Frontplatte einer Ausführungsform des erfindungs gemäßen Plasmabildschirms mit strukturierten Streifenelektroden und Buselektroden zweiter Art

Fig. 7 zeigt eine Aufsicht auf die Frontplatte einer Ausführungsform des erfindungs gemäßen Plasmabildschirms mit Buselektroden erster und zweiter Art.

Eine erste Ausführungsform eines AC-Plasmabildschirms vom Oberflächenentladungstyp nach der Erfindung ist in Fig. 1 und 2 gezeigt. Es ist eine Farbbildschirm mit einer Drei- Elektroden-Konfiguration. Ein einzelner Bildpunkt, d. h. ein Subpixel wird durch ein Paar von Entladungselektroden X1 und X2 und eine Adresselektrode Y definiert. Die Subpixel für jeweils eine Grundfarbe des Farbbildschirms sind bevorzugt in einer Linie parallel zu den Adresselektroden angeordnet, drei Subpixel für die drei Grundfarben Rot Grün und Blau bilden ein Pixel.

Im Detail gesehen umfaßt die Trägerplatte aufeinanderfolgend ein Substrat 2 aus Glas, Quarz oder einer Keramik, ein Elektrodenarray aus einer Anzahl von langgestreckten Adresselektroden Y, die sich im wesentlichen parallel zueinander auf dem Substrat erstrecken, Leuchtstoffschichten 5R 5B, 5G, die die Adresselektroden bedecken, weiterhin Trennrippen 3, die eine Rippenstruktur bilden. Die Trennrippen der Rippenstruktur sind zwischen den einzelnen Adresselektroden und gleichlaufend zu diesen angeordnet.

Die Frontplatte umfaßt ebenfalls ein Substrat 2. Üblicherweise ist es transparent und besteht aus Glas. Die Frontplatte umfaßt weiterhin ein Array von Paaren von lang gestreckten streifenförmigen Entladungselektroden X1, X2, die auf der inneren Oberfläche des transparenten Glassubstrates gebildet sind. Jedes Paar von Entladungselektroden ist paarweise angeordnet und durch einen Entladungskanal getrennt. Jede einzelne Ent ladungselektroden umfasst bevorzugt eine transparente Streifenelektrode 6 und eine metallische Buselektrode 7, die auf die transparente Streifenelektrode laminiert ist.

Die Entladungselektroden sind jeweils mit einem Pol einer Hochspannungsquelle ver bunden, so dass ein Hochspannungswechselspannung zwischen benachbarten Elektroden angelegt werden kann.

Das Material der transparenten Entladungselektroden ist üblicherweise ein transparentes leitfähiges Material, wie mit Indium dotiertem Zinnoxid (ITO) oder nichtstöchio metrischem Zinnoxid SnO_x

Die Frontplatte umfaßt weiterhin eine transparente erste dielektrische Schicht 4, die die Elektrodenpaare bedeckt. Die transparente dielektrische Schicht kann eine relativ fein gestaltete geometrische Struktur aus vielen Segmenten mit jeweils unterschiedlicher Kapa zität aufweisen. Dabei kann eine Abstufung einer effektiven Schichtdicke in diskreten Stufen oder als kontinuierlicher Verlauf durch Variation der Dicke der dielektrischen Schicht oder durch Variation der Flächenanteile der dielektrischen Materialien erfolgen. Es ist bevorzugt, dass die Kapazität stetig variiert ist, damit sich die bevorzugte Entladungs struktur ausbilden kann.

Nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung sind die Entladungselektroden, wie in Fig. 1 und 2 gezeigt, mit einer Schicht aus dielektrischem Material bedeckt, bei der die Dicke der dielektrischen Schicht variiert ist. Diese Schicht ist zwischen den beiden Ent ladungselektroden verdickt. Sie verjüngt sich symmetrisch nach außen und nimmt weiter nach außen wieder an Stärke zu.

Dadurch wird im Bereich der Verjüngung ein Bereich hoher elektrischer Feldstärke erzeugt, in dem die Elektronen beschleunigt werden.

Als Material für die dielektrisches Schicht eignen sich für die verwendete Hochspannung durchschlagfeste, elektrisch isolierende Materialien (Dielektrika), z. B. Borosilikatgläser, Quarzglas, Glasfritte, Al₂O₃, MgF₂, LiF, BaTiO₃.

Die Wahl des dielektrischen Materials ist jedoch nicht auf diese Materialien beschränkt. Ebenso können andere dielektrische Materialien mit paraelektrischen, ferroelektrischen und antiferroelektrischen Eigenschaften verwendet werden.

Für die dielektrischen Schichten kann neben MgO auch CeO₂, CeO₂ und La₂O₃, Quartz, Borsilikatglas, bleihaltige Gläser, SiO₂, Al₂O₃ Titanate der Erdalkalimetalle Erdalkalioxide wie CaO, SrO und Fluoride wie LiF, MgF₂ und KCl. Besonders MgO bewirkt eine niedrige Zündspannung.

Das Dielektrikum kann aus einer oder mehreren Schichten bestehen.

Für die Herstellung dieser dielektrischen Schicht kann man beispielsweise von den bekannten Dickfilmtechniken ausgehen. Dazu wird eine dielektrische Paste auf das Glassubstrat aufgedruckt, gesprüht oder gerollt und anschließend gesintert.

Die dielektrische Schicht ist außerdem noch mit einer Schicht aus Magnesiumoxid oder einem anderen Material mit niedriger Austrittsarbeit, das die Emission von Elektronen aus dem Substrat erleichtert, bedeckt.

Die Entladungselektroden können zusätzlich zu den transparenten Streifenelektroden 6 noch Buselektroden erster Art 7 zur Kontaktierung umfassen, um den elektrische Wider standswert der Entladungselektroden zu reduzieren. Beispielsweise können sie teilweise mit einer Metallfilm als Bus beschichtet sein. Die Buselektroden erster Art können aus dünnen Chrom/Kupfer/Chrom Schichten oder Aluminiumfilmen oder aus einer dicken Silber schicht gebildet sein.

Die metallischen Buselektroden erster Art sind in der Ausführungsform gemäß Fig. 1 und 2 an der seitlichen Peripherie der transparenten Streifenelektroden angeordnet auf der Seite, die entgegengesetzt vom Entladungskanal liegt.

Eine einfach herzustellende Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Plasmabildschirms ist in Fig. 3 und 4 dargestellt. Dort sind die Buselektroden erster Art nicht an der von der Entladungsstrecke abgewandten Kante der Entladungselektroden, sondern an der dem Entladungskanal zugewandten Kante vorgesehen. Dadurch entsteht im Zündungsbereich ein höherer Spannungsabfall über dem Gas.

In einer zweiten Ausführungsform der Erfindung ist transversal zum Entladungskanal eine Serie von Schichtsegmenten angeordnet, deren Material unterschiedliche Dielektrizitäts konstanten haben. Bevorzugt ist eine Anordnung, wie in Fig. 5 in der die Schichtsegmente 41a, 41b symmetrisch zum Entladungskanal angeordnet sind.

Besonders bevorzugt ist eine Anordnung mit einem Minimum der Kapazität unter dem Entladungskanal, an das sich beidseitig unter den Elektroden Schichtsegmente mit maxi maler Kapazität anschließen. Dort wo die Kapazität hoch und der Potentialabfall in der dielektrischen Schicht niedrig ist, tritt ein höherer Potentialabfall von der Elektrode zum Gasraum über den Querschnitt der dielektrischen Schicht auf. Dort wo der Potentialabfall schon in der dielektrische Schicht hoch ist, ist der Potentialabfall zum Entladungsraum niedriger.

Das Potential im Gasentladungsraum kann auch durch die Position, gegenseitige Ausrich tung und Form der Elektroden beeinflußt werden.

Üblicherweise haben die Entladungselektroden die Form von Streifen mit gleichmäßiger Breite. Das Potential über den Entladungsweges kann aber durch Gliederung der Elektro den zusätzlich unterstützt werden. Dazu weisen die Paare von Entladungselektroden abwechselnd unterschiedlich breite Bereiche auf, innerhalb derer die Entladung ansetzt bzw. unterdrückt wird.

Beispielsweise zeigt Fig. 6 eine Ausführungsform der Entladungselektroden bei der die Streifenelektroden Kammelektroden mit kammartigen Einschnitten und T-förmigen Zinken sind. Die T-förmigen Zinken erstrecken sich transversal zu der longitudinalen Richtung der Elektroden aus, derartig, dass die Zinken benachbarter Kammelektroden einander auf gleicher Höhe gegenüberliegen und den Entladungskanal begrenzen.

Die kammartigen Einschnitte wiederholen sich regelmäßig in einem Abstand, der der Breite eines Bildpunktes entspricht. Die Elektroden werden dann so angeordnet, dass sich jeweils zwei gleiche Bereiche gegenüberstehen. Dadurch werden diagonale Entladungs strukturen unterdrückt, die Entladung brennt vielmehr direkt zum nächsten benachbarten Bereich der Gegenelektrode.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung können die Entladungselektroden neben den an sich bekannten Buselektroden erster Art auch Buselektroden zweiter Art 7' umfassen.

Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, bei der auf einer Kammelektrode mit T- förmigen Zinken die T-Balken mit inselförmigen Buselektroden zweiter Art 7' bedeckt sind.

Gemäß Fig. 7 können solche inselförmigen Buselektroden zweiter Art 7' auch auf unseg mentierten Streifenelektroden entlang des Entladungskanals aufgebracht werden. Diese inselförmigen Buselektroden zweiter Art haben den Vorteil, dass sie die Zündung der Gasentladung mittig im Entladungskanal initiieren und dadurch Verluste durch Plasma- Wand-Wechselwirkungen reduziert werden können.

Claims

1. Plasmabildschirm ausgerüstet mit einer Trägerplatte, einer Frontplatte, einer Rippenstruktur, die den Raum zwischen Trägerplatte und Frontplatte in Plasmazellen, die mit einem Gas gefüllt sind, aufteilt, mit einem Elektrodenarray aus Paaren von Entladungselektroden, die paarweise jeweils zu beiden Seiten eines Entladungskanals auf der Frontplatte angeordnet sind, mit einer ersten dielektrischen Schicht mit der Dicke und der Dielektrizitätskonstante ε, die das Elektrodenarray aus Paaren von Entladungselektroden auf der Frontplatte bedeckt, mit einem Elektrodenarray aus Adresselektroden auf der Trägerplatte, wobei die Kapazität C = f(d, ε) der ersten dielektrischen Schicht in einer Richtung transversal zum Entladungskanal variiert ist.

2. Plasmabildschirm gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapazität C der ersten dielektrischen Schicht über einem Entladungskanal ein Minimum hat, das zu beiden Seiten von einem Maximum flankiert wird.

3. Plasmabildschirm gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapazität C der ersten dielektrischen Schicht mittels der Schichtdicke d variiert ist.

4. Plasmabildschirm gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapazität C der ersten dielektrischen Schicht mittels der Dielektrizitätskonstante ε variiert ist.

5. Plasmabildschirm gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Entladungselektroden durch Buselektroden erster und zweiter Art kontaktiert sind.