DE10135126C1

DE10135126C1 - Filter für Flachbildschirme

Info

Publication number: DE10135126C1
Application number: DE2001135126
Authority: DE
Inventors: Marcus Frank; Bernhard Soeder
Original assignee: ARCON II FLACHGLASVEREDELUNG G
Current assignee: ARCON II FLACHGLASVEREDELUNG G
Priority date: 2001-07-19
Filing date: 2001-07-19
Publication date: 2003-02-13
Anticipated expiration: 2021-07-20

Abstract

Das Filter wirkt als optisches Referenzfilter und bildet mit dem Bildschirm eine Einheit. Es hat die Aufgabe, eine hohe Leuchtdichte zu erreichen und Störungen zu unterdrücken. Die dazu bisher verwendeten Wire-mashs haben unter anderem den Nachteil, dass die Transmission im sichtbaren Spektralbereich vermindert wird. DOLLAR A Erfindungsgemäß wird zwischen zwei Scheiben ein Wechselschichtsystem angeordnet, welches aus mindestens vier Schichtgruppen besteht, die jeweils eine Reflexionsschicht aufweisen und wobei zwei Schichtgruppen einen Schichtstapel bilden. Jede Schichtgruppe besitzt eine Aufwachsschicht aus einem Metalloxid, eine Reflexionsschicht aus einem Edelmetall und eine Blockerschicht. Zwischen den Schichtstapeln und Schichtgruppen sind weitere Schichten, die aus verschiedenen Materialien bestehen, aufgebracht. Das Schichtsystem schließt mit einer Verbundfolie ab.

Description

Die Erfindung betrifft ein Filter für Flachbildschirme, welches als Frontfilter vor Plasmabildschirmen, auch Plasmadisplay Panel (PDP) genannt, angebracht wird. Das Filter wirkt als optisches Interferenzfilter und bildet mit dem Bildschirm eine Einheit.

Das PDP hat die Aufgabe, in Verbindung mit dem Bildschirm eine hohe Leuchtdichte zu erzielen, elektrisches Rauschen sowie Radiofrequenz-Interferenzen, welche durch die Plasmaentladung im Bildschirm hervorgerufen werden, zu unterdrücken. Da gleichzeitig die Forderung nach hohen Betriebsleistungen besteht, treten diese Erscheinungen besonders auf. Außerdem kommt es durch die elektrischen Verluste bei der Plasmaentladung zu einer starken Wärmeentwicklung und damit zu einer hohen Abstrahlung elektromagnetischer Energie im gesamten infraroten Spektralbereich. Dadurch können Störungen anderer elektronischer Geräte im Nahbereich des Bildschirmes auftreten. Das kann beispielsweise bei Fernsteuerungen eintreten, die mit einer Frequenz arbeiten, die im nahen infraroten Spektralbereich (NIR) liegt. Das bedeutet, dass das elektrische Rauschen und die Emission infraroter Energie unterdrückt werden müssen.

Es ist zur Lösung dieses Problems bekannt, am Bildschirm elektrisch leitfähige Gittergeflechte - sogenannte Wire-mashs - anzuordnen. Mit den Wire-mashs kann zwar das elektromagnetische Rauschen sehr gut unterdrückt werden, aber es tritt der Nachteil auf, dass neben der Minderung der Transmission im sichtbaren Spektralbereich (VIS-Transmission) auch noch Moire'-Effekte auftreten, die durch die Überlagerung von Netzstruktur und Pixel- Struktur des PDP hervorgerufen werden.

Zur Beseitigung dieser Effekte werden die PDP und die Wire-mashs präzise zueinander justiert. Durch den Einsatz eines Wire-mash ist es jedoch nicht möglich die Transmission im nahen infraroten Spektralbereich zu unterdrücken. Hinzu kommt, dass das Verfahren zu seiner Herstellung sehr aufwendig ist.

Eine weitere Lösung besteht darin, optisch wirkende Filter am Bildschirm anzuordnen. Das Filter besteht aus zwei Scheiben, zwischen denen sich das Schichtsystem befindet. Die Verbindung der beiden Scheiben erfolgt mittels einer Verbundfolie. Das Schichtsystem besteht aus transparenten und leitfähigen Oxidschichten (beispielsweise ITO-Schichten) und/oder aus dünnen Metallschichten, vorzugsweise aus Silber. Dabei soll der Flächenwiderstand kleiner als 1.5 Ohm sein, wobei alle anderen genannten Bedingungen zu erfüllen sind. (siehe z. B. WO 98/28768 A1; US 4,910,090; US 4,839,736) Die bekannten Schichtsysteme besitzen max. drei Silberschichten und erreichen nur einen Flächenwiderstand von ca. 1,5 Ohm/. Die NIR-Transmission liegt auch bei 800 nm bis 850 nm bei 5% und 10%, was zu hoch ist. Es wurde bisher noch keine Schichtkombination gefunden, die Flächenwiderstände < 1 Ohm/ und eine NIR-Transmission von < 1% bei 800 nm erreicht.

Es ist weiterhin bekannt, das Filter aus einer Kombination von hoch und niedrig brechenden Schichten aufzubauen. Die hoch brechenden Schichten werden in einem nichtreaktiven Prozess von keramischen Targets abgeschieden, um die darunter angeordnete Schicht aus Silber durch Oxidation nicht zu beschädigen. (US 6,235,398 B1) Dieses Verfahren hat den Nachteil, dass keramische Targets sehr teuer sind und eine wesentlich geringere Beschichtungsrate erreicht wird. Dadurch sind die Kosten für das Filter relativ hoch.

Es ist auch bekannt, das Schichtsystem aus mehreren Ag-Schichten und hoch brechenden Schichten wie ZnO im Wechsel aufzubauen. (EP 0 999 536 A1; JP 2000-158578 A) Das Filter hat den Nachteil, dass der Flächenwiderstand schlecht ist und die Ag-Schichten nicht geschützt sind.

Es ist auch bekannt, an Stelle der Ag-Schicht ein elektrisch leitendes Polymer und elektrisch leitende Partikel im Schichtsystem anzuordnen (JP 2000-56115 A).

Damit werden die Mängel des unzureichenden Flächenwiderstandes nicht beseitigt und das Filter hat eine unzureichende Reflexion im infrarotem Spektralbereich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Filter für einen Flachbildschirm zu schaffen, das aus mehreren Metall- und Metalloxidschichten besteht, die zwischen zwei Glasscheiben angeordnet sind und einen niedrigen Flächenwiderstand von < 1 Ohm/, eine hohe Transmission und geringe Reflexion im sichtbaren Spektralbereich, eine geringe Transmission und eine hohe Reflexion im nahen infraroten Spektralbereich und/oder hohe Absorption im nahen infraroten Spektralbereich aufweisen. Es soll ein Wechselschichtsystem sein, in dem Edelmetallschichten als Reflexionsschichten, insbesondere Silberschichten eingelagert sind. Die Herstellung des Schichtsystems soll durch ein bekanntes Vakuumbeschichtungsverfahren erfolgen und hochproduktiv sein.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einem Schichtsystem aus mehreren Einzelschichten aus Metall und Metalloxid dadurch gelöst, dass das gesamte Schichtsystem aus mindestens zwei aufeinander folgenden Schichtstapeln besteht, wobei jeder Schichtstapel aus mindestens zwei Schichtgruppen besteht. Jede Schichtgruppe hat eine Reflexionsschicht, vorzugsweise aus Silber, die zwischen einer Aufwachsschicht aus einem elektrisch leitfähigen Metalloxid, vorzugsweise aus Zinkoxid, besteht, und einer Blockerschicht, vorzugsweise aus Nickel- Chrom.

Das Zinkoxid ermöglicht ein gutes Silberwachstum beim Abscheiden des Silbers während des Sputterns. Es entsteht, verglichen z. B. mit Zinnoxid, relativ schnell eine geschlossene Silberschicht mit wenigen Korngrenzen und damit mit guter Leitfähigkeit. Zwischen den Schichtgruppen ist jeweils eine Zwischenschicht aus einem Metalloxid, vorzugsweise aus Zinnoxid angeordnet. Diese Schichtgruppen sind somit mindestens viermal übereinander im gesamten Schichtsystem enthalten.

Jeder Schichtstapel ist auf einer Grundschicht aufgebracht, die im wesentlichen als Haftschicht dient und aus einem Metalloxid, vorzugsweise Titanoxid besteht. Abgeschlossen wird jeder Schichtstapel mit mindestens einer Deckschicht aus einem Metalloxid. Werden, wie es zweckmäßig sein kann, als Abschluss einer Schichtgruppe mehrere Deckschichten aufgebracht, so sind es Oxidschichten unterschiedlicher Metalle. So ist vorzugsweise die erste Deckschicht aus ZnO und die darüber befindliche Deckschicht aus SnO₂.

Das gesamte Filter schließt mit einer zweiten Scheibe ab, die eine an sich bekannte Antireflexbeschichtung auf der Gegenseite des Schichtsystems aufweist. Mittels einer farblosen Verbundfolie wird das auf der ersten Scheibe aufgebrachten Schichtsystem verbunden.

Anstelle der Metalloxidschichten können auch Metallnitridschichten in dem Schichtsystem angeordnet werden.

Das Wesentliche der Erfindung besteht in der Aufteilung des gesamten Schichtsystems in mindestens vier Schichtgruppen, die jeweils eine Reflexionsschicht aus einem Edelmetall, vorzugsweise aus Ag aufweisen. Diese Aufteilung der Ag-Schicht in vier Einzelschichten gewährleistet gleichzeitig eine weitgehend farbneutrale und hohe Transmission im sichtbaren Spektralbereich. Die Gesamtschichtdicke muss ausreichend sein für eine hohe IR-Reflexion und gute Leitfähigkeit, zweckmäßig mit einem Flächenwiderstand von ≦ 1 Ohm/. Die erfindungsgemäße Aufteilung des Gesamtschichtsystems ist durch die Schichtgruppen gleichmäßig und sichert damit die zu erreichenden optischen Parameter.

Die verwendete Folie ist wie bekannt zwischen dem Schichtsystem auf der ersten Scheibe und der zweiten Scheibe angeordnet und dient ausschließlich der Verbindung der beiden Scheiben, sowie gleichzeitig dem Korossionsschutz der Ag-Schichten.

Als Blocker auf der Edelmetallschicht werden Schichten aus NiCrO_x verwendet. Alle übrigen oxidischen Schichten vermindern die durch die Ag-Schichten hervorgerufene Reflexion im VIS. Die Ag-Schichten sind erforderlich, um einen möglichst geringen Flächenwiderstand zu erreichen und eine möglichst hohe Reflexion im NIR.

Als Schichtmaterial können auch Oxide der Metalle Si, Nb, Hf, In, Al, Ta, Y oder Nitride von Ti oder Si verwendet werden. Die leitfähige Reflexionsschicht, die vorzugsweise aus Ag ist, kann auch aus Pt, Au, Cu Pd oder Legierungen dieser Metalle bestehen.

Die zweite Scheibe, die dem Betrachter zugewandt ist, besitzt auf der Außenseite, d. h. in Richtung des Betrachters eine an sich bekannte Antireflexionsbeschichtung.

Das erfindungsgemäße Schichtsystem als ein Wechselschichtsystem hat den Vorteil, dass durch die Verwendung von mehreren gleichmäßig verteilt angeordneten Schichten aus einem Edelmetall eine weitgehend neutrale bis bläuliche Transmission und Reflexion bei Flächenwiderständen von < 1,5 Ohm/ zu erreichen ist. Die Transmission im NIR liegt bei 800 nm und 850 nm bei jeweils 10% bis 5%. Damit werden die gegenwärtig üblichen Forderungen erfüllt. Darüber hinaus werden aber auch zukünftig erforderlich werdende wesentlich bessere Werte von Flächenwiderständen < 1 Ohm/, einer VIS-Transmission von < 40% bei bläulicher Transmissionsfarbe und NIR-Transmission von < 1% bei Wellenlängen < 800 nm ohne die Verwendung von absorbierender/pigmentierter Folie erzielt.

An einem Ausführungsbeispiel wird ein zweckmäßiges Schichtsystem für ein Frontfilter beschrieben. Die zugehörige Zeichnung zeigt ein Filter für einen Flachbildschirm.

Das Filter, welches aus zwei Scheiben 1, 2 besteht, zwischen welchen ein Schichtsystem als Wechselschichtsystem angeordnet ist, befindet sich derart vor dem Flachbildschirm 3, dass die erste Scheibe 1 mit der unbeschichteten Seite ihm zugeordnet ist. In diesem Beispiel besteht das gesamte Schichtsystem aus zwei Schichtstapeln 4.1 und 4.2, wobei jeder Schichtstapel 4.1 und 4.2 aus jeweils zwei Schichtgruppen 5.1 bis 5.4 besteht. Auf der dem Flachbildschirm 3 abgewandten Seite der ersten Scheibe 1 ist das Schichtsystem in seiner Folge, wie aus der nachfolgenden Tabelle ersichtlich, aufgebracht.

Mittels einer farblosen Verbundfolie 6 ist die zweite Scheibe 2 mit der ersten Scheibe 1, d. h. mit dem auf ihr aufgebrachten Schichtsystem, verbunden. Auf der Gegenseite, die dem Betrachter zugewandt ist, ist eine allgemein bekannte Antireflexbeschichtung 7 aufgebracht.

Die verwendeten Materialien des gesamten Schichtsystems sind ebenfalls aus der Tabelle entnehmbar.

Die Schichten werden auf der Scheibe 1 in der in der Tabelle angegebenen Nr.-Folge aufgesputtert. Die Scheiben 1, 2 sind aus Floatglas.

Die angegebenen Schichtdicken zeigen eine zweckmäßige Ausführung, mit der optimale optische Werte erreicht werden.

In ihrem Aufbau sind die Schichtgruppen 5.1 und 5.2 bzw. 5.3 und 5.4 gleich, was das Erfindungswesentliche ist. Die Schichtgruppen 5.1 bis 5.4 bestehen in ihrer Reihenfolge des Aufbringens aus ZnO, Ag, NiCrO_x. Diese Kombination der Schichtgruppen zu zwei Schichtstapeln, das Gesamtschichtsystem bildend, stellt eine optimale Lösung der Aufgabe dar.

Claims

1. Filter für Flachbildschirme, bestehend aus einem zwischen zwei Scheiben angeordnetem Schichtsystem als ein Wechselschichtsystem, dessen einzelne Schichten aus Metall und Metalloxiden bestehen und auf einer Scheibe aufgebracht sind, und die mittels einer Verbundfolie verbunden sind, die vor dem Flachbildschirm angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass
das Schichtsystem aus mindestens zwei in ihrem Schichtaufbau und Schichtmaterial gleichen Schichtstapeln (4) besteht,
jeder Schichtstapel aus mindestens zwei in ihrem Schichtaufbau und Schichtmaterial gleichen Schichtgruppen (5) besteht,
jede Schichtgruppe (5) in der Folge ihres Aufbaues aus einer Aufwachsschicht eines Metalloxids, einer Reflexionsschicht aus Edelmetall und einer Blockerschicht besteht,
die Schichtgruppen (5) eines Schichtstapels (4) durch mindestens eine Trennschicht aus Metalloxid voneinander getrennt sind,
jeder Schichtstapel (4) auf einer Grundschicht aus einem Metalloxid aufgebracht ist,
jeder Schichtstapel (4) mit mindestens zwei Deckschichten aus je einem Oxid unterschiedlicher Metalle abschließt,
die zweite das Filter abschließende Scheibe (2) mittels einer farblosen Verbundfolie (6) mit dem gesamten Schichtsystem verbunden ist,
die abschließende Scheibe (2) auf der Gegenseite der Verbundfolie (6) mit einer Antireflexionsbeschichtung (7) versehen ist.

2. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufwachsschicht aus ZnO besteht.

3. Filter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflexionsschicht aus Ag besteht.

4. Filter nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Blockerschicht aus NiCrO_x besteht.

5. Filter nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennschicht aus ZnO besteht.

6. Filter nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundschicht aus TiO₂ besteht.

7. Filter nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschichten aus ZnO und SnO₂bestehen.

8. Filter nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbundfolie (6) aus Polyurethan besteht.

9. Filter nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass an Stelle der Metalloxidschichten Metallnitridschichten verwendet werden.

10. Filter nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichten durch Sputtern, vorzugsweise Magnetronsputtern aufgebracht sind.