DE10135692A1 - Plasmabildschirm mit erhöhter Effizienz - Google Patents

Abstract

Die Erfindung beschreibt einen Plasmabildschirm mit erhöhter Effizienz der Lichterzeugung in den Plasmazellen. Dies wird durch Verwendung eines Materials in der Schutzschicht (5), welches nach Anregung mit UV-Photonen selber Licht, bevorzugt im UV-C-Lichtbereich, emittiert, erreicht.

Description

• 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 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 Bildschirmdiagonale und sind von kompakter Bauweise. Ein Plasmabildschirm weist eine hermetisch abgeschlossene Zelle, die mit einem Gas gefüllt ist, mit gitterförmig angeordneten Elektroden auf. Durch Anlegen einer elektrischen Spannung wird eine Gasentladung hervorgerufen, 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 kompakter 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 wird die Gasentladung zwischen den Elektroden auf der Frontplatte unterhalten und am Kreuzungspunkt mit einer Elektrode, einer sogenannten Adresselektrode, auf der Rückplatte gezündet. Die Adresselektrode befindet sich in diesem Fall unter der Leuchtstoffschicht. Durch diese Anordnung gelangt die Hälfte des bei der Gasentladung erzeugten UV-Lichtes auf die Frontplatte, wo es in den dortigen Schichten absorbiert wird. Für einen Teil des UV- Lichtes wird dieser Effekt noch verstärkt, da das UV-Licht im Gasraum reabsorbiert wird, indem Gasatome vom Grundzustand in einen energetisch höheren Zustand angeregt werden. Das Licht wird zwar anschließend wieder emittiert, wird aber aus seiner ursprünglichen Richtung abgelenkt, so dass auch Licht, das sich ursprünglich in Richtung der Leuchtstoffschicht ausgebreitet hat, auf die Frontplatte gelangen kann. So wird in heutigen Plasmabildschirmen nur ungefähr 60% des erzeugten UV-Lichts von den Leuchtstoffen absorbiert.
• Die Luminanz eines Plasmabildschirms hängt zu einem großen Teil von der Effizienz des UV-Lichtes ab, die Leuchtstoffe anzuregen. Um die Luminanz eines Plasmabildschirms zu erhöhen, wird in der DE 199 44 202 ein Plasmabildschirm mit einer UV-Licht reflektierenden Schicht auf der Frontplatte beschrieben. Nachteilig ist, dass diese Schicht auf der Schutzschicht aus MgO aufgebracht werden muss, da die Schicht aus MgO nicht durchlässig für UV-Licht ist. So kann der vorteilhafte Effekt, dass MgO einen hohen ioneninduzierten Sekundärelektronenemissionskoeffizienten besitzt und die Zündspannung des Gases verringert, kaum noch ausgenutzt werden.
• Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, einen Plasmabildschirm mit verbesserter Luminanz bereitzustellen.
• Diese Aufgabe wird gelöst, durch einen Plasmabildschirm ausgerüstet mit einer Frontplatte, die eine transparente Platte, auf der eine dielektrische Schicht und eine Schutzschicht, die ein Material umfasst, das nach Anregung durch UV-Photonen Licht emittiert, 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.
• Durch Verwendung eines Materials in der Schutzschicht, welches nach Anregung mit UV- Photonen selber Licht emittiert, kann die Effizienz des Plasmabildschirms erhöht werden.
• Gemäß einer vorteilhaften Ausführung enthält das Licht-emittierende Material der Schutzschicht Dotierungen, die beispielsweise Störstellen im Kristallgitters des Materials und somit eine Defektlumineszenz bei Bestrahlung des Materials mit UV-Photonen bewirken. Andererseits können die Dotierungen selbst nach Anregung durch die UV- Photonen in einen höher energetischen Zustand gehen und anschließend strahlend in den Grundzustand zurückkehren.
• Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung enthält das Licht-emittierende Material der Schutzschutz dotiertes MgO. Dadurch kann der vorteilhafte Effekt, dass MgO einen hohen ioneninduzierten Sekundärelektronenemissionskoeffizienten besitzt und die Zündspannung des Gases verringert, ausgenutzt werden.
• Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen kann zwischen der dielektrischen Schicht und der Schutzschicht eine Streuschicht aus Partikeln mit einer Partikelgröße zwischen 50 und 300 nm aufgebracht sein. Diese Streuschicht reflektiert das Licht, welches von der Schutzschicht in Richtung dielektrische Schicht emittiert wurde, zurück in die Plasmazelle. Außerdem verhindert die Streuschicht Lichtleitung in der Schutzschicht.
• Liegt gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungen die Wellenlänge des von dem Lichtemittierenden Material emittierten Lichtes kleiner gleich 400 nm, insbesondere im UV-C- Wellenlängenbereich zwischen 200 und 280 nm, so kann das emittierte Licht zur Anregung der Leuchtstoffe in der Leuchtstoffschicht verwendet werden. Somit wird die Effizienz der Lichterzeugung in den Plasmazellen erhöht.
• 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.
• 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 umfasst eine transparente Platte 3, beispielsweise aus Glas, auf der eine dielektrische Schicht 4 und darauf eine Schutzschicht 5 aufgebracht sind. 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, senkrecht zu den Entladungselektroden 6, 7 verlaufende Adresselektroden 10 aus beispielsweise Ag aufgebracht. Diese sind von einer Leuchtstoffschicht 9, die Licht in einer der drei Grundfarben rot, grün oder blau emittiert, bedeckt. Dazu ist die Leuchtstoffschicht in mehrere Farbsegmente unterteilt. Üblicherweise sind die rot-, grün- bzw. blau-emittierenden Farbsegmente der Leuchtstoffschicht 9 in Form von senkrechten Streifentripeln aufgebracht. Durch eine Rippenstruktur 12 mit Trennrippen aus vorzugsweise dielektrischem Material werden individuell ansteuerbare Plasmazellen, in denen die stillen elektrischen 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 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 8 liegenden Entladungsweg fließen können, bildet sich im Plasmabereich 8 ein Plasma, durch das je nach der Zusammensetzung des Gases Strahlung 11 im UV-Bereich, vorzugsweise im Bereich zwischen 200 und 400 nm, 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.
• Die Schutzschicht 5 enthält ein Material, das nach Anregung mit UV-Photonen Licht emittiert. Dieses Licht-emittierende Material enthält vorzugsweise Dotierungen. Es ist ganz besonders bevorzugt, dass das Licht-emittierende Material dotiertes MgO enthält. Als Dotierionen können beispielsweise Al³⁺, Ga³⁺, In³⁺, Nd³⁺, Pr³⁺, Sb³⁺, Bi³⁺, Pb²⁺, Sn²⁺, Zn²⁺, Cd²⁺, Br^-, Cl^-, F^- oder N₃ ^- verwendet werden. Das Licht-emittierende Material in der Schutzschicht 5 kann auch zwei oder mehr dieser Dotierionen enthalten.
• Durch Einbau von Kationen in das MgO-Gitter können einerseits Störstellen geschaffen werden, welche nach Anregung der Kationen-dotierten MgO-Schicht mit UV-Photonen eine längerwellige Defektlumineszenz bewirken. Andererseits können auch Kationen, beispielsweise Nd³⁺, Pr³⁺ oder Pb²⁺, in das MgO-Gitter eingebaut werden, welche einen angeregten Zustand im UV-Lichtbereich aufweisen und nach Anregung mit UV-Photonen unter Aussendung von Licht, vorzugsweise mit einer Wellenlänge ≤ 400 nm, in den Grundzustand zurückkehren. Es ist auch möglich, dass die Schutzschicht 5 als Lichtemittierendes Material Tb³⁺-dotiertes MgO enthält. In dieser Ausführungsform emittiert das Licht-emittierende Material der Schutzschicht 5 farbiges, grünes, Licht.
• Durch den Einbau von einwertigen Anionen in das MgO-Gitter können Kationenleerstellen geschaffen werden, welche nach Anregung der Anionen-dotierten MgO-Schicht mit UV-Photonen eine längerwellige Defektlumineszenz bewirken.
• Die Herstellung einer Schutzschicht 5, die Kationen-dotiertes MgO als Lichtemittierendes Material enthält, kann mittels Elektronenstrahlverdampfung oder nass-chemischer Prozesse erfolgen. Bei der Elektronenstrahlverdampfung enthält das Target neben MgO noch 0.01 bis 1 Mol-% eines entsprechenden Oxids. Als Oxid kann beispielsweise Al₂O₃, Ga₂O₃, In₂O₃, Nd₂O₃, Pr₆O₁₁, Sb₂O₅, Bi₂O₃, PbO, SnO, ZnO oder CdO verwendet werden.
• Die Herstellung einer Schutzschicht 5, die Anionen-dotieres MgO als Licht-emittierendes Material enthält, kann mittels Elektronenstrahlverdampfung oder nass-chemischer Prozesse erfolgen. Bei der Elektronenstrahlverdampfung enthält das Target neben MgO beispielsweise noch 0.01 bis 1 Mol-% eines entsprechenden Magnesiumhalogenids wie MgF, MgCl oder MgBr.
• Das von dem Lichtemittierenden Material der Schutzschicht 5 emittierte Licht, welches bevorzugt eine Wellenlänge zwischen 200 und 280 nm besitzt, kann zusätzlich zu den UV- Photonen aus der Plasmaentladung die Leuchtstoffe in der Leuchtstoffschicht 9 anregen und somit die Effizienz des Plasmabildschirms erhöhen.
• Als Leuchtstoffe in der segmentierten Leuchtstoffschicht 9 werden vorzugsweise Leuchtstoffe verwendet, welche sich effizient durch Licht mit einer Wellenlänge zwischen 200 und 400 nm anregen lassen. Die blauen Farbsegmente der Leuchtstoffschicht 9 enthalten vorzugsweise einen Leuchtstoff ausgewählt aus der Gruppe (Ba_1-xSr_x)MgAl₁₀O₁₇ : Eu mit (0 ≤ × ≤ 1), (Ba_1-xSr_x)MgAl₁₀O₁₇ : Eu, Co mit (0 ≤ x ≤ 1), (Y_1-xGd_x)₂SiO₅ : Ce mit (0 ≤ x ≤ 1), (Y_1-xGd_x)BO₃ : Ce mit (0 ≤ x ≤ 1) und einer Mischung aus wenigstens zwei dieser Leuchtstoffe. Die grünen Farbsegmente der Leuchtstoffschicht 9 enthalten vorzugsweise einen Leuchtstoff ausgewählt aus der Gruppe Zn₂SiO₄ : Mn, (Ba_1-xSr_x)MgAl₁₀O₁₇ : Eu, Mn mit (0 ≤ x ≤ 1), (Y_1-xGd_x)Bo₃ : Tb mit (0 ≤ x ≤ 1) und einer Mischung aus wenigstens zwei dieser Leuchtstoffe. Die roten Farbsegmente der Leuchtstoffschicht 9 enthalten vorzugsweise einen Leuchtstoff ausgewählt aus der Gruppe (Y_1-xGd_x)BO₃ : Eu mit (0 ≤ x ≤ 1), Y₂O₃ : Eu, mit (Y_1-xGd_x)₂O₃ : Eu mit (0 ≤ x ≤ 1), YVO₄ : Eu, Y(V_1-xP_x)O₄ : Eu mit (0 ≤ x ≤ 1) und einer Mischung aus wenigstens zwei dieser Leuchtstoffe.
• Es ist vorteilhaft, dass sich zwischen dielektrischer Schicht 4 und der Schutzschicht 5 eine Streuschicht befindet. Diese Streuschicht enthält bevorzugt Partikel mit einer Partikelgröße zwischen 50 und 300 nm. Als Partikel können beispielsweise Metalloxide, Metallphosphate oder Metallfluoride verwendet werden.

Claims (8)

1. Plasmabildschirm ausgerüstet mit einer Frontplatte (1), die eine transparente Platte (3), auf der eine dielektrische Schicht (4) und eine Schutzschicht (5), welche ein Material umfasst, das nach Anregung durch UV-Photonen Licht emittiert, aufgebracht sind, aufweist, mit einer Trägerplatte (2) ausgestattet mit einer Leuchtstoffschicht (9), mit einer Rippenstruktur (12), die den Raum zwischen Frontplatte (1) und Trägerplatte (2) in Plasmazellen, die mit einem Gas gefüllt sind, aufteilt und 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.

2. Plasmabildschirm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Licht-emittierende Material eine Dotierung enthält.

3. Plasmabildschirm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Licht-emittierende Material dotiertes MgO enthält.

4. Plasmabildschirm nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das MgO mit einem oder mehreren Ionen ausgewählt aus der Gruppe Al³⁺, Ga³⁺, In³⁺, Nd³⁺, Pr³⁺, Sb³⁺, Bi³⁺, Pb²⁺, Sn²⁺, Zn²⁺, Cd²⁺, Br^-, Cl^-, F^- und N₃ ^- dotiert ist.

5. Plasmabildschirm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dielektrischer Schicht (4) und der Schutzschicht (5) eine Streuschicht aufgebracht ist.

6. Plasmabildschirm nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Streuschicht Partikel mit einer Partikelgröße zwischen 50 und 300 nm enthält.

7. Plasmabildschirm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Licht-emittierende Material Licht mit einer Wellenlänge 400 nm emittiert.

8. Plasmabildschirm nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Licht-emittierende Material Licht in einem Wellenlängenbereich von 200 bis 280 nm emittiert.