DE10158273A1 - Plasmafarbbildschirm mit grünem Leuchtstoff - Google Patents

Plasmafarbbildschirm mit grünem Leuchtstoff

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Plasmabildschirm mit einer Trägerplatte, einer transparenten Frontplatte, einer Rippenstruktur, die den Raum zwischen Trägerplatte und Frontplatte in Plasmazellen, die mit einem Gas gefüllt sind, aufteilt, mit einem oder mehreren Elektroden-Arrays zur Erzeugung von stillen elektrischen Entladungen in den Plasmazellen und mit einer Leuchtstoffschicht, die einen Leuchtstoff, ausgewählt aus der Gruppe der dotierten Terbium(III)aktivierten Leuchtstoffe mit der allgemeinen Formel DOLLAR A (In¶1-x-y-z¶Gd¶y¶Y¶z¶)BO¶3¶ : Tb¶x¶ mit 0 < x 0,5 und 0 < y 0,5, 0 z 0,5 und 1-x-y-z > 0 DOLLAR A enthält. DOLLAR A Die Erfindung betrifft weiterhin einen Leuchtstoff, ausgewählt aus der Gruppe der dotierten Terbium(III)aktivierten Leuchtstoffe mit der allgemeinen Formel DOLLAR A (In¶1-x-y-z¶Gd¶y¶Y¶z¶)BO¶3¶ : Tb¶x¶ mit 0 < x 0,5 und 0 < y 0,5, 0 z 0,5 und 1-x-y-z > 0.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Plasmabildschirm ausgerüstet mit einer Trägerplatte, einer transparenten Frontplatte, einer Rippenstruktur, die den Raum zwischen Trägerplatte und Frontplatte in Plasmazellen, die mit einem Gas gefüllt sind, aufteilt, mit einem oder mehreren Elektroden-Arrays zur Erzeugung von stillen elektrischen Entladungen in den Plasmazellen und mit einer Leuchtstoffschicht, die einen grünemittierenden Leuchtstoff aus der Gruppe der dotierten Terbium-aktivierten borathaltigen Leuchtstoffe enthält.
  • Das Grundprinzip eines Plasmabildschirms besteht darin, dass eine Hochspannung in einem Gas mit niedrigem Gasdruck eine elektromagnetische Strahlung erzeugt, die selbst sichtbar sein kann oder durch Leuchtstoffe in sichtbares Licht umgewandelt wird.
  • In einem Farbplasmabildschirm üblicher Bauart besteht die Gasfüllung aus einem Edelgas, z. B. Xenon oder einem Edelgasgemisch z. B. ein Gemisch aus Helium, Neon und Xenon. Bei der Entladung entsteht Ultraviolett-Strahlung im VUV-Bereich, d. h. mit einer Wellenlänge kleiner 200 nm. Diese VUV-Strahlung regt die rot-, grün- und blauemittierenden Leuchtstoffe (RGB-Leuchtstoffe) in der Leuchtstoffschicht zur Abstrahlung von sichtbarem Licht in Rot, Grün und Blau an. Die lumineszierenden Materialien in Plasmabildschirmen nutzen also anders als konventionelle Leuchtstofflampen die hochenergetische Seite des UV-Spektrums. Je nach der Zusammensetzung des Edelgasgemisches und des Gasdruckes kann die VUV-Emission zwischen einer Einzellinie bei 147 nm oder einer breiten Bande in der Gegend von 172 nm variieren. Daraus resultieren neue Anforderungen an die RGB-Leuchtstoffe in einem Plasmabildschirm.
  • Die RGB-Leuchtstoffe sind das Endglied der Energietransferkette, in der in dem Plasmabildschirm elektrische Energie in sichtbares Licht umgewandelt wird. Die Effizienz eines Plasmabildschirms mit einer Leuchtstoffschicht hängt entscheidend von elektro-optischen Wirkungsgrades der Leuchtstoffe ab, d. h. vollständig das erzeugte UV-Licht im Leuchtstoff absorbiert wird und wie vollständig anschließend das erzeugte sichtbare Licht den Plasmabildschirm in Richtung des Betrachters verläßt.
  • Die Leuchtstoffe für Rot, Grün und Blau haben allerdings unterschiedliche Eigenschaften einerseits in Bezug auf ihr Langzeitverhalten, aber auch in der Farbsättigung und in der Wahrnehmbarkeit.
  • Aus CN1276406 ist eine grüner Leuchtstoff für Plasmabildschirme, bekannt, der eine chemische Formel (Ln1-x-y-z)TbxRyLiz)[(1 - m)PO4mBO3] hat und mindestens ein Seltenerdmetall Yb, La, Gd und Lu, Phosphate von Li und B, einen Hauptaktivator(Tb-Ionen) und einen Co-Aktivator (Ce, Pr und Dy-Ionen) enthält und durch Hochtemperaturkalzination hergestellt wird. Bei Anregung durch VLTV-Licht, kurzwelliges UV-Licht, Elektronenstrahlen und Röntgenstrahlen emittiert er starkes grünes Licht mit einem Emissionsmaximum bei 544 nm.
  • Es ist ein Schwachpunkt dieser Leuchtstoffe zur Erzeugung der grünen Farbstrahlung, dass ihr Farbpunkt und ihre Farbsättigung für Plasmabildschirme nicht optimal sind.
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Plasmabildschirm mit einer Trägerplatte, einer transparenten Frontplatte, einer Rippenstruktur, die den Raum zwischen Trägerplatte und Frontplatte in Plasmazellen, die mit einem Gas gefüllt sind, aufteilt, mit einem oder mehreren Elektroden-Arrays zur Erzeugung von stillen elektrischen Entladungen in den Plasmazellen und mit einer Leuchtstoffschicht, die einen grün emittierenden Leuchtstoff aus der Gruppe der dotierten Terbium-aktivierten Leuchtstoffe enthält, zur Verfügung zu stellen, der sich durch eine verbesserte, naturgetreue Farbwiedergabe und größere Helligkeit auszeichnet.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch einen Plasmabildschirm mit einer Trägerplatte, einer transparenten Frontplatte, einer Rippenstruktur, die den Raum zwischen Trägerplatte und Frontplatte in Plasmazellen, die mit einem Gas gefüllt sind, aufteilt, mit einem oder mehreren Elektroden-Arrays zur Erzeugung von stillen elektrischen Entladungen in den Plasmazellen und mit einer Leuchtstoffschicht, die einen Leuchtstoff, ausgewählt aus der Gruppe der dotierten Terbium(III)aktivierten Leuchtstoffe mit der allgemeinen Formel (In1-x-y-zGdyYz)BO3:Tbx mit 0 < x ≤ 0.5 und 0 < y ≤ 0.5, 0 ≤ z ≤ 0.5 und 1-x-y-z > 0 enthält.
  • Bei einem derartigen Plasmabildschirm ist der Grünpunkt zu höherer Farbsättigung verschoben. Dies beeinflußt nicht nur die Grüntöne, sondern auch alle Zwischentöne auf den Linien Blau-Grün und Rot-Grün, die durch die Vergrößerung des Darstellungsdreiecks im grünen Bereich erreichbar werden. Dadurch können viele Farbtöne naturgetreuer dargestellt werden, ein Unterschied, der sichtbar ist. Außerdem ist der Farbkontrast bei heller Umgebungsbeleuchtung erhöht.
  • Die Erfindung betrifft auch einen Leuchtstoff, ausgewählt aus der Gruppe der dotierten Terbium(III)aktivierten Leuchtstoffe mit der allgemeinen Formel (In1-x-y-zGdyYz)BO3:Tbx mit 0 < x ≤ 0.5 und 0 < y ≤ 0.5, 0 ≤ z ≤ 0.5 und 1-x-y-z > 0.
  • Dieser Leuchtstoff zeichnet sich durch eine verbesserte thermische Belastbarkeit, insbesondere in sauerstoffhaltiger Atmosphäre aus, weil Tb(III) nicht zur Oxidation zu Tb(IV) neigt. Deshalb leidet die Luminanz dieses Leuchtstoffes nicht bei der Herstellung des Plasmabildschirms und die Effizienz bleibt auch unter Anregung durch VUV-Strahlung sehr lange konstant.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand von einer Figur und zwei Ausführungsbeispielen weiter erläutert.
  • In Fig. 1 ist ein Plasmafarbbildschirm vom Oberflächenentladungstyp dargestellt, der aus einem Schichtsystem von übereinander und teilweise nebeneinander aufgetragenen Einzelschichten besteht.
  • In einem Plasmafarbbildschirm vom Oberflächenentladungstyp wird Licht in einem Plasma durch eine Gasentladung in einem Dreielektroden-System erzeugt. Das Drei- Elektroden-System besteht aus einer Adresselektrode und zwei Entladungselektroden pro Bildpunkt, zwischen denen im Betrieb eine Wechselspannung anliegt.
  • Ein solcher Plasmabildschirm vom Oberflächenentladungstyp setzt sich aus einer transparenten Frontplatte 1 und einer Trägerplatte 2 zusammen, die auf Abstand voneinander gehalten werden und peripher hermetisch verschlossen sind. Der Raum zwischen beiden Platten bildet den Entladungsraum 3, der durch die Schutzschicht und die Leuchtstoffschicht begrenzt wird. Üblicherweise bestehen sowohl Frontplatte als auch Trägerplatte aus Glas. Individuell ansteuerbare Plasmazellen werden durch eine Rippenstruktur 13 mit Trennrippen gebildet. Eine Vielzahl von transparenten Bildelektroden 6, 7 sind streifenförmig auf der Frontplatte angeordnet. Die zugehörigen Steuerelektroden 11 sind auf der Trägerplatte senkrecht dazu angebracht, so dass an den Kreuzungspunkten jeweils ein Entladung gezündet werden kann.
  • Der Entladungsraum ist mit einem passenden Entladungsgas gefüllt, z. B. mit Xenon, einem xenonhaltigen Gas, Neon oder einem neonhaltigem Gas. Die Gasentladung wird zwischen den Bildelektroden 6, 7 auf der Frontplatte gezündet. Um einen direkten Kontakt zwischen dem Plasma und den Bildelektroden 6, 7 zu vermeiden, sind diese mit einer dielektrischen Schicht 4 und einer Schutzschicht 5 bedeckt. In der Entladungszone ist das Gas ionisiert und es entsteht ein Plasma, das VUV-Strahlung emittiert.
  • Je nach Zusammensetzung des Gases in der Plasmazelle ändert sich die spektrale Intensität der Gasentladung. Gasgemische, die weniger als 30 Vol.-% Xenon enthalten, emittieren hauptsächlich Resonanzstrahlung bei 147 nm, Gasgemische mit mehr als 30 Vol.-% Xenon emittieren die Excimerstrahlung bei 172 nm.
  • Die ausgesendete VUV-Strahlung regt bildpunktweise strukturierte rote grüne und blaue Leuchtstoffe zur Emission von Licht im sichtbaren Bereich an, wodurch ein Farbeindruck entsteht. Die Bildpunkte des Plasmabildschirms in den drei Grundfarben Rot, Blau und Grün werden durch eine Leuchtstoffschicht 10 auf mindestens einem Teil der Trägerplatte und/oder auf den Wänden der Trennrippen in den Plasmazellen realisiert. Die Plasmazellen sind aufeinanderfolgend je mit einem roten, grünen oder blauen Leuchtstoff beschichtet. Drei nebeneinander liegenden Plasmazellen repräsentieren ein Pixel, mit dem die Darstellung aller Farben durch Mischen der drei Grundfarben möglich ist.
  • Individuell ansteuerbare Entladungszellen werden durch eine Rippenstruktur mit Trennrippen gebildet. Eine Rippenstruktur mit geraden, parallelen Trennrippen teilt den Entladungsraum in ununterbrochene vertikale Streifen. Eine Rippenstruktur mit geknickten oder gewellten Trennrippen teilt den Entladungsraum in perlenschnurartig vertikal aneinandergereihte Entladungszellen mit beispielsweise hexagonalem oder ellipsoidem Querschnitt.
  • Zwischen den Trennrippen ist die Frontplatte mit einer Leuchtstoffschicht aus Leuchtstoffsegmenten beschichtet. Ein Bildpunkt, i. e. ein Pixel, ist durch die Kombination von mindestens drei Subpixeln in den Farben Rot, Grün und Blau definiert. Die Subpixel werden durch die drei lumineszierende Leuchtstoffsegmente 4G, 4R und 4B in den Farben Rot, Grün und Blau realisiert. Drei Entladungszellen mit je einem roten, grünen und blauen Leuchtstoffsegment bilden je ein Subpixel und als Triade einen Bildpunkt.
  • Das Muster der Leuchtstoffsegmente wird durch den Verlauf der Trennrippen vorgegeben und vice versa. In der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform bilden die Leuchtstoffsegmente ein In-Line-Streifenmuster, bei dem die Leuchtstoffsegmente ununterbrochene langgestreckte Streifen bilden. Entlang eines Streifens bleibt die Farbe des Leuchtstoffes unverändert.
  • Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung können die einzelnen Leuchtstoffstreifen in rechteckige Leuchtstoffsegmente (Mondrian-Pixel) für die drei Grundfarben unterteilt sein, die in einem Zick-Zack-Muster oder einem Schwalbenschwanzmuster angeordnet sind.
  • Die Leuchtstoffsegmente für die Grundfarben Rot, Grün und Blau enthalten jeweils einen rot-, grün- oder blauemittierenden Leuchtstoff. Besonders geeignete Leuchtstoffe sind Leuchtstoffe, die durch den UV-Anteil der Strahlung aus dem Gasplasma anregbar sind.
  • Geeignet als rotemittierende Leuchtstoffe, die durch VUV-Strahlung anregbar sind, sind (Y,Gd)BO3 : Eu, Y2O2S : Eu, Y2O3 : Eu, Y(V,P)O4 : Eu, Y(V,P,B)O4 : Eu, YVO4 : Eu, SrTiO3 : Pr, GdMgB5O10 : Ce,Mn, und Mg4GeO5.5F : Mn.
  • Geeignet als blauemittierende Leuchtstoffe, die durch VUV-Strahlung anregbar sind, sind (Sr,Mg)2P2O7 : Eu, (Ba,Sr)5(PO4)3Cl : Eu, CaWO4, (Y,Gd)(P,V)O4 und Y2SiO5 : Ce.
  • Als grünemittierende Leuchtstoffe, die durch UV-Strahlung anregbar sind, werden dotierte Terbium(III)-aktivierte Leuchtstoffe mit der allgemeinen Formel (In1-x-y-zGdyYz)BO3 : Tbx mit 0 < x ≤ 0.5 und 0 < y ≤ 0.5, 0 ≤ z ≤ 0.5 und 1 -x-y-z > 0 verwendet.
  • Besonders geeignet für die Erfindung ist eine Kombination von Europium-aktiviertem Bariummagnesiumaluminat BaMgAl10O17 : Eu als blauemittierender Leuchtstoff, Europium-aktiviertem Yttriumoxid Y2O3 : Eu oder Europium-aktiviertem Yttriumgadoliniumborat (Y,Gd)BO3 : Eu als rotemittierenden Leuchtstoff und (In0.45Gd0.45)BO3 : Tb0.1, (In0.2Gd0.7)BO3 : Tb0.1 oder (In0.7Gd0.2)BO3 : Tb0.1 als grünemittierender Leuchtstoff.
  • Die dotierten Terbium(III)aktivierten Leuchtstoffe zur Erzeugung der grünen Farbstrahlung mit der allgemeinen Formel (In1-x-y-zGdyYz)BO3 : Tbx mit 0 < x ≤ 0.5 und 0 < y ≤ 0.5, 0 ≤ z ≤ 0.5 und 1 - x - y - z > 0 können ein Wirtsgitter mit Vaterite-Struktur, das mit dem Aktivatorion Tb3+ in kleiner Konzentration dotiert ist, haben. Die Vaterite- Struktur besitzt zwei kristallographisch voneinander unabhängige Gitterplätze, die von den dreiwertigen Kationen besetzt werden. Ein Gitterplatz hat ein Inversionszentrum, der andere nicht. Das Tb3+-Ion besetzt beide Gitterplätze.
  • Die dotierten Terbium(III)aktivierten Leuchtstoffe zur Erzeugung der grünen Farbstrahlung mit der allgemeinen Formel (In1-x-y-zGdyYz)BO3 : Tbx mit 0 < x ≤ 0.5 und 0 < y ≤ 0.5, 0 ≤ z ≤ 0.5 und 1 - x - y - z > 0 können andererseits auch ein Wirtsgitter mit Calcit-Struktur, das mit dem Aktivatorion Tb3+ in kleiner Konzentration dotiert ist, haben. Die Calcit-Struktur besitzt nur einen kristallographischen Gitterplatz, der von den dreiwertigen Kationen besetzt wird. Dieser Gitterplatz hat ein Inversionszentrum. Das Tb3+-Ion besetzt diesen Gitterplatz.
  • Das Aktivatorion Tb3+ hat in Verbindungen mit Vaterite-Struktur oder Calcite-Struktur ein Emissionsspektrum mit drei Emissionslinien bei 490 nm (5D4-7F3), 545 nm (5D4-7F5) und 620 nm (5D4-7F3).
  • Die Sättigung dieser grünen Lichtemission wird bei herkömmlichen Leuchtstoffen mit Terbiumionen auf Gitterplätzen ohne Inversionssymmetrie durch Übergänge 5D4-7F6,4,2 vermindert.
  • Dadurch, dass das Wirtsgitter der erfindungsgemäßen Leuchtstoffe die Tb(III)-Ionen auf Gitterplätzen mit Inversionssymmetrie oder geringer Abweichung von der Inversionssymmetrie enthält, werden die 5D4-7F6,4,2-Übergänge unterdrückt und die Sättigung der grünen Lichtemission ist erhöht, ohne dass die Quanteneffektivität vermindert wurde.
  • Das grüne Emissionsmultiplert bei 545 nm ist dafür sehr intensiv und zeigt ein hohes Lumenäquivalent > 500 lm/W.
  • Die Terbium(III)-aktivierten Seltenerdmetallborate werden nach konventionellen Methoden hergestellt, z. B. durch eine Festkörperreaktion. Dabei werden die Oxide oder Carbonate als Ausgangsverbindung verwendet. Diese werden gemischt, gemahlen und anschließend gesintert. Man erhält Leuchtstoffe mit einer einheitlichen Kristallstruktur als feinkörnige Partikel mit einer Korngröße von 1 bis 10 µm.
  • Als Herstellungsverfahren für die Leuchtstoffschicht kommen sowohl Trockenbeschichtungsverfahren, z. B. elektrostatische Abscheidung oder elektrostatisch unterstütztes Bestäuben, als auch Nassbeschichtungsverfahren, z. B. Siebdruck, Dispenserverfahren, bei denen eine Suspension mit einer sich dem Kanälen entlang bewegenden Düse eingebracht wird, oder Sedimentation aus der flüssigen Phase, in Betracht.
  • Für die Nassbeschichtungsverfahren müssen die Leuchtstoffe in Wasser, einem organischen Lösemittel, gegebenenfalls zusammen mit einem Dispergiermittel, einem Tensid und einem Antischaummittel oder einer Bindemittelzubereitung dispergiert werden. Geeignet für Bindemittelzubereitungen für Plasmabildschirme sind organische und anorganischen Bindemittel, die eine Betriebstemperatur von 250°C ohne Zersetzung, Versprödung oder Verfärbung überstehen.
  • Obwohl die Erfindung anhand eines Farbplasmabildschirms vom Oberflächenentladungstyp beschrieben wurde, ist ihre Verwendung nicht auf diesen Typ des Plasmabildschirms beschränkt, sondern kann beispielsweise auch für DC-Farbplasmabildschirme und für monochromatische AC- und DC-Plasmabildschirme verwendet werden.
    • Ausführungsbeispiel 1
  • Zur Herstellung von (In0.7Gd0.2)BO3 : Tb0.1 werden 10.0 g (36.02 mmol) In2O3, 3.730 g (10.2 mmol) Gd2O3, 1.924 g (2.57 mmol) Tb4O7 und 7.0 g (113.20 mmol) H3BO3 in einem Achatmörser gründlich verrieben. Nach einem ersten Tempern bei 700°C wird das Pulver erneut verreiben und zweimal bei 1100°C in einer CO-Atmosphäre gesintert. Nach dem ersten Sintern wird das Pulver erneut verrieben. Anschließend wird der Leuchtstoff mit demineralisiertem Wasser gewaschen, abfiltriert und bei 100°C getrocknet. Man erhält eine weißes Pulver, das durch ein Sieb mit einer Siebweite von 30 µm gesiebt wird. Mit dem so hergestellten Leuchtstoff wurde ein Plasmabildschirm nach den bekannten Verfahren hergestellt und getestet. Es wurden die Meßwerte entsprechend Tabelle I erhalten.
    Tabelle 1

  • Mit dem so hergestellten Leuchtstoff wurde ein Plasmabildschirm nach den bekannten Verfahren hergestellt und getestet.
    • Ausführungsbeispiel 2
  • Zur Herstellung von (In0.2Gd0.7)BO3 : Tb0.1 werden 2.000 g (7,2 mmol) In2O3, 10.445 g (28.82 mmol) Gd2O3, 2.394 g (3.20 mmol) Tb4O7 und 8.710 g (140.87 mmol) H3BO3 in einem Achatmörser gründlich verrieben. Nach einem ersten Tempern bei 700°C wird das Pulver erneut verreiben und zweimal bei 1100°C in einer CO-Atmosphäre gesintert. Nach dem ersten Sintern wird das Pulver erneut verrieben. Anschließend wird der Leuchtstoff mit demineralisiertem Wasser gewaschen, abfiltriert und bei 100°C getrocknet. Man erhält eine weißes Pulver, das durch ein Sieb mit einer Siebweite von 30 µm gesiebt wird. Mit dem so hergestellten Leuchtstoff wurde ein Plasmabildschirm nach den bekannten Verfahren hergestellt und getestet. Es wurden die Meßwerte entsprechend Tabelle I erhalten.
    Tabelle 1

  • Mit dem so hergestellten Leuchtstoff wurde ein Plasmabildschirm nach den bekannten Verfahren hergestellt und getestet.
    • Ausführungsbeispiel 3
  • Zur Herstellung von (In0.45Gd0.45)BO3 : Tb0.1 werden 8.0 g (28.82 mmol) In2O3, 10.445 g (28.82 mmol) Gd2O3, 1.924 g (2.57 mmol) Tb4O7 und 7.0 g (113.20 mmol) H3BO3 in einem Achatmörser gründlich verrieben. Nach einem ersten Tempern bei 700°C wird das Pulver erneut verreiben und zweimal bei 1100°C in einer CO-Atmosphäre gesintert. Nach dem ersten Sintern wird das Pulver erneut verrieben. Anschließend wird der Leuchtstoff mit demineralisiertem Wasser gewaschen, abfiltriert und bei 100°C getrocknet. Man erhält eine weißes Pulver, das durch ein Sieb mit einer Siebweite von 30 µm gesiebt wird. Mit dem so hergestellten Leuchtstoff wurde ein Plasmabildschirm nach den bekannten Verfahren hergestellt und getestet. Es wurden die Meßwerte entsprechend Tabelle I erhalten.
    Tabelle 1

  • Mit dem so hergestellten Leuchtstoff wurde ein Plasmabildschirm nach den bekannten Verfahren hergestellt und getestet.

Claims (2)

1. Plasmabildschirm mit einer Trägerplatte, einer transparenten Frontplatte, einer Rippenstruktur, die den Raum zwischen Trägerplatte und Frontplatte in Plasmazellen, die mit einem Gas gefüllt sind, aufteilt, mit einem oder mehreren Elektroden-Arrays zur Erzeugung von stillen elektrischen Entladungen in den Plasmazellen und mit einer Leuchtstoffschicht, die einen Leuchtstoff, ausgewählt aus der Gruppe der dotierten Terbium(III)aktivierten Leuchtstoffe mit der allgemeinen Formel (In1-x-y-zGdyYz)BO3 : Tbx mit 0 < x ≤ 0.5 und 0 < y ≤ 0.5, 0 ≤ z ≤ 0.5 und 1 -x-y-z > 0 enthält.
2. Leuchtstoff, ausgewählt aus der Gruppe der dotierten Terbium(III)aktivierten Leuchtstoffe mit der allgemeinen Formel (In1-x-y-zGdyYz)BO3 : Tbx mit 0 < x ≤ 0.5 und 0 < y ≤ 0.5, 0 ≤ z ≤ 0.5 und 1 -x-y-z > 0
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