DE19542426A1 - Plasmaanzeigefeld - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Plasmaanzeigefeld und ins­ besondere den Aufbau eines Gleichstromplasmaanzeigefeldes mit längerer Lebensdauer.

Im allgemeinen hat eine Gleichstromelektrode eine be­ grenzte Lebensdauer, die insbesondere dann kürzer ist, wenn die Masse und die kinetische Energie der positiven Ionen, die auf eine Kathode auftreffen, aufgrund der hohen Treiber­ spannung groß ist, was bei einem Farbplasmaanzeigefeld der Fall ist.

Um dieses Problem zu beseitigen, wurden Forschungen nach neuen Kathodenmaterialien intensiviert, die gegenüber einer Zerstäubung beständig sind. Es gibt jedoch seit langer Zeit kein Material, das gegenüber einer andauernden Zerstäu­ bung beständig ist.

Es ist daher wünschenswerter, einen Aufbau zu ent­ wickeln, der gegenüber einer Zerstäubung dauerhaft ist und keine kürzere Lebensdauer hat, als das Interesse auf Mate­ rialien zu richten, die gegenüber der Zerstäubung dauerhaft sind. Was die Verkürzung der Lebensdauer durch Zerstäubung anbetrifft, so haften weiterhin die zerstäubten Teilchen nicht an der Kathode, sondern an unerwünschten Teilen der Entladezelle, so daß sich die Treiberspannung ändert, was die Stabilität im Betrieb beeinträchtigt.

In der jüngsten Zeit wurden Untersuchungen bezüglich der Verlängerung der Lebensdauer von Gleichstromplasmaanzei­ gefeldern hinsichtlich derartiger neuer Konstruktionen unter verschiedenen Aspekten durchgeführt. Insbesondere im NHK Broadcasting Technique Research Institute in Japan wurde ein Verfahren zum Beschränken des Entladestromes, indem jeder Entladezelle ein Widerstand gegeben wird, dazu verwandt, die Lebensdauer eines Plasmaanzeigefeldes zu verlängern. Die Lebensdauer L eines Plasmaanzeigefeldes läßt sich durch die folgende experimentelle Beziehung bezüglich der die Lebens­ dauer beeinflussenden Funktionen unter Berücksichtigung der folgenden Entladecharakteristiken darstellen

L = p^5-6 I-^(2-3) Xe (%)

wobei L die Lebensdauer bezeichnet, P den Gasdruck bezeich­ net, I den Entladestrom bezeichnet, Xe(%) den prozentualen Anteil von Xenon bezeichnet, der in das Basisgas Helium gemischt ist.

Zunächst ist die Lebensdauer proportional zur vierten oder fünften Potenz des Gasdruckes, da die Wahrscheinlich­ keit, daß das Kathodenmaterial durch Ionen zerstäubt wird, die an die Kathode rückangelagert werden, zunimmt, wenn der Gasdruck hoch ist.

Zweitens ist die Lebensdauer umgekehrt proportional zur zweiten oder dritten Potenz des Entladestromes, da grob gesagt die Anzahl der Ionen, die auf die Kathode auftreffen, zunimmt, wenn der Entladestrom hoch ist, so daß die Kathode durch die Ionen stark beschädigt wird.

Die Lebensdauer ist drittens proportional zum prozen­ tualen Anteil von Xenon. Wenn angenommen wird, daß das Ent­ ladegas ein Gemisch aus Helium und Xenon ist, dann wird das Gas in He⁺ und Xe⁺ ionisiert. Da dabei die Masse von Xe⁺ größer als die von He⁺ ist, ist das Moment von Xe⁺, das an der Kathode liegt, größer als das von He⁺. Mit zunehmendem prozentualen Anteil von Xe⁺ nimmt die Wahrscheinlichkeit einer Kollision zwischen Xe⁺ und Xe somit zu, wodurch die kinetische Energie der Ionen in gewissem Maße verringert wird.

Um die Lebensdauer zu verlängern, sollte daher der Strom verringert werden, während der Gasdruck und der pro­ zentuale Anteil an Xe erhöht werden sollten. Wenn jedoch der Gasdruck erhöht wird, nimmt der Entladestrom zu. Es wird daher ein Verfahren benötigt, mit dem der Gasdruck erhöht werden kann, ohne gleichzeitig den Entladestrom zu erhöhen. Dieses Verfahren besteht darin, jeder Entladezelle einen Widerstand zu geben. Während des Herstellungsverfahrens ist es jedoch schwierig, an jeder Entladezelle einen Widerstand anzubringen.

In den Fig. 13 und 14 der zugehörigen Zeichnung sind eine perspektivische Ansicht und eine Schnittansicht eines herkömmlichen Plasmaanzeigefeldes jeweils dargestellt. Wie es in den Fig. 13 und 14 dargestellt ist, umfaßt das Plas­ maanzeigefeld ein vorderes Substrat 1, ein hinteres Substrat 2, mehrere Anoden 3, die der Reihe nach parallel zueinander am vorderen Substrat 1 ausgebildet sind, mehrere Kathoden 4, die der Reihe nach am hinteren Substrat 2 senkrecht zu den Anoden 3 ausgebildet sind, mehrere geladene Teilchen lie­ fernde Elektroden 5, die zwischen den Kathoden 4 am hinteren Substrat 2 parallel zu den Kathoden 4 ausgebildet sind, eine dielektrische Schicht 6, die auf und zwischen den Kathoden 4 und den geladene Teilchen liefernden Elektroden 5 angeordnet und mit einem Öffnungsteil 4a versehen ist, der zum Entlade­ raum der Anoden 4 freiliegt, um dazwischen eine Isolierung zu bewirken, und eine Gitterwand 7, die eine Entladezelle auf der dielektrischen Schicht 6 bildet.

Wie es in Fig. 14 dargestellt ist, ist im Plasmaanzei­ gefeld die Kathode 4 bezüglich der dielektrischen Schicht 6 versenkt angeordnet, so daß das Kathodenmaterial während der Zerstäubung nicht an der Gitterwand 7 haftet. Diese Art der Kathode wird im folgenden als konkave Struktur bezeichnet.

Bei einem anderen Plasmaanzeigefeld ohne konkave Struk­ tur haftet das zerstäubte Kathodenmaterial an der Gitterwand und der dielektrischen Schicht, so daß die Gitterwand die Funktion einer Elektrode hat, wodurch die effektive Arbeit der wirklichen Elektrode unterbrochen wird. Dieses Problem läßt sich jedoch durch das konkave Plasmaanzeigefeld lösen. Wenn somit die Elektrode stark bezüglich der dielektrischen Schicht versenkt ist, kann die Zerstäubungsrichtung der zerstäubten Teilchen gesteuert werden. Das hat zur Folge, daß die Lebensdauer des Plasmaanzeigefeldes länger ist und daß der Hilfsentladeeffekt verstärkt wird. Die beiden obigen Effekte wurden durch tatsächliche Experimente bestätigt, und insbesondere der Hilfsentladeeffekt ist sehr wirksam beim Auslösehilfsentladeverfahren. Das heißt mit anderen Worten, daß dann, wenn das zerstäubte Kathodenmaterial an einer dielektrischen Auslöseschicht haftet, die Auslöseentladung geschwächt ist, so daß der Hilfsentladeeffekt vermindert ist. Das Anhaften von zerstäubtem Kathodenmaterial an der dielektrischen Schicht kann dabei dadurch verhindert werden, daß die konkave Kathodenstruktur verwandt wird.

Bei der obigen konkaven Kathodenstruktur nimmt jedoch der freiliegende Kathodenflächenbereich ab, so daß die ge­ samte nicht dargestellte Leuchtstoffschicht, die auf der Anode ausgebildet ist, nicht in ausreichendem Maße beleuch­ tet werden kann.

Um dieses Problem zu beseitigen, soll durch die Erfin­ dung ein Plasmaanzeigefeld geschaffen werden, das eine höhe­ re Lebensdauer, einen höheren Hilfsentladeeffekt, eine höhe­ re Helligkeit und einen höheren Wirkungsgrad hat.

Dazu umfaßt das erfindungsgemäße Plasmaanzeigefeld ein vorderes Substrat, ein hinteres Substrat, mehrere Anoden, die parallel zueinander am vorderen Substrat ausgebildet sind, mehrere Kathoden, die am hinteren Substrat senkrecht zu den Anoden ausgebildet sind, mehrere geladene Teilchen liefernde Elektroden, die parallel zwischen den Kathoden ausgebildet sind, eine dielektrische Schicht, die sich auf und zwischen den Kathoden und den geladene Teilchen liefern­ den Elektroden befindet, und eine Gitterwand zur Bildung einer Entladezelle auf der dielektrischen Schicht, wobei die dielektrische Schicht pro Entladezelle mit zwei oder mehr Öffnungsbereichen ausgebildet ist, durch die Bereiche der Kathoden zu der Entladezelle freiliegen.

Es ist bevorzugt, daß das Plasmaanzeigefeld weiterhin eine eine Zerstäubungsdiffusion verhindernde Gitterwand um den Rand der Öffnungsbereiche auf der dielektrischen Schicht aufweist.

Gleichfalls vorzugsweise sind zwei, drei oder vier Öffnungsbereiche pro Zelle ausgebildet.

Im folgenden werden anhand der zugehörigen Zeichnung besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Plasmaan­ zeigefeldes,

Fig. 2 eine Schnittansicht des Plasmaanzeigefeldes von Fig. 1 längs der Richtung X,

Fig. 3 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Plasmaanzeigefeldes,

Fig. 4 eine Schnittansicht des Plasmaanzeigefeldes von Fig. 3 längs der Richtung X,

Fig. 5A bis 5D Draufsichten, die verschiedene Beispiele der Kathode eines herkömmlichen Plasmaanzeigefeldes zeigen,

Fig. 6A bis 6C in Draufsichten verschiedene Beispiele der Kathode des Plasmaanzeigefeldes gemäß der Erfindung,

Fig. 7 in Umrißdiagrammen die Strahlungsintensität der ultravioletten Strahlen der Kathode, die in Fig. 13 verwandt wird,

Fig. 8 in einem Umrißdiagramm die Strahlungsintensität der ultravioletten Strahlen von Kathoden, die in den Fig. 1 und 3 verwandt werden,

Fig. 9 in einer graphischen Darstellung die Zellenspan­ nung gegenüber dem Strom des Plasmaanzeigefeldes, wenn die Kathoden in Fig. 5A bis 5D und 6A bis 6C bei einem Gasdruck von 250 Torr und 3% Xe (He-Basis) verwandt werden,

Fig. 10 in einer graphischen Darstellung die Helligkeit gegenüber der Leistung in einer Zelle eines Plasmaanzeige­ feldes mit den Kathoden, die in den Fig. 5A bis 5D und 6A bis 6C dargestellt sind, und zwar bei einem Gasdruck von 300 Torr und 3% Xe (He-Basis),

Fig. 12 in einer graphischen Darstellung die Helligkeit gegenüber der Leistung in einer Zelle des Plasmaanzeigefel­ des, das die in den Fig. 5A bis 5D und 6A bis 6C dargestell­ ten Kathoden verwendet, und zwar bei einem Gasdruck von 350 Torr und 3% Xe (He-Basis),

Fig. 13 eine perspektivische Ansicht eines herkömmli­ chen Plasmaanzeigefeldes und

Fig. 14 eine Schnittansicht des Plasmaanzeigefeldes von Fig. 13.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemä­ ßen Plasmaanzeigefeldes hat den Aufbau, der in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist.

Das heißt, daß in dem Plasmaanzeigefeld ein vorderes Substrat 11 einem hinteren Substrat 12 mit einem bestimmten Zwischenraum gegenüberliegt. Mehrere Anoden 13 sind parallel zueinander am vorderen Substrat 11 ausgebildet und mehrere Kathoden 14 sind der Reihe nach am hinteren Substrat 12 senkrecht zu den Anoden 13 ausgebildet. Es sind gleichfalls mehrere geladene Teilchen liefernde Elektroden 15 zwischen den Kathoden 14 am hinteren Substrat 12 parallel zu den Kathoden 14 vorgesehen. Eine dielektrische Schicht 16 zur Isolation befindet sich auf und zwischen den Kathoden 14 und den geladene Teilchen liefernde Elektroden 15. Die dielek­ trische Schicht 16 ist mit zwei oder mehr Öffnungsbereichen 14a zur Entladung pro Entladeraum oder Entladezelle der Kathoden 14 ausgebildet. Eine Gitterwand 17 zur Bildung jeder Entladezelle ist auf der dielektrischen Schicht 16 ausgebildet.

Wie es in den Fig. 3 und 4 dargestellt ist, umfaßt ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemä­ ßen Plasmaanzeigefeldes eine eine Zerstäubungsdiffusion verhindernde Gitterwand 18 bezüglich jedes Öffnungsbereiches 14a, die verhindert, daß das von den Kathoden zerstäubte Kathodenmaterial an der Gitterwand 17 abgelagert wird.

Da in der oben beschriebenen Weise die Kathode durch zwei oder mehr Öffnungsbereiche in jeder Entladezelle frei­ liegt, wird die Strahlungsintensität der ultravioletten Strahlen stark, so daß die Helligkeit über die gesamte Leuchtfläche größer als bei dem herkömmlichen Plasmaanzeigefeld ist, bei dem die Kathode nur durch einen Öffnungsbereich freiliegt, wie es in Fig. 7 dargestellt ist.

Wenn dabei die Helligkeit jedes Emissionsteiles im Betrieb des herkömmlichen und des erfindungsgemäßen Plas­ maanzeigefeldes gemessen wird, dann werden die Emissionstei­ le allmählich von der Mitte zum Rand hin dunkel, was durch Umrißlinien in Fig. 7 und 8 dargestellt ist, da der Rand von den Kathoden weit entfernt liegt, die die ultravioletten Strahlen erzeugen. Um das zu bestätigen, wurde das Plasmaan­ zeigefeld mit einer Änderung der Fläche des Öffnungsberei­ ches der Kathoden betrieben, um eine graphische Darstellung der Zellenspannung gegenüber dem Strom und der Helligkeit gegenüber der Leistung zu erhalten. Die Kathoden, die bei diesem Experiment verwandt wurden, sind in den Fig. 5A bis 5D bezüglich des herkömmlichen Plasmaanzeigefeldes und in den Fig. 6A bis 6C bezüglich des erfindungsgemäßen Plasmaan­ zeigefeldes dargestellt. Das heißt, daß in den Fig. 5A bis 5D der Typ 1 einen freiliegenden Grundbereich des herkömm­ lichen Plasmaanzeigefeldes hat, während die Typen 2, 3 und 4 dadurch erhalten werden, daß der Typ 1 in Gruppen von zwei, drei und vier Elementen jeweils kombiniert wird. In den Fig. 6A bis 6C sind die Typen 5, 6 und 7 Beispiele für das erfin­ dungsgemäße Plasmaanzeigefeld, die dadurch erhalten werden, daß der Typ 1 in Fig. 5A in Gruppen von zwei, drei oder vier Elementen jeweils getrennt angeordnet wird.

Fig. 9 zeigt in einer graphischen Darstellung die Zel­ lenspannung gegenüber dem Strom eines Plasmaanzeigefeldes, das die Kathoden verwendet, die in den Fig. 5A bis 5D und 6A bis 6C dargestellt sind, und zwar bei einem Gasdruck von 250 Torr und 3% Xe (He-Basisgas), Fig. 10 zeigt in einer gra­ phischen Darstellung die Helligkeit gegenüber der Leistung in einer Zelle des Plasmaanzeigefeldes, das die Kathoden verwendet, die in den Fig. 5A bis 5D und 6A bis 6C darge­ stellt sind, und zwar bei einem Gasdruck von 250 Torr und 3% Xe (He-Basisgas), Fig. 11 zeigt in einer graphischen Dar­ stellung die Helligkeit gegenüber der Leistung in einer Zelle eines Plasmaanzeigefeldes, das die Kathoden verwendet, die in den Fig. 5A bis 5D und 6A bis 6C dargestellt sind, und zwar bei einem Gasdruck von 300 Torr und 3% Xe (He- Basisgas) und Fig. 12 zeigt in einer graphischen Darstellung die Helligkeit gegenüber der Leistung in einer Zelle eines Plasmaanzeigefeldes, das die Kathoden verwendet, die in den Fig. 5A bis 5D und 6A bis 6C dargestellt sind, und zwar bei einem Gasdruck von 350 Torr und 3% Xe (He-Basisgas).

Aus den graphischen Darstellungen ist zunächst ersicht­ lich, daß die Impedanz einer Entladezelle als Spannungs­ stromcharakteristik zunimmt, wenn der freiliegende Bereich der Kathode kleiner ist und die Öffnungsbereiche der Kathode voneinander getrennt sind. Das heißt, daß die Kathodenimpe­ danz beim Typ 1, Typ 2 und Typ 3 allmählich abnimmt. Die Impedanz beim Typ 5 ist gleichfalls größer als beim Typ 2, die Impedanz beim Typ 6 ist größer als beim Typ 3 und die Impedanz beim Typ 7 ist größer als beim Typ 4.

Zum zweiten ist die Helligkeit nahezu die gleiche beim Typ 1, beim Typ 2, beim Typ 3 und beim Typ 4 und höher, wenn mehrere Öffnungsbereiche voneinander getrennt sind, wie es beim Typ 5, beim Typ 6 und beim Typ 7 der Fall ist.

Wie es oben beschrieben wurde, liegen bei dem erfin­ dungsgemäßen Plasmaanzeigefeld zwei oder mehr Bereiche der Kathode in jeder Entladezelle frei, was die Helligkeit der Kathode mit konkaver Struktur erhöht. Darüber hinaus ist die Impedanz der Zelle selbst größer, so daß die Lebensdauer des Anzeigefeldes länger ist.

Claims (5)

1. Plasmaanzeigefeld mit
einem vorderen Substrat (11),
einem hinteren Substrat (12),
mehreren Anoden (13), die parallel zueinander am vor­ deren Substrat (11) ausgebildet sind,
mehreren Kathoden (14), die am hinteren Substrat (12) senkrecht zu den Anoden (13) ausgebildet sind,
mehreren geladene Teilchen liefernden Elektroden (15), die parallel zwischen den Kathoden (14) ausgebildet sind,
einer dielektrischen Schicht (16), die sich auf und zwischen den Kathoden (14) und den geladene Teilchen lie­ fernden Elektroden (15) befindet, und
einer Gitterwand (17) zur Bildung einer Entladezelle auf der dielektrischen Schicht (16),
dadurch gekennzeichnet, daß die dielektrische Schicht (16) pro Entladezelle mit zwei oder mehr Öffnungsbereichen (14a) ausgebildet ist, durch die Bereiche der Kathoden (14) zur Entladezelle freiliegen.

2. Plasmaanzeigefeld nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine eine Zerstäubungsdiffusion verhindernde Gitter­ wand (18), die um den Rand der Öffnungsbereiche (14a) auf der dielektrischen Schicht (16) vorgesehen ist.

3. Plasmaanzeigefeld nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß pro Zelle zwei Öffnungsbereiche (14a) ausge­ bildet sind.

4. Plasmaanzeigefeld nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß drei Öffnungsbereiche (14a) pro Zelle ausge­ bildet sind.

5. Plasmaanzeigefeld nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß vier Öffnungsbereiche (14a) pro Zelle ausge­ bildet sind.