DE19938355A1 - Plasmabildschirm mit Reflexionsschicht - Google Patents

Abstract

Ein Plasmabildschirm 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 einer oder mehreren Elektroden-Arrays auf der Frontplatte oder auf der Frontplatte und der Trägerplatte zur Erzeugung von stillen elektrischen Entladungen in den Plasmazellen, mit einer Leuchtstoffschicht und mit einer Reflexionsschicht, die ein nichtmetallisches Pulver mit einem im Wellenbereich von 147 nm bis 700 nm von n = n real + ik mit n > 1,3 und k < 0,05 und mit einem mittleren Korndurchmesser 100 nm < d < 1000 nm enthält, zeichnet sich durch eine erhöhte Luminanz aus.

Description

Die Erfindung betrifft einen Plasmabildschirm 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 einer oder mehreren Elektroden- Arrays auf der Frontplatte oder auf der Frontplatte und der Trägerplatte zur Erzeugung von stillen elektrischen Entladungen in den Plasmazellen, mit einer Leuchtstoffschicht und mit einer Reflexionsschicht.

Das Grundprinzip eines Plasmabildschirms besteht darin, dass gekreuzte Elektrodenstreifen eine Matrix bilden und eine dazwischen stattfindende Gasentladung Bildpunkte aufleuch­ ten läßt. Die monochromen Versionen der Anfangszeit der Plasmabildschirme nutzten das erzeugte Licht direkt. Mit ihrer durch die Neongasfüllung verursachte, orangeroten Farbe haben sie aber keine Popularität errungen und nur einen eng begrenzten Markt gefunden - dort wo ihre Immunität gegen hohe magnetische Störfelder, mechanische Vibrationen und extreme Temperaturen gefragt ist, etwa im militärischen Bereich, im medizinischen Bereich z. B. in der NMR Diagnostik und im industriellen Bereich z. B. in Aluminium­ elektrolysen und in Umspannwerken.

Sehr viel mehr Erfolg als die alten monochromen Plasmabildschirme haben jetzt die Farb­ versionen. Hier ist die Gasfüllung z. B. ein Gemisch aus Helium, Neon und Xenon. Bei der Entladung entsteht Ultraviolett - Strahlung, die in Streifen angeordnete Leuchtstoffe zur Abstrahlung von sichtbarem Licht in Rot, Grün und Blau anregt. Der elektro-optische Wirkungsgrad der Farbplasmabildschirme ist jedoch noch unbefriedigend, da ein zweistu­ figer Prozeß zur Erzeugung des sichtbaren Lichts notwendig ist. Die Effizienz eines Plas­ mabildschirms mit einer Leuchtstoffschicht hängt entscheidend davon ab, wie vollständig das erzeugte UV-Licht im Leuchtstoff absorbiert wird und wie vollständig anschließend das erzeugte sichtbare Licht den Plasmabildschirm in Richtung zum Beobachter verläßt.

Eine vollständige Absorption des erzeugten UV-Lichtes könnte dadurch erreicht werden, dass man die Leuchtstoffschichten möglichst dick aufträgt. Diese Möglichkeit ist jedoch dadurch begrenzt, dass sich die Rippenstruktur nicht mit beliebig hohen Rippen fertigen läßt und der vorhandene Platz in der Plasmazelle für die Gasentladung benötigt wird. Deshalb wird üblicherweise ein wesentlicher Teil der UV-Strahlung durch eine relativ dünne Leuchtstoffschicht transmittiert und anschließend in der Trägerplatte absorbiert, ohne in sichtbares Licht umgewandelt zu werden und ohne den Betrachter zu erreichen.

Aus EP 0782 166 ist es bekannt, zur Erhöhung der Luminanz eines Plasmabildschirms auf dessen Vorderseite eine Spiegelfläche oder eine Vielzahl von Spiegelflächen an der Rück­ seite und oder an den Seitenwänden der Plasmazellen des Plasmabildschirms anzubringen. Die Spiegelflächen können beispielsweise durch die polierten Oberflächen der Elektroden realisiert werden.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Plasmabildschirm zur Verfügung zu stellen, in dem die Effizienz, mit der sichtbares Licht aus den Plasmazellen herausgeleitet wird, erhöht ist, unnötige Lichtverluste vermieden werden und die Luminanz des Plasma­ bildschirms verbessert ist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch einen Plasmabildschirm mit einer Träger­ platte, einer durchsichtigen Frontplatte, einer Rippenstruktur, die den Raum zwischen Trägerplatte und Frontplatte in Plasmazellen, die mit einem Gas gefüllt sind, aufteilt, mit einer oder mehreren Elektroden-Arrays auf der Frontplatte oder auf der Frontplatte und der Trägerplatte zur Erzeugung von stillen elektrischen Entladungen in den Plasmazellen, mit einer Leuchtstoffschicht und mit einer Reflexionsschicht, die ein nichtmetallisches Pulver mit einem Brechungsindex für den Wellenlängenbereich von 147 nm bis 700 nm von n = n_real + ik mit n < 1.3 und k < 0.05, und mit einem mittleren Korndurchmesser 100 nm < d < 1000 nm enthält. "i" ist das mathematische Zeichen für die imaginäre Einheit.

Eine derartige Schicht wirkt als Reflexionsschicht für UV-Strahlung und sichtbares Licht im Wellenlängenbereich von 147 bis 700 nm. Die UV-Photonen, die beim ersten Durch­ gang durch die Leuchtstoffschicht nicht die Leuchtstoffe zum sichtbaren Leuchten ange­ regt haben, werden reflektiert und durchwandern erneut die Leuchtstoffschicht, bis sie entweder absorbiert werden oder die Leuchtstoffschicht wieder verlassen. Die Wahrschein­ lichkeit der Absorption von UV-Strahlung und der Anregung von sichtbarem Licht in der Leuchtstoffschicht wird so erheblich erhöht. Die Umsetzung von UV-Strahlung in sicht­ bares Licht wird verbessert. Dadurch, dass das Material in der Reflexionsschicht pulverför­ mig mit einem mittleren Korndurchmesser 100 nm < d < 1000 nm vorliegt, streut es das Licht in alle Richtungen und die diffuse Reflexion der Schicht ist sehr vorteilhaft verbes­ sert. Es sind weitere Vorteile einer solchen Schicht, dass a) Leuchtstoffe mit einer größeren Korngrößenverteilung eingesetzt werden können, ohne dass die Schicht dicker werden muß, was günstig für die Plasmaentladungseffizienz ist, b) durch weniger Leuchtstoff in der Leuchtstoffschicht Kosten gespart werden können und c) die elektrischen Eigenschaf­ ten, der Plasmazelle besser angepaßt werden können und insbesondere der Spannungsbe­ reich, in dem alle Plasmazellen ein- und ausgeschaltet werden können, optimiert wird.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass die Reflexionsschicht eine Schichtdicke s < 1 µm hat.

Es ist besonders bevorzugt, dass das Gas Xenon enthält und das nichtmetallische Pulver aus Gruppe MgF₂, MgO, SiO₂ und Al₂O₃ ausgewählt ist. Diese Materialien reflektieren UV- Licht, das eine Wellenlänge von 147 bis 200 nm hat und beispielsweise aus einer Xenon­ gasentladung stammt.

Es kann auch bevorzugt sein, dass die Reflexionsschicht mehrlagig ist, um die Reflexion an der Schicht zu erhöhen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer Figur weiter erläutert.

Fig. 1 zeigt schematisch im Querschnitt den Aufbau eines AC-Plasmabildschirms nach der Erfindung.

Die Lichtanregung durch die UV-Strahlung einer Gasentladung ist das zugrundeliegende Prinzip aller Typen von Plasmadisplays. Plasmadisplays können in d.c.-adressierte Bild­ schirme und in a.c.-adressierte Bildschirme eingeteilt werden. Unterscheiden tun sie sich in der Art der Strombegrenzung.

Fig. 1 zeigt beispielhaft eine Plasmazelle eines AG-Plasmadisplays. Ein solcher AC-Plasma­ bildschirm setzt sich aus einer durchsichtigen Frontplatte 1 und einer Trägerplatte 2 zu­ sammen, die auf Abstand voneinander gehalten werden und peripher hermetisch verschlos­ sen 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 Kon­ takt zwischen dem Plasma und den Bildelektroden 6, 7 zu vermeiden, sind diesem mit einer dielektrischen Schicht 4 und einer Schutzschicht 5 bedeckt. In der Entladungszone ist das Gas ionisiert und es entsteht ein Plasma 9, das UV-Strahlung 12 emittiert. Die ausgesendete UV-Strahlung regt bildpunktweise strukturierte rote grüne und blaue Leucht­ stoffe zur Emission von Licht im sichtbaren Bereich 14 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 Reflexionsschicht 8 ist zwischen der Rückseite der Leuchtstoffschicht und der Träger­ platte angeordnet und reflektiert die UV-Strahlung, die nicht in der Leuchtstoffschicht absorbiert wurde, sowie sichtbares Licht. Insbesondere reflektiert sie Licht im Wellen­ längenbereich zwischen 147 und 700 nm. In der Ausführungsform gemäß Fig. 1 erstreckt sich die Reflexionsschicht 8 auch auf die Seitenwände der Plasmazellen zwischen der Leuchtstoffschicht 10 und der Rippenstruktur 13. Es ist jedoch nicht notwendig, dass die Reflexionsschicht die gesamte Rückwand oder die gesamten Seitenwände der Plasmazellen bedecken. Es ist ausreichend, wenn die Rückwand und/oder die Seitenwände zu mindestens einem Teil bedeckt sind.

Eine solche Reflexionsschicht enthält ein nichtmetallisches Pulver mit einem Brechungsin­ dex für den Wellenlängenbereich von 147 nm bis 700 nm von n = n_real + ik mit n < 1.3 und k < 0.05 und mit einem mittleren Korndurchmesser 100 nm < d < 1000 nm. Sie kann bei­ spielsweise durch eine Lage aus einem Pulver aus MgF₂, MgO, SiO₂ oder Al₂O₃ mit der entsprechenden Körnung gebildet werden.

Die Reflexionsschicht kann auch aus mehreren Lagen von nichtmetallischen Pulvern der genannten Art, deren Brechungsindices aufeinander abgestimmt sind, um die Reflexion zu erhöhen, bestehen. Es ist bevorzugt, dass der Korndurchmesser der Lagen in Richtung zu der Trägerplatte abnimmt, um optisch zunehmend dichtere Lagen zu erhalten.

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. Eine besonders hohe Effizienz der Reflexion erhält man, wenn das Material für die Reflexionsschicht in Bezug auf chemische Zusam­ mensetzung, Schichtdicke s und Korndurchmesser d gemäß Tab. 1 und Tab. 2 an die spektrale Intensität der UV-Strahlung angepaßt wird. Für UV-Licht mit größerer Wellen­ länge sind Pulver mit einem größeren Korndurchmesser bevorzugt.

Tabelle 1

Spektrales Intensitätsmaximum bei 147 nm

Tabelle 2

Spektrales Intensitätsmaximum bei 170 nm

Als Herstellungsverfahren für die Reflexionsschicht kommen sowohl Trockenbeschich­ tungsverfahren, z. B. elektrostatische Abscheidung oder elektrostatisch unterstütztes Be­ stäuben, als auch Naßbeschichtungsverfahren, z. B. Siebdruck, Dispenserverfahren, bei denen eine Suspension mit einer sich an den Kanälen entlang bewegenden Düse eingebracht wird, oder Sedimentation aus der flüssigen Phase, in Betracht.

Für die Naßbeschichtungsverfahren müssen die Pigmente 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 anorganische Bindemittel, die eine Betriebstemperatur von 250°C ohne Zersetzung, Versprödung oder Verfärbung überstehen.

Obwohl die Erfindung anhand eines AC-Farbplasmabildschirms beschrieben wurde, ist ihre Verwendung nicht auf diesen Typ des Plamabildschirms beschränkt, sondern kann beispielsweise auch für DC-Farbplasmabildschirme und für monochromatische AC- und DC-Plasmabildschirme verwendet werden.

Claims (4)

1. Plasmabildschirm 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 einer oder mehreren Elektroden-Arrays auf der Frontplatte oder auf der Frontplatte und der Trägerplatte zur Erzeugung von stillen elektrischen Entladungen in den Plasmazellen, mit einer Leuchtstoffschicht und mit einer Reflexionsschicht, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflexionsschicht ein nichtmetallisches Pulver mit einem Brechungsindex für den Wellenlängenbereich von 147 nm bis 700 nm von n = n_real + ik mit n < 1.3 und k < 0.05 und mit einem mittleren Korndurchmesser 100 nm < d < 1000 nm enthält.

2. Plasmabildschirm gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflexionsschicht eine Schichtdicke s < 1 µm hat.

3. Plasmabildschirm gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas Xenon enthält und das nichtmetallische Pulver aus Gruppe MgF₂, MgO, SiO₂ und Al₂O₃ ausgewählt ist.

4. Plasmabildschirm gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflexionsschicht mehrlagig ist.