DE60127142T2

DE60127142T2 - Plasmaschirm mit verbessertem Kontrast

Info

Publication number: DE60127142T2
Application number: DE60127142T
Authority: DE
Inventors: Hans-Helmut Bechtel; Wolfgang Busselt; Joachim Opitz; Harald Glaeser
Original assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 2000-08-30
Filing date: 2001-08-29
Publication date: 2007-10-31
Anticipated expiration: 2021-08-30
Also published as: ATE356423T1; KR20020062929A; US6750610B2; DE10042427A1; WO2002019370A1; EP1314177B1; TW550619B; DE60127142D1; KR100760266B1; EP1314177A1; US20020167275A1; JP2004508664A

Description

Die Erfindung betrifft einen Plasmabildschirm mit einer Frontplatte, die eine Glasplatte, auf der eine dielektrische Schicht und eine Schutzschicht aufgebracht sind, umfasst, mit einer Trägerplatte, beschichtet 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 zum Erzeugen von stillen elektrischen Entladungen in den Plasmazellen.
Plasmabildschirme ermöglichen Farbbilder mit hoher Auflösung, große Bildschirmdiagonalen und sind von kompakter Bauweise. Ein Plasmabildschirm weist eine mit einem Gas gefüllte, hermetisch abgeschlossene Glaszelle mit gitterförmig angeordneten Elektroden auf. Durch Anlegen einer elektrischen Spannung wird eine Gasentladung hervorgerufen, die hauptsächlich Licht im Vakuum-Ultraviolett-Bereich erzeugt. Durch Fluoreszenz wird dieses VUV-Licht in sichtbares Licht umgewandelt und durch die Frontplatte der Glaszelle zum Betrachter emittiert.
Plasmabildschirme werden in zwei Klassen unterteilt: DC-Plasmabildschirme und AC-Plasmabildschirme. Bei den DC-Plasmabildschirmen stehen die Elektroden im direkten Kontakt mit dem Plasma. Bei AC-Plasmabildschirmen sind die Elektroden durch eine dielektrische Schicht von dem Plasma getrennt.
Prinzipiell unterscheidet man zwei Typen von AC-Plasmabildschirmen: eine Matrixanordnung und eine koplanare Anordnung der Elektroden-Arrays. 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 Trägerplatte gezündet. Die Adresselektrode befindet sich in diesem Fall unter der Leuchtstoffschicht. Leuchtstoffe, welche unterschiedliche Farben emittieren, werden durch Barrieren getrennt, so dass jeweils nur Licht in der gewünschten Farbe erzeugt wird.
Für ausreichenden Bildkontrast bei Tageslicht ist es wichtig, dass ein Plasmabildschirm eine hohe Luminanz bei möglichst geringer Reflexion von externem Licht aufweist. Die Kenngröße dieser Eigenschaft ist das Luminanz-Kontrast-Verhältnis ("Luminance Contrast Performance": LCP):
Eine Erhöhung des Kontrastes und somit eine Verbesserung des LCP-Wertes kann zum Beispiel durch Aufbringen einer sogenannten Schwarzmatrix auf den Barrieren oder auf Bereichen der Frontplatte, die den Barrieren gegenüberliegen, erreicht werden. Durch eine derartige Schwarzmatrix wird die Reflexion von Umgebungslicht vermindert, wodurch der Bildkontrast bei stärkerem Umgebungslicht erhöht wird.
Aus der JP 10-269951 ist ein Plasmabildschirm mit einer Schwarzmatrix auf der Frontplatte bekannt, die von außen auffallendes, sichtbares Licht absorbiert und gleichzeitig von innen auffallendes Licht reflektiert. Dies wird erreicht, indem die dem Betrachter abgewandte Seite der Schwarzmatrix mit einer Schicht beschichtet wird, die sichtbares Licht reflektiert. Dabei kann diese reflektierende Schicht direkt auf der Schwarzmatrix oder parallel dazu mit gewissem Abstand angeordnet sein.
In beiden Fällen sind die Schwarzmatrix und die reflektierende Schicht in der dielektrischen Schicht eingebettet, die aus PbO-haltigem Glas ist. Bei den drastischen Bedingungen bei der Herstellung von Plasmabildschirmen, insbesondere hohen Temperaturen, kann es zu unerwünschten Reaktionen zwischen der Schwarzmatrix und/oder der reflektierenden Schicht mit der dielelektrischen Schicht kommen, die zu Verfärbungen und dadurch bedingt zu einer Reduktion der Reflexionseigenschaften der reflektierenden Schicht führen.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Plasmabildschirm zur Verfügung zu stellen, der ein Bild mit verbessertem Kontrast liefert.
Die Aufgabe wird gelöst durch einen Plasmabildschirm mit einer Frontplatte, die eine Glasplatte, auf der eine dielektrische Schicht und eine Schutzschicht aufgebracht sind, umfasst, mit einer Trägerplatte, beschichtet 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 sowie mit einer strukturierten Schwarzmatrix, die auf der dem Betrachter abgewandten Seite mit einer reflektierenden Schicht beschichtet ist, zwischen dielektrischer Schicht und Schutzschicht.
Dadurch, dass die strukturierte Schwarzmatrix, die auf der dem Betrachter abgewandten Seite mit einer reflektierenden Schicht beschichtet ist, auf der dielektrischen Schicht und nicht in der dielektrischen Schicht angeordnet ist, wird eine Reaktion der dielektrischen Schicht mit der reflektierenden Schicht verhindert und werden Reaktionen mit der strukturierten Schwarzmatrix auf ein Minimum reduziert.
Ein weiterer Vorteil dieser Anordnung ist, dass die reflektierende Schicht auf der strukturierten Schwarzmatrix näher an der Entladungszelle liegt. Dies erhöht die Intensität des erzeugten Lichtes, da es direkt reflektiert wird und nicht erst die dielektrische Schicht durchläuft, wo es teilweise absorbiert werden kann.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben.
Dabei zeigt:
1 den Aufbau und das Funktionsprinzip einer einzelnen Plasmazelle in einem AC-Plasmabildschirm.
Gemäß 1 weist eine Plasmazelle eines AC-Plasmabildschirms mit einer koplanaren Anordnung der Elektroden eine Frontplatte 1 und eine Trägerplatte 2 auf. Die Frontplatte 1 enthält eine Glasplatte 3 und auf der Glasplatte 3 ist eine dielektrische Schicht 4 aus vorzugsweise PbO-haltigem Glas aufgebracht. 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. Auf der dielektrischen Schicht 4 befindet sich eine strukturierte Schwarzmatrix 8 mit einer reflektierenden Schicht 9, die in die Schutzschicht 5 eingebettet ist. Die reflektierende Schicht 9 befindet sich auf der dem Betrachter abgewandten Seite der strukturierten Schwarzmatrix 8.
Die Trägerplatte 2 ist aus Glas und auf der Trägerplatte 2 sind parallele, streifenförmige, senkrecht zu den Entladungselektroden 6, 7 verlaufende Adresselektroden 12 aus beispielsweise Ag aufgebracht. Diese Adresselektroden sind von einer Leuchtstoff schicht 11, die in einer der drei Grundfarben rot, grün oder blau emittiert, bedeckt. Die einzelnen Plasmazellen sind durch eine Rippenstruktur 14 mit Trennrippen aus vorzugsweise dielektrischem Material getrennt.
Üblicherweise wird eine strukturierte Schwarzmatrix 8 in Streifen und derart auf eine Frontplatte 1 aufgebracht, dass sie jeweils zwischen zwei Paaren von Entladungselektroden 6, 7 liegt. Die Streifen der strukturierten Schwarzmatrix 8 können die Entladungselektroden 6, 7 partiell überlappen. Die reflektierende Schicht 9 kann genauso breit oder weniger breit sein wie der jeweilige Streifen der strukturierten Schwarzmatrix, auf der sie sich befindet. Die Schichtdicke der strukturierten Schwarzmatrix 8 und die der reflektierenden Schicht 9 können gleich oder unterschiedlich sein.
In der Plasmazelle, das heißt zwischen den Entladungselektroden 6, 7, von denen jeweils eine im Wechsel als Kathode bzw. Anode wirkt, befindet sich ein Gas, vorzugsweise ein Edelgasgemisch aus beispielsweise He, Ne oder Kr, welches als UV-Licht erzeugende Komponente Xe enthält. Nach Zündung der Oberflächenentladung, wodurch Ladungen auf einem zwischen den Entladungselektroden 6, 7 im Plasmabereich 10 liegenden Entladungsweg fließen können, bildet sich im Plasmabereich 10 ein Plasma, durch das je nach der Zusammensetzung des Gases Strahlung 13 im UV-Bereich, insbesondere im VUV-Bereich, erzeugt wird. Diese Strahlung 13 regt die Leuchtstoffschicht 11 zum Leuchten an, welche Leuchtstoffschicht sichtbares Licht 15 in einer der drei Grundfarben emittiert, das durch die Frontplatte 1 nach außen tritt und somit einen leuchtenden Bildpunkt auf dem Bildschirm darstellt. In der Leuchtstoffschicht 11 kann beispielsweise als blauemittierender Leuchtstoff BaMgAl₁₀O₁₇:Eu, als grün-emittierender Leuchtstoff beispielsweise Zn₂SiO₄:Mn und als rot-emittierender Leuchtstoff beispielsweise (Y, Gd)BO₃:Eu verwendet werden.
Die strukturierte Schwarzmatrix 8 absorbiert von außen einfallendes Licht, während die reflektierende Schicht 9 von innen auftreffendes sichtbares Licht 15 reflektiert.
Die dielektrische Schicht 4 über den transparenten Entladungselektroden 6, 7 dient, beispielsweise bei AC-Plasmabildschirmen, dazu, eine direkte Entladung zwischen den aus leitfähigem Material bestehenden Entladungselektroden 6, 7 und damit die Ausbildung eines Lichtbogens bei Zündung der Entladung zu unterbinden.
Zur Herstellung einer Frontplatte 1, die eine strukturierte Schwarzmatrix 8 aufweist, welche auf der dem Betrachter abgewandten Seite mit einer reflektierenden Schicht 9 beschichtet ist, werden zunächst auf einer Glasplatte 3, deren Größe der ge wünschten Bildschirmgröße entspricht, mittels Aufdampfverfahren und anschließender Strukturierung die Entladungselektroden 6, 7 aufgebracht. Anschließend wird die dielektrische Schicht 4 aufgebracht.
Zur Herstellung einer strukturierten Schwarzmatrix 8 wird zunächst ein geeignetes schwarzes Pigment in Wasser unter Zusatz von Dispergierhilfsmitteln mit einem Rührwerk oder einer Mühle dispergiert. Als schwarzes Pigment können beispielsweise Ruß, Graphit, Ferrite wie MnFe₂O₄ oder Spinelle wie Cu(Cr, Mn)₂O₄, Cu(Fe, Cr)₂O₄, Cu(Fe, Mn)₂O₄, Ni oder Mn(Mn, Fe, Cr)₂O₄ eingesetzt werden. Der Suspension können weitere Additive wie beispielsweise organische Binder, Lösungsmittel oder ein Antischaummittel zugesetzt werden. Zur Stabilisierung der strukturierten Schwarzmatrix 8 können der Suspension niedrig schmelzende Gläser oder Oxide zugesetzt werden.
Zur Herstellung einer reflektierenden Schicht 9 wird zunächst ein geeignetes weißes Pigment, welches im sichtbaren Bereich des Lichtes nicht absorbiert, in Wasser unter Zusatz von Dispergierhilfsmitteln mit einem Rührwerk oder einer Mühle dispergiert. Als weißes Pigment kann beispielsweise TiO₂ oder Y₂O₃ eingesetzt werden. Der Suspension können weitere Additive wie beispielsweise organische Binder, Lösungsmittel oder ein Antischaummittel zugesetzt werden. Zur Stabilisierung der reflektierenden Schicht 9 können der Suspension niedrig schmelzende Gläser oder Oxide zugesetzt werden.
Das Aufbringen und Strukturieren der Schwarzmatrix 8, die auf der dem Betrachter abgewandten Seite mit einer reflektierenden Schicht 9 beschichtet ist, kann mittels unterschiedlicher Verfahren erfolgen.
Eine Möglichkeit ist, die erhaltenen Suspensionen mit einem photosensitiven Zusatz, der beispielsweise Polyvinylalkohol und Natriumdichromat enthalten kann, zu versetzen. Anschließend wird zunächst die Suspension mit dem schwarzen Pigment mittels Sprühen, Tauchen oder Aufschleudern ("Spincoaten") homogen auf der dielektrischen Schicht 4 aufgebracht. Der „nasse" Film wird beispielsweise durch Erwärmen, Infrarotstrahlung oder Mikrowellenstrahlung getrocknet. Anschließend wird dieser Schritt mit der Suspension mit dem weißen Pigment wiederholt.
Die erhaltene Schwarzmatrix 8, die auf der dem Betrachter abgewandten Seite mit einer reflektierenden Schicht 9 beschichtet ist, wird durch eine Maske belichtet und die belichteten Flächen härten aus. Durch Absprühen mit Wasser werden die nicht belichteten Bereiche abgespült und entfernt.
Eine andere Möglichkeit stellt das sogenannte „Lift-off-Verfahren" dar. Hierbei wird zuerst eine photosensitive Polymerschicht auf der dielektrischen Schicht 4 aufgebracht und anschließend durch eine Maske belichtet. Die belichteten Flächen vernetzen und die unbelichteten Flächen werden durch einen Entwicklungsschritt entfernt. Auf das verbleibende Polymermuster wird mittels Sprühen, Tauchen oder Spincoaten die Suspension mit dem schwarzen Pigment abgeschieden und diese anschließend getrocknet. Danach wird analog die Suspension mit dem weißen Pigment auf die Schwarzmatrix 8 aufgebracht und getrocknet. Durch eine reaktive Lösung, wie zum Beispiel eine starke Säure, wird das vernetzte Polymer in eine lösliche Form überführt. Durch Absprühen mit einer Entwicklerflüssigkeit wird das Polymer samt darauf befindlichen Teilen der Schwarzmatrix 8 und darauf befindlichen Teilen der reflektierenden Schicht 9 abgelöst, während die direkt auf der dielektrischen Schicht 4 haftende Schwarzmatrix 8 samt darauf befindlicher reflektierender Schicht 9 nicht abgelöst wird.
Eine weitere Möglichkeit, eine strukturierte Schwarzmatrix 8 herzustellen, die auf der dem Betrachter abgewandten Seite mit einer reflektierenden Schicht 9 beschichtet ist, ist das flexographische Druckverfahren. Hierbei handelt es sich um ein Hochdruckverfahren, bei dem jeweils nur die zu bedeckenden Bereiche der dielektrischen Schicht 4 mit der Druckwalze in Berührung kommen.
Anschließend wird eine Schutzschicht 5 aus MgO auf die reflektierende Schicht 9 und in die Räume zwischen die Schwarzmatrix/reflektierenden Schicht-Einheiten aufgebracht. Die gesamte Frontplatte 1 wird getrocknet, zwei Stunden bei 400°C nachbehandelt und zusammen mit einer Trägerplatte 2 aus Glas, welche eine Rippenstruktur 14, leitfähige Adresselektroden 12 und eine Leuchtstoffschicht 11 aufweist, sowie einem Gas zum Bau eines AC-Plasmabildschirms mit verbessertem LCP-Wert verwendet.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert.
Ausführungsbeispiel 1
Zur Herstellung einer Frontplatte 1 mit einer strukturierten Schwarzmatrix 8 mit einer reflektierenden Schicht 9 wurden zunächst 62,5 g Graphit mit einem mittleren Partikeldurchmesser kleiner 1 μm in eine Dispergiermittel-Lösung von 31,25 g eines pigmentaffinen Dispergiermittels in 530 g Wasser unter kräftigem Rühren eingerührt. Die erhaltene Suspension wurde mit 10 g einer 5%igen wässrigen Lösung eines nicht ionogenen Antischaummittels versetzt und in einer Kugelmühle mit Glaskugeln gemahlen. So wurde eine stabile, feinteilige Suspension erhalten, welche über ein Siebgewebe filtriert wurde. Die Suspension wurde mit einer 10%igen Polyvinylalkohol-Lösung gemischt und außerdem wurde Natriumdichromat zu der Suspension hinzugefügt. (Das Verhältnis Polyvinylalkohol zu Natriumdichromat betrug 10:1.)
Außerdem wurde eine analoge Suspension von TiO₂ mit einem mittlerem Partikeldurchmesser von 300 nm hergestellt, die anschließend mit einer 10%igen Polyvinylalkohol-Lösung und mit Natriumdichromat (Polyvinylalkohol/Natriumdichromat = 10:1) gemischt wurde.
Mittels Spincoaten wurde die Suspension des schwarzen Pigments auf die dielektrische Schicht 4 einer Frontplatte 1, welche eine Glasplatte 3, eine dielektrische Schicht 4 und Entladungselektroden 6, 7 aufwies, aufgebracht. Die dielektrische Schicht 4 enthielt PbO-haltiges Glas und die beiden Entladungselektroden 6, 7 waren aus ITO. Der Abstand der beiden Entladungselektroden betrug in einer Bildschirmzeile 60 μm, der Abstand zwischen zwei Bildschirmzeilen betrug 500 μm. Nach Trocknung der erhaltenen Schwarzmatrix, die auf der dem Betrachter abgewandten Seite mit einer reflektierenden Schicht zu beschichten ist, wurde die Suspension des weißen Pigments mittels Spincoaten auf die Schwarzmatrix 8 aufgebracht.
Die Schwarzmatrix 8 mit einer reflektierenden Schicht 9 wurde durch eine Maske mit UV-Licht bestrahlt und so das Polymer an den belichteten Stellen vernetzt. Anschließend wurden durch Sprühen mit warmem Wasser die nicht vernetzten Flächen der Schwarzmatrix 8 und der reflektierenden Schicht 9 abgewaschen. Die Breite einer Zeile der strukturierten Schwarzmatrix 8 betrug 400 μm.
Die gesamte Frontplatte 1 wurde getrocknet und zwei Stunden bei 450°C nachbehandelt. Anschließend wurde die Schutzschicht 5 aus MgO aufgebracht.
Die Schichtdicke der dielektrischen Schicht 4 betrug 30 μm, die Schichtdicke der Schwarzmatrix 8 betrug 3 μm und die Schichtdicke der reflektierenden Schicht 9 betrug 10 μm. Die erhaltene Frontplatte 1 wurde zusammen mit einer Trägerplatte 2 aus Glas, welche eine Rippenstruktur 14, Adresselektroden 12 aus Ag und eine Leuchtstoffschicht 11 aufwies, sowie einem xenonhaltigem Gasgemisch zum Bau eines Plasmabildschirms verwendet, dessen LCP-Wert um 15% erhöht war.
Ausführungsbeispiel 2
Zur Herstellung einer Frontplatte 1 mit einer strukturierten Schwarzmatrix 8, die auf der dem Betrachter abgewandten Seite mit einer reflektierenden Schicht 9 beschichtet ist, wurden zunächst 62,5 g Cu(Cr, Mn)₂O₄ mit einem mittleren Partikeldurchmesser kleiner 1 μm mit der fünffachen Menge an niedrig schmelzendem Glas vermischt. Nach Zugabe von Wasser und einem anorganischen Bindemittel wurde mittels Flexodrucks die Schwarzmatrix 8 auf die dielektrische Schicht 4 einer Frontplatte 1, welche eine Glasplatte 3, eine dielektrische Schicht 4 und Entladungselektroden 6, 7 aufwies, gedruckt. Die strukturierte Schwarzmatrix 8 wurde bei 150°C getrocknet. Anschließend wurde analog die reflektierende Schicht 9 mittels Flexodruck auf die strukturierte Schwarzmatrix 8 aufgebracht. Dazu wurde 62,5 g Y₂O₃, mit einem mittleren Teilchendurchmesser von 500 nm, mit der fünffachen Menge an niedrig schmelzendem Glas vermischt und anschließend wurden zu dieser Mischung Wasser und ein Bindemittel gegeben.
Der Abstand der beiden Entladungselektroden 6, 7 betrug in einer Bildschirmzeile 60 μm, der Abstand zwischen zwei Bildschirmzeilen betrug 500 μm und die Breite einer Zeile der strukturierten Schwarzmatrix 8, die mit einer reflektierenden Schicht 9 beschichtet ist, betrug 600 μm.
Die gesamte Frontplatte 1 wurde getrocknet und zwei Stunden bei 450°C nachbehandelt. Anschließend wurde die Schutzschicht 5 aus MgO aufgebracht.
Die Schichtdicke der dielektrischen Schicht 4 betrug 30 μm, die Schichtdicke der strukturierten Schwarzmatrix 8 betrug 5 μm und die Schichtdicke der reflektierenden Schicht 9 betrug 20 μm.
Die erhaltene Frontplatte 1 wurde zusammen mit einer Trägerplatte 2 aus Glas, welche eine Rippenstruktur 14, Adresselektroden 12 aus Ag und eine Leuchtstoffschicht 11 aufwies, sowie einem xenonhaltigem Gasgemisch zum Bau eines Plasmabildschirms verwendet.

Claims

Plasmabildschirm, mit einer Frontplatte (1), die eine Glasplatte (3), auf der eine dielektrische Schicht (4) und eine Schutzschicht (5) aufgebracht sind, umfasst, mit einer Trägerplatte (2), beschichtet mit einer Leuchtstoffschicht (11), mit einer Rippenstruktur (14), 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, 12) auf der Frontplatte (1) und der Trägerplatte (2) zum Erzeugen von stillen elektrischen Entladungen in den Plasmazellen sowie mit einer strukturierten Schwarzmatrix (8), die auf der dem Betrachter abgewandten Seite mit einer reflektierenden Schicht (9) beschichtet ist, zwischen dielektrischer Schicht (4) und Schutzschicht (5).