DE69413103T2

DE69413103T2 - Farbwiedergabevorrichtung

Info

Publication number: DE69413103T2
Application number: DE69413103T
Authority: DE
Inventors: Helmut Dr. C/O Int. Octrooibureau Nl-5656 Aa Eindhoven Bechtel; Wolfram C/O Int. Octrooibureau Nl-5656 Aa Eindhoven Czarnojan; Markus Dr. C/O Int. Octrooibureau Nl-5656 Aa Eindhoven Haase
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1993-04-20
Filing date: 1994-04-13
Publication date: 1999-04-22
Anticipated expiration: 2014-04-14
Also published as: DE4312737A1; EP0621624A1; US5760542A; EP0621624B1; DE69413103D1; CN1061166C; KR100334186B1; JPH0714520A; CN1096131A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Farbwiedergabeanordnung mit einem Elektronenstrahlerzeugungssystem und mit einer Anordnung von Pixeln, die durch blau, grün oder rot aufleuchtendes Material definiert sind, und mit Mitteln zum Anregen der Pixel, wobei die Anregungsmittel zum Abtasten der Pixelanordnung mit Anregungsimpulsen unter zeilenweisen Abtastverhältnissen arbeiten.
Eine Farbwiederganeanordnung dieser Art ist in DE-OS 41 12 078 beschrieben.
Bei solchen flachen Farbwiedergabeanordnungen sind zur Lichterzeugung nur geringe Anodenspannungen von etwa 1 bis 10 kV verfügbar. Die Elektronen dringen deshalb weniger tief als bei herkömmlichen Kathodenstrahlröhren in die Leuchtstoffe ein. Die erreichbare Helligkeit ist relativ gering. Die Linearität der Helligkeit in Abhängigkeit der Anregungsenergiedichte wird verschlechtert mit abnehmender Anodenspannung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Helligkeit einer Farbwiedergabeanordnung der eingangs genannten Art bei gegebener Strahlungsleistung zu erhöhen und die Linearität der Helligkeit in Abhängigkeit der Elektronenenergiedichte zu verbessern.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß wenigstens zwei der in den Farben blau, grün und rot lumineszierenden Leuchtstoffe eine Abklingzeit haben, die kürzer ist als die Anregungsimpulslänge.
Ein charakteristisches Merkmal von Farbwiedergabeanordnungen der eingangs genannten Art ist, daß die Anregungsdauer eines roten, grünen oder blauen Leuchtstoffpunktes infolge des spezifischen Matrix-Ansteuerverfahrens erheblich verlängert ist im Vergleich zu herkömmlichen Kathodenstrahlröhren. Bei erfindungsgemäßen Farbwiedergabeanordnungen wird eine Vielzahl von Leuchtpunkten während der Gesamtanregungszeit, z. B. während einer Zeilendauer, gleichzeitig angeregt. Die Anregungsdauer eines Farbpunktes beträgt z. B. bis zu einer Zeilendauer (64 us für PAL), während ein Leuchtpunkt bei Kathodenstrahlröhren nur einige hundert ns angeregt wird.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die höchste Helligkeit bei guter Linearität mit solchen Leuchtstoffen erreichbar ist, welche eine besonders kleine Abklingzeit der Lumineszenz haben. Dann wird die Anregungsenergie bei hoher Energiedichte mit gutem Wirkungsgrad in Lumineszenzlicht umgewandelt.
Abklingzeit im Sinne der vorliegenden Erfindung ist die Zeit, nach der die Intensität des ausgestrahlten Lichtes nach der Beendigung der Anregung auf 36 (1/e mal 100%) ihres Anfangswertes abgefallen ist.
Für die Erfindung ist es nicht unbedingt erforderlich, daß die Abklingzeiten aller drei verwendeten Leuchtstoffe gleich niedrig sind. Man erreicht bereits gute Weißhelligkeiten, wenn nur zwei der Leuchtstoffe im Hinblick auf besonders niedrige Abklingzeiten ausgewählt sind, wobei man natürlich die Abklingzeit des dritten Leuchtstoffes nicht zu lang wählen sollte. Dies bedeutet weniger als 300 us, wenn die Abklingzeit der zwei anderen kürzer ist als 60 us, oder weniger als 60 us, wenn die Abklingzeit der zwei anderen kürzer ist als 2 us.
Besonders hohe Helligkeiten wurden mit zentrenlumineszierenden Leuchtstoffen erzielt. Zentrenlumineszierend bedeutet, daß die Emission durch einen Elektronenübergang verursacht wird, der an einem Atom oder Ion im Kristallgitter stattfindet. Dieser Übergang kann prinzipiell auch stattfinden, wenn sich das Zentrum im freien Raum befindet, und nicht in einem Kristallgitter. Seltenerdaktivierte Phosphore (beispielsweise Ce³&spplus; oder Eu²&spplus;) mit inneren 4f Übergängen sind nur ein Beispiel, insbesondere Alkalinerdsulfide.
Vorzugsweise ist vorgesehen, daß zwei der verschiedenfarbig limineszierenden Leuchtstoffe eine Abklingzeit von weniger als 2 us und der dritte eine Abklingzeit von weniger als 60 us aufweisen.
Besonders gute Leuchtstoffkombinationen sind dadurch gekennzeichnet, daß als blau lumineszierender Leuchtstoff Zns : Ag, als grün lumineszierender Leuchtstoff CaS : Ce und als rot lumineszierender Leuchtstoff Y&sub2;O&sub2;S : Eu oder Y&sub2;O&sub3; : Eu oder CaS : Eu verwendet sind, insbesondere wenn zwei der drei kombiniert werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 einen schematischen Teil einer bekannten Wiedergabeanordnung,
Fig. 2 die Anordnung nach Fig. 1 in einem elektrischen Schaltplan,
Fig. 3 eine Darstellung der Leuchtdichten in Cd/m² für 4 verschiedene Leuchtstoffkombinationen in Abhängigkeit von der elektrischen Leistungsdichte in W/m².
Fig. 1 zeigt schematisch einen Teil einer Wiedergabeanordnung lauf Basis von Feldemission. Die Anordnung enthält zwei einander zugewandte Glassubstrate 2 und 3. Das Substrat 2 enthält ein ersten Muster paralleler Leiter aus beispielsweise Wolfram oder Molybdän, die in diesem Fall als Reihenelektroden 4 wirksam sind. Mit Ausnahme des Gebietes in der Nähe der Enden 4' der Reihenelektroden, wo sie zwecks Verbindung mit äußeren Kontakten nicht isoliert sind, ist die ganze Anordnung mit einer Isolierschicht 5 aus Siliziumoxid bedeckt. Spaltenelektroden 6 aus beispielsweise Molybdän mit einer Anzahl Öffnungen 7 an der Stelle der Kreuzungen, erstrecken sich über die isolierende Schicht 5 senkrecht zu den Reihenelektroden 4. In diesen Öffnungen, die sich über die Dicke der unterliegenden Isolierschicht erstrecken, ist eine Anzahl Feldemitter auf den Reihenelektroden 4 verwirklicht worden. Diese Feldemittel sind meistens spitz, kegelförmig oder mit einem punkt. Die Pixel 8 sind an den Stellen der Kreuzungen der Reihen- und Spaltenelektroden vorhanden.
Das Substrat 3 hat eine transparente Anodenschicht 9 aus ITO, das mit einem durch leuchtende Streifen oder Punkte gebildeten Leuchtschirm 10 versehen ist. Dadurch, daß der Elektrode 9 (Anode) eine ausreichende Spannung zugeführt wird, werden durch das Feld emittierte Elektronen in Richtung des Substrats 3 (der zugewandten Platte) beschleunigt, wo sie dafür sorgen, daß ein teil 8 des Phosphormusters entsprechend einem Pixel 8 aufleuchtet. Die Menge emittierter Elektronen kann mit Spannungen an Gitterelektroden, die über Verbindungen 6t zu Spaltenelektroden 6 integriert sind, moduliert werden.
Fig. 2 ist eine vereinfachte Darstellung eines Ersatzschaltbildes der Wiedergabeanordnung nach Fig. 1. Pixel 8 sind an der Stelle der Kreuzungen von Reihenelektroden 4 und Spaltenelektroden 6 vorhanden. In Fig. 2 sind die Pixel 8 durch triden 11 dargestellt, wobei eine Kathode 12 immer durch die einem Pixel zugeordneten Feldemitter gebildet wird, während ein Gitter durch den Teil einer Spaltenelektrode gebildet wird, der an der Stelle einer Kreuzung mit einer Reihenelektrode mit Öffnungen 7 versehen ist. Die Anode 9 ist für alle Trioden 11 gemeinsam, die in Fig. 2 durch gestrichelte Linien nur schematisch dargestellt ist mittels einer Ebene 9'.
Im Betrieb werden die Reihenelektroden 4a, 4b während aufeinanderfolgender Selektionsperioden selektiert, während der Spaltenelektrode 6a ein Datensignal angeboten wird, das zusammen mit dem Signal an den Reihenelektroden 4a, 4b die Spannung an den Feldemittern an der Stelle der Kreuzungen definiert und folglich die feldemission und auf diese Weise die Lichtintensität der Pixel 8aa, 8ab. Nachdem die Selektionsperiode beendet ist erhalten die reihenelektroden eine Spannung von (beispielsweise) 0 Volt, so daß nicht länger eine Feldemission in den betreffenden Reihen auftritt.
Die Menge emittierter Elektronen sollte ausreichen um dafür zu sorgen, daß die Pixel 8 einwandfrei aufleuchten. Bei dieser spezifischen Ausführungsform ist die Selektionsperiode (32 us) gegenüber einer Bildperiode (20 ms) kurz.
Die Kurven in Fig. 3 stellen die D65 weißen Leuchtdichten in Abhängigkeit von der elektrischen Schirmleistungsdichte für mehrere Leuchtstoffkombinationen dar. Es wurden dabei die gleichen Versuchsumstände eingehalten:
Elektronenbeschleunigungsspannung: 5 kV
Dauer der Anregungsimpulse: 15 us
Wiederholungsfrequenz der Anregungsimpulse: 50 Hz.
Die Leuchtstoffwerte wurden durch Glas hindurch mit einer Transmission von etwa 50% gemessen. 50% des Wiedergabegebietes was mit Leuchtstoff bedeckt und der restliche Teil was geschwärzt zur Steigerung des Kontrastes (schwarze Matrix). Für kleine Leuchtstoffkomponenten, wie dies für den Kontrasteffekt erwünscht ist, wurde gefunden, daß der vorteilhafte Effekt nach der Erfindung einen sehr hohen Grad hatte.
Bei den Tests wurde keine aus Aluminium bestehende Hinterschicht verwendet. Die Vorteile der Erfindung gehen ebenfalls hervor, wenn aus Aluminium bestehende Hinterschichten verwendet werden, oder wenn andere bekannte Maßnahmen getroffen werden zur Steigerung des Lichtertrags.
Die Kennlinien 1 bis 4 wurden mit folgenden Leuchtstoffkombinationen - jeweils in der Reihenfolge blau, grün, rot - gemessen:
Kennlinie 1: ZnS : Ag, CaS : Ce, Cas : Eu
Kennlinie 2: ZnS : Ag, CaS : Ce, Y&sub2;O&sub2;S Eu (oder Y&sub2;O&sub3; : Eu)
Kennlinie 3: ZnS : Ag, Y&sub2;SiO&sub5; : Tb, Y&sub2;O&sub2;S : Eu (oder Y&sub2;O&sub3; : Eu)
Kennlinie 4: ZnS : Ag, ZnS : Cu, Y&sub2;O&sub2;S : Eu (oder Y&sub2;O&sub3;: Eu).
Bei den Leuchtstoffen gemäß Kennlinie 4 handelt es sich um eine für Farbbildröhren übliche Standardkombination. Leuchtstoffe gemäß Kennlinie 3 verwenden Y&sub2;SiO&sub5; : Tb statt ZnS : Cu als grün aufleuchtendes Material. Dies führt zu einer leichten Steigerung der Leuchtdichten im Vergleich zu der Kurve 4 und zu einer etwas besseren Linearität.
Hohe Helligkeitswerte wurden dagegen mit den erfindungsgemäßen Kombinationen gemäß den Kennlinien 2 und insbesondere 1 erreicht.
Die Abklingzeiten der verwendeten Leuchtstoffe sind:
ZnS : Ag: 1 us
CaS : Ce: 0,5 us CaS : Eu: 1 us
Y&sub2;O&sub2;S: Eu und Y&sub2;O&sub3;: Eu: 200 us
ZnS : Cu: 10 us.
Für die Leuchtstoffe sind die entscheidenden Grunddotierungen angegeben. Es ist natürlich in bekannter Weise möglich, zusätzliche Dotierstoffe vorzusehen, sofern die erfindungsgemäß einzuhaltenden Abklingzeiten nicht überschritten werden. Dabei sollte man für die Leuchtstoffe auf der Basis CaS : Ce Farbkoordinaten in den Bereichen
0,30 < x < 0,38 und 0,54 < y < 0,59
und entsprechend für CaS : Eu in den Bereichen
0,57 < x < 0,70 und 0,29 < y < 0,39
einhalten.

Claims

1. Flache Farbwiedergabeanordnung mit einem Elektronenstrahlerzeugngssystem und mit einer Anordnung von Pixeln, die durch blau, grün oder rot aufeuchtendes Material definiert sind, und mit Mitteln zum Anregen der Pixel, wobei die Anregungsmittel zum Abtasten der Pixelanordnungen mit Anregungsimpulsen unter zeilenweisen Abtastverhältnissen arbeiten und wobei die Anregungsperiode eines Pixels in dem Bereich von 10 bis 60 us liegt, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei der in den Farben blau, grün und rot lumineszierenden Leuchtstoffe eine Abkling-Zeit haben, die kürzer ist als die Anregungsimpulslänge.

2. Farbwiedergabeanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei der in den Farben blau, grün und rot lumineszierenden Leuchtstoffe eine Abklingzeit haben, die kürzer ist als 60 us.

3. Farbwiedergabeanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß daß wenigstens zwei der in den Farben blau, grün und rot lumineszierenden Leuchtstoffe eine Abklingzeit haben, die kürzer ist als 10 us.

4. Farbwiedergabeanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß daß wenigstens zwei der in den Farben blau, grün und rot lumineszierenden Leuchtstoffe eine Abklingzeit haben, die kürzer ist als 2 us.

5. Farbwiedergabeanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Leuchtstoffe eine Abklingzeit aufweist, die nahezu ebenso lang ist wie oder länger als die Anregelungsimpulslänge.

6. Farbwiedergabeanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Zentren-lumineszierende Leuchtstoffe verwendet sind, deren Zentrenkonzentration größer ist als 0,01 Mol% beträgt.

7. Farbwiedergabeanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als das blau aufleuchtende Material ein Leuchtstoff auf Basis von ZnS : Ag oder von Y&sub2;SiO&sub5; verwendet wird.

8. Farbwiedergabeanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als das grün aufleuchtende Material ein Leuchtstoff auf Basis von CaS : Ce, oder von Y&sub2;SiO&sub5; : Tb oder aber von YAGaG : Tb verwendet wird.

9. Farbwiedergabeanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als das rot aufleuchtende Material ein Leuchtstoff auf Basis von Y&sub2;O&sub2;S : Eu, oder von Y&sub2;O&sub3; : Eu, oder aber von CaS verwendet wird.

10. Farbwiedergabeanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als das grün und/oder das rot aufleuchtende Material ein seltenerdaktivierter Sulphidphosphor verwendet wird.