Plasma-Display

Abstract

 Ein Plasma-Display besteht aus zwei Platten oder Scheiben (1 und 2) aus elektrisch isolierendem Material, wobei eine Seite auf beiden Platten oder Scheiben (1, 2) eine Struktur mit abwechselnden, parallelen Wällen (3) und Gräben (4) aufweist, und sich in jedem Graben (4) eine metallisch leitende Elektrode (5 und 6) befindet. Die beiden Platten oder Scheiben (1, 2) sind mit ihren strukturierten Seiten so aufeinander gelegt, daß die Wälle (3) in den Strukturen beider Scheiben (1, 2) sich überkreuzen und berühren, so daß durch die sich ebenfalls überkreuzenden Gräben (4) Hohlräume entstehen, welche gegen Außendruck durch die gekreuzten, aufliegenden Wälle (3) mechanisch stabilisiert sind. In diesen Hohlräumen (6) ist durch Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen eine Elektrode (5) der einen Platte oder Scheibe (1) und eine Elektrode (6) der anderen Platte oder Scheibe (2) eine punktförmige Plasma-Entladung erzeugbar.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein flaches Plasma-Display, welches gegen den mechanischen Außendruck stabil ist.

[0002] Neben Displays aus Flüssigkristallen und Displays mit Lichtemittierenden Dioden haben in der großtechnischen Anwendung auch Plasma-Displays eine erhebliche Bedeutung. Beim Plasma-Display wird ein Lichtpunkt durch eine Gasentladung gebildet, die sich z. B. zwischen zwei (mit Abstand) gekreuzten Drähten in der Nähe des Kreuzungspunktes ausbildet. Die Drähte müssen sich dazu in einem verdünnten Gas von z. B. einigen Torr Gas-Druck befinden, und die elektrische Spannung zwischen den beiden Drähten muß hoch genug sein (z. B. 100 Volt), damit die Gasentladung zündet. Da der Gasdruck für die Gasentladung relativ klein ist, liegt praktisch der gesamte atmosphärische Außendruck auf dem (meistens flachen) Gehäuse des Plasma-Displays. Dies führt vor allem bei großflächigeren Displays zu einer Durchbiegung der begrenzenden Glasplatten, wodurch die mechanische Stabilität des Displays mit zunehmender Flächengröße gefährdet ist.

[0003] Die vorliegende Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, Plasma-Displays auch mit sehr großen Flächen mechanisch stabil herzustellen. Sie löst diese Aufgabe dadurch, daß zwei Platten oder Scheiben aus elektrisch isolierendem Material vorgesehen sind, daß eine Seite auf beiden Platten oder Scheiben eine Struktur mit abwechselnden, parallelen Wällen und Gräben aufweist, daß sich in jedem Graben eine metallisch leitende Elektrode befindet, und daß die beiden Platten oder Scheiben mit ihren strukturierten Seiten so aufeinandergelegt sind, daß die Wälle in den Strukturen beider Scheiben sich überkreuzen und berühren, so daß durch die sich ebenfalls überkreuzenden Gräben Hohlräume entstehen, welche gegen Außendruck durch die gekreuzten, aufliegenden Wälle mechanisch stabilisiert sind, und daß in diesen Hohlräumen durch Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen eine Elektrode der einen Platte oder Scheibe und eine Elektrode der anderen Platte oder Scheibe eine punktförmige Plasma-Entladung erzeugbar ist.

[0004] Das Konstruktions-Prinzip der gekreuzten parallelen Wälle ist bereits in der deutschen Offenlegungsschrift P 25 47 262 beschrieben worden. Die Ausbildung dieses Prinzips zu einem Plasma-Display wird dort jedoch nicht erwähnt.

[0005] Bei der vorliegenden Erfindung kann mindestens eine der beiden Platten für sichtbares Licht durchlässig sein.

[0006] Die beiden Platten oder Scheiben können aus anorganischem oder organischem Isolatormaterial wie z. B. Glas, Quarz, Saphir, Spinell, Keramik u. a. oder Polycarbonat, Polyacryl u. a. bestehen.

[0007] Die metallisch leitende Elektrode kann als elektrisch leitende Schicht ausgebildet sein.

[0008] Die metallisch leitende Elektrode kann jedoch auch ein Draht oder ein Band aus Metall oder einer Legierung sein.

[0009] Die Oberfläche der metallisch leitenden Elektroden kann mit einer Schicht überzogen sein, welche eine kleinere Austrittsarbeit für Elektronen aufweist.

[0010] Die Oberfläche der Wälle und Gräben der Struktur beider Scheiben kann mit einer lichtdurchlässigen elektrisch hochohmigen Schicht überzogen sein wie z. B. Sn0₂ oder In₂0_3' welche nach Anlegen einer Spannung an zwei metallisch leitende Elektroden an deren Kreuzungspunkt als Zündelektrode wirkt.

[0011] Die als Kathode arbeitende metallisch leitende Elektrode kann zur Herabsetzung der Zündspannung auch mit Hilfe eines zusätzlichen elektrischen Heizstromes auf erhöhte Temperatur gebracht werden.

[0012] Die Zündspannung für die punktförmigen Plasma-Entladungen kann auch durch Bestrahlen mit ultraviolettem Licht oder mit ionisierender Strahlung herabgesetzt werden.

[0013] Durch eine unterschiedliche Gasfüllung (mit Unterdruck) in den durch die Gräben gebildeten Hohlräumen lassen sich auch unterschiedliche Farben der Plasma-Entladung erzeugen. So erzeugt z. B. eine Argon Helium-Füllung die Farbe grün, eine Stickstoff-Füllung die Farbe blau, eine Helium-Neon-Füllung die Farbe rot/orange und eine C0₂-Füllung die Farbe weiß.

[0014] Die Oberfläche der Gräben kann jedoch auch mit einem Leuchtstoff für eine bestimmte Farbe belegt sein, wobei in an sich bekannter Weise die Gasentladung nur zur Anregung dieser Leuchtstoff-Belegung mit UV-Strahlung benutzt wird.

[0015] Die beiden Platten oder Scheiben des Plasma-Displays bestehen vorzugsweise aus Glas. Sie sind an ihren Rändern vakuumdicht miteinander verschmolzen oder anderweitig verschlossen. Die metallischen Elektroden sind als Einschmelzungen oder Durchführungen nach außen geführt.

[0016] Gemäß der Erfindung können auch drei Plasma-Displays mit den Farben rot, grün und blau so übereinander angeordnet sein, daß die Leuchtpunkte in allen drei Displays genau übereinander oder etwas versetzt übereinander zu liegen kommen. Diese Farb-Tripletts von übereinander liegenden Leuchtpunkten können so angesteuert werden, daß ein farbiges Bild abgestrahlt wird.

[0017] Zur schärferen geometrischen Begrenzung jedes Lichtpunktes kann in an sich bekannter Weise eine Lochmaske verwendet werden. Diese kann aus einer geeigneten Folie bestehen. Sie kann aber auch - z. B. als Metallfilm - auf eine der beiden Platten oder Scheiben direkt aufgebracht sein.

[0018] Im folgenden wird die Erfindung in 3 Ausführungsbeispielen näher beschrieben.

[0019] Ausführungsbeispiel 1 zeigt ein Plasma-Display mit 25 Bildpunkten für blaues Licht.

[0020] Ausführungsbeispiel 2 zeigt ein Plasma-Display, das aus 3 einfarbigen Displays zusammengesetzt ist.

[0021] Ausführungsbeispiel 3 zeigt ein Plasma-Display als flachen Farb-Bildschirm mit drei Leuchtstoffbeschichtungen für die Farben blau, grün und rot.

Ausführungsbeispiel 1

[0022] In Fig. 1a ist 1 eine Glasplatte, in welche fünf V-förmige und parallel zueinander verlaufende Gräben 4 eingebracht sind. Die Gräben 4, welche teilweise die auch über den Aussenrand der Platte 1 hochgezogene Metallschicht 5 tragen, sind durch die Wälle 3 voneinander getrennt.

[0023] 2 in Fig. 1a ist eine Keramik-Platte, in welche ebenfalls fünf V-förmige parallel zueinander verlaufende Gräben 4 eingebracht sind. Diese Gräben tragen die Metallschichten 6, die sich zur besseren Kontaktierbarkeit auf die Seitenfläche der Platte 2 erstrecken. Beide Platten 1 und 2 sind bezüglich der Strukturen um 90° in der Scheibenebene gegeneinander verdreht aufeinandergelegt, so daß die Wälle 3 beider Platten 1 und 2 sich kreuzen und berühren. Wie in Fig. 1b-dargestellt, sind an jede Metallschicht 5 ein Draht 5^x und an jede Metallschicht 6 ein Draht 6^x angeschweißt. Die Anschlußdrähte verlaufen dabei vorzugsweise parallel zur Plattenebene und senkrecht zur Plattenkante. Die Platten 1 und 2 sind an ihren Rändern mit Glas 15 verschmolzen und die Drähte 5^x und 6^x sind durch die Einschmelzungen 7 hindurch nach außen geführt. Die Gräben 4 zwischen den Platten 1 und 2 sind mit Stickstoff von 5 Torr gefüllt, so daß praktisch der gesamte atmosphärische Aussendruck die Platten 1 und 2 zusammendrückt. Dieser Druck wird von den sich kreuzenden und berührenden Wällen 3 aufgefangen. Durch Anlegen einer hinreichend großen elektrischen Spannung zwischen einen Draht 5^x und einen Draht 6x entsteht eine Gasentladung am Kreuzungspunkt der zugehörigen Metallschichten 5 und 6 in Fig. 1a, durch welche punktförmiges blaues Licht durch die Platte 1 emittiert wird. Mit Hilfe einer entsprechenden elektrischen Ansteuerschaltung bildet die Anordnung somit in an sich bekannter Weise ein blaues Display mit 25 Leuchtpunkten.

Ausführungsbeispiel 2

[0024] In Fig. 2 sind in einer Ausschnittdarstellung drei Displays aus Glasplatten 1 und 2 mit Wällen 3 und Gräben 4 zu einer Funktionseinheit zusammengesetzt. Das oberste Display hat eine rot leuchtende, das mittlere eine grün leuchtende und das unterste Display eine blau leuchtende Gasentladung. Jedes Display trägt an der Oberfläche eine Lochmaske 9, deren Fenster 14 sich genau über den punktförmigen Plasma-Entladungen befinden. Die Displays sind so zusammengesetzt, liegen. Als metallisch leitende Elektroden 5 und 6 sind in allen Gräben 4 Metalldrähte verwendet. 6 sind die Kathodendrähte, die auf gleichem elektrischen Potential liegen. Die elektrische Spannung an die Anoden-Drähte 5 wird jeweils für drei übereinander liegende Drähte 5 über die Anschlüsse 8rt für rot, 8gn für grün und 8bl für blau so gesteuert, daß durch die Fenster 14 der Lochmaske 9 gemischt farbiges Licht 10 emittiert wird. Die Breite der Gräben 4 in den drei Displays ist 1,5 . 10² cm, ihr Abstand ist 5 . 10-³ cm. Die Dicke jeder Platte 1 und 2 ist 0,1 cm. Die Kathodendrähte 6 sind mit einer Alkali-Oxydschicht zur Erniedrigung der Zündspannung der Plasma-Entladung überzogen. Jede Platte 1 und 2 hat z. B. 500 parallele Gräben 4. Die aktive Fläche des Displays, das 0,6 cm dick ist, beträgt 10 x 10 cm². Mit Hilfe einer entsprechenden Ansteuerung ist auf dieser Fläche die Darstellung eines farbigen Bildes mit 2,5 . 10⁵ Bildpunkten möglich.

Ausführungsbeispiel 3

[0025] In Fig. 3 ist 1 eine Glasplatte von 0,25 cm Dicke, welche eine einseitige Struktur mit parallel zueinander verlaufenden Gräben 4 hat. Die Gräben 4 haben eine Breite von 2 . 10^-2 cm und eine Tiefe von 1,5 . 10^-2 cm. Die dazwischen liegenden Wälle 3 sind an ihrer schmalsten Stelle, die die Stirnfläche bildet, 1 . 10-2 cm breit. Nach jeweils einer Dreier-Gruppe von Gräben 4 ist der Wall 3^x zur nächsten Dreier-Gruppe von Gräben 4 2 . 10^-2 cm breit und damit doppelt so breit, wie die in der Dreiergruppe liegenden Wälle. Je ein Graben 4 in einer Dreiergruppe ist mit einer Schicht eines Leuchtstoffes für blaue 11, grüne 12 und rote 13 Lichtemission überzogen. Als metallisch leitende Elektrode 5 enthält jeder Graben 4 einen Draht 5 mit einer Dicke von 5 . 10^-3 cm als Anode. Die untere Platte 2 in Fig. 3 besteht ebenfalls aus Glas mit einer Dicke von 0,25 cm. Die Platte 2 hat auf einer ihrer beiden Seiten ebenfalls eine Struktur mit parallel zueinander verlaufenden Gräben 4 und Wällen 3. Die Gräben haben eine Breite von 8 . 10^-2 cm und eine Tiefe von 1.10^-2 cm. Zwischen diesen Gräben 4 verlaufen Wälle 3 mit einer minimalen Breite von 2 . 1₀^-2 cm. In die Gräben 4 sind als Kathoden Nickelbänder ₆ eingelegt, die 6 . 10-2 cm breit und 1 . 10^-2 cm dick sind. Sie sind mit einer Schicht Amalgam überzogen.

[0026] Die Platten 1 und 2 sind bezüglich ihrer Strukturen um 90° gegeneinander in der Scheibenebene verdreht mit ihren strukturierten Oberflächenseiten zusammengesetzt, wie dies in einem Ausschnitt in Fig. 3 dargestellt ist. Die Gräben 4 sind mit Argon von etwa 0,1 Torr gefüllt und enthalten ausserdem noch Quecksilber-Dampf. Die Plasma-Entladung (im Argon-Quecksilber-Gemisch) an'den Kreuzungspunkten der Kathoden 6 und Anoden 5 erzeugt ultraviolettes Licht, das seinerseits die Leuchtstoff-Beläge 11, 12 und 13 zur Emission von blauem, grünem und rotem Licht anregt. Die elektrische Spannung ist zwischen die Anoden 5 und die Kathoden 6 immer so gelegt, daß-drei Anoden für rotes, grünes und blaues Licht eine gemischt-farbige Lichtemission 10 für einen Lichtpunkt ergeben, dessen Schärfe mit Hilfe eines Fensters 14 der Lochmaske 9 erhöht wird.

[0027] Zur Erhöhung der Helligkeit trägt die nicht strukturierte Seite der unteren Glasplatte 2 eine metallische Reflexions-schicht 16. Auf einer aktiven Fläche von ca. 55 x 65 cm² gestattet das Display die Wiedergabe eines farbigen Bildes mit ca. 3,6 . 10⁵ Bildpunkten.

[0028] Das erfindungsgemäße Plasma-Display kann, wie sich aus den Ausführungsbeispielen anschaulich ergibt, zur Bildwiedergabe bzw. zur optischen Wiedergabe beliebiger Informationen in einer zweifarbigen Kontrastdarstellung oder in einer farbigen Darstellung verwendet werden. Es kann sich dabei beispielsweise um einen flachen Fernsehbildschirm oder um Wiedergabevorrichtungen in der Meß- oder Datentechnik handeln.

Bezugsziffern

[0029] 

1 Platte oder Scheibe 1

2 Platte oder Scheibe 2

3,3^x Wall

4 Graben

5,5^x metallisch leitende Elektrode (Anode)

6,6^x metallisch leitende Elektrode (Kathode)

7 Einschmelzung

8rt Ansteuerung für rot-Entladung

8gn Ansteuerung für grün-Entladung

8bl Ansteuerung für blau-Entladung

9 Lochmaske

10 farbiges Licht

11 Leuchtstoff-Belag für blaues Licht

12 Leuchtstoff-Belag für grünes Licht

13 Leuchtstoff-Belag für rotes Licht

14 Fenster in der Lochmaske

15 Glasverschmelzung der Platten 1 und 2

16 metallische Reflexions-Schicht

Ansprüche

1) Plasma-Display, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Platten oder Scheiben (1 und 2) aus elektrisch isolierendem Material vorgesehen sind, daß eine Seite auf beiden Platten oder Scheiben (1, 2) eine Struktur mit abwechselnden, parallelen Wällen (3) und Gräben (4) aufweist, daß sich in jedem Graben (4) eine metallisch leitende Elektrode (5 und 6) befindet, und daß die beiden Platten oder Scheiben (1, 2) mit ihren strukturierten Seiten so aufeinander gelegt sind, daß die Wälle (3) in den Strukturen beider Scheiben (1, 2) sich überkreuzen und berühren, so daß durch die sich ebenfalls überkreuzenden Gräben (4) Hohlräume entstehen, welche gegen Außendruck durch die gekreuzten, aufliegenden Wälle (3) mechanisch stabilisiert sind, und daß in diesen Hohlräumen (6) durch Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen eine Elektrode (5) der einen Platte oder Scheibe (1) und eine Elektrode (6) der anderen Platte oder Scheibe (2) eine punktförmige Plasma-Entladung erzeugbar ist.

2) Plasma-Display nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der beiden Platten oder Scheiben (1, 2) für sichtbares Licht durchlässig ist.

3) Plasma-Display nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten oder Scheiben (1, 2) aus anorganischem oder organischem Isolatormaterial bestehen.

4) Plasma-Display nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die metallisch leitenden Elektroden (5, 6) als elektrisch leitende Schichten ausgebildet sind.

5) Plasma-Display nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die metallisch leitenden Elektroden (5, 6) als Draht oder Band ausgebildet sind.

6) Plasma-Display nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der metallisch leitenden Elektroden (5, 6) eine Schicht aus einem Material trägt, welches eine kleine Austrittsarbeit für Elektronen hat.

7) Plasma-Display nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Wälle (3) und Gräben (4) der Struktur beider Scheiben (1, 2) mit einer lichtdurchlässigen elektrisch hochohmigen Schicht überzogen ist, welche nach Anlegen einer Spannung an zwei Elektroden (5 und 6) an deren Kreuzungspunkt als Zündelektrode wirkt.

8) Plasma-Display nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die als Kathode arbeitende Elektrode (6) mit Hilfe eines zusätzlichen elektrischen Heizstromes auf erhöhte Temperatur gebracht ist.

9) Plasma-Display nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch Einstrahlen von ultraviolettem Licht oder von ionisierender Strahlung die Zündspannung für die punktförmigen Plasma-Entladungen herabsetzbar ist.

10) Plasma-Display nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung unterschiedlicher Farben der Plasma-Entladung die Gräben (4) eine unterschiedliche Gasfüllung enthalten.

11) Plasma-Display nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Gräben (4) zur Erzeugung unterschiedlicher Farben mit unterschiedlichen Leuchtstoffen beschichtet ist.

12) Plasma-Display nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten oder Scheiben (1 und 2) aus Glas bestehen, die an ihren Rändern miteinander vakuumdicht verschmolzen sind und daß die metallischen Elektroden (5 und 6) als Durchführungen durch die Verschmelzungen nach außen geführt sind.

13) Plasma-Display nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß drei Plasma-Displays mit den Leucht-Farben rot, grün und blau so übereinander gestapelt sind, daß jeweils drei einander zugeordnete Leuchtpunkte in den Displays übereinander liegen, und daß alle übereinander liegenden Leuchtpunkte so ansteuerbar sind, daß ein farbiges Display oder Bild erzeugbar ist.

14) Plasma-Display nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß von jeweils drei nebeneinander liegenden, einem Bildpunkt zugeordneten Gräben (4) in einer Platte oder Scheibe (1) je einer mit einer Leuchtstoffschicht für die Farben blau, grün und rot überzogen ist, und daß die Gasentladung zur Anregung dieser Farben so steuerbar ist, daß ein farbiges Bild entsteht.

15) Plasma-Display nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur schärferen Begrenzung eines Leuchtpunktes eine Lochmaske auf dem Display angeordnet ist.

16) Plasma-Display nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß in der Lochmaske für jeden Bildpunkt ein Fenster vorgesehen ist.

17) Plasma-Display nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Verwendung als flacher Fernsehbildschirm.

Zeichnung