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DE10210043A1 - Plasmabildschirm mit Pr(III)-aktiviertem Leuchtstoff - Google Patents

Plasmabildschirm mit Pr(III)-aktiviertem Leuchtstoff

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DE10210043A1
DE10210043A1 DE10210043A DE10210043A DE10210043A1 DE 10210043 A1 DE10210043 A1 DE 10210043A1 DE 10210043 A DE10210043 A DE 10210043A DE 10210043 A DE10210043 A DE 10210043A DE 10210043 A1 DE10210043 A1 DE 10210043A1
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red
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Walter Mayr
Peter J Schmidt
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Philips Intellectual Property and Standards GmbH
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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Plasmabildschirm mit einem rot-emittierenden, Pr·3+·- aktivierten Leuchtstoff. Der Leuchtstoff umfasst ein Wirtsgitter und Pr·3+· als Aktivator, wobei das Wirtsgitter des Leuchtstoffs ausgewählt ist aus der Gruppe der Oxide, der Silicate, der Niobate, der Tantalate und der Niobat-Tantalat-Mischkristalle.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Plasmabildschirm ausgerüstet mit einer Leuchtstoffschicht, die einen rot-emittierenden Leuchtstoff enthält.
  • Plasmabildschirme ermöglichen Farbbilder mit hoher Auflösung, großer Bildschirmdiagonale und sind von kompakter Bauweise. Ein Plasmabildschirm weist einen hermetisch abgeschlossenen Raum, der mit einem Gas gefüllt ist, mit gitterförmig angeordneten Elektroden auf. Durch Trennrippen werden individuell ansteuerbare Plasmazellen erzeugt, in denen durch Anlegen einer elektrischen Spannung eine Gasentladung hervorgerufen wird, die Licht im ultravioletten Bereich erzeugt. Durch Leuchtstoffe kann dieses Licht in sichtbares Licht umgewandelt und durch die Frontplatte der Zelle zum Betrachter emittiert werden.
  • Als roter Leuchtstoff wird in vielen Plasmabildschirmen (Y,Gd)BO3:Eu verwendet, weil dieser Leuchtstoff eine höhere Lichtausbeute bei Anregung durch VUV-Licht zeigt als andere rot emittierende Leuchtstoffe. Beträchtliche Nachteile dieses Leuchtstoffes sind einerseits der Farbpunkt, der mit x = 0.643 und y = 0.357 zu orange für Video-Anwendungen ist und andererseits die relativ lange Abklingzeit von τ1/10 = 9 ms. Die US 5,136,207 beschreibt beispielsweise einen Plasmabildschirm mit (Y,Gd)BO3:Eu als rot- emittierenden Leuchtstoff.
  • Durch den orangen Farbpunkt von (Y,Gd)BO3:Eu wird in Plasmabildschirmen ein reduzierter Farbraum erhalten, verglichen mit Kathodenstrahlröhren, bei denen Y2O2S:Eu als roter Leuchtstoff verwendet wird. Letzterer weist einen Farbpunkt von x = 0.659 und y = 0.332 auf.
  • Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Plasmabildschirm bereit zu stellen.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Plasmabildschirm ausgerüstet mit einer Leuchtstoffschicht, die einen Leuchtstoff enthält, der ein Wirtsgitter und Pr3+ als Aktivator umfasst, wobei das Wirtsgitter des Leuchtstoffs ausgewählt ist aus der Gruppe der Oxide, der Silicate, der Niobate, der Tantalate und der Niobat-Tantalat-Mischkristalle.
  • Nach quantentheoretischen Modellvorstellungen liegt in diesen Wirtsgittern das niedrigste 5d-Energieniveau des Pr3+-Karions weit unterhalb des 1S0-Energieniveaus des Pr3+-Kations.
  • In Pr3+-aktivierten Leuchtstoffen, bei denen nach qualitativen quantentheoretischen Modellvorstellungen das niedrigste 5d-Energieniveau des Pr3+-Kations unterhalb des 1S0- Energieniveaus des Pr3+-Kations liegt, finden nach Anregung der Elektronen keine Übergänge aus dem 1S0-Energieniveau in den Grundzustand statt, bei denen Licht im UV-C- Bereich oder blauen Spektralbereich emittiert wird. Vielmehr finden strahlungslose Relaxationen über niedriger als das 1S0-Energieniveau liegende 5d-Energieniveaus auf niedriger liegende Energieniveaus statt. Letztere sind beispielsweise das 3PJ-Energieniveau oder das 1D2-Energieniveau. Aus dem 3PJ-Energieniveau oder dem 1D2-Energieniveau kehren die Elektronen unter Emission von rotem Licht zum Grundzustand zurück.
  • Das Wirtsgitter ist verantwortlich für die Größe der Aufspaltung der 5d-Zustände des Pr3+- Kations. Die vorteilhaft ausgewählten Wirtsgitter weisen koordinierende Anionen mit einer hohen Ladungsdichte auf und bewirken so eine große Aufspaltung der 5d-Zustände des Pr3+-Kations. In Pr3+-aktivierten Leuchtstoffen mit diesen Wirtsgittern liegt das niedrigste 5d-Energieniveau unterhalb des 1S0-Energieniveaus des Pr3+-Kations und nach Anregung mit (V)UV-Strahlung wird eine rote Emission erhalten.
  • Die vorteilhaft ausgewählten Pr3+-aktivierten Leuchtstoffen gemäß Anspruch 2 weisen einen niedrigeren y-Wert des Farbpunktes auf als (Y,Gd)BO3:Eu.
  • Durch die vorteilhafte Ausgestaltung gemäß Anspruch 3 kann der Farbpunkt einer rot- emittierenden Leuchtstoffschicht variiert werden.
  • Im folgenden soll die Erfindung anhand von vier Figuren näher erläutert werden. Dabei zeigt
  • Fig. 1 den Aufbau und das Funktionsprinzip einer einzelnen Plasmazelle in einem AC-Plasmabildschirm,
  • Fig. 2 das Termschema von Pr3+,
  • Fig. 3 das Anregungs- und Emissionsspektrum von Ca2SiO4:1%Pr und
  • Fig. 4 das Anregungs- und Emissionsspektrum von Y2O3:0.5%Pr.
  • Gemäß Fig. 1 weist eine Plasmazelle eines AC-Plasmabildschirms mit einer koplanaren Anordnung der Elektroden eine Frontplatte 1 und eine Trägerplatte 2 auf. Die Frontplatte 1 weist eine transparente Platte 3, beispielsweise aus Glas, auf, auf der sich eine dielektrische Schicht 4, welche vorzugsweise niedrigschmelzendes Glas enthält, und darauf eine Schutzschicht 5, welche vorzugsweise MgO enthält, befinden. Auf der transparenten Platte 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, ITO oder einer Kombination aus einem Metall und ITO. Vorzugsweise weisen die Entladungselektroden 6, 7 jeweils einen Streifen aus ITO auf, auf den jeweils eine schmalere Schicht aus Al oder Ag als Buselektrode aufgebracht ist. Die Trägerplatte 2 ist vorzugsweise aus Glas und auf der Trägerplatte 2 sind parallele, streifenförmige, senkrecht zu den Entladungselektroden 6, 7 verlaufende Adresselektroden 10 aus beispielsweise Ag aufgebracht. Diese sind von einer Leuchtstoffschicht 9, die Licht 13 in einer der drei Grundfarben rot, grün oder blau emittiert, bedeckt. Dazu ist die Leuchtstoffschicht 9 in mehrere Farbsegmente unterteilt. Durch eine Rippenstruktur 12 mit Trennrippen aus vorzugsweise dielektrischem Material werden individuell ansteuerbare Plasmazellen, in denen stille elektrische Entladungen stattfinden, gebildet.
  • In der Plasmazelle, als auch zwischen den Entladungselektroden 6, 7, von denen jeweils eine im Wechsel als Kathode bzw. Anode wirkt, befindet sich ein Gas. Das Gas kann zum Beispiel ein Edelgas, ein Gemisch aus Edelgasen mit Xe als UV-Licht emittierender Komponente, Stickstoff oder ein Gemisch aus Stickstoff und wenigstens einem Edelgas, wie beispielsweise He, Ne, Kr oder Xe, enthalten. Nach Zündung der Oberflächenentladung, wodurch Ladungen auf einem zwischen den Entladungselektroden 6, 7 im Plasmabereich 8 liegenden Entladungsweg fließen können, bildet sich im Plasmabereich 8 ein Plasma, durch das je nach der Zusammensetzung des Gases Strahlung 11 im UV-Bereich erzeugt wird. Die Strahlung 11 regt die Leuchtstoffschicht 9 zum Leuchten an, die sichtbares Licht 13 emittiert, das durch die Frontplatte 1 nach außen tritt und somit einen leuchtenden Punkt auf dem Bildschirm darstellt. Die Leuchtstoffschicht 9 ist in mehrere Farbsegmente unterteilt. Üblicherweise sind die rot-, grün- bzw. blau-emittierenden Farbsegmente der Leuchtstoffschicht 9 in Form von senkrechten Streifentripeln aufgebracht. Eine Plasmazelle mit einem Farbsegment bildet ein sogenanntes Subpixel. Drei benachbarte Plasmazellen mit je einem rot-, grün- bzw. blau-emittierenden Farbsegment bilden zusammen einen Pixel, oder auch Bildpunkt genannt.
  • Ein grün-emittierendes Farbsegment kann beispielsweise Zn2SiO4:Mn als Leuchtstoff und ein blau-emittierendes Farbsegment kann beispielsweise BaMgAl10O17:Eu als Leuchtstoff enthalten.
  • Ein rot-emittierendes Farbsegment enthält einen rot-emittierenden, Pr3+-aktivierten Leuchtstoff. Das Wirtsgitter des Pr3+aktivierten Leuchtstoffs ist vorzugsweise ein Oxid, ein Silicat, ein Niobat, ein Tantalat oder ein Niobat-Tantalat-Mischkristall. Als Pr3+-aktivierter Leuchtstoff kann beispielsweise (Y1-xGdx)2O3:Pr mit 0 ≤ x ≤ 1, (Ca1-xSrx)2SiO4:Pr mit 0 ≤ x ≤ 1 oder Y(Nb1-xTax)O4:Pr mit 0 ≤ x ≤ 1 in einem rot-emittierenden Farbsegment der Leuchtstoffschicht 9 verwendet wird.
  • In Fig. 2 ist das Termschema von Pr3+ sowie die Lage der 5d-Zustände in den erfindungsgemäßen Leuchtstoffen gezeigt. Nach Anregung eines Elektrons in einen 5d-Zustand des Pr3+-Kations findet eine strahlungslose Relaxation auf das 1S0-Energieniveau statt. Von dort finden weitere strahlungslose Relaxationen zunächst in einen weiteren, niedriger liegenden 5d-Zustand des Pr3+-Kation und von dort in weitere Energieniveaus, beispielsweise 3PJ, 1I6 oder 1D2, statt. Aus diesen Niveaus kehren die Elektronen strahlend in die Grundzustände zurück. Die Übergänge 3PJ → 3H6 und 1D2 → 3H4 sind für die rote Emission dieser Leuchtstoffe verantwortlich. Da der niedrigste 5d-Zustand des Pr3+-Kation unterhalb des 1S0-Energieniveaus des Pr3+-Kations liegt, finden keine strahlenden Übergänge aus diesem 1S0-Energieniveau zum Grundzustand unter Emission von kurzwelligem, d. h. beispielsweise im UV-C oder im blauem Spektralbereich, Licht statt, wie sie aus anderen Pr3+-aktivierten Leuchtstoffen, wie YPO4:Pr oder YBO3:Pr, bekannt sind.
  • Es kann vorteilhaft sein, dass die rot-emittierenden Farbsegmente der Leuchtstoffschicht 9 zusätzlich zum Pr3+-aktivierten Leuchtstoff einen weiteren rot-emittierenden Leuchtstoff, wie beispielsweise (Y1-xGdx)BO3:Eu mit 0 ≤ x ≤ 1, Y(V1-xPx)O4:Eu mit 0 ≤ x ≤ 1 oder (Y1-xGdx)2O3:Eu mit 0 ≤ x ≤ 1 enthalten.
    • Ausführungsbeispiel 1
  • Zur Herstellung von Ca2SiO4:1%Pr wurden 20.00 g CaCO3 (199.8 mmol Ca), 6.215 g SiO2 (103.4 mmol 51) und 437.0 mg Pr(NO3)3(H2O)6 (1.005 mmol Pr) in 200 ml Wasser dispergiert bzw. gelöst und anschließend 10 Minuten in ein Ultraschall-Bad gestellt. Das Wasser wurde destillativ entfernt und der Rückstand wurde bei 100°C getrocknet. Dann wurden 1.6 g NH4Cl zugegeben und die erhaltene Mischung wurde gemörsert. Schließlich wurde die Mischung 12 Stunden bei 850°C in CO-haltiger Atmosphäre kalziniert (Aufheizrate: 200°C/h). Nach dem Abkühlen wurde das Pulver gemahlen und durch ein 36 µm Sieb gesiebt.
  • Fig. 3 zeigt das Anregungs- und Emissionsspektrum von Ca2SiO4:1%Pr. Der Farbpunkt (x, y) des erhaltenen Leuchtstoffes liegt bei x = 0.605, y = 0.350.
  • Ca2SiO4:1%Pr wurde als rot-emittierender Leuchtstoff in einem Plasmabildschirm verwendet, der einen verbesserten Farbpunkt und kürze Abklingzeiten nach Anregung für die rot- emittierenden Subpixel bzw. Farbsegmente aufwies.
    • Ausführungsbeispiel 2
  • Ca2SiO4:1%Pr wurde analog zu Ausführungsbeispiel 1 hergestellt und zusammen mit YPO4:Eu in einem Plasmabildschirm verwendet, der einen verbesserten Farbpunkt und kurze Abklingzeiten nach Anregung für die rot-emittierenden Subpixel bzw. Farbsegmente aufwies.
    • Ausführungsbeispiel 3
  • Zur Herstellung von Y2O3:0.5%Pr wurden 30.00 g Y(NO3)3(H2O)6 (78.36 mmol Pr) und 167.0 mg g Pr(NO3)3(H2O)6 (396.0 µmol Pr) in 200 ml Wasser gelöst. Der pH-Wert wurde mittels 1 M NH3 auf einen Wert von 5.0 eingestellt. Die erhaltene Lösung wurde auf 60°C erwärmt. 74.43 g Oxalsäuredihydrat (590.4 mmol Oxalsäure) wurden in 500 ml Wasser gelöst und innerhalb von 45 Minuten zu der Nitrat-haltigen Lösung getropft. Danach wurde noch weitere 15 Minuten bei 60°C gerührt. Der erhaltene Niederschlag wurde abgesaugt, zweimal mit Wasser gewaschen und anschließend bei 120°C getrocknet. Anschließend wurde der Feststoff 1 h bei 900°C an Luft (Aufheizrate: 250°C/h), 4 h bei 1400°C in CO-haltiger Atmosphäre (Aufheizrate: 200°C/h) und 2 h bei 1100°C in CO- haltiger Atmosphäre (Aufheizrate: 300°C/h) kalziniert.
  • Fig. 4 zeigt das Anregungs- und Emissionsspektrum von Y2O3:0.5%Pr. Der Farbpunkt (x, y) des erhaltenen Leuchtstoffes liegt bei x = 0.671, y = 0.304.
  • Y2O3:0.5%Pr wurde als rot-emittierender Leuchtstoff in einem Plasmabildschirm verwendet, der einen verbesserten Farbpunkt und kürze Abklingzeiten nach Anregung für die rot-emittierenden Subpixel bzw. Farbsegmente aufwies.

Claims (3)

1. Plasmabildschirm ausgerüstet mit einer Leuchtstoffschicht, die einen Leuchtstoff enthält, der ein Wirtsgitter und Pr3+ als Aktivator umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Wirtsgitter des Leuchtstoffs ausgewählt ist aus der Gruppe der Oxide, der Silicate, der Niobate, der Tantalate und der Niobat-Tantalat-Mischkristalle.
2. Plasmabildschirm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Leuchtstoff ausgewählt ist aus der Gruppe (Y1-xGdx)2O3:Pr mit 0 ≤ x ≤ 1, (Ca1-xSrx)2SiO4:Pr mit 0 ≤ x ≤ 1 und Y(Nb1-xTax)O4:Pr mit 0 ≤ x ≤ 1.
3. Plasmabildschirm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchtstoffschicht zusätzlich einen weiteren rot-emittierenden Leuchtstoff ausgewählt aus der Gruppe (Y1-xGdx)BO3:Eu mit 0 ≤ x ≤ 1, Y(V1-xPx)O4:Eu mit 0 ≤ x ≤ 1 und (Y1-xGdx)2O3:Eu mit 0 ≤ x ≤ 1 enthält.
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