DE3106368A1

DE3106368A1 - Plasma-anzeige

Info

Publication number: DE3106368A1
Application number: DE19813106368
Authority: DE
Inventors: Takeo Tokyo Kamegaya; Satoshi Gyoda Saitama Watanabe
Original assignee: Okaya Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Okaya Electric Industry Co Ltd
Priority date: 1980-02-22
Filing date: 1981-02-20
Publication date: 1982-01-07
Also published as: DE3106368C2; US4393326A

Description

Die Erfindung betrifft eine Gleichstrom-Plasma-Anzeige (DC-Plasmadisplay) mit Elektroden, die durch Plasmaspritzen hergestellt worden sind.

Elektroden für herkömmliche Gleichstrom-Plasma-Anzeigen (im folgenden: Plasma-Anzeigen) werden z.B. dadurch hergestellt, daß man auf einem isolierenden Substrat, z.B. einer Glas- oder Keramikplatte durch Ätzen, außenstromlose Metal lab scheidung, Galvanisieren, Beschichten oder Bedrucken mit einer Dickfilm-Drucktechnik eine etwa 75 bis 100 μπι

^5 dicke Schicht aus einer FeNi-Legierung, einer FeNiCr-Legierung (z.B. einer 42-6-Legierung) oder dergleichen ausbildet. Diese herkömmlichen Verfahren zur Herstellung von Elektroden haben jedoch verschiedene Nachteile. So treten z.B. bei den durch Ätzen hergestellten Elektroden Justier-Probleme auf, die aufgrund der großen Anzahl von Teilen Schwierigkeiten beim Zusammenbau von Anzeigetafeln oder -platten verursachen. Nach anderen Methoden hergestellte Elektroden zeichnen sich durch schlechte Haftung zwischen den Metallteilchen aus. Insbesondere durch Abscheiden oder Galvanisieren hergestellte Elektroden haben schlechte Haltbarkeit, da diese Methoden keine Elektroden von ausreichender Dicke ergeben.

Im folgenden wird eine herkömmliche Plasma-Anzeige anhand

der Fig. 1A und TB näher erläutert. Die Plasma-Anzeige von Fig. 1A umfaßt eine vordere Glasplatte 1, auf deren Innenoberfläche eine Elektrode (Anode) 2 vorgesehen ist, einen Abstandhalter 3 bildende Entladungszellen 4 und eine hintere Glasplatte 5, auf deren Innenoberfläche eine Elektro-

de (Kathode) 6 vorgesehen ist. Die Kathode 6 wird in Form einer Schicht z.B. mit einer Dickfilm-Drucktechnik unter

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Verwendung einer Ni-Paste, durch Abscheiden oder Galvanisieren hergestellt. Nach derartigen Methoden hergestellte Elektroden haben jedoch den Nachteil, daß die Haftung zwischen den Metallteilchen schlecht ist. Elektroden, die nach einem Dickfilm-Druckverfahren hergestellt wurden, zeichnen sich außerdem durch geringe mechanische Festigkeit aus und durch Abscheiden, Galvanisieren etc. erhaltene Elektroden haben den Nachteil, daß ihre Haltbarkeit als Kathode aufgrund ihrer beschränkten Dicke gering ist.

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Die in Fig. 1B dargestellte Plasma-Anzeige umfaßt eine vordere Glasplatte 1, eine Kathode 6 in Form eines Bands, einen Abstandhalter 3 bildende Entladungszellen 4, eine hintere Glasplatte 5 und eine lineare Anode 2 auf der Rück-

seite der Glasplatte 5. Um eine ausreichende Haltbarkeit zu erzielen, wird die Kathode 6 unter Anwendung einer Ätztechnik in Form eines Bands aus einer Metallplatte, z.B. einer 42-6-Legierungsplatte, in einer Dicke von etwa 75 \xm hergestellt. Wie bereits erwähnt, hat dieses Verfahren je-

doch den Nachteil, daß die Justierung beim Zusammenbau einer Anzeigetafel oder -platte aufgrund der großen Anzahl von Teilen Schwierigkeiten bereitet.

Bisher verwendete Elektrodenmaterialien, wie Fe, Ni und Cr,

haben eine Austrittsarbeit von etwa 4,5 eV, was für die Verwendung als Kathode in Gleichstrom-Plasma-Anzeigen relativ hoch ist. Außerdem erfordern diese Materialien relativ hohe Betriebsspannungen von etwa 300 V. Eine Betriebsspannung dieser Größe hat einen entsprechend hohen Energiever-

brauch der Plasma-Anzeige zur Folge.

Um den Energieverbrauch zu senken, ist bereits vorgeschlagen worden, Substanzen mit kleiner Austrittsarbeit als

Elektrodenmaterialien zu verwenden. Unter diesen Materialien 35

haben Hexaboride von Seltenerdelementen (z.B. LaB^ und CeB,.)

ο ο

die folgenden Eigenschaften: ■
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a) Die Austrittsarbeit ist klein, z.B. 2,7 eV für LaB,;

b) der Schmelzpunkt ist hoch, z.B. 26OO°C für LaB_g;

c) die elektrische Leitfähigkeit ist gut;

d) der Verschleiß durch Ionenstoß ist gering. 5

Von diesen Eigenschaften sind die niedrige Austrittsarbeit (a), die gute elektrische Leitfähigkeit (c) und der geringe Verschleiß durch Ionenstoß (d) für die Verwendung

als Kathodenmaterial ,erwünscht. Aufgrund ihrer hohen Schmelz-.

punkte (b) ist es jedoch äußerst schwierig, Hexaboride von Seltenerdelementen auf Kathodensubstraten von Gleichstrom-Pia sma-Anze igen abzuscheiden. Verarbeitet man z.B. das Hexaborid zu einer Druckfarbe und beschichtet damit ein

Elektrodensubstrat nach einem üblichen Druckverfahren, so 15

läßt sich aufgrund des sehr hohen Schmelzpunkts und der Sintertemperatür des Hexaborids keine feste Haftung erzielen. Der Zusatz eines Bindemittels kann die Entladungseigenschaften beeinträchtigen. Außerdem kann eine Hochtemperaturbehandlung bei Gleichstrom-Plasma-Anzeigen von regulärer Struktur eine Deformation der Tafel bzw. Platte verursachen. Aus diesen Gründen wurden hochschmelzende Materialien bisher nicht als Elektrodenmaterialien angewandt.

Ziel der Erfindung ist es, eine Gleichstrom-Plasma-Anzeige

mit niedriger Betriebsspannung und niedrigem Energieverbrauch bereitzustellen. Ferner soll die Plasma-Anzeige eine Kathode mit hoher Haltbarkeit und hoher Verschleißfestigkeit gegen Ionenaufprall aufweisen. 30

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß man ein Material mit niedriger Austrittsarbeit durch Plasmaspritzen unter Verwendung eines Edelgas-Entladungs-Plasmabrenners auf der Oberfläche einer Kathodensubstratschicht abscheidet. Die Erfindung betrifft auf diese Weise hergestellte Plasma-Anzeigen, d.h. Plasma-Anzeigen mit einer Elektrode, die aus

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« einer durch Plasmaspritzen hergestellten Metall- oder Metallegierungsschicht besteht.

Gegenstand der Erfindung ist insbesondere eine Plasma-Anzeige mit einer Kathodensubstratschicht, auf der eine Metallverbindungsschicht mit kleiner Austrittsarbeit durch Plasmaspritzen abgeschieden worden ist. Das Plasmaspritzen erfolgt vorzugsweise bei einer Temperatur, bei der die Metallverbindung geschmolzen ist. Die Metallverbindungsschicht wird vorzugsweise auf einer Kathodensubstratschicht abgeschieden, die z.B. aus Pe, Ni, W, Cu, Cr oder Al oder einer beliebigen Metallegierung besteht. Als Metallverbindungsschichten eignen sich z.B. Erdalkalimetalloxide, Erdalkalimetallsulfide, Seltenerdmetallhexaboride und Mischoxide von Aluminium mit anderen Metallen. Die Metallverbindungsschicht hat vorzugsweise eine Dicke von etwa 1 bis 50 μπι.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1A und 1B schematische Querschnitte durch Plasma-Anzeigen mit einer Elektrode, die nach bekannten Methoden hergestellt worden ist;

Fig. 2A und 2B einen schematischen Querschnitt bzw. eine perspektivische Teilansicht einer Plasma-

Anzeige mit einer durch Plasmaspritzen hergestellten Elektrode nach einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 3 bis 5 Teilansichten einer Plasma-Anzeige mit einer durch Plasmaspritzen hergestellten

Elektrode nach einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 6A und 6B vergrößerte Querschnitte durch die Oberfläche einer erfindungsgemäß hergestellten Kathode.

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In den Fig. 2Α und 2B ist eine erste erfindungsgemäße Ausführungsform einer Plasma-Anzeige dargestellt/ die eine vordere Glasplatte T, eine Anode 2 auf der Innenoberfläche der vorderen Glasplatte 1/ einen Abstandhalter 3 bildende Entladungszellen 4, eine der Anode 2 zugewandte Kathode 16 auf der Innenoberfläche der hinteren Glasplatte 15 und einen der Entladungszelle 4 zugewandten Emitter 17 auf der Kathode 16 umfaßt. Die Kathode besteht entweder aus Reinmetallen, wie Fe, Ni, W, Cu, Cr oder Al, oder einer Metalllegierung, wie FeNi, 'und wird durch Plasmaspritzen hergestellt. In diesem Fall können jedoch auch herkömmliche Techniken, z.B. Ätzen, Dickfilm-Druck, Galvanisieren oder Beschichten, angewandt werden.

Auf der Kathode 16 werden der Entladungszelle 4 zugewandt durch Plasmaspritzen Bereiche eines Materials mit kleiner Austrittsarbeit abgeschieden. Diese Bereiche, die eine Dicke von etwa 1 bis 50 μπι, vorzugsweise 10 bis 50 μΐη haben, bilden den Emitter 17. Bei der Herstellung der Kathode 16

durch Plasmaspritzen, bei dem das Metallpulver geschmolzen wird, kann die Dicke auf das gewünschte Maß erhöht werden, und es ist möglich, Kathoden mit einer Dicke von bis zu 300 μπι oder mehr herzustellen. Die erhaltene Kathode zeichnet sich durch gute Haltbarkeit aus. Für die erfindungsge-

mäße Plasma-Anzeige reichen jedoch Kathodenstärken von nur etwa 1 bis 50 μπι aus.

Bevorzugte Beispiele für Materialien mit kleiner Austrittsarbeit, die zur Herstellung des Emitters 17 verwendet wer-30

den können, sind (1) Oxide von Erdalkalimetallen, wie BaO,

(2) Sulfide von Erdalkalimetallen, wie BaS,

(3) Mischoxide von Erdalkalimetallen und Aluminium und

(4) Hexaboride von Seltenerdelementen, wie LaB, und CeB,-.

O O

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1 Obwohl es nicht möglich ist, bei Elektroden der genannten Materialien (1), (2) oder (3) einen kontinuierlichen Entladungsstrom zu erhalten, da diese elektrische Isolatoren darstellen, ermöglicht das Plasmaspritzen unter Verwendung eines Plasmabrenners, durch den ein Inertgas (z.3. ein Edelgas) geleitet wird, außerordentlich hohe Plasmatemperaturen von einigen 1000 bis zu einigen 10 000⁰C, so daß die Materialien (1), (2) und (3) leicht geschmolzen werden können. Außerdem kann das Material auf die Oberfläche des Kathodensubstratmetali's geschleudert werden und haftet darauf in geschmolzenem Zustand. Bei den durch Plasmaspritzen hergestellten Plasma-Anzeigen ist es daher nicht notwendig, eine Hochtemperaturbehandlung durchzuführen.

Fig. 6A ist ein vergrößerter Querschnitt durch eine auf der Oberfläche eines Kathodensubstratmetalls durch Plasmaspritzen aufgebrachte Schicht aus einer Erdalkalimetallverbindung. Die Bezugszeichen 16, .171 und 172 bezeichnen das Kathodensubstratmetall, die durch Schmelzen verklebten Teilchen der Erdalkalimetallverbindung bzw. kleinere freie Erdalkalimetallteilchen. Die durch Schmelzen verklebten Erdalkalimetallverbindungsteilchen 171 auf der Oberfläche des Kathodensubstratmetalls 16 liegen übereinander und bilden dadurch eine poröse Schicht. Die kleineren Erdalkalimetallteilchen 172 sind zwischen den Erdalkalimetallverbindungsteilchen 171 vorhanden. Es kann daher ein kontinuierlicher Strom erzeugt werden, obwohl die Erdalkalimetallverbindung 171 elektrisch nichtleitfähig ist. Der porösen Schicht aus den Erdalkalimetallverbindungsteilchen 171 und den freien Erdalkalimetallteilchen 172 kann auch auf geeignete Weise ein Mstall (elektrischer Leiter) mit kleiner Austrittsarbeit einverleibt werden.

Beim Abscheiden von Oxiden oder Sulfiden von Erdalkalimetallen oder .Mischoxiden dieser Erdalkalimetalle mit Aluminium durch Plasmaspritzen auf das Substratmetall werden z.B.

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* elementares Mg oder MgCO-. durch Oxidation bzw. Zersetzung in MgO überführt. Diese Verbindungenkönnen daher erfindungsgemäß verwendet werden. Ebenfalls von der Erfindung umfaßt sind Ausführungsformen, in denen Verbindungen beim Plasmaspritzen in Oxide oder Sulfide von Erdalkalimetallen oder Mischoxide von Erdalkalimetallen und Aluminium überführt werden.

Hexaboride von Seltenerdelementen sind elektrisch leitfähig und bilden außerdem eine poröse Schicht, wenn sie durch Plasmaspritzen auf die Oberfläche des Kathodensubstratinetalls aufgebracht werden. Fig. 6B zeigt eine Seltenerdmetallhexaborid-Schicht, in der die Bezugszeichen 16' und 173 das Kathodensubstratmetall bzw. das Seltenerdmetall-

hexaborid bezeichnen.
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Fig. 3 zeigt eine Kathodenstruktur einer Plasma-Anzeige gemäß einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform. In dieser Ausführungsform sind mehrere bandartige Metallkathodenstreifen 26 auf der hinteren Glasplatte 25 vorge-

sehen und in geeigneten Abständen unter Bildung von Löchern ausgeschnitten. Eine der vorstehend genannten Emittersubstanzen mit kleiner Austrittsarbeit wird zur Bildung des Emitters 27 durch Plasmaspritzen in den Löchern 20 abgeschieden. Das Kathodensubstratmetall und der

Emitter 27 sind so ausgebildet, daß sich eine im wesentlichen ebene Oberfläche ergibt.

Fig. 4 zeigt eine Kathodenstruktur einer Plasma-Anzeige

gemäß einer dritten erfindungsgemäßen Ausführungsform. In 30

dieser Ausführungsform sind mehrere bandartige Metallkathodenstreifen 36 auf der hinteren Glasplatte vorgesehen, und der Emitter 37 wird auf der Oberfläche der bandartigen Metallkathodenstreifen 36 durch Plasmaspritzen ausgebildet.

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ί ι η f π ρ ti

- ΊΟ -

In der in Fig. 5 gezeigten vierten erfindungsgemäßen Ausführungsform wird auf der hinteren Glasplatte 45 ein Leitermuster 48 durch Plasmaspritzen ausgebildet und ein Kathodenmuster 49 ist mit dem Leitermuster 48 durch ein Anschlußteil 50 verbunden, das ebenfalls durch Plasmaspritzen erhalten wurde. Das Leitermuster 48 kann auch durch übliche Techniken, z.B. durch Ätzen, Dickfilmdruck, Galvanisieren oder Beschichten, hergestellt werden.

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Bei Anwendung einer Kathode der beschriebenen Struktur in einer Gleichstrom-Plasma-Anzeige treffen Gasionen in der Röhre gegen die genannte Verbindung mit kleiner Austrittsarbeit und verursachen eine Elektronenemission. Die Anzeige kann daher bei niedrigen Spannungen von nur etwa

¹S 100 V stabil betrieben werden. Bei zu kleinen Dicken der Verbindungsschicht wird der Verschleiß durch Ionenaufprall signifikant und die Lebensdauer der Anzeige kann entsprechend verkürzt werden. Andererseits ist es bei zu großen Dicken nicht möglich, den Abstand der Entladungs-

*® zellen der Plasma-Anzeige zu verringern, da die Verbindungsschicht auf einem dünnen Metallsubstrat aufgebracht ist. In der Praxis werden daher Dicken der Verbindungsschicht von vorzugsweise etwa 1 bis 50 μπι angewandt.

Die Erfindung ist auf beliebige Typen von Gleichstrom-Plasma-Anzeigen anwendbar, solange diese eine flache Struktur haben. Beispielsweise kann zur Herstellung von Buchstaben-Displays mit Elektroden in Matrixform oder von Balken-Displays mit parallelen streifenförmigen Elektroden

eine gleichförmige erfindungsgemäße Kathodenschicht angewandt werden.

Obwohl im vorstehenden die Anwendung des Plasmaspritzens näher erläutert wurde, ist die Erfindung hierauf nicht

beschränkt, sondern es können beliebige andere Methoden angewandt werden, die dieselben Effekte wie das Plasmaspritzen ergeben.

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Erfindungsgemäß werden Gleichstrom-Plasma-Anzeigen mit wesentlich niedrigerer Betriebsspannung und geringerem Energieverbrauch als herkömmliche Anzeigen bereitgestellt, die leicht und einfach unter Verwendung von Erdalkalimetalloxiden oder -sulfiden, Mischoxiden dieser Erdalkalimetalle mit Aluminium oder Hexaboriden von Seltenerdmetallen mit kleiner Austrittsarbeit, geringem Verschleiß durch Ionenaufprall und hohem Schmelzpunkt in einem Kathodensubstrat in Form einer porösen Schicht z.B. durch Plasmaspritzen hergestellt!*werden können, ohne daß eine spezielle Hochtemperaturbehandlung erforderlich wäre. Die erfindungsgemäße Plasma-Anzeige hat somit zahlreiche Vorteile und kann z.B. direkt in hochintegrierte Schaltkreise (LSI) eingebaut werden.

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Claims

OKAYA ELECTRIC INDUSTRIES CQ., LTD. Tokyo, Japan

¹¹ Plasma-Anzeige "
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Patentansprüche

Plasma-Anzeige mit einer vorderen Glasplatte, auf deren Innenoberfläche eine Anode vorgesehen ist, einen Abstandhalter bildenden Entladungszellen und einer hinteren Glasplatte, auf deren Innenoberfläche eine Kathode vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode eine Kathodensubstratschicht (16, 26, 36, 48) und einen Emitter (17, 27, 37, 49) umfaßt, wobei der Emitter eine auf der KathodensubstratsGhicht durch Plasmaspritzen erzeugte Metallverbindungsschicht umfaßt.
2. Plasma-Anzeige nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathodensubstratschicht (16, 26, 36, 48) entweder aus einem Reinmetall aus der Gruppe Fe, Ni, W, Cu, Cr und Al oder einer Metallegierung besteht.

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3. Plasma-Anzeige nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathodensubstratschicht (16, 26, 36, 48) durch Plasmaspritzen hergestellt worden ist.
4. Plasma-Anzeige nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Emitter (17, 27, 37, 49) aus einem Erdalkalimetalloxid, Erdalkalimetallsulfid, Seltenerdmetallhexaborid oder einem Mischoxid von Aluminium und anderen Metallen hergestellt worden ist. -
5. Plasma-Anzeige nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Emitter (17, 27, 37, 49) eine Dicke von 1 bis 50 μΐη hat.
6. Plasma-Anzeige nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet/ daß das Plasmaspritzen bei ausreichend hoher Temperatur durchgeführt worden ist, um das Emitter-Material zu schmelzen.
7. Plasma-Anzeige nach einem der Ansprüche 1 bis 6,

dadurch gekennzeichnet, daß die Kathodensubstratschicht (16, 26, 36, 48) in Form mindestens eines Streifens vorliegt.
8. Plasma-Anzeige nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Emitter (17, 27, 37, 49) in Form von mehreren scheibenförmigen Bereichen auf der Kathodensubstratschicht 16, 26, 36, 48) ausgebildet ist.
9. Plasma-Anzeige nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathodensubstratschicht (16, 26, 36, 48) mehrere im wesentlichen kreisförmige öffnungen (20) aufweist, in denen der Emitter (27) angeordnet ist.

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