[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Plasma-Bildanzeigevorrichtung mit einem gasdichten
Gehäuse, dessen Innenraum einen Gasentladungsraum, der mit einem ionisierbaren Gas
unter einem vorbestimmten Druck gefüllt ist und in dem eine elektronen- und/oder photonenerzeugende
Gasentladung zwischen mindestens einer Kathode aus Aluminium mit gegebenenfalls geringem
Anteil weiterer Elemente und mindestens einer weiteren Elektrode ausgebildet ist,
sowie Mittel zur Ansteuerung der Bildpunkte eines flachen Bildschirms enthält. Eine
entsprechende Bildanzeigevorrichtung ist aus der DE-OS 24 12 869 bekannt.
[0002] Bildanzeigevorrichtungen mit flachem Bildschirm, mit denen beispielsweise die bisher
bekannten Farbfernsehröhren ersetzt werden können, enthalten häufig eine flächenhafte
Elektronenquelle. Die Anregung der einzelnen Bildpunkte auf dem Bildschirm erfolgt
dann mit Hilfe einer matrixähnlichen Ansteuerung über Elektronen. Die hierzu erforderlichen
Elektronen werden entweder direkt in einer Gasentladung zwischen einer Flächenkathode
und einer weiteren Elektrode erzeugt. Als Elektronenquelle kann aber auch eine der
Gasentladungsstrecke nachgeordnete Fotokathode dienen, in der Elektronen durch Photonen
ausgelöst werden, die in der Gasentladung erzeugt worden sind. Mit solchen flächenhaften
Gasentladungskathöden lassen sich direkt oder indirekt Elektronen in gleichmäßiger
Dichte erzeugen, die verhältnismäßig langsam und somit leicht in ihrer Intensität
steuerbar sind.
[0003] Eine entsprechende Kathode einer Bildanzeigevorrichtung mit einem flachen Bildschirm
ist beispielsweise aus der genannten DE-OS 24 12 869 bekannt. Diese Vorrichtung,in
der eine Gasentladung hervorgerufen wird, enthält Hilfsanoden zur Steuerung der Zeilen
sowie Steuerelektroden zur Ansteuerung der einzelnen Bildpunkte einer eingeschalteten
Zeile. Im Innenraum ihres gasdichten Gehäuses, das unter einem vorbestimmten Druck
eines geeigneten Füllgases wie z.B. Argon oder Neon steht,sind deshalb eine Gasentladungsstrecke
zwischen einer großflächigen Kathode und den Hilfsanoden sowie eine Elektronenbeschleunigungsstrecke
zwischen den Steuerelektroden und einer Anode vorgesehen. Eine aus einer Isolierstoffplatte
gebildete Lochmatrix teilt dabei den gemeinsamen Innenraum des Gehäuses in einen Gasentladungsraum
mit verhältnismäßig großer Länge zum Betrieb mit niedriger Spannung für den Gasentladungsstrom
und einen zweiten Raum mit kurzer Länge und hoher Feldstärke zur Elektronenbeschleunigung.
Auf der einen Flachseite der als Lochmatrix dienenden Isolierstoffplatte sind die
den Zeilen der Matrix zugeordneten Hilfsanoden und auf der gegenüberliegenden Flachseite
die Steuerelektroden zur Ansteuerung der Bildpunkte angeordnet. Die in einer zeilenweise
gesteuerten Glimmentladung entstehenden und zur entsprechenden Hilfsanode hin bewegten
Elektronen werden in der nachgeordneten Elektronenbeschleunigungsstrecke hoher Feldstärke
durch die entsprechend aufgeteilte Steuerelektrode punktweise gesteuert, auf die Anode
hin beschleunigt und auf deren Leuchtbildschirm zur Anregung definierter Bildpunkte
benutzt. Die Anode ist dabei als zusammenhängende, großflächige Lumineszenz-Schirmelektrode
gestaltet. Mit der Ansteuerung einer Zeile der Hilfsanoden brennt die Entladung gleichmäßig
längs der gesamten Zeilenanode, während das sogenannte negative Glimmlicht der Gasentladung
ein Gebiet bedeckt, dessen Fläche durch die bekannte Abhängigkeit der Stromdichte
von dem gewählten System Kathode-Gas sowie Gasdruck bestimmt ist.
[0004] Statt einer einzigen flächenhaften Kathode können für die bekannte Bildanzeigevorrichtung
auch mehrere Teilkathoden vorgesehen sein, denen jeweils eine Gruppe von Hilfsanoden
zugeordnet ist (DE-OS 26 43 915).
[0005] Bei einer weiteren bekannten Plasma-Bildanzeigevorrichtung wird ebenfalls eine in
einem Edelgas wie z.B. Helium zwischen zwei Entladungselektroden hervorgerufene Glimmentladung
zur Elektronenerzeugung hervorgerufen. Als Material für die Kathode ist dabei Aluminium
vorgesehen (DE-AS 1 811 272).
[0006] Ferner kann bei einer Plasma-Bildanzeigevorrichtung auch eine hochvakuumdichte Trennung
des Elektronenbeschleunigungsraumes von dem Gasentladungsraum vorgesehen sein. Zur
Trennung dieser beiden Räume ist eine lichtdurchlässige Trennwand vorgesehen, deren
dem Bildschirm zugewandte Seite mit einer Fotokathode als Elektronenquelle versehen
ist. Das sogenannte negative Glimmlicht im Gasentladungsraum dient dabei zur Erzeugung
der Photonen, welche die Fotokathode zu einer Elektronenemission anregen (DE-OS 26
56 621).
[0007] An eine für diese Bildanzeigevorrichtungen geeignete Gasentladung wird eine Reihe
von Anforderungen gestellt. Eine Hauptforderung besteht darin, ein geeignetes System
von Füllgas und Elektroden vorzusehen, bei dem einerseits eine hinreichend elektronenergiebige
Gasentladung ermöglicht ist, andererseits aber ein Zünden in dem Elektronennachbeschleunigungsraum,
der beispielsweise unter dem gleichen Druck wie der Gasentladungsraum steht, verhindert
wird. Außerdem soll nur eine möglichst geringe und annähernd konstante Brennspannung
erforderlich sein, weil damit die elektrische Steuerbarkeit des Bildschirmes vereinfacht
wird. Darüber hinaus muß eine geringe Kathodenzerstäubung, d.h. eine kleine Sputterausbeute
gefordert werden. Unter der Sputterausbeute versteht man dabei die Zahl der durch
positive Ionen durch Kathodenzerstäubung abgeschlagenen Kathodenatome dividiert durch
die Zahl der auf die Kathode aufprallenden Ionen. Größere Sputterabtragungen der Kathode
können nämlich die elektrischen Parameter der Gasentladung wie die Brennspannung und
die Stromdichte nachteilig beeinträchtigen, beispielsweise durch Zerstörung einer
für die Gasentladung günstigen Oberflächenschicht. Bei elektrisch leitenden Niederschlägen
besteht ferner die Gefahr von Kurzschlüssen in der Bildanzeigevorrichtung. Andererseits
können dicke, elektrisch nicht-leitende Sputterniederschläge auf einer Anode oder
auf Hilfsanoden zu deren Sperrung führen.
[0008] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, eine Bildanzeigevorrichtung der
eingangs genannten Art zu schaffen, bei der die genannten Forderungen zumindest weitgehend
erfüllt sind. Insbesondere soll ein System aus Gasentladungsplasma und Kathode vorgesehen
sein, das nur zu einer geringen Sputterausbeute führt und bei dem die unvermeidbaren
Sputterniederschläge elektrisch nicht-leitend sind. Außerdem sollen sich die elektrischen
Parameter der Gasentladung während einer geforderten Lebensdauer von etwa 5000 Betriebsstunden
oder mehr nicht wesentlich ändern.
[0009] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als ionisierbares Gas Wasserstoff
vorgesehen ist und daß die Kathode während der Gasentladung ständig mit einer dünnen
Schicht eines Aluminiumoxids überzogen ist, das entweder gegenüber der Wasserstoffgasentladung
resistent ist oder dessen nicht-resistenten Teile auf der Kathodenoberfläche mit Hilfe
eines Zusatzes in dem Gasentladungsraum zu dem Oxid zurückgebildet sind.
[0010] Unter einer gegenüber der Wasserstoffgasentladung resistenten Aluminiumoxidschicht
ist dabei eine Schicht zu verstehen, die von dem Wasserstoffplasma nicht oder nur
sehr wenig abgesputtert wird und die außerdem keine oder höchstens eine im Rahmen
- der geforderten Lebensdauer vernachlässigbar geringe chemische Reaktion mit dem
Plasma und gegebenenfalls seinen Verunreinigungen eingeht.
[0011] Die Verwendung von Wasserstoff bei der Bildanzeigevorrichtung gemäß der Erfindung
führt zu einer Reihe von Vorteilen. So läßt sich beispielsweise in der vorgesehenen
Wasserstoffatmosphäre eine verhältnismäßig große Spannungsfestigkeit in einem Elektronennachbeschleunigungsraum
erreichen. Außerdem ist die Stromergiebigkeit der Gasentladung, d.h. die Stromdichte
auf der Kathode verhältnismäßig groß. Da ferner Wasserstoff ein leichtes Gas mit einem
kleinen Atomgewicht ist, kann von den in der Gasentladüng ionisierten Gasteilchen
nur eine entsprechend geringe Sputterwirkung auf die Kathodenoberfläche ausgeübt werden.
[0012] Aluminium als Kathodenmaterial ist an sich im Hinblick auf die Sputterresistenz günstig,
weil das Oxid, mit dem seine Oberfläche stets überzogen ist, eine hohe Sublimationsenergie
hat und nur eine verhältnismäßig geringe Brennspannung erfordert. Außerdem entstehen
mit Aluminium-Kathoden zunächst sehr hochohmige Niederschläge aus Aluminiumoxid. Es
hat sich jedoch gezeigt, daß je nach Präparationsbedingungen die Brennspannung eines
mit Wasserstoff gefüllten Gasentladungsraumes mit Aluminium.-Kathode von ursprünglich
etwa 200 V nach einer verhältnismäßig kurzen Betriebsdauer von einigen Tagen auf einen
Wert von über 300 V ansteigt. Einige Zeit nach diesem Anstieg ist ein leitender metallischer
Sputterniederschlag auf der als Anode für die Gasentladung dienenden Elektrode zu
beobachten.
-Es wurde erkannt, daß als Ursache für diesen Spannungsanstieg eine chemische Veränderung
der Kathodenoberfläche, insbesondere die Entstehung metallischen Aluminiums anzusehen
ist, das sich auf der ursprünglich oxidbedeckten Aluminium-Kathode ausgebildet hat.
Für diese Metallschicht gibt es verschiedene Ursachen. So kann zum einen die ursprüngliche
Aluminiumoxidschicht zumindest auf einem Teil der Kathode, z.B. am Rand, verbraucht,d.h.
durch den Ionenbeschuß der Gasentladung entfernt sein. An diesen Stellen wird dann
metallisches Aluminium abgesputtert, das sich auf noch eventuell oxidierte Aluminium-Oberflächenteile
niederschlägt, und es tritt gleichzeitig eine Erhöhung der Brennspannung auf. Zum
anderen besteht die Gefahr, daß noch vorhandenes Oxid oberflächlich durch das Wasserstoffplasma
zu reinem Metall oder zu Aluminiumhydroxid umgewandelt wird. Auch Reaktionen des Aluminiums
mit Gasverunreinigungen wie z.B. Methan sind möglich. Diese bei Verwendung von Wasserstoff
auftretenden Schwierigkeiten werden gemäß der Erfindung-dadurch umgangen, daß dafür
gesorgt ist, daß die Aluminium- Kathode während der Gasentladung ständig mit einer
gegenüber der Wasserstoffgasentladung resistenten Aluminiumoxidschicht vollständig
überzogen ist. Auf diese Weise läßt sich ein metallischer Aluminiumniederschlag vermeiden
und eine weitgehend stabile Gasentladung während der geforderten Zeitdauer erreichen.
[0013] Gemäß weiterer Ausgestaltung der Bildanzeigevorrichtung nach der Erfindung kann vorteilhaft
in dem Gasentladungsraum eine geringe Menge'eines das Aluminium oxidierenden Gases
vorhanden sein. Dieses oxidierende Gas kann beispielsweise durch Reaktion des Wasserstoffs
mit einer weiteren zugesetzten Substanz gebildet sein. Eine andere Möglichkeit besteht
darin, in dem Gasentladungsraum einen Körper vorzusehen, der durch seinen Zerfall
für einen ausreichenden Partialdruck des oxidierenden Gases sorgt. Dieses dann im
Füllgas vorhandene oxidierende Gas kann auftretendes metallisches Aluminium sofort
oxidieren bzw. die durch Absputtern verbrauchte Oxidschicht neu bilden. Es läßt sich
so die unerwünschte Instabilität der elektrischen Daten der Gasentladung in dem geforderten
Zeitraum zumindest weitgehend unterdrücken.
[0014] Ferner ist es besonders vorteilhaft, eine Kathode zu verwenden, die vor der Gasentladung
in der Wasserstoffatmosphäre einer kathodischen Glimmbehandlung in einer Sauerstoffatmosphäre
unterzogen worden ist. Mit der Glimmbehandlung kann nämlich ein Sauerstoffvorrat in
Bauteile der Gasentladungsstrecke eingebaut werden, der bei der anschließenden Gasentladung
in der Wasserstoffatmosphäre zur Oxidation metallischen Aluminiums bzw. zur Neubildung
von verbrauchtem Aluminiumoxid zur Verfügung steht. Außerdem ist das so gebildete
Oxid besonders sputterresistent. Ein weiterer Vorteil der Sauerstoffbeglimmung besteht
in einer Reinigung der Oberflächen im Gasentladungsraum, die z.B. eine unerwünschte
Methanbildung in der Wasserstoffentladung weitgehend verhindert.
[0015] Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Plasma-Bildanzeigevorrichtung nach der Erfindung
gehen aus den restlichen Unteransprüchen hervor.
[0016] Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen und der Zeichnung
noch weiter erläutert. Dabei zeigt Fig. 1 in einem Diagramm die zeitliche Änderung
der Brennspannung einer Gasentladungseinrichtung bei Verwendung einer an sich bekannten
Aluminium-Kathode, während in den Figuren 2 und 3 in entsprechenden Diagrammen die
zeitliche Änderung der Brennspannung für Kathoden von Plasma-Bildanzeigevorrichtungen
gemäß der Erfindung veranschaulicht ist. Außerdem ist in den Diagrammen der Figuren
1 und 2 die zeitliche Abnahme des Querwiderstandes zwischen Teilen der Anoden der
Gasentladungseinrichtungen wiedergegeben.
[0017] Zum Aufbau einer Plasma-Bildanzeigevorrichtung mit flachem Bildschirm nach der Erfindung
wird vom Aufbau bekannter Bildanzeigevorrichtungen ausgegangen. Die Leuchtphosphore
des Bildschirmes sollen über Elektronen oder auch über Photonen angeregt werden, die
jeweils mit Hilfe einer Gasentladung erzeugt werden. Die Vorrichtung enthält deshalb
ein gasdichtes Gehäuse, in dessen Innenraum, der mit Wasserstoff unter einem vorbestimmten
Druck gefüllt ist, zwischen mindestens einer großflächigen Kathode und weiteren, als
Hilfsanode dienenden Elektroden die Gasentladung hervorgerufen wird. Die flächenhafte
Kathode, die auch unterteilt sein kann, soll dabei im wesentlichen aus Aluminium,
das gegebenenfalls geringe Mengen noch weiterer Elemente enthalten kann, bestehen.
In der Gasentladung wird durch den Aufprall positiver Ionen auf die Kathode einerseits
für eine Nachlieferung von Elektronen gesorgt, die für die Aufrechterhaltung der Entladung
notwendig sind. Andererseits entsteht dabei jedoch das Problem, daß dabei auch Kathodenmaterial
losgeschlagen wird, das sich-an anderen Oberflächenteilen, z.B. an anderen Elektroden
oder an den Innenwandungen des Gehäuses, niederschlägt und dort Kurzschlüsse zwischen
benachbarten Leiterbahnen hervorrufen bzw. bei nicht-leitenden Niederschlägen den
Stromdurchgang sperren kann. Außerdem kann sich die Kathodenoberfläche durch Abtragung
ihrer Oxidschicht oder durch Reaktion mit dem Wasserstoffgas oder seinen Verunreinigungen
im Laufe der Zeit ebenfalls chemisch ändern und als Folge davon zumindestlokale Veränderungen
der Brennspannung und Stromdichte verursachen. Sowohl die Kathodenzerstäubung als
auch die Veränderung der Gasentladungscharakteristik wirkt sich nachteilig auf die
Funktiönsfähigkeit der Bildanzeigevorrichtung, insbesondere auf ihre Lebensdauer aus.
Anhand der folgenden beiden Ausführungsbeispiele von Gasentladungseinrichtungen sind
diese Schwierigkeiten noch weiter erläutert.
Ausführungsbeispiel 1
[0018] Diese allgemein bei Verwendung von Aluminium-Kathoden für wasserstoffgefüllte Gasentladungseinrichtungen
beobachteten Schwierigkeiten sind aus den. im Diagramm der Fig. 1 wiedergegebenen
Kurven ersichtlich. Auf einer Ordinate dieses Diagramms ist zum einen die Brennspannung
U
B in Volt zwischen zwei Entladungselektroden einer gasdichten, wasserstoffgefüllten
Gasentladungsstrecke und auf der Abszisse die Brennndauer t der Gasentladung in Tagen
aufgetragen. Zum anderen ist auf einer weiteren Ordinate noch der Querwiderstand R
Q in Ω zwischen den Leiterbahnen einer streifenförmig unterteilten Anode vermerkt. Gemäß
dem Ausführungsbeispiel, für das sich der aus dem Diagramm entnehmende Kurvenverlauf
ergibt, soll die Gasentladung ununterbrochen bei einem Wasserstoffdruck von etwa 2
mbar betrieben werden. Als Kathodenmaterial ist technisches Aluminium gemäß der DIN-Bezeichnung
AL99/F11 vorgesehen, das stets mit einer dünnen natürlichen Oxidschicht von einigen
Nanometern Dicke überzogen ist. Die Kathode ist geätzt und 16 Stunden bei 300
0C unter ständigem Abpumpen erhitzt. Die Anode enthält parallele streifenförmige Leiterbahnen
aus jeweils einer Nickel-Schicht über einer Kupferschicht auf einer Glasunterlage.
Die Streifen sind jeweils etwa 50
/um voneinander beabstandet und etwa 15 cm lang. Wie der mit U
B gekennzeichneten Kurve des Diagramms zu entnehmen ist, kann die Brennspannung U
B nur für eine beschränkte Zeit auf einem Wert von etwa 200 V gehalten werden. Die
Brennspannung U
B der Aluminium-Kathode steigt also nach einigen Tagen auf einen Wert von über 300
V an, der aber ebenfalls nicht stabil ist, sondern langsam weiter zunimmt. Der Spannungsanstieg
kann auf metallisches Aluminium zurückgeführt werden, das sich auf der ursprünglich
mit der dünnen Oxidschicht bedeckten Aluminium-Kathode ausbildet. Mit dem Ansteigen
der Brennspannung U
B ist, wie aus dem Verlauf der mit R
Q gekennzeichneten Kurve zu entnehmen ist, gleichzeitig eine Abnahme des Querwiderstandes
R
Q zwischen den galvanisch getrennten Anodenstreifen verbunden. Diese Querwiderstandsabnahme
wird durch metallisches Aluminium hervorgerufen, das sich auf der Anode niederschlägt.
Ausführungsbeispiel 2
[0019] Ein entsprechender Kurvenverlauf wird auch dann beobachtet, wenn die natürliche Oxidschicht
auf den Aluminium-Kathoden durch anodische Oxidation naßchemisch oder in einer Sauerstoffentladung
noch weiter verstärkt worden ist. Durch das WasserstoffPlasma der Gasentladung wird
nämlich dieses Oxid zumindest teilweise zu metallischem Aluminium reduziert.
[0020] Bei der Plasma-Bildanzeigevorrichtung gemäß der Erfindung ist deshalb dafür gesorgt,
daß die Kathode während der Gasentladung ständig mit einer dünnen Schicht eines Aluminiumoxids
überzogen ist, so daß die Kathodenoberfläche gegenüber der WasserstoffGasentladung
praktisch resistent erscheint. Möglichkeiten zur Gewährleistung solcher gasentladungsresistenter
Oxidschichten sind in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen erläutert.
[0021] Gemäß diesen Ausführungsbeispielen ist eine ununterbrochene Gasentladung zwischen
den Entladungselektroden vorgesehen. Bei einer Verwendung entsprechender Gasentladungseinrichtungen
in Plasma-Bildanzeigevorrichtungen wird hingegen eine Kathodenstelle immer nur intermittierend
belastet. So tritt nach einer Brenndauer von einigen Millisekunden eine Betriebspause
ein, die im allgemeinen etwa 10 mal länger als die Brenndauer ist. Es wurde festgestellt,
daß dann die Lebensdauer der Gasentladungseinrichtung, d.h. die Brenndauer bis zu
dem unerwünschten Spannungsanstieg der Brennspannung U
B, dementsprechend etwa 10 mal so lang anzusetzen ist wie die gemäß den Ausführungsbeispielen
zu ermittelnden Brenndauern bei einem permanenten Brennen der Gasentladung.
Ausführungsbeispiel 3
[0022] Die Gasentladungseinrichtung enthält eine Anode aus eng benachbarten, streifenförmigen
Ni-Cu-Schichten gemäß dem Ausführungsbeispiel, das den Kurven des Diagramms in Fig.
1 zugrundegelegt ist. Die Kathode besteht aus Aluminium hoher Reinheit (99,98 %) und
ist geätzt sowie an Luft 5 Stunden lang bei 300°C oxidiert, so daß sie mit einer dichten
Aluminiumoxidschicht überzogen ist. In den Gasentladungsraum ist eine geringe Menge
von 0,2 g γ-Al
2O
3 eingebracht. Diese Substanz kann zum Trocknen einer Atmosphäre benutzt werden und
gibt umgekehrt bei sehr kleinem H
20-Partialdruck Wasser ab. Nach Evakuierung läßt man in den Gasentladungsraum Wasserstoff
bis zu einem Druck von 2,66 mbar einströmen und zündet anschließend die Gasentladung.
Wird nun durch die Gasentladung die Oxidschicht auf der Aluminium-Kathode an einer
Stelle soweit abgebaut, daß metallisches Aluminium abgesputtert werden könnte, so
bildet sich an dieser Stelle mit dem in der Wasserstoffatmosphäre vorhandenen oxidierenden
Gas, nämlich dem
[0023] Wasser, sofort wieder neues Aluminiumoxid. Durch diese Zugabe einer solchen wasserabgebenden
Substanz läßt sich die Lebensdauer der Gasentladungseinrichtung beträchtlich steigern.
Im Diagramm der Fig. 2, dessen Koordinaten U
B, R und t wie im Diagramm nach Fig. 1 gewählt sind, ist der zeitliche Verlauf der
Brennspannung U
B sowie der Querwiderstand an der Anode einer entsprechenden Gasentladungseinrichtung
durch die mit U
B bzw. R
Q gekennzeichneten Kurven wiedergegeben. Wie aus dem Verlauf der U
B-Kurve des Diagramms hervorgeht, tritt ein steiler Anstieg der Brennspannung U
B erst nach einer ununterbrochenen Brenndauer der Gasentladung von 84 Tagen auf. Nach
dem Spannungsanstieg ist ein starker Abfall des Querwiderstandes R
Q zwischen den eng benachbarten Teilen der Anode zu beobachten.
Ausführungsbeispiel 4
[0024] Bei einer dem Ausführungsbeispiel 3 weitgehend entsprechenden Gasentladungseinrichtung
wird in deren Gasentladungsraum statt γ-Al
2O
3 als wasserabgebende. Substanz KOH eingebracht. Es läßt sich damit eine Lebensdauer
der Aluminium-Kathode von über 160 Tagen erreichen. Die Menge des zugegebenen KOH
muß ebenso wie die des γ-Al
2O
3 dem Gasentladungssystem angepaßt sein.
Ausführungsbeispiel 5
[0025] Statt einem Einbringen von H
20-abgebenden Substanzen gemäß den Ausführungsbeispielen 3 und 4 in den Gasentladungsraum
einer Gasentladungseinrichtung können auch oxidierende. Gase wie z.B. Sauerstoff in
einer vorbestimmten Menge direkt der Wasserstoffatmosphäre zugesetzt werden. Der im
Diagramm der Fig. 3 wiedergegebene Kurvenverlauf ergibt sich für ein Ausführungsbeispiel
einer Gasentladungseinrichtung mit einer 02-Zugabe. Die Koordinaten U
B und t des Diagramms sind entsprechend Fig. 2 gewählt. Dem Kurvenverlauf ist zu entnehmen,
daß bei einer H
2-Gasentladungseinrichtung mit einem H
2-Druck von 2 mbar die Brennspannung U
B bereits nach etwa 2 Tagen ansteigt, falls der H
2-Atmosphäre kein besonderes oxidierendes Gas zugesetzt wird. Gemäß dem Ausführungsbeispiel
kann jedoch dieser Spannungsanstieg U
B durch Zugabe von etwa 1 % Sauerstoff für weitere 14 Tage unterdrückt werden. Durch
gezielte Zugabe einer geringen Menge an Sauerstoff aus einem Vorratsbehälter läßt
sich also für einen längeren Zeitraum die Brennspannung auf einem niedrigeren Spannungswert
stabilisieren.
[0026] Als Vorratsbehälter für den Sauerstoff kann beispielsweise eine Ampulle dienen, der
über ein geeignetes Dosierventil durch manuelles Eingreifen wie'z.B. Knopfdruck oder
automatisch bei Erreichen eines vorgegebenen Wertes der Brennspannung eine vorbestimmte
Menge an Sauerstoff entnommen wird.
[0027] Ferner kann in dem Gasentladungsraum auch ein Körper angeordnet sein, dessen Material
Sauerstoff gefunden hält und beispielsweise durch Anlegen eines thermischen Impulses
etwas Sauerstoff abgibt. Der Wärmeimpuls kann wiederum bei Erreichen einer bestimmten
Brennspanungsschwelle automatisch oder manuell ausgelöst werden. Ein geeignetes Material
des Körpers ist z.B. Kapferoxid, mit dem bei seiner Erwärmung auf über 500°C Sauerstoffpartialdrucke
erzeugt werden können, die größer als 10
-8 mbar sind.
[0028] Wegen der großen Affinität des Aluminiums zum Sauerstoff können jedoch auch andere
sauerstoffhaltige Gase, z.B. C0
2 oder H
20, dosiert der Wasserstoffatmosphäre zugesetzt werden.
Ausführungsbeispiel 6
[0029] Statt einer dosierten Zugabe von Sauerstoff in die Wasserstoffatmosphäre der Gasentladungseinrichtung
gemäß Ausführungsbeispiel 4 kann aber auch Sauerstoff von in dem Gasentladungsraum
befindlichen Kupfer- oder Kupferoxidteilen unter Mitwirken des Wasserstoffs ständig
freigesetzt werden. Diese Teile können z.B. stromführende Teile einer Bildanzeigevorrichtung
sein. Die Lösung einer ausreichenden Sauerstoffmenge in diesen Teilen kann vorteilhaft
durch eine anodische Vorabbeglimmung in einer Sauerstoffatmosphäre erfolgen. Hierbei
wird zweckmäßig ein Sauerstoffdruck zwischen etwa 0,5 und 5 mbar, beispielsweise von
1 mbar, vorgesehen.
Ausführungsbeispiel 7
[0030] Ein Brennspannungsverlauf analog dem Kurvenverlauf im Diagramm der Fig. 2 ergibt
sich auch für eine Gasentladungseinrichtung mit einer Nickel-Anode und einer Kathode
aus technischem Aluminium (AL99/F11), die druckstrahlgeläppt ist. Die Entladungsstrecke
wird 16 Stunden lang bei 300°C ausgeheizt. Außerdem wird eine kathodische Beglimmung
der Kathode bei Raumtemperatur in einer Sauerstoffatmosphäre bei einem Druck von 1
mbar etwa 3 mal 10 Minuten lang vorgenommen. Zwischen den einzelnen Beglimmungsabschnitten
wird der Gasentladungsraum evakuiert. Während der Glimmbehandlung beträgt die Stromdichte
auf der Kathode etwa 2 mA/cm
2, doch ist dieser Wert unkritisch. Mit einer solchen Vorbehandlung läßt sich zum einen
ein ausreichender-Sauerstoffvorrat in Bauteile der Gasentladungsstrecke einbauen und
zum anderen eine besonders sputterresistente Oxidschicht auf der Kathode erzeugen.
,Der Wasserstoff-Druck während der an- . schließenden H
2-Entladung beträgt etwa 2,7 mbar. Es lassen sich so Lebensdauern von Gasentladungseinrichtungen
von über 110 Tagen erreichen.
Ausführungsbeispiel 8
[0031] Im Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel 7 mit einer Beglimmung der Aluminium-Kathode
in einer SauerstoffAtmosphäre bei Raumtemperatur kann die Glimmbehandlung auch bei
einer Temperatur von etwa 300
0C durchgeführt werden. Bei Verwendung derart beglimmter Kathoden ergibt sich dann
ein Kurvenverlauf in einem U
B-t-Diagramm ähnlich dem nach Fig. 2. Die Lebensdauern derart präparierter Gasentladungseinrichtung
betragen mindestens 240 Tage.
[0032] Eine Absenkung der Beglimmungstemperatur auf etwa 150°C führt zwar zu einer Verkürzung
der Lebensdauer, die jedoch immer noch oberhalb der allgemein geforderten Lebensdauer
von 30 Tagen liegt.
Ausführungsbeispiel 9
[0033] Abweichend von der Vorbehandlung der Gasentladungseinrichtung nach dem Ausführungsbeispiel
8 kann auch mit einem Glühen in einer Sauerstoffatmosphäre, ohne daß eine Glimmentladung
bewirkt wird, der unerwünschte Anstieg der Brennspannung während der geforderten Brenndauer
verhindert werden. Mit einer entsprechenden dreimaligen Glühung bei 300
0C während jeweils 10 Minuten wird z.B. eine Lebensdauer von mindestens 110 Tagen erreicht.
[0034] Bei der Kathode der Plasma-Bildanzeigevorrichtung nach der Erfindung besteht darüber
hinaus bezüglich einer Variation der Betriebsbedingungen ihrer Gasentladungseinrichtung
eine gute Stabilität. So ist beispielsweise eine Verdoppelung des WasserstoffDruckes
unschädlich. Zweckmäßig wird ein Druck zwischen 0,5 und 5 mbar, vorzugsweise zwischen
1,5 und 3 mbar vorgesehen. Ferner kann ein Arbeitspunkt der Gasentladung gewählt werden,
der leicht im anomalen Bereich liegt. Im allgemeinen entsprechen die Betriebsbedingungen
jedoch einer Glimmentladung mit normalem Kathodenfall. Auch das Ausgangsmaterial der
Aluminiumkathode ist nicht .kritisch. Gegebenenfalls sind auch Kathoden aus technischen
Aluminiumlegierungen oder aus Galvano-Aluminium verwendbar, insbesondere, wenn diese
noch gemäß den Ausführungsbeispielen 7 und 8 einer kathodischen Glimmbehandlung in
einer Sauerstoffatmosphäre unterzogen werden. Außerdem kann man statt druckstrahlgeläppten
auch gebürstete Al-Oberflächen verwenden.
[0035] In den Ausführungsbeispielen 3 bis 9 ist jeweils nur eine Möglichkeit zur Gewährleistung
bzw. Ausbildung einer gegenüber der Wasserstoffentladung resistenten Oxidschicht auf
der Kathode beschrieben. Bei der Plasma-Bildanzeigevorrichtung nach der Erfindung
können selbstverständlich auch mehrere dieser Möglichkeiten zugleich vorgesehen sein.
1. Plasma-Bildanzeigevorrichtung mit einem gasdichten Gehäuse, dessen Innenraum einen
Gasentladungsraum, der mit einem ionisierbaren Gas unter einem vorbestimmten Druck
gefüllt ist und in dem eine elektronen- und/oder photonenerzeugende Gasentladung zwischen
mindestens einer Kathode aus Aluminium mit gegebenenfalls geringem Anteil weiterer
Elemente und mindestens einer weiteren Elektrode ausgebildet ist, sowie Mittel zur
Ansteuerung der Bildpunkte eines flachen Bildschirms enthält, dadurch gekennzeichnet
, daß als ionisierbares Gas Wasserstoff vorgesehen ist und daß die Kathode während
der Gasentladung ständig mit einer dünnen Schicht eines Aluminiumoxids überzogen ist,
das entweder gegenüber der Wasserstoffgasentladung resistent ist oder dessen nicht-resistenten
Teile auf der Kathodenoberfläche mit Hilfe eines in dem Gasentladungsraum vorhandenen
Zusatzes zu dem Oxid zurückgebildet sind.
2. Bildanzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß in dem Gasentladungsraum
eine geringe Menge eines das Aluminium oxidierenden Gases vorhanden ist.
3. Bildanzeigevorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur
dosierten Zugabe des oxidierenden Gases in die Wasserstoffatmosphäre.
4. Bildanzeigevorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Zugabe des oxidierenden
Gases in Abhängigkeit von der Brennspannung der Gasentladung.
5. Bildanzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, gekennzeichnet durch einen
das oxidierende Gas oder eine sich mit dem Wasserstoff zu dem oxidierenden Gas umsetzende
Gaskomponente abgebenden Körper in dem Gasentladungsraum.
6. Bildanzeigevorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch einen sauerstoffabgebenden
Körper aus Kupfer oder Kupferoxid in dem Gasentladungsraum.
7. Bildanzeigevorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, gekennzeichnet durch eine Sauerstoffaufnahme
des Körpers mittels einer anodischen Glimmbehandlung in einer Sauerstoffatmosphäre.
8. Bildanzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, gekennzeichnet durch eine
Sauerstoffabgabe in den Gasentladungsraum aufgrund einer Erwärmung des Körpers.
9. Bildanzeigevorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß der Körper
eine wasserabgebende Substanz ist.
10. Bildanzeigevorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß die Substanz
KOH oder γ-Al2O3 ist.
11. Bildanzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch
eine kathodische Glimmbehandlung der Kathode in einer Sauerstoffatmosphäre vor der
Zündung der Gasentladung in der Wasserstoffatmosphäre.
12. Bildanzeigevorrichtung nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch einen Druck der
Sauerstoffatmosphäre zwischen 0,5 und 5 mbar.
13. Bildanzeigevorrichtung nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch einen Sauerstoffdruck
von etwa 1 mbar.
14. Bildanzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, gekennzeichnet durch
eine Glimmentladung bei Raumtemperatur.
15. Bildanzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, gekennzeichnet durch
eine Glimmentladung bei mindestens 150°C, vorzugsweise mindestens 2500C.
16. Bildanzeigevorrichtung nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch eine Glimmentladung
bei etwa 300°C.
17. Bildanzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch
eine Glühbehandlung des Gasentladungsraumes mit den Elektroden in einer Sauerstoffatmosphäre
vor der Zündung der Gasentladung in der Wasserstoffatmosphäre.
18. Bildanzeigevorrichtung nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch eine mehrmalige
Glühbehandlung des Gasentladungsraumes bei etwa 300°C.
19. Bildanzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, gekennzeichnet durch
eine Gasentladung in einer Wasserstoffatmosphäre mit einem Druck zwischen 0,5 und
5 mbar.
20. Bildanzeigevorrichtung nach Anspruch 19, gekennzeichnet durch einen Wasserstoff-
druck zwischen 1,5 und 3 mbar.