[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Anzeigevorrichtung gemäss dem Oberbegriff des
Anspruchs 1. Ein solches Plasmapanel gehört zum Gegenstand der Druckschrift «Electronic»,
14 (1982), 79-82.
[0002] Bei dem Flachbildschirm der zitierten Anmeldung werden Elektronen einer Gasentladung
durch selektiv geöffnete Löcher einer Steuereinheit in einen plasmafreien Raum geschickt,
in dem sie Energien von einigen kV aufnehmen und schliesslich auf einem Leuchtschirm
Lichtpunkte erzeugen.
[0003] Mit dem Konzept der getrennten Elektronenerzeugung und -beschleunigung kann man bereits
farbige Videobilder in durchaus akzeptabler Qualität darstellen. Es ist allerdings
noch nicht gelungen, alle wichtigen Betriebsparameter auch über längere Betriebszeiten
hinweg stabil zu halten. So steigt vor allem die Brennspannung des Plasmas regelmässig
an und kann, wenn der Bildschirm ständig hellgeschaltet ist, schon nach wenigen hundert
Betriebsstunden den zweifachen Wert annehmen. Eine derartige Spannungsdrift stellt
enorme Anforderungen an die Ansteuerschaltung und die Kathode und sollte unbedingt
vermieden werden.
[0004] In der DE-A 2929270 wird deshalb auch schon diskutiert, das Display mit H
2 zu füllen, eine Al-Kathode zu verwenden und die Kathodenoberfläche während der Gasentladung
ständig unter einer dünnen Oxidschicht zu halten. Die Praxis hat jedoch gezeigt, dass
diese Massnahmen vor allem in Fällen, in denen das Display längere Zeit durchgehend
in Funktion ist, noch nicht ausreichen. Die Verhältnisse werden auch nicht wesentlich
besser, wenn man zu anderen Gasen oder Deckschichten übergeht, etwa zu einer Ne-Ar-Mischung
und einer MgO/AI
20
3-Ta/Mo-Haut (IBM Techn. Discl. Bull. 25 (1982) 658).
[0005] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Plasmapanel der eingangs genannten
Art so weiterzuentwickeln, dass die Brennspannung konstant bleibt, und zwar insbesondere
auch unter Dauerbelastungen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch eine Anzeigevorrichtung
mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Dabei bedeutet die Angabe «hochschmeizend»,
dass die (mittlere) Schmelztemperatur über 1730 °C liegt.
[0006] Der Lösungsvorschlag geht von der Beobachtung-aus, dass die Hauptursache für den
Störspannungsanstieg ein allmähliches Absinken des Gasdrucks ist. Im Nachbeschleunigungsraum
werden Ionen erzeugt, die auf die Nachbeschleunigungskathode aufprallen und dort zu
einem Teil eingefangen werden. Dieser lmplantationseffekt, der von der Beschaffenheit
des Gases und der Elektrode abhängt und bei Verwendung von Helium und Aluminium besonders
ausgeprägt ist, kann zu einer Gasaufzehrung bis 40% führen.
[0007] Die erfindungsgemäss vorgesehene Schutzschicht besteht aus Materialien, die für Ionen
der hier in Betracht kommenden Arten und Energien einen relativ hohen Reflexionsgrad
haben. Die auf die Schutzschicht treffenden Ionen geben zwar den grössten Teil ihrer
kinetischen Energie ab, werden aber in den meisten Fällen wieder zurückgestreut. Dauerversuche
haben gezeigt, dass man auf diesem Weg den Anstieg der Brennspannung ohne weiteres
um einen Faktor grösser als 3 verlangsamen und die Spannung selbst auf einem deutlich
niedrigeren Niveau stabilisieren kann.
[0008] Die Tatsache, dass Metalle mit hoher Kernladungszahl leichte Ionen stark reflektieren,
ist an sich bekannt; vergleiche hierzu Nucl. Instr. and Meth. 132 (1976) 647. Diese
Arbeit liegt allerdings auf einem fremden Gebiet und hat eine andere Zielsetzung;
es geht dort - im Rahmen einer kontrollierten Kernfusion - vornehmlich darum, Aufschlüsse
über die Energie- und Dichteverteilung der reflektierten Ionen zu erhalten.
[0009] Die erfindungsgemäss vorgesehene Schutzschicht ist normalerweise zwischen 10
-3µm und 10
-1µm, vorzugsweise zwischen 5×10
-3µm und 4x 10
-2µm, dick. Das Schichtmetall ist am besten ein Element aus der Untergruppe A der vierten
bis siebten Gruppe und sechsten Periode des Periodensystems. Die Schutzschicht braucht
übrigens, wie sich ergeben hat, durchaus nicht vollständig aus dem Metall zu bestehen;
man kommt auch dann zu einwandfreien Ergebnissen, wenn die Schichtoberfläche durch
einen chemischen Prozess, etwa durch eine Oxidation, gehärtet ist.
[0010] Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindungen sind Gegenstand
zusätzlicher Ansprüche.
[0011] Der Lösungsvorschlag soll nun anhand eines Ausführungsbeispiels, in Verbindung mit
der beigefügten Zeichnung, näher erläuter werden. In der Zeichnung zeigen
Fig. das Ausführungsbeispiel in einem schematischen Seitenschnitt;
Fig.2 die Brennspannung in Abhängigkeit von der Betriebszeit, und zwar bei Verwendung
einer ungeschützten Nachbeschleunigungskathode; und
Fig. 3 den gleichen Parameter, mit einer Implantationsschutzschicht auf der Nachbeschleunigungskathode.
[0012] Das dargestellte Panel, das für ein Datensichtgerät gedacht ist, enthält eine Vakuumhülle
mit einer Frontplatte 1, einer Rückplatte 2 und einer Steuereinheit 3. Alle drei Teile
erstrecken sich in zueinander parallelen Ebenen. Die Steuereinheit teilt dabei das
Hülleninnere in einen Gasentladungsraum 4 und einen Nachbeschleunigungsraum 5.
[0013] Die Rückplatte 2 ist auf ihrer Vorderseite mit mehreren, zueinander parallelen Leiterstreifen
(Plasmakathoden 6) versehen. Die Frontplatte 1 trägt auf ihrer Rückseite eine kathodolumineszente
Schicht 7 (Phosphorschicht) und eine durchgehende Schichtelektrode (Nachbeschleunigungsanode
8). Die Steuereinheit 3 umfasst zwei Trägerplatten 9,10, die beidseitig jeweils mit
Elektroden beschichtet sind. Die hintere Platte 9 trägt auf ihrer Rückseite Zeilenleiter
(Plasmanode) 11 und auf ihrer Vorderseite Spaltenleiter 12. Die Leiter beider Leiterscharen
stehen senkrecht zueinander, sind einzeln ansteuerbar und bilden zusammen die eigentliche
Steuermatrix. Die vordere Platte 10 ist rückseitig mit zeilenleiterparallelen Tetrodenleitern
13 und frontseitig mit einer ganzflächig aufgebrachten, ca. 2pm starken Ni-Pentode
(Nachbeschleunigungskathode 14) versehen. Die gesamte Steuereinheit hat im Bereich
jedes Matrixelements eine durchgehende Öffnung 15 und ist gegen die Rück- und Frontplatte
jeweils durch einen Abstandsrahmen 16 bzw. 17 distanziert. Alle Teile sind über Glaslotnähte
18, 19, 20, 21 und 23 vakuumdicht miteinander verbunden.
[0014] Die Nachbeschleunigungskathode 14 ist, wie der Figur 1 zu entnehmen, mit einer weiteren
Metallschicht (Implantationsschutzschicht 22) bedeckt. Diese Schicht - sie hat eine
Dicke zwischen 10
-2µm und 2x10
-2µm und besteht aus W - ist in einer üblichen Vakuumtechnik aufgetragen.
[0015] Um den Stabilisierungseffekt der Implantationsschutzschicht zu demonstrieren, wurde
die Brennspannung U
b, gemessen in V, als Funktion der Betriebsdauer t, gemessen in Stunden, aufgenommen,
und zwar mit einer 2µm dicken Ni-Nachbeschleunigungskathode, die einmal ungeschützt
war (Fig.2) und einmal eine 4x 10
-2µm dicke Ta-Schicht trug (Fig.3). In beiden Fällen wurde das Display dynamisch angesteuert.
Ein Vergleich der beiden Kurven zeigt, dass die Schutzschicht den Spannungsanstieg
erheblich verzögert, auf geringere Werte begrenzt und darüber hinaus sogar auch noch
die Einschaltspannung absenkt.
[0016] Im Betrieb des Displays brennt jeweils zwischen einer der Plasmakathoden und einem
der Zeilenleiter (Plasmanode) eine keilförmige Gasentladung. Dieses Plasma wird zeilenleiterweise
fortgeschaltet, und während der Tastzeit eines Zeilenleiters erhalten sämtliche Spaltenleiter
die zugehörige Zeileninformation. Die Elektronen werden entsprechend dieser Information
durch die Steueröffnungen geschleust, treten dann als punktförmige Elektronenstrahlen
in den Nachbeschleunigungsraum und werden dort - beschleunigt auf 4kV - auf die Phosphorschicht
gebracht. Weitere Betriebs- und Konstruktionseinzelheiten gehen aus der eingangs zitierten
Offenlegungsschrift oder aus dem in «Elektronik» 14 (1982) 79 erschienenen Artikel
hervor.
[0017] Die Erfindung beschränkt sich nicht nur auf die dargestellte Ausführungsform. So
ist es ohne Belang, wie die Gasentladung erzeugt wird und welche Form sie erhält;
in Frage kommt deshalb beispielsweise auch ein statisches Querplasma. Davon abgesehen
könnte man auch die Implantationsschutzschicht als eine Legierung auf der Basis eines
der beanspruchten Werkstoffe realisieren und ggf. ihre Oberfläche auf andere Weise
- etwa durch Umwandlung in ein Carbid, Borid oder Silicid - vergüten. Die Schutzschicht
braucht im übrigen auf ihrer Unterlage nicht sonderlich fest zu haften. Im Gegenteil:
Bei einer relativ lockeren Haftung können die-ohnehin nur zu einem geringen Teil -
in die Schicht eingedrungenen und zur Grundmetallisierung hin diffundierenden Ionen
durch eine relativ poröse Grenzfläche wieder in den Gasraum zurückkehren. Insofern
könnte sich auch eine mehrlagige Schutzschicht empfehlen. Schliesslich bleibt es dem
Fachmann unbenommen, auch andere implantationsgefährdete Oberflächen mit der hier
vorgeschlagenen Schutzschicht zu überziehen.
1. Gasentladungsanzeigevorrichtung mit
a) einer mit einem Gas gefüllten vakuumdichten Hülle mit einer Frontplatte (1) und
einer sich parallel zu dieser erstreckenden Rückplatte (2) und
b) einer in der Hülle befindlichen, regelmässig gelochten Steuereinheit (3), die das
Hülleninnere in einen Gasentladungsraum (4) und einen Nachbeschleunigungsraum (5)
teilt;
c) mindestens einer Plasmakathode (6) und mindestens einer Plasmaanode (11) im Gasentladungsraum,
zwischen denen im Betriebszustand eine Gasentladung brennt; _ _
d) einer auf der Rückseite der Frontplatte (1) angebrachten kathodolumineszenten Schicht
(7), die mit einer Nachbeschleunigungsanode (8) bedeckt ist;
e) einer sich parallel zur Frontplatte auf der Steuereinheit im Nachbeschleunigungsraum
erstreckenden Nachbeschleunigungskathode (14), deren Abstand von der Nachbeschleunigungsanode
(8) so gering ist, dass im Nachbeschleunigungsraum (5) im Betriebszustand keine Gasentladung
gezündet wird;
dadurch gekennzeichnet, dass die N b schleunigungskathode (14) mit einer Implantationsschutzschicht
(22) aus einem hochschmelzenden Metall überzogen ist, das aus den Untergruppen A der
vierten bis achten Gruppe und aus der fünften bis sechsten Periode des periodischen
Systems der Elemente stammt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schichtmetall aus
den Untergruppen A der vierten bis siebten Gruppe und der sechsten Periode stammt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schichtmetall Zr,
Nb, Mo, Ta, Wo oder Re ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die
Implantationsschutzschicht (22) auf ihrer Oberfläche oxidiert oder carboriert ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die
Implantationsschutzschicht (22) zwischen 10-3µm und 10-1µm, insbesondere zwischen 5×10-3µm und 4×10-2µm, dick ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die
Nachbeschleunigungskathode (14) aus Nickel oder Aluminium besteht und zwischen 0,5wm
und 10µm dick ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die
Gasfüllung zumindest teilweise aus He besteht.
1. A gas discharge display device comprising
a) a vacuum-tight casing which is filled with a gas and which has a front plate (1)
and a rear plate (2) extending parallel to said front plate and
b) a uniformly perforated control unit (3) which is arranged inside the casing and
which divides the inside of the casing into a gas discharge space (4) and a post-acceleration
space (5);
c) at least one plasma cathode (6) and at least one plasma anode (11) in the gas discharge
space, between which a gas discharge burns in the operating state;
d) a cathode-luminescent layer (7) which is arranged on the rear side of the front
plate (1) and which is covered by a post-acceleration anode (8);
e) a post-acceleration cathode (14) extending parallel to the front plate on the control
unit in the post-acceleration space and the distance of which from the post-acceleration
anode (8) is so small that a gas discharge is not ignited in the post-acceleration
space (5) in the operating state;
characterised in that the post-acceleration cathode (14) is coated with an implantation
protective layer (22) made of a high-melting metal which comes from the sub-groups
A of the fourth to eighth groups and from the fifth to sixth periods ot the periodic
system of the elements.
2. A device as claimed in Claim 1, characterised in that the layer metal comes from
the sub-groups A of the fourth to seventh groups and the sixth period.
3. A device as claimed in Claim 1, characterised in that the layer metal is Zr, Nb,
Mo, Ta, W or Re.
4. A device as claimed in one of Claims 1 to 3, characterised in that the implantation
protective layer (22) is oxidized or carbonized at its surface.
5. A device as claimed in one of Claims 1 to 4, characterised in that the implantation
protective layer (22) has a thickness of between 10-3µm and 10-1µm, particularly but not exclusively 5.10-3µm and 4.10-2µm.
6. A device as claimed in one of Claims 1 to 5, characterised in that the post-acceleration
cathode (14) consists of nickel or aluminium and has a thickness of between 0.5[1m and 10[1m.
7. A device as claimed in one of Claims 1 to 6, characterised in that the gas filling
consists at least in part of He.
1. Dispositif d'affichage dans un gaz comportant
a) une enceinte étanche au vide, remplie par un gaz et comportant une plaque avant
(1) et une plaque arrière (2) parallèle à cette plaque avant, et
b) une unité de commande (3) située dans l'enceinte et perforée selon une disposition
régulière et qui subdivise l'intérieur de l'enceinte en un espace (4) de décharge
dans un gaz et un espace (5) de post-accélération;
c) au moins une cathode à plasma (6) et au moins une anode à plasma (11) situées dans
l'espace de décharge dans un gaz et entre lesquelles une décharge dans le gaz se produit
pendant l'état de fonctionnement,
d) une couche cathodoluminescente (7) disposée sur la face arrière de la plaque avant
(1) et qui est recouverte par une anode de post-accélération (8),
e) une cathode de post-accélération (14), qui s'étend parallèlement à la plaque avant
sur l'unité de commande dans l'espace de post-accélération et dont la distance par
rapport à l'anode de post-accélération (8) est suffisamment faible pour qu'aucune
décharge dans le gaz ne soit amorcée pendant l'état de fonctionnement, dans l'escape
de post-accélération (5),
caractérisé par le fait que la cathode de post-accélération (14) est recouverte par
une couche protectrice d'implantation (22) constituée en un métal à point de fusion
élevé, qui est issu des sous-groupes A des quatrième à huitième groupes, et de la
cinquième à la sixième période du système périodique des éléments.
2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le métal de
la couche est issu des sous-groupes A des quatrieme septième groupes et de la sixième
période.
3. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le métal de
la couche est du Zr, du Nb, du Mo, du Ta, du Wo, ou du Re.
4. Dispositif suivant les revendications 1 à 3 caractérisé par le fait que la couche
protectrice d'implantation (22) est oxydée ou carburée au niveau de sa surface.
5. Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que
la couche protectrice d'implantation (22) possède une épaisseur comprise entre 10-3µm et 10-1µm et notamment entre 5.10-3µm et 4.10-2µm.
6. Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que
la cathode de post-accélération (14) est constituée par du nickel ou de l'aluminium
et possède une épaisseur comprise entre 0,5 wm et 10 Rm.
7. Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que
le gaz de remplissage est constitué au moins partiellement par du He.