Gasentladungsanzeigevorrichtung mit einem Abstandsrahmen und Verfahren zur Herstellung dieses Rahmens

Abstract

 Um bei einem Plasmapanel mit getrennter Elektronenerzeugung und -nachbeschleunigung den Abstandsrahmen (12) auf der Nachbeschleunigungsstrecke hochspannungsfester zu machen, wird vorgeschlagen, die Rahmeninnenseite aufzurauhen. Vorzugsweise wird hierzu der Rahmen gestrahlt. Dabei empfiehlt es sich, die für den Strahlprozeß zu verwendenden Kugeln vorher mit einem elektrisch leitenden Material zu versehen, so daß der mattierte Rahmenbereich einen extrem hochohmigen Oberflächenwiderstand erhält. Beste Ergebnisse erzielt man, wenn man zunächst mit bis zu 120µm großen Al₂O₃-Perlen anschließend mit Cu-beschichteten, höchstens 60µm dicken Glasperlen strahlt. Eine derartige Rahmenbehandlung läßt Spannungserhöhungen um mehr als den Faktor 3 zu.
Hauptanwendungsgebiet: Hochinformative Flachbildschirme, insbesondere Datensicht- und Fernsehgeräte.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Anzeigevorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein solches Plasmapanel wird in der DE-OS 29 52 528 beschrieben.

[0002] Bei dem bekannten Display liefert eine Gasentladung Elektronen, die durch ausgewählte Löcher einer Steuermatrix in einen Nachbeschleunigungeraum geschickt werden, dort Energien von einigen kV aufnehmen und schließlich auf einer Phosphorschicht Lichtpunkte erzeugen. Die Nachbeschleunigungsstrecke ist trotz der anliegenden Hochspannung plasmafrei, und zwar aus folgendem Grund: Bei jedem Gas hängt die Zündspannung V_z vom Produkt aus Gasdruck p und Elektrodenabstand d ab, derart, daß V_z mit zunehmendem p · d zunächst steil abfällt, dann ein Minimum durchläuft und anschließend wieder allmählich ansteigt ("Paschengesetz"). Das bedeutet, daß bei einem vorgegebenen Gas mit bestimmten Spannungs- und Druckwerten eine Entladung verhindert wird, wenn der Arbeitspunkt weit genug im linken Ast der Zündkurve liegt, also d hinreichend kleine Werte hat.

[0003] In der Praxis ist der Nachbeschleunigungsraum jedoch bei weitem nicht so hochspannungsfest, wie dies die Zündspannungskurve eigentlich erwarten läßt. Beim Hochfahren der Spannung beobachtet man im Rahmenbereich Überschläge, die sich relativ rasch ausbreiten und an den Leiterstrukturen erhebliche Schäden verursachen können.

[0004] Man hat deshalb schon relativ früh versucht, das Isolationsvermögen des Abstandsrahmens zu verbessern. So wird in der DE-OS 26 15 681 empfohlen, dem Rahmen ein Profil Les 1 Lk/27.7.1983 mit äquidistanten Nuten zu geben. Darauf aufbauend ist in der eingangs zitierten Offenlegungsschrift vorgesehen, den Rahmen gegenüber seinen vor- und rückseitig aufgebrachten Abdichtnähten zur Zellenmitte hin vortreten zu zu lassen und seine Innenseite frei von Abdichtmaterial zu halten. Mit diesen Rahmenvarianten, die einen relativ langen Isolationsweg gemeinsam haben, kann man unter üblichen Bedingungen (Gasfüllung: He, p: 2,5mbar, d: 1,7mm) eine Nachbeschleunigungsspannung von immerhin 4kV anlegen. Dieser Wert ermöglicht allerdings nicht in jedem Fall ausreichende Kontrast- und Helligkeitswerte. Wenn höchste Informationsmengen, etwa farbige videosignale, zu verarbeiten sind, sollten die Elektronen eine Aufprallenergie von mindestens 6kV haben.

[0005] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde bei einem Panel der eingangs genannten Art den Abstandsrahmen so auszubilden, daß er noch besser isoliert. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Rahmen zumindest auf seiner Innenseite eine rauhe Oberfläche hat. "Rauh" bedeutet dabei eine Gestaltsabweichung mindestens vierter Ordnung (DIN 4760).

[0006] Der Lösungsvorschlag geht von folgender Beobachtung aus: Die bisher verwendeten Abstandrahmen bestanden aus einer Glasscheibe, aus der auf mechanischem Wege ein_.Fenster herausgetrennt worden war. Eine solche Behandlung hinterläßt an der Rahmeninnenseite stets Bruchkanten und Ausmuschelungen, von denen dann im Betrieb des Displays die störenden (Gleit- und Spitzen-)Entladungen ausgehen, und zwar auch dann, wenn man in den Rahmen wegverlängernde Vorsprünge eingearbeitet hatte. Ein erfindungsgemäß gestalteter Rahmen ist frei von solchen Graten. Seine gefährdete Oberfläche hat statt dessen eine spezifische Mikrostruktur, die - offensichtlich - eine lange wirksame Isolationsstrecke ergibt, dabei aber keine Formationen enthält, die einen Durchbruch auslösen könnten. Dieses Verhalten hat komplexe Ursachen, die sich derzeit noch nicht ganz übersehen lassen; Tatsache ist aber, daß ein üblicher Rahmen nach der hier vorgeschlagenen Mattierung ganz wesentlich höhere Spannungen zuläßt.

[0007] Vorzugsweise wird die zu behandelnde Oberfläche durch eine Strahltechnik, etwa durch einen Beschuß mit A1₂0₃-oder Glasperlen, aufgerauht. Dabei ist es zweckmäßig, in zwei Schritten vorzugehen und zunächst mit Perlen größeren Durchmessers und anschließend mit kleineren Perlen zu arbeiten. Eine gestrahlte Oberfläche ist sauber; sie braucht nicht mehr eigens von Rückständen, die bekanntlich die Überschlagsfestigkeit empfindlich beeinträchtigen können, befreit zu werden.

[0008] Beste Resultate erzielt man, wenn man die rauhe Rahmenoberfläche auch noch mit einem leitenden Material versieht, und zwar in einer solchen Menge, daß noch keine durchgehende Schicht entsteht. Eine solche Belegung kommt schon dann zustande, wenn man die Fläche mit Kugeln strahlt, die bereits mit dem betreffenden Material, etwa Cu, beschichtet sind. Daß ein solcher Belag die Kurzschlußfestigkeit fördert, ist vermutlich darauf zurückzuführen, daß er nach Art eines extrem hochohmigen Oberflächenwiderstandes.das Potentialgefälle längs der Rahmenfläche linearisiert und somit lokale Feldstärke- überhöhungen verhindert.

[0009] Vergleichsmessungen haben gezeigt, daß man durch die erfindungsgemäß vorgesehene Rahmenmattierung die Spannungsfestigkeit ohne weiteres um mehr als den Faktor 3 verbessern kann. Dieses erstaunliche Ergebnis eröffnet einen großen Optimierungsspielraum für eine Reihe wichtiger Parameter. So kann zunächst die Hochspannung auf einen besonders großen Wert eingestellt werden. In diesem Fall erreicht man die erforderlichen Darstellungsqualitäten mit minimalen Elektronenströmen, eine Betriebsweise, die die Leuchtstoffschicht schont und lange funktionstüchtig erhält. Daneben besteht auch noch die Möglichkeit, mit mäßig erhöhter Hochspannung und größerem Gasdruck zu arbeiten. Diese MaJBnahmenkombination ist durchaus attraktiv, weil nämlich ein Teil des Gases nach mehreren hundert Betriebsstunden aufgezehrt wird und deshalb der Anfangsdruck über dem eigentlichen Betriebswert liegen sollte. Im übrigen hat man bei der Wahl der Gaszusammensetzung und des Abstandes zwischen den Nachbeschleunigungselektroden relativ freie Hand.

[0010] Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand zusätzlicher Ansprüche.

[0011] Der Lösungsvorschlag soll nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels, unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung, näher erläutert werden. Von den Figuren der Zeichnung zeigen

Fig. 1 das Ausführungsbeispiel in einem schematischen Seitenschnitt,

Fig. 2 vom Abstandsrahmen dieses Ausführungsbeispiels die rauhe Oberfläche, in einer Vergrößerung, und

Fig. 3 von der Fig. 2 einen - nochmals vergrößerten - Ausschnitt.

[0012] Das dargestellte Display enthält eine vakuumdichte, gasgefüllte Hülle mit einem wannenartigen Rückteil 1 und einer parallel zum Wannenboden erstreckten Frontplatte 2. Das Hülleninnere wird durch eine frontplattenparallele Steuerscheibe 3 in einen hinteren Gasentladungsraum 4 und einen vorderen Nachbeschleunigungsraum 5 unterteilt. Die Steuerscheibe 3 trägt auf ihrer Rückseite Zeilenleiter 6 und auf ihrer Vorderseite senkrecht zu den Zeilenleitern verlaufende Spaltenleiter 7. Alle Leiter sind einzeln ansteuerbar; sie bilden zusammen eine Steuermatrix. In jedem Matrixelement ist die aus der Steuerscheibe und den Matrixleitern gebildete Steuerstruktur mit einer Durchtrittsöffnung 8 versehen. Der Wannenboden trägt auf seiner Vorderseite mehrere zueinander parallele Plasmakathodenatreifen 9, und die Frontplatte 1 ist auf ihrer Rückseite mit _dpaltenleiterparallelen Phosphorstreifen 10 sowie einer durchgehenden Nachbeschleunigunigsanode 11 versehen. Die Steuerscheibe 3 wird gegen die Frontplatte 2 durch einen Abstandsrahmen 12 distanziert, der beidseitig jeweils durch eine Glaslotnaht 13, 14 vakuumdicht mit der Steuerscheibe bzw. der Frontplatte verbunden ist. Die Verbindung zwischen der Steuerscheibe und der Wanne wird über eine Glaslotnaht 15 hergestellt.

[0013] Der Rahmen ragt nach innen über die beiden Glaslotnähte 13, 14 hinaus und hat dort ein abgerundetes Profil mit rauher Oberfläche. Dieser Rahmen läßt sich folgendermaßen rationell herstellen: Zunächst schneidet man aus einer ca. 1,1mm-dicken Weichglasscheibe mit einer Diament-Trennscheibe ein Fenster heraus. Dann wird bei dem so erhaltenen Rahmen die Innenseite mit einer Strahltechnik abgerundet, mattiert und mit Cu belegt. Hierzu wird der Rahmen zunächst einige Sekunden lang mit bis zu 120µm-dicken Al₂O₃-Perlen gestrahlt und anschließend mit einem Strahl aus bis zu 60µm dicken Glasperlen geläppt. Die Glasperlen sind dabei mit Cu überzogen. Anschließend spühlt man die behandelte Oberfläche; ein spezieller Reinigungsprozeß ist nicht erforderlich.

[0014] Einen Eindruck von der Struktur der rauhen Rahmenoberfläche vermitteln die Figuren 2 und 3. Sie sind aus Rasterelektronenmikroskopaufnahmen an einer Au-metallisierten Oberfläche hervorgegangen und zeigen die Fläche in einer 400- bzw. 2000-fachen Vergrößerung. Aus diesen Figuren läßt sich abschätzen, daß die Rauhtiefe dieses flachmuldigen Oberflächengebirges im Mittel zwischen 10µm und 15µm liegt und maximal 40um erreicht (DIN 4768, Blatt 1).

[0015] Alle übrigen Teile des Bildschirms sind an sich bekannt. Für weitere Herstellungs- und Betriebseinzelheiten wird auf Elektronik 14 (1982) 79 verwiesen.

[0016] Die Erfindung beschränkt sich nicht nur auf das dargestellte Ausführungsbeispiel. Im vorlegenden Zusammenhang kommt es nur darauf an, die Nachbeschleunigungsstrecke kurzschlußfest zu machen. Insofern könnte man die Gasentladung auch in anderer Form - beispielsweise als stationäres Querplasma - erzeugen und/oder die Elektroden anders organisieren, etwa die gleichen Leiter als Plasmakathoden und als Zeilenleiter fungieren zu lassen oder mit einer Nachablenkung im Hochspannungsraum arbeiten. Davon abgesehen kommen auch andere Rahmenmaterialien und/oder andere mattierungsmethoden in Frage; denkbar wären etwa bestimmte Keramiken und spezielle Ätztechniken. Im übrigen bleibt es dem Fachmann unbenommen, in Fällen, in denen neben dem Abstandsrahmen noch weitere Distanzelemente vorgesehen sind, die Oberflächen dieser zusätzlichen Körper in gleicher Weise aufzurauhen.
13 Patentansprüche 3 Figuren

Ansprüche

1. Gasentladungsanzeigevorrichtung mit folgendem Aufbau

1a) eine gasdichte Hülle mit zwei zueinander parallelen, in Betrachtungsrichtung hintereinander liegenden Wandplatten (Rückplatte, Frontplatte) ist mit einem Gas gefUllt,

b) in der Hülle befindet sich eine regelmäßig gelochte Steuerstruktur, die das Hülleninnere in einen hinteren und einen vorderen Raum (Gasentladungsraum, Nachbeschleunigungsraum) unterteilt und mehrere plattenparallel:erstreckte Elektrodenebenen umfaßt,

c) im Gasentladungsraum sind mindestens eine Kathode (Plasmakathode) und mindestens eine Anode (Plasmaanode) vorgesehen,

d) die Frontplatte trägt auf ihrer Rückseite.eine kathodolumineszente Schicht sowie eine elektrisch leitende Schicht (Nachbeschleunigungsanode),

e) in der vordersten Elektrodenebene der Steuerstruktur befindet sich mindestens ein Leiter (Nachbeschleunigungskathode), der gegen die Nachbeschleunigungsanode durch einen Abstandsrahmen distanziert ist; und folgender Betriebsweise

2a) zwischen jeder Plasmakathode und der ihr zu^geordne- ten Plasmaanode brennt zumindest zeitweilig eine Gasentladung;

b) aus dieser Entladung werden Elektronen durch selektiv geöffnete Löcher der Steuerstruktur in den Nachbeschleunigungsraum gezogen und

c) im Nachbeschleunigungsraum, der entladungsfrei bleibt, auf mehrere kV beschleunigt;
dadurch gekennzeichnet, daß

1f) der Abstandsrahmen (12) zumindest auf seiner Innenseite eine rauhe Oberfläche hat.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die rauhe Oberfläche eine gemittelte Rauhtiefe R_z hat, für die gilt 1µm ≤ R_z ≤ 100µm, insbesondere 4µm ≤ R_z ≤ 40µm, und vorzugsweise flachmuldig ist.

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die rauhe Oberfläche eine meximale Rauhtiefe R_max hat, für die gilt R_max ≤ 250µm, insbesondere R_max≤100µm.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a - durch gekennzeichnet, das die rauhe Oberfläche mit elektrisch voneinander isolierten Inseln aus einem elektrisch leitenden Material belegt ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialbelegung eine äquivalente Schichtdicke d hat, für die gilt d≤10^-3µm, insbesondere d≤6·10^-4µm.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialbelegung eine Flächenmasse b hat, für die gilt b≤0,8µg · cm^-2, insbesondere b≤ 0,5µg · cm^-2.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, das das elektrisch leitende Material Kupfer ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, mit einem frei in den Nachbeschleunigungsraum hineinragenden Abstandsrahmen, dadurch gekennzeichnet, daß die Übergänge zwischen der Rahmeninnenseite und den beiden Stirnseiten des Rahmens (12) abgerundet sind und die Rahmenoberfläche auch in den abgerundeten Bereichen rauh ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstandsrahmen (12) aus Glas, insbesondere aus einem Weichglas mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten α ≥ 85·10^-7oK^-1, besteht.

10. Verfahren zur Herstellung eines Abstandsrahmens einer Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Rahmeninnenseite durch eine Strahltechnik aufgerauht wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß man zunächst mit Kugeln eines Durchmessers D und anschließend mit Kugeln eines Durchmessers D' (D'< D) strahlt.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß D ≤ 120µm und D' ≤60µm ist.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die für die Strahltechnik verwendeten Kugeln mit einem elektrisch leitenden Material belegt werden.

Zeichnung