Vorrichtung zur Druckkonstanthaltung in Gasentladungsgefässen, insbesondere für flache Plasmabildschirme mit Elektronennachbeschleunigung

Abstract

 Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Druckkonstanthaltung in Gasentladungsgefäßen, insbesondere für flache Plasmabildschirme mit Elektronennachbeschleunigung. Für das Gasentladungsgefäß soll eine Vorrichtung geschaffen werden, in der der Gasdruck konstant gehalten wird. Die Erfindung sieht hierzu vor, daß im Gasentladungsgefäß ein vorzugsweise mit Helium gefüllter Glasbehälter (1) angebracht ist, der zur Temperatursteuerung und damit variablen Gasdurchlässigkeit mit einer Heizung (2) versehen ist. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung findet insbesondere für flache Plasmabildschirme Verwendung.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Druckkonstanthaltung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

[0002] Flache Plasmabildschirme mit Elektronennachbeschleunigung sind allgemein bekannt (man vergleiche z. B. die DE-OS 2412869).

[0003] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für ein Gasentladungsgefäß eine Vorrichtung zu schaffen, in der der Gasdruck konstant gehalten wird.

[0004] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung zur Druckkonstanthaltung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

[0005] Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand zusätzlicher Ansprüche 2 bis 6.

[0006] Mit der Erfindung wird erreicht, daß der Druck in einem Glasbehälter, in dem vorzugsweise ein He-Plasma brennt, wobei im Nachbeschleunigungsraum positive Ionen in Richtung auf die Kathode des Gasentladungsgefäßes beschleunigt werden, konstant gehalten wird.

[0007] Das in den Glasbehälter gegebene Gasreservoir weist dabei eine mit der Temperatur steuerbare und damit vorzugsweise für Helium variable Gasdurchlässigkeit auf, so daß eine Nachlieferung von Helium in Abhängigkeit vom Betnebszustand gewährleistet ist.

[0008] Weitere Einzelheiten der Erfindung sollen anhand eines Ausführungsbeispiels und in der Zeichnung dargestellten Figur näher erläutert werden.

Ausführungsbeispiel:

[0009] Für den Betrieb eines Plasmabildschirms mit Elektronennachbeschleunigung wird Helium als Füllgas verwendet. Der optimale Fülldruck ist 2,5 mbar. Das Gasvolumen bei einer Zelle mit 12" Diagonale ist etwa 1 dm^3.

[0010] Um die Diffusion durch die Glaswand möglichst klein zu halten, wird für die Zellenhülle ein Glas mit geringer Heliumdiffusion verwendet (z. B. ein Natron-Kalk-Glas mit ca. 15 % Alkalien). Die Heliumdiffusion durch eine solche Glashülle ist so gering, daß in zehn Jahren nur mit einem Druckabfall < 0,₁ mbar gerechnet werden braucht. Als Glaslot wird bleloxidhaltiges Glas verwendet. das ebenfalls eine geringe Diffusionsrate für Helium aufweist.

[0011] Wird in einer solchen Zelle eine Gasentladung gezündet, so entstehen He-lonen und Elektronen. He-lonen diffundieren gegenüber He-Atomen verstärkt in umliegende Oberflächen, so daß ein gewisser He-Verbrauch stattfindet. Der Hauptanteil des Helium wird in die Kathode implantiert. Bei einer Brennspannung von ca. 200 V und einem Strom von 100 µA/cm² und einer Brenndauer von 10000 h werden ca. 0,5 mbar Helium verbraucht. Dieser Gasverbrauch ist für den Betrieb der Plasmabildschirmzelle noch akzeptabel.

[0012] Der Heliumverbrauch erhöht sich wesentlich, wenn die Brennspannung erhöht wird, oder wenn, wie im Plasmabildschirm Elektronennachbeschleunigungsspannungen von einigen Kilovolt auftreten und auch He-Ionen in Richtung Steuerscheibe beschleunigt und dort implantiert werden. Je nach Art der Plasmakathode und der Oberfläche der dem Nachbeschleunigungsraum zugewandten Steuerscheibe und der Höhe des Bildschirmstroms werden bis zu 1 mbar Helium/1000 Stunden Betriebsdauer des Bildschirms verbraucht.

[0013] Zum einwandfreien Betrieb der Bildschirmzelle ist ein Gasdruck unter 2 mbar und über 3 mbar nicht zulässig. Bei zu niedrigem Druck verringert sich der Bildkontrast, bei zu hohem Druck sinkt die Spannungsfestigkeit.

[0014] Aus diesen Ausführungen geht hervor, daß eine Gasnachlieferung unerläßlich ist.

[0015] Bekannt ist. daß Gläser mit sehr hohem SiO,- oder/und auch B,O,-Anteil ganz beträchtliche Heliumdurchlässigkeiten aufweisen. So ist z. B. die Gasdurchlässigkeit von Quarzglas bei 25 °C um den Faktor 10⁴ größer als bei Natron-Kalk-Glas. Die Permeationsleitfähigkeit qperm von Quarzglas ist 7 . 10-⁵ mbar . 1/S^x mm/m² bar.

[0016] Diese Heliumdurchlässigkeit würde bei einem Rohrbehälter (5 cm³ Inhalt 1 mm Wandstärke) gefüllt mit 1 bar Helium ohne weiteres ausreichen, um den lmplantationsverlust an Helium in der hellgeschalteten Zelle zu kompensieren.

[0017] Wird die Zelle allerdings nur gelagert, also kaum Helium verbraucht, so wird aus dem Vorratsgefäß zu viel Helium nachgeliefert. Da eine Lagerzeit vor Inbetriebnahme von einem Jahr ohne weiteres vorkommen kann, darf innerhalb dieser Zeit der Druckanstieg ungefähr nur 0,5 mbar ausmachen. Bei Verwendung von Quarzglas würde der Druckanstieg in einem Jahr etwa 5 mbar betragen.

[0018] Gläser mit niedrigerem SiO₂+B₂O₂-Gehalt haben geringere He-Diffusion. So ist beim erdalkalifreiem Borosilikatglas der SiO₂+B₂O₂-Gehalt ca. 93 %. Die Permeationsleitfähigkeit für He ist bei 25 °C

[0019] 

Dieser Wert ist so klem, daß der Druckanstieg in der Zelle in einem Jahr gerade noch toleriert werden kann. Die Nachlieferung für den hellgeschalteten Betneb wird gewährleistet. wenn das Spenderrohr auf 100 °C aufgeheizt wird. Die Permeationsleitfähigkeit von erdalkalifreiem Borosilikatglas liegt bei dieser Temperatur um nahezu zwei Zehnerpotenzen höher als bei Raumtemperatur. Die nötige Aufheizleistung für das Glasrohr beträgt ca. 3 Watt.

[0020] Bei dem in der Figur schematisch im Schnitt dargestellten Ausführungsbeispiel sind Teile. die nicht unbedingt zum Verständnis der Erfindung beitragen, weggelassen oder unbezeichnet.

[0021] Die in der Figur dargestellte Plasmaschirmzelle besteht im wesentlichen aus einem Bildschirm 5, der mit einer Steuerscheibe 6 versehen ist. Die Plasmaschirmzelle ist durch eine Glaskappe abgeschlossen, in der die der Steuerscheibe 6 gegenüberliegende mit der Stromzuführung 7 versehene Kathode 3 angeordnet ist. Unter dieser Kathode 3 ist der Glasbehälter 1 plaziert. Der Glasbehälter ₁ (Glasampulle) ist vorzugsweise mit einer als Heizung 2 dienenden Wendel aus Dickschichtleiterpaste verse hen und wird durch Stromdurchgang über die Stromzuführung 8 geneizt. Der Kathodenhalter 4 aus Isoliermaterial besteht zweckmäßig aus Aluminiumoxidkeramik.

[0022] Da nach Dauerversuchsmessungen die He-Implantation in der Kathode 3 etwas mit zunehmender Zeit abnimmt, genügt es, das Volumen des Glasbehälters 1 gerade so groß zu machen, daß etwa zwei Gasfüllungen (2 x 1 dm³, 2,5 mbar) nachgeliefert werden können. Dieser Menge entspricht ein He-Spendervolumen von 14 x 4 x 100 mm3 bei einer Glasdicke von 1 mm sowie einem bar Fülldruck.

[0023] Die He-Permeationsrate wird über den He-Druck der Plasmaschirmzelle gesteuert. Der He-Druck wiederum ist meßtechnisch erfaßbar über die Brennspannungsänderung.

Ansprüche

1. Vorrichtung zur Druckkonstanthaltung in Gasentladungs gefäßen, insbesondere für flache Plasmabildschirme mit Elektronennachbeschleunigung, dadurch gekennzeichnet, daß im Gasentladungsgefäß ein vorzugsweise mit Helium gefüllter Glasbehälter (1) angebracht ist, der zur Temperatursteuerung und damit variablen Gasdurchlässigkeit mit einer Heizung (2) versehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß der Glasbehälter (1) aus einem Glas mit einem Si0,d_/oder B,O,-Anteil besteht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Glasbehälter (1) aus erdalkalifreiem Borosilikatglas besteht.

₄. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Glasbehälter (1) aus einem Natron-Kalk-Glas besteht.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis ₄, dadurch gekennzeichnet , daß der Glasbehälter aus Quarzglas besteht.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß der Glasbehälter (1) mit einer Heizung (2) in Form einer Wendel aus Dickschichtleiterpaste umgeben ist.

Zeichnung