DE2247670A1 - Gasentladungsvorrichtung - Google Patents

Description

DR.-IHG. HERBERT

8 MÜNCHEN 71

HINDELANGSTÄ. a TBLEi¹QN 0811/757785 TELEGHAMM ADHESSEs"PATITIA MÜNCHEN

NIPPON ELECTRIC COMPANY₅ LIMITED 7-15 Shiba Gochome, Minato-Ku, Tokio, JAPAN

Gasentladungsvorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Gasentladungsvorrichtung mit · zwischen dielektrischen Platten befindlichen Gasentladungsräumen und an den Platten vorgesehenen Elektroden, die den Gasentladungsräumen zugeordnet sind, wobei Mittel zur Anlegung einer Spannung an bestimmte Elektroden bei entsprechender Gasentladung in bestimmten Gasentladungsräumen vorgesehen sind, die eine gewünschte Anzeige erlauben.

Derartige Vorrichtungen werden vielfach als Anzeigevorrichtungen für Zeichen, Ziffern, Buchstaben und dergleichen verwendet.

Eine bekannte Plasma-Anzeigevorrichtung der vorstehenden Art enthält drei ebene Glasplatten, die luftdicht aneinanderschließen, wobei die auch als Abstandshalter bezeichnete, mittlere Glasplatte mit einer regelmäßigen Anordnung von schmalen Durchbrechungen versehen ist, die evakuiert und anschließend mit einem Inertgas, wie z.B. Neon, oder einem Gemisch

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von solchen Gasen gefüllt worden sind» um mehrere regelmäßig verteilt angeordnete Gasentladungszellen oder -räume au bilden. Die äußeren Glasplatten sind mit sogenannten Matrix-Elektroden in der Gestalt von mehreren parallelen! elektrisch leitenden Streifen versehen» die sich an den Außenseiten der äußeren Glasplatten befinden und derart angeordnet sind» daß die Streifen auf jeder der äußeren Glasplatten lageirJßig mit den Durchbrechungen übereinstimmen und die Streifen auf beiden äußeren Glasplatten senkrecht zueinander verlaufen. Dabei sind Mittel vorgesehen, eine Hochfrequenzspannung an solche ausgewählte Matrix-Elektroden zu legen, die bestimmten anzuzeigenden Zeichen» Buchstaben, Nummern und/oder dergleichen entsprechen, so daß durch die dabei hervorgerufene Gasentladung in den Gasentladungsräumen die gewünschte Anzeige erhalten wird.

In einer noch bekannten Plasma-Anzeigevorrichtung sind die beiden äußeren Glasplatten mit den Matrix-Elektroden relativ stark bzw. dick ausgebildet. Die Matrix-Elektroden an jeder Glasplatte sind von einer dünnen Glasschicht oder einer anderen dielektrischen Schicht abgedeckt. Bei einer weiterhin bekannten Plasma-Anzeigevorrichtung ist die mittlere Glasplatte entbehrlich. Schließlich ist eine Plasma-Anzeigevorrichtung bekannt, bei der die Matrix-Elektroden zur Nummernanzeige durch Segmentelektroden ersetzt sind.

Bei den bekannten Plasma-Anzeigevorrichtungen führt die Gasentladung dazu, daß dem Plasma zugewandte Oberflächen der Gläser oder dielektrischen Schichten von Ionen und Elektronen beschossen werden. Insbesondere wenn die dielektrischen OBerflachen Schwermetallionen, wie z.B. Bleioxid oder Wismuthoxid enthalten, werden die Oxide dissoziiert bzw. au metallischem Blei oder Wismuth reduziert, welches sich an den in^neren Flächen der Glas- bzw. dielektrischen Schichten bildet. Hierdurch geht die Durchsichtigkeit der Schichten verloren· Außerdem wird hierdurch die Zusammensetzung und der Druck des abgeschlossenen Gases geändert, wodurch die Entladungscharakte-

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ristik geändert wird, was nachteilige Wirkungen auf die Entladungsspannung, die Leuchtkraft, das Emissionsspektrum und andere Eigenschaften hat. Vorallem ist die säkulare Änderung in der Zündspannung beträchtlich groß, wodurch sich schwerwiegende Probleme ergeben, die vor einer praktischen Anwendung gelöst werden müssen. Andererseits ist es wünschenswert, daß das Glas oder andere dielektrische Schichten, die mit dem abgeschlossenen Gas in Kontakt sind, nicht nur genügend widerstandsfähig gegen die Entladung sondern auch aus einem Material (mit einem großen sekundären Emissionskoeffizienten) bestehen, das eine niedrige Zündspannung aufweist, so daß auf Grund des Ionen- und Elektronenbeschusses und der Photonen in-dem Gas leicht eine große Zahl von Elektronen erzeugt werden kann. Außerdem soll, das Material eine hohe Widerstandsfähigkeit aufweisen, so daß die Ionen und Elektronen schnell eingefangen werden können, die durch die Entladung entstehen und nicht zerstäubt werden. Es war daher mit den herkämmlichen Oberflächen aus reinem Glas oder anderen Dielektrikas sehr schwierig, die Forderungen nach derartigen und anderen Eigenschaften zu erfüllen, da der lineare Expansionskoeffizient des Materials dem der Glasplatte entsprechen mußte, während die Erweichungstemperatur des Materials geringer sein,müßte als die des Glases oder anderer Dielektrikas^ aus denen die ebenen Platten bestehen. ,

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Plasma-Anzeigevorrichtung bzw. eine Elektronenentladungsvorrichtung anzugeben, die äußere Elektroden aufweist und gegen die Entladung stabil ist. Außerdem soll die Plasma-Anzeigevorrichtung eine verbesserte Entladungscharakteristik aufweisen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß in der Weise gelöst, daß zwischen den offenen Gasentladungsräumen einerseits und den zugewandten dielektrischen Platten und/oder den Elektroden andererseits jeweils mindestens in Kontaktbereich mit dem Gas in den Räumen eine Schicht aus Magnesiumoxid oder dergleichen vorhander- it*;.

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Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Magnesiumoxidschicht eine solche Stärke aufweist, daß die von einer Tageslichtquelle vor einem schwarzen Hintergrund bestrahlte Magnesiumoxidschicht etwa 5 bis 30 % der Weiße (Aufleuchtstärke) eines anstelle der Magnesiumschicht gesetzten entsprechend bestrahlten weißen Blattes Papier aufweist.

Ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung iet in einer Zeichnung schematisch dargestellt. Die Arbeitsweise und vorteilhafte Eigenschaften des Ausführungsbeispieles sind anhand von Diagrammen erläutert. Im einzelnen zeigt:

Fig. 1 einen Schnitt durch eine Vorrichtung nach der Erfindung und

Fig. 2 bis 4 Diagramme zur Erläuterung der Arbeitsweise und der vorteilhaften Eigenschaften der Vorrichtung nach Fig. 1.

In Fig. 1 ist eine Plasma- bzw. Gasentladungs-Anzeigevorrichtung im Schnitt dargestellt, die drei planparallele Platten 11, und 13 aufweist, von denen die mittlere auch als Abstandshalter bezeichnete Platte 12 eine Vielzahl von schmalen Durchbrechungen I¹J in regelmäßiger gitterartiger Anordnung enthält. Die beiden äußeren dielektrischen Platten 11 und 13 können z.B. aus Natronkalkglasplatten (Erweichungstemperatur von 710⁰C und linearer Ausdehnungskoeffizient von 86 χ 10*'/⁰C) von 5 mm Stärke bestehen. Die inneren, einander gegenüberliegenden Flächen der äußeren Platten 11 und 13 sind mit zwei Matrixelektroden l6 und 17 versehen, jede Elektrode besteht aus elektrisch isolierten parallelen Streifen aus einem elektrisch leitenden Material. Die Streifen sind den Durchbrechungen 1Λ besonders zugeordnet und die Streifen einer Matrixelektrode verlaufen rechtwinklig zu den Streifen der anderen Matrixelektrode. Wenigstens eine Matrixelektrode l6 bzw. 17 kann vorteilhafterweise aus einem transparenten leitfähigen Material, wie z.B. Zinnoxid, bestehen. Die inneren Flächen der äußeren dielektrischen Platten 11 und 13 in

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Kontakt mit den Matrixelektroden 16 und 17 sind mit dielektrischen Schichten bzw. Filmen 18 und 19 abgedeckt, die z.B. aus Bleiglas von etwa 30 Mikron Stärke bestehen können. Allgemein mit 21 und 22 bezeichnete Leitungen sind zu den Streifen der Matrixelektroden geführt. Die übereinandergeschichteten Platten 11, 12 und 13 sind mit einer Masse 25 luftdicht abgeschlossen. Hierbei handelt es sich um ein Dichtungsmaterial, wie z.B. Glasfritte bzw. gesintertes Glas. Die Platten sind mit einem evakuierten Rohr 26 versehen, das mit einer Masse 27 aus Dichtungsmaterial dicht an die Platten angeschlossen ist und mit den Durchbrechungen in der mittleren Platte in Verbindung steht. Nach Evakuierung der Luft aus.den Durchbrechungen 14 werden die evakuierten Räume oder Zellen entweder mit einem inerten Gas, wie Neon von etwa 300 Torr oder einem Gemisch inerter Gase gefüllt, um eine Mehrzahl von regelmäßig angeordneten Gasentladungszellen oder -räumen zu bilden. Anschließend wird das evakuierte Rohr 26 abgeschlossen. Die Vorrichtung enthält eine Hochfrequenzquelle 29 zur Abgabe vor. Impulsen oder einer sinusförmigen Wellenform und (nicht dargestellten) Mitteln zum Anlegen der Hochfrequenzspannung an ausgewählte Streifen der Matrixelektroden 16 und 17·

Die äußeren dielektrischen Platten 11 und 13 grenzen an die Matrixelektroden 16 und 17 und die dielektrischen Filme 18 und 19 sind ihrerseits erfindungs.gemäß mit besonderen oxidischen Auflagen 31» 32, vorzugsweise aus Magnesiumoxid, abgedeckt. Die Auflagen 31 und 32 können durch Aufstäuben von feinem Pulver aus Magnesiumoxid wenigstens an solchen Flächenabschnitten der dielektrischen Schichten 18 und 19 gebildet werden, die ohne eine solche Aflage in Kontakt "mit dem eingeschlossenen Gas kommen würden. Das Magnesiumoxid wird dann zur festen Anhaftung einer einfachen Wärmebehandlung unterworfen* Die Magnesiumoxidauflagen 31 und 32 sollen vorzugsweise weiß, farblos aber noch lichtdurchlässig sein. Mehr im einzelnen ist die Stärke wenigstens der Aflage 31 bzw. 32, die sich auf der transparenten Matrixelektrode 16 bzw. 17 befindet, so bestimmt,. daß sie die Weiße von 5 bis 30 % eines weißen Blattes Papier aufweist (gemessen, indem die dielektrische Platte, auf der.die.

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Auflage aufgestäubt oder in anderer Weise aufgebracht ist, vor einem schwarzen Hindergrund gehalten und die Auflage mit einer Tageslichtquelle angestrahlt wird).

Wie nachfolgend mehr im einzelnen erklärt wird, ist der Grad der Weiße von weniger als 5 % und mehr als 30 % einerseits im Hinblick auf die Zündspannung und andererseits im Hinblick auf die Zerstreuung des Lichtes durch die Auflage und die resultierende Lichtdurchlässigkeit der Auflage praktisch nicht geeignet.

In Fig. 2 sind einige Charakteristiken von verschiedenen Beispielen erfindungsgemäßer Plasma-Anzeigevorrichtungen in Abhängigkeit von dem vorstehend definierten Grad der Weiße dargestellt. Die Zündspannung in Volts, dargestellt durch eine ausgezogene Linie, fällt mit zunehmender Stärke der Magnesiumoxidauflage ab und geht in die Sättigung bei einer Weiße von etwa 5 %' Die Lichtdurchlässigkeit in Prozenten, dargestellt durch eine gestrichelte Linie nimmt mit steigender Weiße gradlinig ab. Um zu vermeiden, daß ein Teil des dielektrischen Films unbedeckt bleiben .und direkten Kontakt mit dem eingeschlossenen Gas erhalten könnte, ist es zweckmäßig, den Grad der Weiße über 5 % zu wählen. Mit zunehmender Weiße wird nicht nur die Lichtdurchlässigkeit der Auflage verringert, sondern auch der Kontrast zwischen der Anzeige und dem Weiß-Ansehen der Auflage in einem Lichtraum. Ist zum Beispiel der Kontrast von einem Licht aussendenden Teil zu einem kein Licht aussendenden Teil auf 4 : 1 gefallen, dann ergeben sich bei dem Betrachter Schwierigkeiten, die Anzeige/frichtig zu erkennen, wenn die Beleuchtungsstärke des Licht aussendenden Teiles 100 Fuß-Lambert, der Grad der Weiße 50 % und die Bestrahlung einer idealen lichtzerstreuenden Fläche auf der sichtbaren Fläche der Plasma-Anzeigevorrichtung 50 Fuß-Lamberts betragen. Die maximal wünschenswerte Stärke ist daher nicht kritisch abhängig von den Umständen, bei welchen die besondere Plasma-Anzeigevorrichtung verwendet wird. Es kann somit bemerkt werden, daß die Plasma-Anzeigevorrichtungen bei gewöhnlichem Gebrauch einen Grad an höchster Weiße von 30 % besitzt.

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In Pig. 3 sind einige sogenannte Paschen-Kurven für verschiedene Plasma-Anzeigevorrichtungen dargestellt, in denen Neon eingeschlossen ist. Auf der Ordinate ist die Zündspannung in Void und auf der Abzisse ist das Produkt pd in Torr· mm aus dem Gasdruck ρ in den Gasentladungszellen 14 und dem Abstand d zwischen den Elektroden 16 und 17 aufgetragen. Die erste Kurve 35 wurde von einer Plasma-Anzeigevorrichtung nach der Erfindung erhalten. Die zweite Kurve 36 stammt von einer Plasma-Anzeigevorrichtung, die Schichten 18, 19 aus Bleioxidglas aufwies, jedoch keine Magnesiumoxidauflagen enthielt. Die dritte Kurve 37 wurde von einer Plasma-Anzeigevorrichtung erhalten, deren Schichten 18 und 19 aus Vanadiumoxidglas ohne eine Magnesiumoxidbeschichtung bestanden. Aus den Kurven 35 und 36 folgt, daß Magnesiumoxidbeschichtungen 31 und 32 auf Bleioxidglasschichten 18 und 19 die minimale Zündspannung von etwa 170 Volt auf etwa 130 Volt erniedrigen. Ähnliche Ergebnisse werden mit Magnesiumoxidbesehiehtungen 31, 32 auf Vanadiumoxidglasschichten 18, 19 erzielt und zwar wird die minimale Zündspannung von etwa 240 Volt auf etwa 130 Volt erniedrigt. Diese Ergebnisse zeigen, daß der sekundäre Emissionskoeffizient wächst wie die Schichten 18, 19 einem direktem Kontakt mit der Gasentladung ausgesetzt sind und sich ändert vom Vanadiumoxidglas zum Bleioxidglas und weiter zum Magnesiumoxid.

In Fig. 4 sind zwei Kurven 38, 39 dargestellt, die die Abhängigkeit der säkularen Änderungen der Zündspannung, gemessen in Volt, von den gesamten Arbeitsstunden veranschaulicht. Die erste Kurve 38 stammt von einer Plasma-Anzeigevorrichtung mit Schichten l8 und 19 aus Bleioxidglas ohne Magnesiumoxidbeschichtung. Die Kurve 39 zeigt eine bemerkenswerte Zunahme der Zündspannung von 50 bis 100 Volt nach einigen hundert Betriebsstunden. Die Kurve 38 zeigt dagegen nur sehr kleine Änderungen in der Zündspannung sogar nach einigen tausend Betriebsstunden.

Die Magnesiumoxidbeschichtungen 31 und 32 können mit der gleichen Wirkung auch auf andere Weise als durch Aufsprühen aufgebracht werden. Zum Beispiel durch Niederschlag oder Absetzung, Raster-

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oder Gitterdruck oder durch Hochfrequenzzerstäubung kann eine Beschichtung erfolgen. Die Hochfrequenzzerstäubung ist empfehlenswert im Hinblick auf eine verbesserte Durchsichtigkeit der Beschichtungen und durch die Verringerung der Zündspannung, die bei einer Weiße von weniger als 5 % gesättigt ist. Diese Methode ist auf Grund der hohen Herstellungskosten derzeit unerwünscht. Soweit es die Stabilität gegenüber der säkularen Änderung der Zündspannung betrifft, hat sich herausgestellt, daß Kalziumoxidoder Aluminiumoxidbeschichtungen oder ähnliche Beschichtungen im wesentlichen die gleichen Wirkungen haben. Derartige Beschichtungen sind jedoch schwer herzustellen. Außerdem erhöhen die Kalziumoxidschichten die Zündspannung im Vergleich zu den Magnesiumoxidschichten.

Die Magnesiumoxidschichten 31 und 32 gemäß der Erfindung sind mit Vorteil bei den verschiedensten Elektronengasentladungseinrichtungen verwendbar, und zwar vorallem bei solchen mit äußeren Elektroden, z.B. Plasma-Anzeigevorrichtungen mit X-Y-Matrixelektroden, weiter Plasma-Anzeigevorrichtungen für Ziffern mit Segmentelektroden und Plasma-Anzeigevorrichtungen ohne mittlere Platte. Es ist außerdem möglich, die Magnesiumdxidschichten 31 und 32 direkt auf den Elektroden 16 und 17 aufzubringen.

Patentansprüche

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Claims (2)

1. Patentansprüche:

   (l.)Gasentladungsvorrichtung mit zwischen dielektrischen Platten befindlichen Gasentladungsräumen und an den Platten vorgesehenen Elektroden, die den Gasentladungsräumen zugeordnet sind, wobei Mittel zur Anlegung einer Spannung an bestimmte Elektroden bei entsprechender Gasentladung in bestimmten Gasentladungsräumen vorgesehen sind, die eine gewünschte Anzeige erlauben, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den offenen Gasentladungsräumen (I¹O einerseits und den zugewandten dielektrischen Platten (18, 19) und/oder den Elektroden (16, 17) andererseits jeweils mindestens im Kontaktbereich mit dem Gas in den Räumen eine Schicht (3I₉ 32) aus Magnesiumoxid oder dergleichen vorhanden ist.
2. 2. Gasentladungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnesiumoxidschicht (31> 32) eine solche Stärke aufweist, daß die von einer Tageslichtquelle vor einem schwarzen Hintergrund bestrahlte Magnesiumoxidschicht (31* 32) etwa 5 bis 30 % der Weiße (Auf, leuchtstärke) eines anstelle der Magnesiumschicht gesetzten entsprechend bestrahlten weißen Blattes Papier aufweist.

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