DE2512872B2

DE2512872B2 - Gasentladungs-anzeigevorrichtung

Info

Publication number: DE2512872B2
Application number: DE19752512872
Authority: DE
Inventors: Satoshi Gyoda Saitama Watanabe (Japan)
Original assignee: Okaya Denki Sangyo K K, Tokio
Priority date: 1974-03-25
Filing date: 1975-03-24
Publication date: 1977-07-21
Also published as: US3984720A; JPS50126375A; DE2512872C3; DE2512872A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Gasentladungs-Anzeigevorrichtung, bestehend aus einer oberen und einer unteren Platte, von denen wenigstens eine transparent ist, einem dazwischen angeordneten Abstandshalter in Form einer leitenden Platte mit öffnungen, die mit einer isolierenden, porösen Schicht überzogen ist, wenigstens einer Kathode, wenigstens einer der Kathode gegenüberliegenden Anode, und einem die obere und untere Platte an den Außenkanten umgebenden Klebstoff zur Bildung einer luftdichten, mit einem inerten Gas gefüllten Kammer.

Aus der DT-OS 17 64 261 ist eine Gasentladungsröhre mit zwei Elektrodensystemen bekannt, zwischen denen sich eine Aluminiumplatte befindet, die mit einer Oxidschicht überzogen ist. Die Oxidschicht ist in geringem Maß porös ausgebildet, um Risse infolge thermischer Einflüsse zu verhindern.

Aus der DT-OS 21 57 766 ist eine Gasentladungs-Anzeigevorrichtung bekannt, bei der ebenfalls eine Aluminiumplatte mit einer Oxidschicht zwischen zwei Elektrodensystemen angeordnet ist. Die Aluminiumplatte und die Oxidschicht sind von Löchern durchsetzt, deren Abmessungen derart gewählt sind, daß der Wärmeausdehnungskoeffizient der Aluminiumplatte im wesentlichen von deren Oxidschicht bestimmt wird.

Aus der DT-OS 18 03 213 ist eine Gasentladungs-An-Zeigevorrichtung mit einer Zwischenplatte bekannt, die zur Bildung lichterzeugender Zellen öffnungen aufweist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gasentladungs-Anzeigevorrichtung zu schaffen, deren Ansprechzeit kurz ist und bei der die Entladung von einem Kathoden- und Anodenpaar schnell auf ein anderes übertragen werden kann.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch, daß die isolierende poröse Schicht eine solche Porosität hat, daß sie für die Elektronen und Ionen durchlässig ist, die bei der Gasentladung erzeugt werden.

Im Gegensatz zu den bekannten Vorrichtungen, bei denen der Abstandshalter eine Isolierschicht aufweist, wird durch die besondere Ausbildung der isolierenden porösen Schicht auf dem Abstandshalter der Durchgang der Elektronen und Ionen nicht behindert.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der F i g. 1 bis 8 beispielsweise erläutert Es zeigt

Fig.IA teilweise im Schnitt eine perspektivische Darstellung eines Teils der Gasentladungs-Anzeigevorrichtung,

Fig. IB in auseinandergezogener Anordnung und teilweise im Schnitt die Hauptteile der Vorrichtung der Fig. IA,

F i g. 2A einen Querschnitt des Abstandshalters,

F i g. 2B das Schaltbild der Vorrichtung bei Untersuchung von verschiedenen Abstandshalter-Materialien,

Fig.3A und 3B Diagramme, aus denen die Entladungszustände bei Verwendung verschiedener Abstandshaltermaterialien hervorgehen,

F i g. 4 einen Querschnitt der Gasentladungs-Anzeigevorrichtung und

F i g. 5 bis 8 schematische Darstellungen zur Erläuterung der Entladungszustände bei Verwendung verschiedener Abstandshalter.

Fig. IA zeigt perspektivisch einen Teil einer Gasentladungs-Anzeigevorrichtung, Fig. IB in auseinandergezogener Anordnung eine perspektivische Darstellung der wichtigsten Teile der Vorrichtung der Fig. IA.

In den F i g. 1A und 1B bezeichnet 1 die Gasentladungs-Anzeigevorrichtung, die aus einer oberen und einer unteren Isolierplatte 2 bzw. 3, die einander gegenüber angeordnet sind und von denen wenigstens eine aus transparentem Material, z. B. Glas, besteht, sowie aus einem isolierenden Abstandshalter 5 gebildet ist, durch den mehrere öffnungen 4 in Matrixform (F i g. 1 B) gebohrt sind und der zwischen der oberen und der unteren Isolierplatte 2 bzw. 3 angeordnet ist. Zwischen der oberen, transparenten Platte 2 und dem Abstandshalter 5 ist eine Anode 7 angeordnet, die aus mehreren plattenförmigen Anodenelementen A₀, Ai, A2...A„ besteht, die nebeneinander gegenüber den Spalten der in Matrixform in den Abstandshalter 5 gebohrten öffnungen 4 angeordnet sind. Zwischen der unteren Platte 3 und dem Abstandshalter 5 ist eine Kathode 8 angeordnet, die aus mehreren plattenförmigen Kathodenelementen Ko, Ki...K_n besteht. Die Kathodenelemente Ko bis K_n sind nebeneinander gegenüber den Reihen der in den Abstandshalter 5 gebohrten öffnungen 4 angeordnet. Die Kathodenelemente Ko bis K_n kreuzen sich somit mit den Anodenelementen Ao bis A_n rechtwinklig.

Nach der Montage der zuvor erwähnten Teile in einer Anordnung, wie sie Fig. IA zeigt, werden deren Umfangskanten mittels eines Klebstoffes 10, z. B. einer Glasmasse, zur Bildung einer Umhüllung la abgedichtet. Die Umhüllung la wird durch ein Auslaßrohr 9b evakuiert und dann wird ein inertes Gas wie Neon, Xenon, Argon in die Umhüllung la durch das Auslaßrohr 9b eingeleitet, das danach verschlossen wird.

Das Anlegen einer Spannung zwischen ausgewählten Kathoden- und Anodenelementen bewirkt eine Glimmentladung durch die öffnung 4 des Abstandshalters 5

entsprechend dem Schnittpunkt der gewählten Elemente Die öffnungen 4 in dem Abstandshalter 5 bilden somit Entladungszellen.

Ic den Kathoden- und Anodenelementen sind öffnungen 7a und 8a fluchtend mit den öffnungen 4 des s Abstandshalters 5 ausgebildet, so daß die Glimmentladung von der Außenseite der Umhüllung U sichtbar ist.

J_n Pi g. IA ist ein Gasbehälter 9 an der Unterseite der Platte 3 luftdicht angeordnet, der mit der Umhüllung la durch eine öffnung 9a in Verbindung steht Der ι ο Behälter 9 ist über das AuslaBrohr 96 mit der Außenseite verbunden. In die Umhüllung la und den Behälter 9 wird ein inertes Gas gefüllt, das, wenn es verbraucht ist, durch das Auslaßrohr 96 ergänzt werden

kann. '5

Wie F i g. 2A zeigt, ist der Abstandshalter 5 aus einer Metallplatte 53 gebildet, die mit einer Isolierschicht 56 auf der gesamten Oberfläche einschließlich der Umfangsfläche der öffnung 4 überzogen ist Die Isolierschicht 5b hat Poren, um den Durchgang von Elektronen und Ionen zu ermöglichen, die bei der Entladung erzeugt werden, und diese Schicht sollte nicht so dicht wie Glas oder Keramik sein. Die poröse Isolierschicht 5b kann dadurch erhalten werden, daß Chromoxid- oder Aluminiumpulver auf beide Seiten der Metallplatte 5a zusammen mit Wasserglas gesprüht und dann die Platte 5a gebrannt wird. Hierbei muß die Isolierschicht 56 eine Hitzefestigkeitstemperatur von höher als 400⁰C und, da während der Entladung Magnetfelder hoher Intensität auftreten können, eine Wechselspannungsfestigkeit von höher als 200 V haben. Bei einer Metallplatte 5a mit einer Dicke von 0 25 mm, einem Abstandshalter 5 mit einer Dicke von 04 mm und einer Isolierschicht 56 mit einer Dicke von etwa 0,07 mm wurde mit einem Meßinstrument mit einer Bürstenelektrode und einer Stabelektrode eine Spannungsfestigkeit von 10 ΜΩ bzw. mehr als 100 ΜΩ gemessen.

Im folgenden wird die Arbeitsweise der Gasentladungs-Anzeigevorrichtung zusammen mit den Ergebnissen von an der Vorrichtung durchgeführten Versuchen beschrieben. Fig.2B zeigt das Schaltbild der Vorrichtung, in der B eine Batterie und R einen Widerstand bezeichnen. Die Anode 7 wird mit einer Wechselspannung (etwa 300 V Gleichspannung) über den Widerstand R versorgt, der einen Widerstandswert von etwa 480k hat Si, S₂...S_n bezeichnen Schalter, über die die Kathodenelemente Ki bis K_n, die mit diesen über den Abstandshalter 5 verbunden sind, bezüglich der Anode 7 geerdet werden. Bei den Versuchen waren die Schalter Si bis S_n so ausgebildet, daß sie nacheinander, beginnend z. B. mit dem Schalter Si, in regelmäßigen Zeitintervallen von ΙΟΟμβεΰ derartig betätigt wurden, daß dem Ausschalten eines vorherigen Schalters unmittelbar das Einschalten des nächsten folgte. Wie F i g. 2B zeigt, ist mit dem Kathodenelement Kt kein Schalter verbunden. Daher erfolgt das Umschalten von dem Schalter S₅ auf den Schalter S₇ direkt in einem Zeitintervall von 100 usec

Die Fig.3A und 3B sind Diagramme, die die Ergebnisse der Versuche unter Verwendung verschiedener Abstandshalter in der Vorrichtung zeigen. Die Fig.3A und 3B zeigen die Entladungszustände der Vorrichtung mit einem nur aus einer Glasplatte gebildeten Abstandshalter bzw. einem Abstandshalter mit einer auf einer Metallplatte abgelagerten porösen Isolierschicht.
In den F i g. 3A und 3B bezeichnen P₁ die Einschaltzeitpunkte der Schalter und Pi die Zündzeitpunkte. Die Zündzeitpunkte entsprechen der höchsten Spannung, die bei der Entladung abfällt.

Fig.3A zeigt, daß an dem Kathodenelement Ki bestimmte Vorgänge auftreten, wenn der Zündzeitpunkt Pt im Vergleich zu den anderen Zündzeitpunkten verzögert wird, so daß keine Entladung auftritt. In F i g. 3B jedoch erfolgt die Entladung in im wesentlichen gleichen Zeitintervallen und die Gleichspannung am Abstandshalter 5 beträgt dabei 135 V. Dabei tritt keine Verzögerung der Entladung des Kathodenelements Ki auf.

Der Grund für den Unterschied der Zündspannung zwischen den F i g. 3A und 3B besteht darin, daß bei den Versuchen der Durchmesser der öffnung 4 des Abstandshalters 5 und die Dicke des Abstandshalters 5 in der Vorrichtung der F i g. 3B kleiner bzw. größer als bei der Vorrichtung der F i g. 3A sind. Wie die Figuren zeigen, ist das Zeitintervall h zum Zünden in F i g. 3B in Vergleich zu dem der F i g. 3A lang.

Anhand der Fig.4 bis 8 werden nun die experimentellen Ergebnisse theoretisch untersucht. Im allgemeinen ist die Ansprechgeschwindigkeit der Vorrichtung von der Umgebung abhängig, die die Geschwindigkeit der Elektronen in Richtung des Pfeils a bestimmt, die während dei Entladung erzeugt werden, d. h. den Zuständen in der Umhüllung la.

F i g. 4 zeigt eine Querschnittsdarstellung, aus der die Beziehung zwischen der Anode 7 und der Kathode 8 einer Entladungsvorrichtung hervorgehen. F i g. 5 ist eine Querschnittsdarstellung des Abstandshalters 5, der aus Glasmaterial g gebildet ist. Fig.6 ist eine Querschnittsdarstellung des Abstandshalters 5, bei dem eine dichte Isolierschicht 5c auf einem Leiter abgelagert ist, d. h, die Metallplatte 5a kann mit einer Spannung von einer Batterie B über einen Widerstand R\ und einen Schalter S versorgt werden. Fig.7 ist eine Querschnittsdarstellung des Abstandshalters 5, bei dem die Isolierschicht 5c von der Metallplatte 5a in F i g. 6 entfernt ist F i g. 8 ist eine Querschnittsdarstellung des Abstandshalters 5, bei dem die Isolierschicht 5c in F i g. 6 durch eine isolierende, poröse Schicht 56 ersetzt ist. Diese Figuren zeigen die Zustände der Elektronen eund der Neonionen AZe⁺ während der Entladung. Mit 11 ist der Plasmaraum der Entladungsvorrichtung bezeichnet. In dem Plasmaraum 11 wandern und rekombinieren geladene Partikel während der Entladung. Die geladenen Partikel beeinflussen andere Kathodenelemente, die von dem an der Entladung beteiligten Kathodenelement entfernt sind, nicht sehr. Da die Ionen im Vergleich zu den Elektronen groß sind, neigen sie nicht dazu, die Entladung der anderen Kathodenelemente zu beeinflussen. Die Elektronen e haben einen größeren Einfluß auf die Bildung einer benachbarten Entladung im Vergleich zu den Ionen.

In F i g. 4 ist daher der Abstand zwischen der Anode und der Kathode 8 in Richtung 6 bei der Entladung von der Spannung e_z zwischen diesen abhängig. Die Größe der Spannung e* und die Geschwindigkeit der Elektronen in der Richtung a senkrecht zur Richtung 6 stehen zur Entladung des nächsten Kathodenelements in Beziehung. Dies bedeutet, daß die Entladung des nächsten Kathodenelements beschleunigt erfolgt.

Im Falle der F i g. 5 haften die Elektronen, die durcl die Entladung erzeugt werden, leicht an der fre liegenden Glasoberfläche, wie gezeigt ist, und zieher Ionen an, um sie zu beseitigen. Somit begünstigen die ir der Anzahl abnehmenden Elektronen die Entladung dei

nächsten Kathodenelements in dem Plasmaraum 11.

Im Falle der Fig.6 werden die Neonionen angezogen, haften an der Oberfläche der Isolierschicht 5c und kombinieren mit Elektronen, so daß die gleichen Ergebnisse wie in F i g. 5 erhalten werden. Selbst wenn die Spannung der Batterie B an die Metallplatte 5a angelegt wird, erhält man die gleichen Ergebnisse.

Wenn im Falle der F i g. 7 keine Spannung angelegt wird, nimmt die Anzahl der Elektronen wie im Falle der F i g. 5 ab. Bei Anlegen einer Spannung gelangen die Elektronen schneller in eine freie Elektronenschicht an dem Leiter 5a und Ionen kombinieren mit den freien Elektronen, so daß die gleichen Ergebnisse erhalten werden.

Verringert man das Potential des Leiters 5a auf das Erdpotential, werden die Elektronen daran gehindert, in den Leiter 5a zu gelangen, und damit wird die Menge der Elektronen im Raum 11 erhöht, so daß die Ansprechzeit verkürzt werden kann. Dies führt zur Entladung zwischen der Anode 7 und dem Abstandshalter 5, was bedeutet, daß der Abstandshalter 5 wie eine Kathode wirkt.

Im Falle der F i g. 8 kann angenommen werden, daß während der Entladung Elektronen, die in dem Plasmaraum 11 erzeugt werden, in die poröse Isolierschicht 5b gelangen und deren Potential im Vergleich zu dem Leiter 5a verringern. Aufgrund der Intensitätsdifferenz der elektrischen Felder gelangen daher die Elektronen in der Leiter 5a, breiten sich darin aus und verlassen den Leiter infolge des elektrischen Feldes, das zwischen der Anode 7 und dem Leiter 5a aufgebaut wird, an der nächsten Entladungselektrode. Diese Elektronen haben jedoch keine ausreichende Energie und bleiben in der Isolierschicht 5/>bzw. in ihrer Oberfläche und verhindern die Bewegung weiterer Elektronen, die das Bestreben haben, von dem Plasmaraum 11 durch die Isolierschicht 56 in den Leiter 5a zu gelangen bzw. stoßen sie ab und lenken sie in der Richtung a, so daß sie die Entladung des nächsten Kathodenelements erleichtern.

Die folgende Tabelle zeigt die experimentellen Werte, die man mit den zuvor beschriebenen Abstandshaltern erhält.

Tabelle

Nr. Materialien der Versuchsherstellung (Abstandshalter)

Gemessene Ergebnisse

Abstand zwischen K] und K₁ (mm)

Verzögerung des Cniladungszeitintervalls (I}) von K?

Isoliermaterial

(im Falle der F i g. 5)

Dichtes Isoliermaterial
auf dem Leiter abgelagert
(im Falle der F i g. 6)

Leiter

(im Falle der F i g. 7,
+ 100 V über einen
Widerstand von 300 kQ
an den Leiter angelegt)

Ausfuhrungsform eines
Metallabstandshalters
nach der Erfindung
(im Falle der F i g. 8,
+ 160 V über einen
Widerstand von 300 kQ
an die Metallplatte
angelegt)

2,54 30-100 7,5 länger als 100

2,54 30-100 7,5 30-100

2,54

2,54 2,54

länger als 100 80

länger als 100

100 20

100

7,5

40

langer als 100

Wie aus der obigen Tabelle ersichtlich ist, ist das Ansprechzeitintervall bei Verwendung des Abstandshalters mit der isolierenden porösen Schicht kurz und die Entladung erfolgt zwangsläufig, selbst wenn der Abstand zwischen benachbarten Kathodenelementen groß ist.

In Abwandlung von der beschriebenen Ausführungsform ist es auch möglich, die Innenseite der Umhüllung,

die dem Plasmaraum ausgesetzt ist, mit einem Leiter mit einer porösen Isolierschicht zu überziehen. Die so gebildete innere Oberfläche der Umhüllung trägt dazu bei, die Entladung rasch zu verschieben.

I licivii 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Gasentladungs-Anzeigevorrichtung, bestehend aus einer oberen und einer unteren Platte, von denen s wenigstens eine transparent ist, einem dazwischen angeordneten Abstandshalter in Form einer leitenden Platte mit öffnungen, die mit einer isolierenden, porösen Schicht überzogen ist, wenigstens einer Kathode, wenigstens einer der Kathode gegenüber- ι ο liegenden Anode, und einem die obere und untere Platte an den Außenkanten umgebenden Klebstoff zur Bildung einer luftdichten, mit einem inerten Gas gefüllten Kammer, dadurch gekennzeichnet, daß die isolierende poröse Schicht (3b) eine ι s solche Porosität hat, daß sie für die Elektronen und Ionen durchlässig ist, die bei der Gasentladung erzeugt werden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die isolierende poröse Schicht (5b) Chromoxidpulver enthält.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die isolierende poröse Schicht (5b) Aluminiumoxidpulver enthält.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die isolierende poröse Schicht auch an der Innenseite der unteren Platte (2) ausgebildet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die isolierende poröse Schicht auch an dem Umfang der oberen Platte (2) ausgebildet ist.