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Gasentladungsanzeigevorrichtung mit einem Nachbeschleu-
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nigungsraum und Verfahren zu ihrer Herstellung.
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Anzeigevorrichtung gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1. Ein solches Plasmapanel gehört zum Gegenstand der älteren, noch
nicht veröffentlichten Patentanmeldung P 3207685.
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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.
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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.
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In der DE-OS 2929270 wird deshalb auch schon diskutiert, das Display
mit H2 zu füllen, eine Al-Kathode zu verwenden und die Kathodenoberfläche während
der Gas entladung 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/A1203-Ta/Mo- Abdeckung (13M
Techn.
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Discl.Bull.25 (1982) 658).
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Plasmapanel der eingangs
genannten Art so weiterzuentwickeln, daß die Brennspannung konstant bleibt, und
zwar insbesordere auch unter Dauerbelastungen. diese Aufgabe wird erfindungsgemäß
durch eine Anzeigevorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. -Der
Lösungsvorschlag geht von der Beobachtung aus, daß die Hauptursache für den Brennspannungsanstieg
ein allmähliches Absinken des Gasdrucks ist. Im Nachbeschleunigungsraum werden Ionen
erzeugt, die auf die Nachbeschleunigungskathode aufprallen und dort zu einem großen
Teil eingefangen werden. Dieser Implantationseffekt, der von der Beschaffenheit
des Gases und der Elektrode abhängt und zu einer Gasaufzehrung von mehr als 40%
führen kann, wird durch die erfindungsgemäß vorgesehene Schutzschicht drastisch
reduziert. Erste Versuche haben gezeigt, daß man die AuEzehrungsgeschwindigkeit
ohne weiteres um eine Größenordnung senken und den Gasdruck bei einem durchaus hohen
Wert stabilisieren kann. Dieses Verhalten läßt sich folgendermaßen erklären: Graphit
kristallisiert in einem eigentümlichen Schichtengitter, mit einem besanders großen
Abstand und schwachen Bindungskräften zwischen benachbarten Atomlagen. Gasionen
mit einem relativ kleinen-Durchmesser können in dieses Schichtengefüge zwar relativ
leicht eindringen, aber ebenso unbehindert - auf Bahnen zwischen den Gitterschichten
- wieder rückdiffundieren.
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Es ist an sich schon lange bekannt, daß bei einer elektrschen Ladung
zumindest Ne seinen Druck in etwa halten kann, wenn die Elektroden aus Graphit bestehen;
vgl. hier-
zu Zeitschr.f.techn.Physik 19 (1938) 116. Bisher hatte
man allerdings noch nicht daran gedacht, auch in an sich plasmafreien Räumen mit
Graphit zu arbeiten.
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Die erfindungsgemäß vorgesehene Schutzschicht wirkt sich nicht nur
auf die Gasfüllung positiv aus, sondern sorgt auch dafür, daß die Phosphorschicht
weniger rasch ermüdet. Die Ursachen für diesen Nebeneffekt lassen sich derzeit noch
nicht ganz übersehen; möglicherweise absorbiert der Graphit reaktive, aus der Nachbeschleunigungskathode
und/oder dem Gasraum stammende Gase, die sonst den Phosphor mit der Zeit zerstört
hätten.
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Die bisher durchgeführten Experimente lassen erkennen, daß sich die
Brennspannung nicht ganz so verhält, wie man dies von den Druckverhältnissen eigentlich
erwartet hätte: Sie steigt zunächst deutlich an, bleibt dann aber relativ bald bei
einem Wert stehen, der sich auch mit weiter abnehmendem Druck nicht mehr nennenswert
ändert.
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Dieses Verhalten ist wohl darauf zurückzuführen, daß auf die Graphitschicht
prallende Ionen Kohlenstoffatome herauslösen, die dann in den Plasmaraum gelangen
und sich an der dortigen Kathode niederschlagen. Wenn es also darauf ankommt, daß
die Brennspannung besonders stabil ist, sollte man die Plasmakathode entweder von
Zeit zu Zeit entgiften cder dafür sorgen, daß der störende Kohlenstoffniederschlag
überhaupt nicht erst entstehen kann.
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Ein einfaches Reinigungsverfahren besteht darin, das Plasma bei ausgeschlateter
Nachbeschleunigungsspannung eine Zeitlang brennen zu lassen, und die Schutzschicht
gibt nur wenig Kohlenstoff ab, wenn man sie mit einer deutlich unter 10'2m dicken
Metallschicht belegt. Eine derart dünne Belegung wirkt sich auf die Rückdiffusionsrate
für die Gasionen nur wenig aus, dämpft aber bereits spürbar die C-Sputterrate.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung
sind Gegenstand zusätzlicher Ansprüche.
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Der Lösungsvorschlag soll nun anhand eines Ausführungsbeispiels, das
in der beigefügten Figur in einem schematischen Seitenschnitt dargestellt ist, näher
erläutert werden.
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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.
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Die Rückplatte 4 ist auf ihrer Vorderseite mit mehreren, zueinander
parallelen Leiterstreifen (Plasmakathoden 6) versehen. Die Frontplatte 1 trägt auf
ihrer Rückseite eine kathodolumineszente Schicht 7 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 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. 2 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.
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Die Nachbeschleunigungskathode 14 ist, wie der Figur 1 zu entnehmen,
mit einer weiteren Schicht 22 bedeckt. Diese Schicht besteht aus Graphit, hat eine
Dicke zwischen 1 und 10pm und wurde aus einer Graphit-Aufschlämmung llDerussolQR11),
der 3ovo% eines von der Firma Merck unter der Bezeichnung "Liquicoat zu Si 11675"
vertriebenen Siliziumesters beigemischt war, aufgesprüht und getrocknet.
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Im Betrieb des Displays brennt jeweils zwischen einer der Plasmakathoden
und einem der Zeilenleiter 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.
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Die Erfindung beschränkt sich nicht nur auf das dargestellte Ausführungsbeispiel.
So ist es ohne Belang, wie die Gasentladung erzeugt wird und welche Form sie erhält;
in Frage kommt deshalb beispielsweise auch ein statisches Querplasma. Auch andere
Gase mit relativ kleinen Ionen lassen sich stabilisieren, etwa H2 oder Ne; dabei
tritt der Effekt bereits dann ein, wenn eines dieser Gase einen nennenswerten Anteil
an der gesamten Mischung hat.
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Davon abgesehen könnte die Graphitschicht auch auf eine strukturierte
Nachbeschleunigungskathode, wie sie etwa in der älteren Patentanmeldung P 3241605.9
beschrieben wird, aufgetragen werden. In diesem Fall empfiehlt es sich, die Graphitschicht
in einer analogen Struktur zu erzeugen, damit keine Kurzschlüsse auftreten können.
Die
Schicht braucht im übrigen nicht immer aufgesprüht zu werden.
Denkbar sind auch Vakuumtechniken, beispielsweise ein Aufdampfen. Hier muß man allerdings
darauf achten, daß der Kohlenstoff ein Graphitgitter ausbildet.
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Schließlich bleibt es dem Fachmann unbenommen, auch andere implantationsgefährdete
Oberflächen mit der vorgeschlagenen Schutzschicht zu überziehen.
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7 Patentansprüche 1 Figur