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Anzeigevorrichtung mit einer Hellumfüllung.
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Anzeigevorrichtung gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1. Ein solches Display wird beispielsweise in der DE-AS 18 11 272
beschrieben.
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Bei dem vorbekannten Flachbildschirm werden Elektronen aus einer rückwärtigen
Gasentladung gewonnen und durch selektiv geöffnete Löcher einer Steuermatrix in
eine vordere Kammer gezogen. Dort erhalten die Elektronenstrahlen Energien von einigen
kV und prallen schließlich auf einen Phosphorschirm, den sie zur Lichtemission anregen.
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Die Beschleunigungsstrecke ist so kurz bemessen, daß die anliegende
Hochspannung nicht ausreicht, das Füllgas, für das nach der eingangs zitierten Literaturstelle
u.a.
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auch Helium in Frage kommt, zu entladen.
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Helium ist vor allem deshalb attraktiv, weil es mit seiner Umgebung
keine schädlichen Reaktionen eingeht, im Nachbeschleunigungsraum eine hohe Durchschlagsspannung
hat und mit einer relativ geringen Brennspannung auskommt. weniger günstig ist allerdings,
daß die Brennspannung im Betrieb allmählich ansteigt und das dargestellte Bild nicht
besonders.lichtstark ist. Arbeitet man mit einem keilförmigen Längsplasma (DE-PS
2412 869), so wird die Darstellung auch noch durch einen relativ hellen Untergrund
mit ausgeprägten Nebensprecheffekten beeinträchtigt. Die Brennspannung läßt sich
inzwischen mit relativ einfachen Mitteln - einer He+-abweisenden Schutzschicht auf
der Nachbeschleunigungskathode (ältere, noch nicht veröffentlichte Patentanmeldung
P 33 29 106.3) -stabilisieren. Auch die Hintergrundsstörungen lassen sich ohne allzu
großen Aufwand weitgehend beseitigen (vgl. die
ältere, ebenfalls
noch nicht verdEentlichte Anmeldung -P 32 07 685.1, die eine weitere Elektrodenebene
vorsieht).
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Offen ist bislang allerdings noch immer, wie die Bildhelligkeit ohne
Verschlechterung anderer Kenndaten gesteigert werden könnte. Erhöht man die Stromdichte,
so wird die Glimmentladung anomal, mit der Folge, daß selbst sputterresistente Kathodenmaterialien
wie Aluminium in nicht unerheblichem Umfang zerstäubt werden und somit die Lebensdauer
drastischabnimmt.
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Wenn das Display mit Wasserstoff statt Helium gefüllt wird und eine
speziell formierte Aluminiumkathode erhält, so kommt man ohne sonderliche Sputterprobleme
zu einer relativ hohen Stromausbeute (DE-OS 29 29 270). H2 sorgt überdies auch noch
für einen guten Bildhintergrund; es ist aber weniger hochspannungsfest, wird im
Laufe des Betriebs verzehrt und greift vor allem den Phosphor an.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für einen Bildschirm der
eingangsgenannten Art ein Füllgas zu finden, das über alle Vorteile des Heliums
verfügt und darüber hinaus auch noch bei erhöhten Stromdichten keine störenden Sputterphänomene
bewirkt. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Anzeigevorrichtung mit den
Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Das bisher verwendete, aus natürlichen Vorkommen gewonnene Helium
besteht aus den beiden Isotopen 4He und 3He, die in einem Verhältnis von etwa 99,9998:0,0002
miteinander gemischt sind. Verschiebt man nun, wie erSindungs gemäß vorgesehen,
das Mischungsverhältnis stark zugunsten des 3He, so werden die gangigen Kathodenwerkstoffe
erheblich weniger zerstäubt. Dieser Effekt läßt sich folgendermaßen erklären: Trägt
man die Sputterrate S (S = mittlere Anzahl der von einem Gasion aus der Targetoberfläche
herausgeschlagenen Atome) gegen die Energie der das Target bombardierenden Ionen
auf, so ergibt sich für
alle Edelgase eine Kurve, die bei einer
endlichen Ionenenergie zwischen 10eV und 40eV beginnt, nach wenigen 10eV einen etwa
geradlinigen Verlauf nimmt und dann bei mehreren 100eV nurmehr unterproportional
zunimmt (J.Appl.Phys.
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2 (1959) 374 und Q (1962) 2345). Die Steigung in der Proportionalitätszone
wird bestimmt durch den Energieübertragungsfaktor 9 ( =4m1m2/(m1+m2)29 mit m1 2
= = Masse des Ions bzw. des Targetatoms), und dieser Faktor ist bei 3He signifikant
kleiner als bei 4He, und zwar für alle in Betracht kommenden Kathodenwerkstoffe;
dies ist angesichts der Tatsache, daß sich die beiden Isotope nur um die denkbar
kleinste Masseneinheit unterscheiden, durchaus bemerkenswert. Darüber hinaus nimmt
auch die sogenannte 11Einschnittsenergie?? E5 (Es = Energie, S der eine an den geraden
Abschnitt der Sputterratenkurve angelegte Gerade die Ordinate schneiden würde),
mit abnehmender lonenmasse im allgemeinen zu (vgl. beispielsweise in J.
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Appl.Phys. 2 (1959) 374 die Tabelle II). Das bedeutet, daß in einer
3He-Entladung weniger Ionen in der Lage sind, überhaupt ein Kathodenatom abzulösen,
als m 1ner 4He-Entladung. Der Anteil der sputterfähigen Ionen kann dabei noch zusätzlich
verringert werden. gHe-Ionen sind nämlich wegen ihrer kleineren Masse beweglicher
als 4He-Ionen, sie liefern daher schon in einer normalen Gasentladung eine größere
Stromdichte und ermöglichen insofern bei vorgegebener Bildhelligkeit einen zumindest
weniger stark anomalen Betrieb mit einer entsprechend geringeren Brennspannung.
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Im übrigen dürfte sich 3He praktisch gleich verhalten wie 4He. Das
gilt namentlich für die Durchschlagsneigung im Hochspannungsraum, denn die dafür
maßgebliche Paschen-Kurve t= Zündspannung als Funktion des Produktes aus Gasdruck
und Elektrodenabstand) sollte bei Isotopen des gleichen Elements praktisch identisch
sein. Aber auch der Bildhintergrund hat eine ganz ähnliche Qualität, denn die Aufhellungen
werden vor allem durch nicht ausreichend
abgebremste PlasmadEktronen
hervorgerufen, und für diese Ladungsträger haben 4He und 3He den gleichen Stoßquerschnitt.
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Es ist an sich seit langem üblich, bei HeNe-Gaslasern 3He statt natürlichem
Helium zu verwenden. Diese Maßnahme die allerdings nur dazu, zwischen dem Hilfsgas
Helium und dem laseraktiven Gas Neon eine intensivere Wechselwirkung zu erzielen,
und gibt insofern keinen Anhaltspunkt für die Lösung der vorliegenden Probleme.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind
Gegenstand zusätzlicher Ansprüche.
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Der Lösungsvorschlag soll nun anhand eines bevorzugten, in einem schematischen
Seitenschnitt dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.
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Der dargestellte Flachbildschirm enthält eine Vakuumhülle mit einem
wannenartigen Rückteil 1 und einem die Wanne frontseitig abschließenden Frontplatte
2. Das Hülleninnere wird durch eine Steuerstruktur mit einer Steuerscheibe 3 und
einer davorgesetzten Trägerplatte 4 in zwei Räume, einen Gasentladungsraum 5 und
einen Nachbeschleunigungsraum 6, unterteilt. Das Rückteil trägt eine Schar von zueinander
parallelen, streifenförmigen Kathoden 7, deren Zuleitungen durch den Wannenboden
hindurchgeführt sind. Die Steuerscheibe 3 ist rück- und frontseitig jeweils mit
Zeilen- bzw. Spaltenleitern 8, 9 einer Steuermatrix versehen. Die Matrikleiter und
die Steuerscheibe sind in jedem Matrixelement durchbrochen (Öffnungen 10).
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Auch die Trägerplatte 4 ist beidseitig jeweils mit einer Leitschicht
versehen, und zwar auf ihrer Rückseite mit zeilenleiterparallelen Streifenleitern
(Tetroden 11) und auf ihrer Vorderseite mit einer durchgehenden Elektrode (Pentode)
12. Auch diese Elektrodenplatte enthält Löcher 13, die jeweils mit einer der Öffnungen
10 fluchten. Die
Frontseite 2 trägt rückseitig Phosphorpunkte 14,
die jeweils einem der Löcher 13 vorgelagert sind, und darunter eine durchgehende
Schichtelektrode (Nachbeschleunigungsanode) 15.
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Im Betrieb der Röhre brennt zwischen der jeweils eingeschalteten Streifenkathode
7 und dem gerade getesteten Zeilenleiter 8 ein Plasma, aus dem Elektronen durch
ausgewählte Scheibenöffnungen - die Auswahl besorgen die Spaltenleiter 12 - und
die Plattenlöcher 13 in den Nachbeschleunigungsraum 5 gelangen; die Tetrodenleiter,
die Sperr- und Durchlaßpotentiale erhalten können, unterstützen dabei die Auswahlwirkung
der Steuermatrix. Die in den Raum 6 eintretenden Elektronenstrahlen werden nachbeschleunigt
und treffen schließlich auf die jeweils zugehörigen Phosphorpunkte 14. Weitere Betriebseinzelheiten
gehen aus Elektronik 14 (1982) 79 hervor.
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Die einzelnen Displayteile sind folgendermaßen beschaffen: Rückteil,
Steuerscheibe und Frontplatte bestehen aus einem Weichglas mit einem thermischen
Ausdehnungskoeffizienten von 90 x10~7°K~1.Me Trärplatte ist aus einem thermisch
angepaßten, fotoätzbaren Glas hergestellt worden. Die Streifenkathoden bestehen
aus einem chemisch gereinigten Zirkon, die Elektroden der Steuerstruktur aus aufgedampften,
mit Cu und Ni galvanisch verstärkten Ti/Cu-Schichten und die Nachbeschleunigungsanode
aus Aluminium. Die Pentode ist zusätzlich noch mit einem WC-Uberzug bedeckt.
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Das Füllgas ist 3He mit einem Druck von 2,5mbar. Die Stromdichte des
Plasmas liegt bei etwa 300pA/cm2.
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Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt.
So kommt der gewünschte Effekt auch schon dann zustande, wenn man dem Grundgas 3He
noch einen gewissen Anteil an 4He und/oder anderen (IIolekül- oder Edel-)Gasen hinzufügt.
Solche Beimischungen sind vor allem dann erwägenswert, wenn Kostengesichtspunkte
im Vor-
dergrund stehen.
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7 Patent ansprüche 1 Figur