EP0022974B1 - Plasma image display device - Google Patents

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EP0022974B1
EP0022974B1 EP80103864A EP80103864A EP0022974B1 EP 0022974 B1 EP0022974 B1 EP 0022974B1 EP 80103864 A EP80103864 A EP 80103864A EP 80103864 A EP80103864 A EP 80103864A EP 0022974 B1 EP0022974 B1 EP 0022974B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
display device
image display
gas discharge
gas
hydrogen
Prior art date
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Expired
Application number
EP80103864A
Other languages
German (de)
French (fr)
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EP0022974A1 (en
Inventor
Bernhard Dr. Hillenbrand
Herbert Mai
Karl Schuster
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to AT80103864T priority Critical patent/ATE3483T1/en
Publication of EP0022974A1 publication Critical patent/EP0022974A1/en
Application granted granted Critical
Publication of EP0022974B1 publication Critical patent/EP0022974B1/en
Expired legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J17/00—Gas-filled discharge tubes with solid cathode
    • H01J17/38—Cold-cathode tubes
    • H01J17/48—Cold-cathode tubes with more than one cathode or anode, e.g. sequence-discharge tube, counting tube, dekatron
    • H01J17/49—Display panels, e.g. with crossed electrodes, e.g. making use of direct current
    • H01J17/498—Display panels, e.g. with crossed electrodes, e.g. making use of direct current with a gas discharge space and a post acceleration space for electrons

Definitions

  • the invention relates to a plasma image display device with a gas-tight housing, the interior of which is a gas discharge space which is filled with hydrogen under a predetermined pressure and in which an electron and / or photon-generating gas discharge between at least one aluminum cathode with possibly a small proportion of others Elements and at least one further electrode is formed, and contains means for controlling the pixels of a flat screen.
  • a corresponding image display device is known from DE-A No. 1811272.
  • a number of requirements are imposed on a gas discharge suitable for these image display devices.
  • a main requirement is to provide a suitable system of filling gas and electrodes which, on the one hand, enables a sufficiently electron-efficient gas discharge, but on the other hand prevents ignition in the electron post-acceleration space, which is under the same pressure as the gas discharge space, for example.
  • the lowest possible and almost constant operating voltage should be required because this simplifies the electrical controllability of the screen.
  • a small amount of sputtering i.e. a small sputtering yield.
  • the sputtering yield is understood to mean the number of cathode atoms knocked off by positive ions by sputtering divided by the number of ions hitting the cathode.
  • the object of the present invention is to provide an image display device of the type mentioned at the outset, in which the above-mentioned requirements are at least largely met.
  • a system of gas discharge plasma and cathode is to be provided which leads to only a low sputtering yield and in which the unavoidable sputtering deposits are electrically non-conductive.
  • the electrical parameters of the gas discharge should not change significantly during a required service life of approximately 5000 operating hours or more.
  • the cathode is constantly coated with a thin layer of aluminum oxide during the gas discharge, which is either resistant to the hydrogen gas discharge or its non-resistant parts on the cathode surface are converted back to the oxide with the aid of an additive in the gas discharge space will.
  • An aluminum oxide layer that is resistant to the hydrogen gas discharge is to be understood as a layer that is not or only sputtered by the hydrogen plasma and that also undergoes no or at most a negligible chemical reaction with the plasma and possibly its impurities within the required service life.
  • the use of hydrogen in the image display device according to the invention leads to a number of advantages. For example, a relatively high dielectric strength can be achieved in an electron post-acceleration space in the intended hydrogen atmosphere. In addition, the current yield of the gas discharge, i.e. the current density on the cathode is relatively large. Furthermore, since hydrogen is a light gas with a small atomic weight, only a correspondingly small sputtering effect can be exerted on the cathode surface by the gas particles ionized in the gas discharge.
  • Aluminum as a cathode material is inherently favorable in terms of sputter resistance because the oxide with which its surface is always coated has a high sublimation energy and requires only a relatively low operating voltage.
  • aluminum cathodes initially produce very high-resistance precipitates from aluminum oxide.
  • the internal voltage of a hydrogen-filled gas discharge space with an aluminum cathode originally increases from approximately 200 V to a value of more than 300 V after a relatively short operating period of a few days. Some time after this rise, a conductive metallic sputter deposit can be observed on the electrode that serves as the anode for the gas discharge.
  • the cause of this voltage increase is a chemical change in the cathode surface, in particular the formation of metallic aluminum, which was formed on the originally oxide-covered aluminum cathode.
  • metallic aluminum which was formed on the originally oxide-covered aluminum cathode.
  • the original aluminum oxide layer can be used up at least on part of the cathode, for example at the edge, ie it can be removed by ion bombardment of the gas discharge.
  • Metallic aluminum is then sputtered at these points, which is deposited on any oxidized aluminum surface parts, and an increase in the internal voltage occurs at the same time.
  • a small amount of a gas oxidizing the aluminum can advantageously be present in the gas discharge space.
  • This oxidizing gas can be formed, for example, by reaction of the hydrogen with a further added substance.
  • Another possibility is to provide a body in the gas discharge space, which due to its decay ensures a sufficient partial pressure of the oxidizing gas.
  • This oxidizing gas which is then present in the filling gas, can immediately oxidize occurring metallic aluminum or regenerate the oxide layer used up by sputtering. In this way, the undesired instability of the electrical data of the gas discharge can be at least largely suppressed in the required period.
  • a cathode which has undergone a cathodic glow treatment in an oxygen atmosphere before the gas discharge in the hydrogen atmosphere.
  • an oxygen supply can be built into components of the gas discharge path, which is available for the subsequent gas discharge in the hydrogen atmosphere for the oxidation of metallic aluminum or for the new formation of used aluminum oxide.
  • the oxide formed in this way is particularly sputter-resistant.
  • Another advantage of oxygen flow control is the cleaning of the surfaces in the gas discharge space, which e.g. an unwanted formation of methane in the hydrogen discharge largely prevented.
  • FIG. 1 shows in a diagram the change over time in the operating voltage of a gas discharge device when using an aluminum cathode known per se
  • FIGS. 2 and 3 the corresponding change in the operating voltage for cathodes of plasma image display devices according to the invention is illustrated in corresponding diagrams
  • the diagrams of FIGS. 1 and 2 show the decrease in the transverse resistance over time between parts of the anodes of the gas discharge devices.
  • the luminous phosphors of the screen are to be excited by electrons or also by photons, which are each generated with the aid of a gas discharge.
  • the device therefore contains a gas-tight housing, in the interior of which is filled with hydrogen under a predetermined pressure, the gas discharge is caused between at least one large-area cathode and further electrodes serving as auxiliary anode.
  • the flat cathode which can also be subdivided, should consist essentially of aluminum, which may contain small amounts of other elements.
  • the impact of positive ions on the cathode ensures that electrons are subsequently supplied, which are necessary for maintaining the discharge.
  • cathode material is also stripped off, which adheres to other surface parts, e.g. on other electrodes or on the inner walls of the housing, causing short circuits between adjacent conductor tracks or blocking the passage of current in the case of non-conductive precipitation.
  • the cathode surface can also change chemically in the course of time by removing its oxide layer or by reaction with the hydrogen gas or its impurities and, as a result, cause at least local changes in the operating voltage and current density. Both the sputtering and the change in the gas discharge characteristic have a disadvantageous effect on the functionality of the image display device, in particular on its service life.
  • the burning voltage U B of the aluminum cathode thus rises to a value of more than 300 V after a few days, which, however, is also not stable, but slowly increases.
  • the voltage increase can be attributed to metallic aluminum, which is formed on the aluminum cathode originally covered with the thin oxide layer.
  • R Q transverse resistance
  • R o This decrease in transverse resistance is caused by metallic aluminum, which is deposited on the anode.
  • the cathode is constantly coated with a thin layer of aluminum oxide during the gas discharge, so that the cathode surface appears practically resistant to the hydrogen gas discharge.
  • Possibilities for ensuring such gas discharge-resistant oxide layers are explained in the exemplary embodiments below.
  • an uninterrupted gas discharge is provided between the discharge electrodes.
  • a cathode point is only ever intermittently loaded. After a burning time of a few milliseconds, there is a break in operation, which is generally about 10 times longer than the burning time. It was found that the service life of the gas discharge device, ie the burning time up to the undesirable voltage rise in the burning voltage U B , must accordingly be set about 10 times as long as the burning times to be determined according to the exemplary embodiments in the event of a permanent burning of the gas discharge.
  • the gas discharge device contains an anode made of closely adjacent, strip-shaped Ni-Cu layers according to the exemplary embodiment, which is the basis of the curves of the diagram in FIG. 1.
  • the cathode is made of high purity aluminum (99.98%) and is etched and oxidized in air for 5 hours at 300 ° C so that it is covered with a dense aluminum oxide layer.
  • a small amount of 0.2 g ⁇ -Al 2 O 3 is introduced into the gas discharge space. This substance can be used to dry an atmosphere and, conversely, releases water at a very low H 2 0 partial pressure. After evacuation, hydrogen is allowed to flow into the gas discharge space up to a pressure of 2.66 mbar and the gas discharge is then ignited.
  • KOH is introduced into its gas discharge space instead of ⁇ -Al 2 O 3 as the water-releasing substance. This enables the aluminum cathode to have a service life of over 160 d.
  • the amount of KOH added, like that of ⁇ -Al 2 O 3, must be adapted to the gas discharge system.
  • this voltage rise U B can be suppressed by adding about 1% oxygen for a further 14 d.
  • the operating voltage can be stabilized at a lower voltage value for a longer period.
  • An ampoule for example, can serve as a storage container for the oxygen, which can be activated manually by a suitable metering valve, e.g. At the push of a button, or a predetermined amount of oxygen is removed automatically when a predetermined value of the operating voltage is reached.
  • a suitable metering valve e.g. At the push of a button, or a predetermined amount of oxygen is removed automatically when a predetermined value of the operating voltage is reached.
  • a body can also be arranged in the gas discharge space, the material of which holds oxygen bound and releases some oxygen, for example by applying a thermal pulse.
  • the heat pulse can in turn be triggered automatically or manually when a certain burning voltage threshold is reached.
  • a suitable material of the body is, for example, copper oxide may be generated with the when heated above 500 ° C oxygen partial pressures which are greater than 10 -8 mbar.
  • oxygen-containing gases for example CO 2 or H 2 O, can also be added in metered amounts to the hydrogen atmosphere.
  • oxygen from copper or copper oxide parts located in the gas discharge space can also be continuously released with the participation of the hydrogen.
  • These parts can e.g. live parts of an image display device.
  • a sufficient amount of oxygen in these parts can advantageously be dissolved by anodic preliminary gluing in an oxygen atmosphere.
  • a burning voltage curve analogous to the curve curve in the diagram in FIG. 2 also results for a gas discharge device with a nickel anode and a cathode made of technical aluminum (AL99 / F11), which is lapped with pressure jets.
  • the discharge path is heated at 300 ° C. for 16 hours.
  • cathodic cooling of the cathode is carried out at room temperature in an oxygen atmosphere at a pressure of 1 mbar for about 3 times 10 minutes.
  • the gas discharge space is evacuated between the individual gluing sections.
  • the current density on the cathode during the glow treatment is about 2 mA / cm 2 , but this value is not critical.
  • an adequate oxygen supply can be built into components of the gas discharge path and, on the other hand, a particularly sputter-resistant oxide layer can be generated on the cathode.
  • the hydrogen pressure during the subsequent H 2 discharge is approximately 2.7 mbar. In this way, lifetimes of gas discharge devices of over 110 d can be achieved.
  • the glow treatment can also be carried out at a temperature of approximately 300.degree.
  • the glow-coated cathodes there is then a curve in a U B -t diagram similar to that according to FIG. 2.
  • the lifetimes of such gas discharge devices are at least 240 d.
  • the cathode of the plasma image display device according to the invention also has good stability with regard to a variation in the operating conditions of its gas discharge device. For example, doubling the hydrogen pressure is harmless. A pressure between 0.5 and 5 mbar, preferably between 1.5 and 3 mbar, is expediently provided. Furthermore, an operating point of the gas discharge can be selected which is slightly in the anomalous range. In general, however, the operating conditions correspond to a glow discharge with a normal cathode drop.
  • the starting material of the aluminum cathode is also not critical. If appropriate, cathodes made of technical aluminum alloys or galvano-aluminum can also be used, in particular if they are still subjected to cathodic glow treatment in an oxygen atmosphere in accordance with working examples 7 and 8. In addition, you can also use brushed AI surfaces instead of pressure-jet lapped.

Landscapes

  • Gas-Filled Discharge Tubes (AREA)
  • Cathode-Ray Tubes And Fluorescent Screens For Display (AREA)

Abstract

A plasma display device is provided with a gas discharge device which is filled with hydrogen as an ionizable gas and contains an aluminum cathode which is maintained continuously coated during the gas discharge with a film of an aluminum oxide which is either resistant to the hydrogen gas discharge, or the non-resistant portions of which are re-formed into the oxide by means of an additive. This plasma display device can be provided for flat picture screens, particularly of television sets, because during the required life of the gas discharge device, a premature rise of the operating voltage is prevented and, at the same time, there is little sputtering effect.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Plasma-Bildanzeigevorrichtung mit einem gasdichten Gehäuse, dessen Innenraum einen Gasentladungsraum, der mit Wasserstoff unter einem vorbestimmten Druck gefüllt ist und in dem eine elektronen- und/oder photonenerzeugende Gasentladung zwischen mindestens einer Kathode aus Aluminium mit gegebenenfalls geringem Anteil weiterer Elemente und mindestens einer weiteren Elektrode ausgebildet ist, sowie Mittel zur Ansteuerung der Bildpunkte eines flachen Bildschirms enthält. Eine entsprechende Bildanzeigevorrichtung ist aus der DE-A Nr. 1811272 bekannt.The invention relates to a plasma image display device with a gas-tight housing, the interior of which is a gas discharge space which is filled with hydrogen under a predetermined pressure and in which an electron and / or photon-generating gas discharge between at least one aluminum cathode with possibly a small proportion of others Elements and at least one further electrode is formed, and contains means for controlling the pixels of a flat screen. A corresponding image display device is known from DE-A No. 1811272.

An eine für diese Bildanzeigevorrichtungen geeignete Gasentladung wird eine Reihe von Anforderungen gestellt. Eine Hauptforderung besteht darin, ein geeignetes System von Füllgas und Elektroden vorzusehen, bei dem einerseits eine hinreichend elektronenergiebige Gasentladung ermöglicht ist, andererseits aber ein Zünden in dem Elektronennachbeschleunigungsraum, der beispielsweise unter dem gleichen Druck wie der Gasentladungsraum steht, verhindert wird. Ausserdem soll nur eine möglichst geringe und annähernd konstante Brennspannung erforderlich sein, weil damit die elektrische Steuerbarkeit des Bildschirmes vereinfacht wird. Darüber hinaus muss eine geringe Kathodenzerstäubung, d.h. eine kleine Sputterausbeute, gefordert werden. Unter der Sputterausbeute versteht man dabei die Zahl der durch positive Ionen durch Kathodenzerstäubung abgeschlagenen Kathodenatome dividiert durch die Zahl der auf die Kathode aufprallenden lonen. Grössere Sputterabtragungen der Kathode können nämlich die elektrischen Parameter der Gasentladung wie die Brennspannung und die Stromdichte nachteilig beeinträchtigen, beispielsweise durch Zerstörung einerfür die Gasentladung günstigen Oberflächenschicht. Bei elektrisch leitenden Niederschlägen besteht ferner die Gefahr von Kurzschlüssen in der Bildanzeigevorrichtung. Andererseits können dicke, elektrisch nicht-leitende Sputterniederschläge auf einer Anode oder auf Hilfsanoden zu deren Sperrung führen. Das Problem, Sputterniederschläge zu vermeiden, ist bereits aus der DE-A Nr. 2656621 bekannt.A number of requirements are imposed on a gas discharge suitable for these image display devices. A main requirement is to provide a suitable system of filling gas and electrodes which, on the one hand, enables a sufficiently electron-efficient gas discharge, but on the other hand prevents ignition in the electron post-acceleration space, which is under the same pressure as the gas discharge space, for example. In addition, the lowest possible and almost constant operating voltage should be required because this simplifies the electrical controllability of the screen. In addition, a small amount of sputtering, i.e. a small sputtering yield. The sputtering yield is understood to mean the number of cathode atoms knocked off by positive ions by sputtering divided by the number of ions hitting the cathode. Larger sputter removals of the cathode can adversely affect the electrical parameters of the gas discharge, such as the operating voltage and the current density, for example by destroying a surface layer which is favorable for the gas discharge. With electrically conductive precipitation there is also the risk of short-circuits in the image display device. On the other hand, thick, electrically non-conductive sputter deposits on an anode or on auxiliary anodes can lead to their blocking. The problem of avoiding sputter deposits is already known from DE-A No. 2656621.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Bildanzeigevorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der die genannten Forderungen zumindest weitgehend erfüllt sind. Insbesondere soll ein System aus Gasentladungsplasma und Kathode vorgesehen sein, das nur zu einer geringen Sputterausbeute führt und bei dem die unvermeidbaren Sputterniederschläge elektrisch nicht-leitend sind. Ausserdem sollen sich die elektrischen Parameter der Gasentladung während einer geforderten Lebensdauer von etwa 5000 Betriebs/h oder mehr nicht wesentlich ändern.The object of the present invention is to provide an image display device of the type mentioned at the outset, in which the above-mentioned requirements are at least largely met. In particular, a system of gas discharge plasma and cathode is to be provided which leads to only a low sputtering yield and in which the unavoidable sputtering deposits are electrically non-conductive. In addition, the electrical parameters of the gas discharge should not change significantly during a required service life of approximately 5000 operating hours or more.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Kathode während der Gasentladung ständig mit einer dünnen Schicht eines Aluminiumoxids überzogen ist, das entweder gegenüber der Wasserstoffgasentladung resistent ist oder dessen nicht-resistente Teile auf der Kathodenoberfläche mit Hilfe eines Zusatzes in dem Gasentladungsraum zu dem Oxid zurückgebildet werden.This object is achieved according to the invention in that the cathode is constantly coated with a thin layer of aluminum oxide during the gas discharge, which is either resistant to the hydrogen gas discharge or its non-resistant parts on the cathode surface are converted back to the oxide with the aid of an additive in the gas discharge space will.

Unter einer gegenüber der Wasserstoffgasentladung resistenten Aluminiumoxidschicht ist dabei eine Schicht zu verstehen, die von dem Wasserstoffplasma nicht oder nur sehr wenig abgesputtert wird und die ausserdem keine oder höchstens eine im Rahmen der geforderten Lebensdauer vernachlässigbar geringe chemische Reaktion mit dem Plasma und gegebenenfalls seinen Verunreinigungen eingeht.An aluminum oxide layer that is resistant to the hydrogen gas discharge is to be understood as a layer that is not or only sputtered by the hydrogen plasma and that also undergoes no or at most a negligible chemical reaction with the plasma and possibly its impurities within the required service life.

Die Verwendung von Wasserstoff bei der Bildanzeigevorrichtung gemäss der Erfindung führt zu einer Reihe von Vorteilen. So lässt sich beispielsweise in der vorgesehenen Wasserstoffatmosphäre eine verhältnismässig grosse Spannungsfestigkeit in einem Elektronennachbeschleunigungsraum erreichen. Ausserdem ist die Stromergiebigkeit der Gasentladung, d.h. die Stromdichte auf der Kathode verhältnismässig gross. Da ferner Wasserstoff ein leichtes Gas mit einem kleinen Atomgewicht ist, kann von den in der Gasentladung ionisierten Gasteilchen nur eine entsprechend geringe Sputterwirkung auf die Kathodenoberfläche ausgeübt werden.The use of hydrogen in the image display device according to the invention leads to a number of advantages. For example, a relatively high dielectric strength can be achieved in an electron post-acceleration space in the intended hydrogen atmosphere. In addition, the current yield of the gas discharge, i.e. the current density on the cathode is relatively large. Furthermore, since hydrogen is a light gas with a small atomic weight, only a correspondingly small sputtering effect can be exerted on the cathode surface by the gas particles ionized in the gas discharge.

Aluminium als Kathodenmaterial ist an sich im Hinblick auf die Sputterresistenz günstig, weil das Oxid, mit dem seine Oberfläche stets überzogen ist, eine hohe Sublimationsenergie hat und nur eine verhältnismässig geringe Brennspannung erfordert. Ausserdem entstehen mit Aluminiumkathoden zunächst sehr hochohmige Niederschläge aus Aluminiumoxid. Es hat sich jedoch gezeigt, dass je nach Präparationsbedingungen die Brennspannung eines mit Wasserstoff gefüllten Gasentladungsraumes mit Aluminiumkathode von ursprünglich etwa 200 V nach einerverhältnismässig kurzen Betriebsdauer von einigen Tagen auf einen Wert von über 300 V ansteigt. Einige Zeit nach diesem Anstieg ist ein leitender metallischer Sputterniederschlag auf der als Anode für die Gasentladung dienenden Elektrode zu beobachten. Es wurde erkannt, dass als Ursache für diesen Spannungsanstieg eine chemische Veränderung der Kathodenoberfläche, insbesondere die Entstehung metallischen Aluminiums anzusehen ist, das sich auf der ursprünglich oxidbedeckten Aluminiumkathode ausgebildet hat. Für diese Metall - schicht gibt es verschiedene Ursachen. So kann zum einen die ursprüngliche Aluminiumoxidschicht zumindest auf einem Teil der Kathode, z.B. am Rand, verbraucht, d.h. durch den lonenbeschuss der Gasentladung entfernt sein. An diesen Stellen wird dann metallisches Aluminium abgesputtert, das sich auf noch eventuell oxidierte Aluminiumoberflächenteile niederschlägt, und es tritt gleichzeitig eine Erhöhung der Brennspannung auf. Zum anderen besteht die Gefahr, dass noch vorhandenes Oxid oberflächlich durch das Wasserstoffplasma zu reinem Metall oder zu Aluminiumhydroxid umgewandelt wird. Auch Reaktionen des Aluminiums mit Gasverunreinigungen wie z.B. Methan sind möglich. Diese bei Verwendung von Wasserstoff auftretenden Schwierigkeiten werden gemäss der Erfindung dadurch umgangen, dass dafür gesorgt ist, dass die Aluminiumkathode während der Gasentladung ständig mit einer gegenüber der Wasserstoffgasentladung resistenten Aluminiumoxidschicht vollständig überzogen ist. Auf diese Weise lässt sich ein metallischer Aluminiumniederschlag vermeiden und eine weitgehend stabile Gasentladung während der geforderten Zeitdauer erreichen.Aluminum as a cathode material is inherently favorable in terms of sputter resistance because the oxide with which its surface is always coated has a high sublimation energy and requires only a relatively low operating voltage. In addition, aluminum cathodes initially produce very high-resistance precipitates from aluminum oxide. However, it has been shown that, depending on the preparation conditions, the internal voltage of a hydrogen-filled gas discharge space with an aluminum cathode originally increases from approximately 200 V to a value of more than 300 V after a relatively short operating period of a few days. Some time after this rise, a conductive metallic sputter deposit can be observed on the electrode that serves as the anode for the gas discharge. It was recognized that the cause of this voltage increase is a chemical change in the cathode surface, in particular the formation of metallic aluminum, which was formed on the originally oxide-covered aluminum cathode. There are various causes for this metal layer. On the one hand, the original aluminum oxide layer can be used up at least on part of the cathode, for example at the edge, ie it can be removed by ion bombardment of the gas discharge. Metallic aluminum is then sputtered at these points, which is deposited on any oxidized aluminum surface parts, and an increase in the internal voltage occurs at the same time. Second, there is still a risk that Existing oxide is superficially converted to pure metal or aluminum hydroxide by the hydrogen plasma. Reactions of aluminum with gas impurities such as methane are also possible. According to the invention, these difficulties which occur when using hydrogen are avoided by ensuring that the aluminum cathode is constantly completely covered with an aluminum oxide layer which is resistant to the hydrogen gas discharge during the gas discharge. In this way, a metallic aluminum deposit can be avoided and a largely stable gas discharge can be achieved during the required period of time.

Gemäss weiterer Ausgestaltung der Bildanzeigevorrichtung nach der Erfindung kann vorteilhaft in dem Gasentladungsraum eine geringe Menge eines das Aluminium oxidierenden Gases vorhanden sein. Dieses oxidierende Gas kann beispielsweise durch Reaktion des Wasserstoffs mit einer weiteren zugesetzten Substanz gebildet sein. Eine andere Möglichkeit besteht darin, in dem Gasentladungsraum einen Körper vorzusehen, der durch seinen Zerfall für einen ausreichenden Partialdruck des oxidierenden Gases sorgt. Dieses dann im Füllgas vorhandene oxidierende Gas kann auftretendes metallisches Aluminium sofort oxidieren bzw. die durch Absputtern verbrauchte Oxidschicht neu bilden. Es lässt sich so die unerwünschte Instabilität der elektrischen Daten der Gasentladung in dem geforderten Zeitraum zumindest weitgehend unterdrücken.According to a further embodiment of the image display device according to the invention, a small amount of a gas oxidizing the aluminum can advantageously be present in the gas discharge space. This oxidizing gas can be formed, for example, by reaction of the hydrogen with a further added substance. Another possibility is to provide a body in the gas discharge space, which due to its decay ensures a sufficient partial pressure of the oxidizing gas. This oxidizing gas, which is then present in the filling gas, can immediately oxidize occurring metallic aluminum or regenerate the oxide layer used up by sputtering. In this way, the undesired instability of the electrical data of the gas discharge can be at least largely suppressed in the required period.

Ferner ist es besonders vorteilhaft, eine Kathode zu verwenden, die vor der Gasentladung in der Wasserstoffatmosphäre einer kathodischen Glimmbehandlung in einer Sauerstoffatmosphäre unterzogen worden ist. Mit der Glimmbehandlung kann nämlich ein Sauerstoffvorrat in Bauteile der Gasentladungsstrecke eingebaut werden, der bei der anschliessenden Gasentladung in der Wasserstoffatmosphäre zur Oxidation metallischen Aluminiums bzw. zur Neubildung von verbrauchtem Aluminiumoxid zur Verfügung steht. Ausserdem ist das so gebildete Oxid besonders sputterresistent. Ein weiterer Vorteil der Sauerstoffbeglimmung besteht in einer Reinigung der Oberflächen im Gasentladungsraum, diez.B. eine unerwünschte Methanbildung in der Wasserstoffentladung weitgehend verhindert.Furthermore, it is particularly advantageous to use a cathode which has undergone a cathodic glow treatment in an oxygen atmosphere before the gas discharge in the hydrogen atmosphere. With the glow treatment, an oxygen supply can be built into components of the gas discharge path, which is available for the subsequent gas discharge in the hydrogen atmosphere for the oxidation of metallic aluminum or for the new formation of used aluminum oxide. In addition, the oxide formed in this way is particularly sputter-resistant. Another advantage of oxygen flow control is the cleaning of the surfaces in the gas discharge space, which e.g. an unwanted formation of methane in the hydrogen discharge largely prevented.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Plasma-Bildanzeigevorrichtung nach der Erfindung gehen aus den restlichen Unteransprüchen hervor.Further advantageous embodiments of the plasma image display device according to the invention emerge from the remaining subclaims.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen und der Zeichnung noch weiter erläutert. Dabei zeigt Fig. 1 in einem Diagramm die zeitliche Änderung der Brennspannung einer Gasentladungseinrichtung bei Verwendung einer an sich bekannten Aluminiumkathode, während in den Fig. 2 und 3 in entsprechenden Diagrammen die zeitliche Änderung der Brennspannung für Kathoden von Plasma-Bildanzeigevorrichtungen gemäss der Erfindung veranschaulicht ist. Ausserdem ist in den Diagrammen der Fig. 1 und 2 die zeitliche Abnahme des Querwiderstandes zwischen Teilen der Anoden der Gasentladungseinrichtungen wiedergegeben.The invention is explained in more detail below on the basis of exemplary embodiments and the drawing. 1 shows in a diagram the change over time in the operating voltage of a gas discharge device when using an aluminum cathode known per se, while in FIGS. 2 and 3 the corresponding change in the operating voltage for cathodes of plasma image display devices according to the invention is illustrated in corresponding diagrams . In addition, the diagrams of FIGS. 1 and 2 show the decrease in the transverse resistance over time between parts of the anodes of the gas discharge devices.

Zum Aufbau einer Plasma-Bildanzeigevorrichtung mit flachem Bildschirm nach der Erfindung wird vom Aufbau bekannter Bildanzeigevorrichtungen ausgegangen. Die Leuchtphosphore des Bildschirmes sollen über Elektronen oder auch über Photonen angeregt werden, die jeweils mit Hilfe einer Gasentladung erzeugt werden. Die Vorrichtung enthält deshalb ein gasdichtes Gehäuse, in dessen Innenraum, der mit Wasserstoff unter einem vorbestimmten Druck gefüllt ist, zwischen mindestens einer grossflächigen Kathode und weiteren, als Hilfsanode dienenden Elektroden die Gasentladung hervorgerufen wird. Die flächenhafte Kathode, die auch unterteilt sein kann, soll dabei im wesentlichen aus Aluminium, das gegebenenfalls geringe Mengen noch weiterer Elemente enthalten kann, bestehen. In der Gasentladung wird durch den Aufprall positiver Ionen auf die Kathode einerseits für eine Nachlieferung von Elektronen gesorgt, die für die Aufrechterhaltung der Entladung notwendig sind. Andererseits entsteht dabei jedoch das Problem, dass dabei auch Kathodenmaterial losgeschlagen wird, das sich an anderen Oberflächenteilen, z.B. an anderen Elektroden oder an den Innenwandungen des Gehäuses, niederschlägt und dort Kurzschlüsse zwischen benachbarten Leiterbahnen hervorrufen bzw. bei nicht-leitenden Niederschlägen den Stromdurchgang sperren kann. Ausserdem kann sich die Kathodenoberfläche durch Abtragung ihrer Oxidschicht oder durch Reaktion mit dem Wasserstoffgas oder seinen Verunreinigungen im Laufe der Zeit ebenfalls chemisch ändern und als Folge davon zumindest lokale Veränderungen der Brennspannung und Stromdichte verursachen. Sowohl die Kathodenzerstäubung als auch die Veränderung der Gasentladungscharakteristik wirkt sich nachteilig auf die Funktionsfähigkeit der Bildanzeigevorrichtung, insbesondere auf ihre Lebensdauer aus. Anhand der folgenden beiden Ausführungsbeispiele von Gasentladungseinrichtungen sind diese Schwierigkeiten noch weiter erläutert.For the construction of a plasma image display device with a flat screen according to the invention, the structure of known image display devices is assumed. The luminous phosphors of the screen are to be excited by electrons or also by photons, which are each generated with the aid of a gas discharge. The device therefore contains a gas-tight housing, in the interior of which is filled with hydrogen under a predetermined pressure, the gas discharge is caused between at least one large-area cathode and further electrodes serving as auxiliary anode. The flat cathode, which can also be subdivided, should consist essentially of aluminum, which may contain small amounts of other elements. In the gas discharge, the impact of positive ions on the cathode, on the one hand, ensures that electrons are subsequently supplied, which are necessary for maintaining the discharge. On the other hand, however, the problem arises that cathode material is also stripped off, which adheres to other surface parts, e.g. on other electrodes or on the inner walls of the housing, causing short circuits between adjacent conductor tracks or blocking the passage of current in the case of non-conductive precipitation. In addition, the cathode surface can also change chemically in the course of time by removing its oxide layer or by reaction with the hydrogen gas or its impurities and, as a result, cause at least local changes in the operating voltage and current density. Both the sputtering and the change in the gas discharge characteristic have a disadvantageous effect on the functionality of the image display device, in particular on its service life. These difficulties are explained in more detail using the following two exemplary embodiments of gas discharge devices.

Ausführungsbeispiel 1:Example 1:

Diese allgemein bei Verwendung von Aluminiumkathoden für wasserstoffgefüllte Gasentladungseinrichtungen beobachteten Schwierigkeiten sind aus den im Diagramm der Fig. 1 wiedergegebenen Kurven ersichtlich. Auf einer Ordinate dieses Diagramms ist zum einen die Brennspannung UB in Volt zwischen zwei Entladungselektroden einer gasdichten, wasserstoffgefüllten Gasentladungsstrecke und auf der Abszisse die Brenndauer t der Gasentladung in Tagen aufgetragen. Zum anderen ist auf einer weiteren Ordinate noch der Querwiderstand Ra in Ohm zwischen den Leiterbahnen einer streifenförmig unterteilten Anode vermerkt. Gemäss dem Ausführungsbeispiel, für das sich der aus dem Diagramm entnehmende Kurvenverlauf ergibt, soll die Gasentladung ununterbrochen bei einem Wasserstoffdruck von etwa 2 mbar betrieben werden. Als Kathodenmaterial ist technisches Aluminium gemäss der DIN-Bezeichnung AL99/F11 vorgesehen, das stets mit einer dünnen natürlichen Oxidschicht von einigen Nanometern Dicke überzogen ist. Die Kathode ist geätzt und 16 h bei 300° C unter ständigem Abpumpen erhitzt. Die Anode enthält parallele streifenförmige Leiterbahnen aus jeweils einer Nickelschicht über einer Kupferschicht auf einer Glasunterlage. Die Streifen sind jeweils etwa 50 µm voneinander beabstandet und etwa 15 cm lang. Wie der mit UB gekennzeichneten Kurve des Diagramms zu entnehmen ist, kann die Brennspannung UB nur für eine beschränkte Zeit auf einem Wert von etwa 200 V gehalten werden. Die Brennspannung UB der Aluminiumkathode steigt also nach einigen Tagen auf einen Wert von über 300 V an, der aber ebenfalls nicht stabil ist, sondern langsam weiter zunimmt. Der Spannungsanstieg kann auf metallisches Aluminium zurückgeführt werden, das sich auf der ursprünglich mit der dünnen Oxidschicht bedeckten Aluminiumkathode ausbildet. Mit dem Ansteigen der Brennspannung UB ist, wie aus dem Verlauf der mit Ro gekennzeichneten Kurve zu entnehmen ist, gleichzeitig eine Abnahme des Querwiderstandes RQ zwischen den galvanisch getrennten Anodenstreifen verbunden. Diese Querwiderstandsabnahme wird durch metallisches Aluminium hervorgerufen, das sich auf der Anode niederschlägt.These difficulties, which are generally observed when using aluminum cathodes for hydrogen-filled gas discharge devices, can be seen from the curves shown in the diagram in FIG. 1. The ordinate of this diagram shows the operating voltage U B in volts between two discharge electrodes of a gas-tight, hydrogen-filled gas discharge path and the burning time t of the gas discharge in days on the abscissa. On the other hand nor the shunt resistor R a is indicated in ohms between the conductor tracks of a strip-shaped divided anode on a further ordinate. According to the exemplary embodiment, for which the curve profile shown in the diagram results, the gas discharge should be operated continuously at a hydrogen pressure of approximately 2 mbar. As cathodes Technical aluminum is provided in accordance with the DIN designation AL99 / F11, which is always covered with a thin natural oxide layer of a few nanometers in thickness. The cathode is etched and heated for 16 h at 300 ° C with constant pumping. The anode contains parallel strip-shaped conductor tracks, each made of a nickel layer over a copper layer on a glass base. The strips are each about 50 microns apart and about 15 cm long. As can be seen from the curve marked U B in the diagram, the operating voltage U B can only be kept at a value of approximately 200 V for a limited time. The burning voltage U B of the aluminum cathode thus rises to a value of more than 300 V after a few days, which, however, is also not stable, but slowly increases. The voltage increase can be attributed to metallic aluminum, which is formed on the aluminum cathode originally covered with the thin oxide layer. As the internal voltage U B rises, a decrease in the transverse resistance R Q between the galvanically isolated anode strips is simultaneously connected, as can be seen from the curve marked R o . This decrease in transverse resistance is caused by metallic aluminum, which is deposited on the anode.

Ausführungsbeispiel 2:Example 2:

Ein entsprechender Kurvenverlauf wird auch dann beobachtet, wenn die natürliche Oxidschicht auf den Aluminiumkathoden durch anodische Oxidation nasschemisch oder in einer Sauerstoffentladung noch weiter verstärkt worden ist. Durch das Wasserstoffplasma der Gasentladung wird nämlich dieses Oxid zumindest teilweise zu metallischem Aluminium reduziert.A corresponding curve profile is also observed when the natural oxide layer on the aluminum cathodes has been further reinforced by anodic oxidation by wet chemical means or in an oxygen discharge. This oxide is at least partially reduced to metallic aluminum by the hydrogen plasma of the gas discharge.

Bei der Plasma-Bildanzeigevorrichtung gemäss der Erfindung ist deshalb dafür gesorgt, dass die Kathode während der Gasentladung ständig mit einer dünnen Schicht eines Aluminiumoxids überzogen ist, so dass die Kathodenoberfläche gegenüber der Wasserstoffgasentladung praktisch resistent erscheint. Möglichkeiten zur Gewährleistung solcher gasentladungsresistenter Oxidschichten sind in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen erläutert.In the plasma image display device according to the invention, it is therefore ensured that the cathode is constantly coated with a thin layer of aluminum oxide during the gas discharge, so that the cathode surface appears practically resistant to the hydrogen gas discharge. Possibilities for ensuring such gas discharge-resistant oxide layers are explained in the exemplary embodiments below.

Gemäss diesen Ausführungsbeispielen ist eine ununterbrochene Gasentladung zwischen den Entladungselektroden vorgesehen. Bei einer Verwendung entsprechender Gasentladungseinrichtungen in Plasma-Bildanzeigevorrichtungen wird hingegen eine Kathodenstelle immer nur intermittierend belastet. So tritt nach einer Brenndauer von einigen Millisekunden eine Betriebspause ein, die im allgemeinen etwa 10mal länger als die Brenndauer ist. Es wurde festgestellt, dass dann die Lebensdauer der Gasentladungseinrichtung, d.h. die Brenndauer bis zu dem unerwünschten Spannungsanstieg der Brennspannung UB, dementsprechend etwa 1 Omal so lang anzusetzen ist wie die gemäss den Ausführunqsbeispielen zu ermitteinden Brenndauern bei einem permanenten Brennen der Gasentladung.According to these exemplary embodiments, an uninterrupted gas discharge is provided between the discharge electrodes. When appropriate gas discharge devices are used in plasma image display devices, on the other hand, a cathode point is only ever intermittently loaded. After a burning time of a few milliseconds, there is a break in operation, which is generally about 10 times longer than the burning time. It was found that the service life of the gas discharge device, ie the burning time up to the undesirable voltage rise in the burning voltage U B , must accordingly be set about 10 times as long as the burning times to be determined according to the exemplary embodiments in the event of a permanent burning of the gas discharge.

Ausführungsbeispiel 3:Example 3:

Die Gasentladungseinrichtung enthält eine Anode aus eng benachbarten, streifenförmigen Ni-Cu-Schichten gemäss dem Ausführungsbeispiel, das den Kurven des Diagramms in Fig. 1 zugrunde gelegt ist. Die Kathode besteht aus Aluminium hoher Reinheit (99,98%) und ist geätzt sowie an Luft 5 h lang bei 300° C oxidiert, so dass sie mit einer dichten Aluminiumoxidschicht überzogen ist. In den Gasentladungsraum ist eine geringe Menge von 0,2 g γ-Al2O3 eingebracht. Diese Substanz kann zum Trocknen einer Atmosphäre benutzt werden und gibt umgekehrt bei sehr kleinem H20-Partialdruck Wasser ab. Nach Evakuierung lässt man in den Gasentladungsraum Wasserstoff bis zu einem Druck von 2,66 mbar einströmen und zündet anschliessend die Gasentladung. Wird nun durch die Gasentladung die Oxidschicht auf der Aluminiumkathode an einer Stelle so weit abgebaut, dass metallisches Aluminiumabgesputtert werden könnte, so bildet sich an dieser Stelle mit dem in der Wasserstoffatmosphäre vorhandenen oxidierenden Gas, nämlich dem Wasser, sofort wieder neues Aluminiumoxid. Durch diese Zugabe einer solchen wasserabgebenden Substanz lässt sich die Lebensdauer der Gasentladungseinrichtung beträchtlich steigern. Im Diagramm der Fig. 2, dessen Koordinaten UB, Ra und t wie im Diagramm nach Fig. 1 gewählt sind, ist der zeitliche Verlauf der Brennspannung UB sowie der Querwiderstand an der Anode einer entsprechenden Gasentladungseinrichtung durch die mit UB bzw. Ra gekennzeichneten Kurven wiedergegeben. Wie aus dem Verlauf der UB-Kurve der Diagramms hervorgeht, tritt ein steiler Anstieg der Brennspannung UB erst nach einer ununterbrochenen Brenndauer der Gasentladung von 84 d auf. Nach dem Spannungsanstieg ist ein starker Abfall des Querwiderstandes Ra zwischen den eng benachbarten Teilen der Anode zu beobachten.The gas discharge device contains an anode made of closely adjacent, strip-shaped Ni-Cu layers according to the exemplary embodiment, which is the basis of the curves of the diagram in FIG. 1. The cathode is made of high purity aluminum (99.98%) and is etched and oxidized in air for 5 hours at 300 ° C so that it is covered with a dense aluminum oxide layer. A small amount of 0.2 g γ-Al 2 O 3 is introduced into the gas discharge space. This substance can be used to dry an atmosphere and, conversely, releases water at a very low H 2 0 partial pressure. After evacuation, hydrogen is allowed to flow into the gas discharge space up to a pressure of 2.66 mbar and the gas discharge is then ignited. If, as a result of the gas discharge, the oxide layer on the aluminum cathode is broken down at one point to such an extent that metallic aluminum could be sputtered, new aluminum oxide immediately forms again at this point with the oxidizing gas present in the hydrogen atmosphere, namely the water. By adding such a water-releasing substance, the service life of the gas discharge device can be increased considerably. In the diagram of Fig. 2 whose coordinates U B, R a and t in the diagram of FIG. Are selected 1, the time course of the operating voltage U B and the transverse resistance of the anode of a corresponding gas-discharge means by the U B or R a marked curves reproduced. As can be seen from the course of the U B curve of the diagram, a steep rise in the operating voltage U B only occurs after an uninterrupted burning time of the gas discharge of 84 d. After the rise in voltage, a strong drop of the shunt resistance R a can be observed between the closely adjacent portions of the anode.

Ausführungsbeispiel 4:Example 4:

Bei einer dem Ausführungsbeispiel 3 weitgehend entsprechenden Gasentladungseinrichtung wird in deren Gasentladungsraum statt γ-AI2O3 als wasserabgebende Substanz KOH eingebracht. Es lässt sich damit eine Lebensdauer der Aluminiumkathode von über 160 d erreichen. Die Menge des zugegebenen KOH muss ebenso wie die des γ-AI2O3 dem Gasentladungssystem angepasst sein.In the case of a gas discharge device largely corresponding to embodiment 3, KOH is introduced into its gas discharge space instead of γ-Al 2 O 3 as the water-releasing substance. This enables the aluminum cathode to have a service life of over 160 d. The amount of KOH added, like that of γ-Al 2 O 3, must be adapted to the gas discharge system.

Ausführungsbeispiel 5:Example 5:

Statt einem Einbringen von H20-abgebenden Substanzen gemäss den Ausführungsbeispielen 3 und 4 in den Gasentladungsraum einer Gasentladungseinrichtung können auch oxidierende Gase, wie z.B. Sauerstoff, in einer vorbestimmten Menge direkt der Wasserstoffatmosphäre zugesetzt werden. Der im Diagramm der Fig. 3 wiedergegebene Kurvenverlauf ergibt sich für ein Ausführungsbeispiel einer Gasentladungseinrichtung mit einer O2-Zugabe. Die Koordinaten Us und t des Diagramms sind entsprechend Fig. 2 gewählt. Dem Kurvenverlauf ist zu entnehmen, dass bei einer H2-Gasentladungseinrichtung mit einem H2-Druck von 2 mbar die Brennspannung UB bereits nach etwa 2 d ansteigt, falls der Hz-Atmosphäre kein besonderes oxidierendes Gas zugesetzt wird. Gemäss dem Ausführungsbeispiel kann jedoch dieser Spannungsanstieg UB durch Zugabe von etwa 1 % Sauerstoff für weitere 14 d unterdrückt werden. Durch gezielte Zugabe einer geringen Menge an Sauerstoff aus einem Vorratsbehälter lässt sich also für einen längeren Zeitraum die Brennspannung auf einem niedrigeren Spannungswert stabilisieren.Instead of introducing H 2 0 -releasing substances according to working examples 3 and 4 into the gas discharge space of a gas discharge device, oxidizing gases, such as oxygen, can also be added directly to the hydrogen atmosphere in a predetermined amount. The curve shown in the diagram in FIG. 3 results for an off example of a gas discharge device with an O 2 addition. The coordinates U s and t of the diagram are chosen in accordance with FIG. 2. The course of the curve shows that, in the case of an H 2 gas discharge device with an H 2 pressure of 2 mbar, the operating voltage U B increases after only about 2 d if no particular oxidizing gas is added to the H z atmosphere. According to the exemplary embodiment, however, this voltage rise U B can be suppressed by adding about 1% oxygen for a further 14 d. By specifically adding a small amount of oxygen from a storage container, the operating voltage can be stabilized at a lower voltage value for a longer period.

Als Vorratsbehälter für den Sauerstoff kann beispielsweise eine Ampulle dienen, der über ein geeignetes Dosierventil durch manuelles Eingreifen, wie z.B. Knopfdruck, oder automatisch bei Erreichen eines vorgegebenen Wertes der Brennspannung eine vorbestimmte Menge an Sauerstoff entnommen wird.An ampoule, for example, can serve as a storage container for the oxygen, which can be activated manually by a suitable metering valve, e.g. At the push of a button, or a predetermined amount of oxygen is removed automatically when a predetermined value of the operating voltage is reached.

Ferner kann in dem Gasentladungsraum auch ein Körper angeordnet sein, dessen Material Sauerstoff gebunden hält und beispielsweise durch Anlegen eines thermischen Impulses etwas Sauerstoff abgibt. Der Wärmeimpuls kann wiederum bei Erreichen einer bestimmten Brennspannungsschwelle automatisch oder manuell ausgelöst werden. Ein geeignetes Material des Körpers ist z.B. Kupferoxid, mit dem bei seiner Erwärmung auf über 500° C Sauerstoffpartialdrucke erzeugt werden können, die grösser als 10-8 mbar sind.Furthermore, a body can also be arranged in the gas discharge space, the material of which holds oxygen bound and releases some oxygen, for example by applying a thermal pulse. The heat pulse can in turn be triggered automatically or manually when a certain burning voltage threshold is reached. A suitable material of the body is, for example, copper oxide may be generated with the when heated above 500 ° C oxygen partial pressures which are greater than 10 -8 mbar.

Wegen der grossen Affinität des Aluminiums zum Sauerstoff können jedoch auch andere sauerstoffhaltige Gase, z.B. CO2 oder H20, dosiert der Wasserstoffatmosphäre zugesetzt werden.Because of the great affinity of aluminum for oxygen, other oxygen-containing gases, for example CO 2 or H 2 O, can also be added in metered amounts to the hydrogen atmosphere.

Ausführungsbeispiel 6:Example 6:

Statt einer dosierten Zugabe von Sauerstoff in die Wasserstoffatmosphäre der Gasentladungseinrichtung gemäss Ausführungsbeispiel 4 kann aber auch Sauerstoff von in dem Gasentladungsraum befindlichen Kupfer- oder Kupferoxidteilen unter Mitwirken des Wasserstoffs ständig freigesetzt werden. Diese Teile können z.B. stromführende Teile einer Bildanzeigevorrichtung sein. Die Lösung einer ausreichenden Sauerstoffmenge in diesen Teilen kann vorteilhaft durch eine anodische Vorabbeglimmung in einer Sauerstoffatmosphäre erfolgen. Hierbei wird zweckmässig ein Sauerstoffdruck zwischen etwa 0,5 und 5 mbar, beispielsweise von 1 mbar, vorgesehen.Instead of a metered addition of oxygen into the hydrogen atmosphere of the gas discharge device according to embodiment 4, however, oxygen from copper or copper oxide parts located in the gas discharge space can also be continuously released with the participation of the hydrogen. These parts can e.g. live parts of an image display device. A sufficient amount of oxygen in these parts can advantageously be dissolved by anodic preliminary gluing in an oxygen atmosphere. An oxygen pressure between about 0.5 and 5 mbar, for example of 1 mbar, is expediently provided here.

Ausführungsbeispiel 7:Embodiment 7:

Ein Brennspannungsverlauf analog dem Kurvenverlauf im Diagramm der Fig. 2 ergibt sich auch für eine Gasentladungseinrichtung mit einer Nikkelanode und einer Kathode aus technischem Aluminium (AL99/F11), die druckstrahlgeläppt ist. Die Entladungsstrecke wird 16 h lang bei 300° C ausgeheizt. Ausserdem wird eine kathodische Beglimmung der Kathode bei Raumtemperatur in einer Sauerstoffatmosphäre bei einem Druck von 1 mbar etwa 3 mal 10 min lang vorgenommen. Zwischen den einzelnen Beglimmungsabschnitten wird der Gasentladungsraum evakuiert. Während der Glimmbehandlung beträgt die Stromdichte auf der Kathode etwa 2 mA/cm2, doch ist dieser Wert unkritisch. Mit einer solchen Vorbehandlung lässt sich zum einen ein ausreichender Sauerstoffvorrat in Bauteile der Gasentladungsstrecke einbauen und zum anderen eine besonders sputterresistente Oxidschicht auf der Kathode erzeugen. Der Wasserstoffdruck während der anschliessenden H2-Entladung beträgt etwa 2,7 mbar. Es lassen sich so Lebensdauern von Gasentladungseinrichtungen von über 110 d erreichen.A burning voltage curve analogous to the curve curve in the diagram in FIG. 2 also results for a gas discharge device with a nickel anode and a cathode made of technical aluminum (AL99 / F11), which is lapped with pressure jets. The discharge path is heated at 300 ° C. for 16 hours. In addition, cathodic cooling of the cathode is carried out at room temperature in an oxygen atmosphere at a pressure of 1 mbar for about 3 times 10 minutes. The gas discharge space is evacuated between the individual gluing sections. The current density on the cathode during the glow treatment is about 2 mA / cm 2 , but this value is not critical. With such a pretreatment, on the one hand an adequate oxygen supply can be built into components of the gas discharge path and, on the other hand, a particularly sputter-resistant oxide layer can be generated on the cathode. The hydrogen pressure during the subsequent H 2 discharge is approximately 2.7 mbar. In this way, lifetimes of gas discharge devices of over 110 d can be achieved.

Ausführungsbeispiel 8:Example 8:

In Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel 7 mit einer Beglimmung der Aluminiumkathode in einer Sauerstoffatmosphäre bei Raumtemperatur kann die Glimmbehandlung auch bei einer Temperatur von etwa 300° C durchgeführt werden. Bei Verwendung derart beglimmter Kathoden ergibt sich dann ein Kurvenverlauf in einem UB-t-Diagramm ähnlich dem nach Fig. 2. Die Lebensdauern derart präparierter Gasentladungseinrichtung betragen mindestens 240 d.In contrast to exemplary embodiment 7, with glow treatment of the aluminum cathode in an oxygen atmosphere at room temperature, the glow treatment can also be carried out at a temperature of approximately 300.degree. When using such glow-coated cathodes, there is then a curve in a U B -t diagram similar to that according to FIG. 2. The lifetimes of such gas discharge devices are at least 240 d.

Eine Absenkung der Beglimmungstemperatur auf etwa 150° C führt zwar zu einer Verkürzung der Lebensdauer, die jedoch immer noch oberhalb der allgemein geforderten Lebensdauer von 30 d liegt.Lowering the cooling temperature to around 150 ° C leads to a shortening of the service life, which is, however, still above the generally required service life of 30 d.

Ausführungsbeispiel 9:Embodiment 9:

Abweichend von der Vorbehandlung der Gasentladungseinrichtung nach dem Ausführungsbeispiel 8 kann auch mit einem Glühen in einer Sauerstoffatmosphäre, ohne dass eine Glimmentladung bewirkt wird, der unerwünschte Anstieg der Brennspannung während der geforderten Brenndauer verhindert werden. Mit einer entsprechenden dreimaligen Glühung bei 300° C während jeweils 10 min wird z.B. eine Lebensdauer von mindestens 110 d erreicht.Deviating from the pretreatment of the gas discharge device according to embodiment 8, the undesired increase in the operating voltage during the required burning time can also be prevented by glowing in an oxygen atmosphere without causing a glow discharge. With a corresponding three times annealing at 300 ° C for 10 min each, e.g. has a lifespan of at least 110 d.

Bei der Kathode der Plasma-Bildanzeigevorrichtung nach der Erfindung besteht darüber hinaus bezüglich einer Variation der Betriebsbedingungen ihrer Gasentladungseinrichtung eine gute Stabilität. So ist beispielsweise eine Verdoppelung des Wasserstoffdruckes unschädlich. Zweckmässig wird ein Druck zwischen 0,5 und 5 mbar, vorzugsweise zwischen 1,5 und 3 mbar, vorgesehen. Ferner kann ein Arbeitspunkt der Gasentladung gewählt werden, der leicht im anomalen Bereich liegt. Im allgemeinen entsprechen die Betriebsbedingungen jedoch einer Glimmentladung mit normalem Kathodenfall. Auch das Ausgangsmaterial der Aluminiumkathode ist nicht kritisch. Gegebenenfalls sind auch Kathoden aus technischen Aluminiumlegierungen oder aus Galvano-Aluminium verwendbar, insbesondere, wenn diese noch gemäss den Ausführungsbeispielen 7 und 8 einer kathodischen Glimmbehandlung in einer Sauerstoffatmosphäre unterzogen werden. Ausserdem kann man statt druckstrahlgeläppten auch gebürstete AI-Oberflächen verwenden.The cathode of the plasma image display device according to the invention also has good stability with regard to a variation in the operating conditions of its gas discharge device. For example, doubling the hydrogen pressure is harmless. A pressure between 0.5 and 5 mbar, preferably between 1.5 and 3 mbar, is expediently provided. Furthermore, an operating point of the gas discharge can be selected which is slightly in the anomalous range. In general, however, the operating conditions correspond to a glow discharge with a normal cathode drop. The starting material of the aluminum cathode is also not critical. If appropriate, cathodes made of technical aluminum alloys or galvano-aluminum can also be used, in particular if they are still subjected to cathodic glow treatment in an oxygen atmosphere in accordance with working examples 7 and 8. In addition, you can also use brushed AI surfaces instead of pressure-jet lapped.

In den Ausführungsbeispielen 3 bis 9 ist jeweils nur eine Möglichkeit zur Gewährleistung bzw. Ausbildung einer gegenüber der Wasserstoffentladung resistenten Oxidschicht auf der Kathode beschrieben. Bei der Plasma-Bildanzeigevorrichtung nach der Erfindung können selbstverständlich auch mehrere dieser Möglichkeiten zugleich vorgesehen sein.In each of the exemplary embodiments 3 to 9, only one possibility for ensuring or forming an oxide layer on the cathode that is resistant to the hydrogen discharge is described. In the plasma image display device according to the invention, several of these possibilities can of course also be provided at the same time.

Claims (20)

1. Plasma image display device having a gas- tight housing, the interior of which forms a gas discharge chamber which is filled with hydrogen at a predetermined pressure and in which an electron- and/or photon-generating gas discharge takes place between at least one cathode of aluminium and possibly a small number of further elements, and at least one further electrode, and means for triggering the image spots of a flat screen, characterised in that during the gas discharge the cathode is constantly covered with a thin coating of aluminium oxide which is either resistant to the hydrogen discharge or the non- resistant component of which on the cathode surface is re-converted to the oxide with the aid of an additive present in the gas discharge chamber.
2. An image display device according to claim 1, characterised in that a small amount of a gas which serves to oxidise aluminium is present in the gas discharge chamber.
3. An image display device according to claim 2, characterised by means for the dosed addition of the oxidising gas to the hydrogen atmosphere.
4. An image display device according to claim 3, characterised by an addition of the oxidising gas in dependence upon the operating voltage of the gas discharge.
5. An image display device according to one of claims 2 to 4, characterised by a body present in the gas discharge chamber which emits the oxidising gas or a gaseous component which reacts with the hydrogen to form the oxidising gas.
6. An image display device according to claim 5, characterised by an oxygen-emitting body consisting of copper or copper oxide in the gas discharge chamber.
7. An image display device according to claim 5 or claim 6, characterised by an absorption of oxygen by the body by means of an anodic-glow treatment in an oxygen atmosphere.
8. An image display device according to one of claims 5 to 7, characterised by an emission of oxygen into the gas discharge chamber as a result of a heating of the body.
9. An image display device according to claim 5, characterised in that the body consists of a water-emitting substance.
10. An image display device according to claim 9, characterised in that the substance consists of KOH or y-AI203.
11. An image display device according to one of claims 1 to 10, characterised by a cathodic-glow treatment of the cathode in an oxygen atmosphere prior to the ignition of the gas discharge in the hydrogen atmosphere.
12. An image display device according to claim 11, characterised by an oxygen atmosphere pressure of between 0.5 and 5 mbar.
13. An image display device according to claim 12, characterised by an oxygen pressure of about 1 mbar.
14. An image display device according to one of claims 11 to 13, characterised by a glow discharge at room temperature.
15. An image display device according to one of claims 11 to 13, characterised by a glow discharge at at least 150° C, preferably at least 250° C.
16. An image display device according to claim 15, characterised by a glow discharge at about 300° C.
17. An image display device according to one of claims 1 to 10, characterised by an annealing of the gas discharge chamber with the electrodes in an oxygen atmosphere prior to the ignition of the gas discharge in the hydrogen atmosphere.
18. An image display device according to claim 17, characterised by a repeated annealing of the gas discharge chamber at about 300° C.
19. An image display device according to one of claims 1 to 18, characterised by a gas discharge in a hydrogen atmosphere at a pressure of between 0.5 and 5 mbar.
20. An image display device according to claim 19, characterised by a hydrogen pressure of between 1.5 and 3 mbar.
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