EP0173217A1 - Vorrichtung zur Druckkonstanthaltung in Gasentladungsgefässen, insbesondere für flache Plasmabildschirme mit Elektronennachbeschleunigung - Google Patents

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EP0173217A1
EP0173217A1 EP85110381A EP85110381A EP0173217A1 EP 0173217 A1 EP0173217 A1 EP 0173217A1 EP 85110381 A EP85110381 A EP 85110381A EP 85110381 A EP85110381 A EP 85110381A EP 0173217 A1 EP0173217 A1 EP 0173217A1
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EP
European Patent Office
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glass
gas discharge
acceleration
glass container
helium
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP85110381A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Manfred Dr. Phys. Kobale
Peter Ing. Mammach
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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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
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J17/00—Gas-filled discharge tubes with solid cathode
    • H01J17/02—Details
    • H01J17/22—Means for obtaining or maintaining the desired pressure within the tube

Definitions

  • the invention relates to a device for keeping the pressure constant according to the preamble of claim 1.
  • the invention has for its object to provide a device for a gas discharge vessel in which the gas pressure is kept constant.
  • the pressure in a glass container, in which a He plasma preferably burns, positive ions being accelerated towards the cathode of the gas discharge vessel in the post-acceleration space, is kept constant.
  • the gas reservoir placed in the glass container has a gas permeability which is controllable with the temperature and thus preferably variable for helium, so that a subsequent supply of helium is guaranteed depending on the operating state.
  • Helium is used as the filling gas for the operation of a plasma display with post-acceleration.
  • the optimal filling pressure is 2.5 mbar.
  • the gas volume in a cell with a 12 "diagonal is about 1 dm 3.
  • a glass with low helium diffusion is used for the cell envelope (e.g. a soda-lime glass with approx. 15% alkalis).
  • the helium diffusion through such a glass envelope is so small that needs to be reckoned mbar in ten years only with a pressure drop ⁇ 0, the first Glass containing bloxide is used as the glass solder. which also has a low diffusion rate for helium.
  • the helium consumption increases significantly if the burning voltage is increased or if, as in the plasma screen, electron post-acceleration voltages of a few kilovolts occur and He ions are also accelerated in the direction of the control disk and implanted there.
  • electron post-acceleration voltages of a few kilovolts occur and He ions are also accelerated in the direction of the control disk and implanted there.
  • up to 1 mbar helium / 1000 hours of operating time of the screen are consumed.
  • a gas pressure of less than 2 mbar and more than 3 mbar is not permitted for the screen cell to operate properly. If the pressure is too low, the image contrast is reduced, if the pressure is too high, the dielectric strength decreases.
  • This helium permeability would easily suffice in a tube container (5 cm 3 content 1 mm wall thickness) filled with 1 bar helium to compensate for the implantation loss of helium in the lighted cell.
  • the pressure rise within this time may only be about 0.5 mbar. If quartz glass was used, the pressure would increase by about 5 mbar in one year.
  • the plasma screen cell shown in the figure essentially consists of a screen 5 which is provided with a control disk 6.
  • the plasma screen cell is closed off by a glass cap, in which the cathode 3, which is opposite the control disk 6 and is provided with the power supply 7, is arranged.
  • the glass container 1 is placed under this cathode 3.
  • the glass container 1 (glass ampoule) is preferably provided with a helix serving as a heater 2 made of thick-film conductor paste and is stimulated by the passage of current through the current supply 8.
  • the cathode holder 4 made of insulating material suitably consists of aluminum oxide ceramic.
  • the He implantation in the cathode 3 decreases somewhat with increasing time after long-term test measurements, it is sufficient to make the volume of the glass container 1 just so large that approximately two gas fillings (2 ⁇ 1 dm 3 , 2.5 mbar) can be supplied later .
  • This amount corresponds to a He dispenser volume of 14 x 4 x 100 mm3 with a glass thickness of 1 mm and a bar filling pressure.
  • the He permeation rate is controlled via the He pressure of the plasma screen cell.
  • the He pressure in turn, can be measured using the change in operating voltage.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Druckkonstanthaltung in Gasentladungsgefäßen, insbesondere für flache Plasmabildschirme mit Elektronennachbeschleunigung. Für das Gasentladungsgefäß soll eine Vorrichtung geschaffen werden, in der der Gasdruck konstant gehalten wird. Die Erfindung sieht hierzu vor, daß im Gasentladungsgefäß ein vorzugsweise mit Helium gefüllter Glasbehälter (1) angebracht ist, der zur Temperatursteuerung und damit variablen Gasdurchlässigkeit mit einer Heizung (2) versehen ist. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung findet insbesondere für flache Plasmabildschirme Verwendung.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Druckkonstanthaltung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Flache Plasmabildschirme mit Elektronennachbeschleunigung sind allgemein bekannt (man vergleiche z. B. die DE-OS 2412869).
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für ein Gasentladungsgefäß eine Vorrichtung zu schaffen, in der der Gasdruck konstant gehalten wird.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung zur Druckkonstanthaltung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand zusätzlicher Ansprüche 2 bis 6.
  • Mit der Erfindung wird erreicht, daß der Druck in einem Glasbehälter, in dem vorzugsweise ein He-Plasma brennt, wobei im Nachbeschleunigungsraum positive Ionen in Richtung auf die Kathode des Gasentladungsgefäßes beschleunigt werden, konstant gehalten wird.
  • Das in den Glasbehälter gegebene Gasreservoir weist dabei eine mit der Temperatur steuerbare und damit vorzugsweise für Helium variable Gasdurchlässigkeit auf, so daß eine Nachlieferung von Helium in Abhängigkeit vom Betnebszustand gewährleistet ist.
  • Weitere Einzelheiten der Erfindung sollen anhand eines Ausführungsbeispiels und in der Zeichnung dargestellten Figur näher erläutert werden.
    • Ausführungsbeispiel:
  • Für den Betrieb eines Plasmabildschirms mit Elektronennachbeschleunigung wird Helium als Füllgas verwendet. Der optimale Fülldruck ist 2,5 mbar. Das Gasvolumen bei einer Zelle mit 12" Diagonale ist etwa 1 dm3.
  • Um die Diffusion durch die Glaswand möglichst klein zu halten, wird für die Zellenhülle ein Glas mit geringer Heliumdiffusion verwendet (z. B. ein Natron-Kalk-Glas mit ca. 15 % Alkalien). Die Heliumdiffusion durch eine solche Glashülle ist so gering, daß in zehn Jahren nur mit einem Druckabfall < 0,1 mbar gerechnet werden braucht. Als Glaslot wird bleloxidhaltiges Glas verwendet. das ebenfalls eine geringe Diffusionsrate für Helium aufweist.
  • Wird in einer solchen Zelle eine Gasentladung gezündet, so entstehen He-lonen und Elektronen. He-lonen diffundieren gegenüber He-Atomen verstärkt in umliegende Oberflächen, so daß ein gewisser He-Verbrauch stattfindet. Der Hauptanteil des Helium wird in die Kathode implantiert. Bei einer Brennspannung von ca. 200 V und einem Strom von 100 µA/cm2 und einer Brenndauer von 10000 h werden ca. 0,5 mbar Helium verbraucht. Dieser Gasverbrauch ist für den Betrieb der Plasmabildschirmzelle noch akzeptabel.
  • Der Heliumverbrauch erhöht sich wesentlich, wenn die Brennspannung erhöht wird, oder wenn, wie im Plasmabildschirm Elektronennachbeschleunigungsspannungen von einigen Kilovolt auftreten und auch He-Ionen in Richtung Steuerscheibe beschleunigt und dort implantiert werden. Je nach Art der Plasmakathode und der Oberfläche der dem Nachbeschleunigungsraum zugewandten Steuerscheibe und der Höhe des Bildschirmstroms werden bis zu 1 mbar Helium/1000 Stunden Betriebsdauer des Bildschirms verbraucht.
  • Zum einwandfreien Betrieb der Bildschirmzelle ist ein Gasdruck unter 2 mbar und über 3 mbar nicht zulässig. Bei zu niedrigem Druck verringert sich der Bildkontrast, bei zu hohem Druck sinkt die Spannungsfestigkeit.
  • Aus diesen Ausführungen geht hervor, daß eine Gasnachlieferung unerläßlich ist.
  • Bekannt ist. daß Gläser mit sehr hohem SiO,- oder/und auch B,O,-Anteil ganz beträchtliche Heliumdurchlässigkeiten aufweisen. So ist z. B. die Gasdurchlässigkeit von Quarzglas bei 25 °C um den Faktor 104 größer als bei Natron-Kalk-Glas. Die Permeationsleitfähigkeit qperm von Quarzglas ist 7 . 10-5 mbar . 1/Sx mm/m2 bar.
  • Diese Heliumdurchlässigkeit würde bei einem Rohrbehälter (5 cm3 Inhalt 1 mm Wandstärke) gefüllt mit 1 bar Helium ohne weiteres ausreichen, um den lmplantationsverlust an Helium in der hellgeschalteten Zelle zu kompensieren.
  • Wird die Zelle allerdings nur gelagert, also kaum Helium verbraucht, so wird aus dem Vorratsgefäß zu viel Helium nachgeliefert. Da eine Lagerzeit vor Inbetriebnahme von einem Jahr ohne weiteres vorkommen kann, darf innerhalb dieser Zeit der Druckanstieg ungefähr nur 0,5 mbar ausmachen. Bei Verwendung von Quarzglas würde der Druckanstieg in einem Jahr etwa 5 mbar betragen.
  • Gläser mit niedrigerem SiO2+B2O2-Gehalt haben geringere He-Diffusion. So ist beim erdalkalifreiem Borosilikatglas der SiO2+B2O2-Gehalt ca. 93 %. Die Permeationsleitfähigkeit für He ist bei 25 °C
  • Figure imgb0001
    Dieser Wert ist so klem, daß der Druckanstieg in der Zelle in einem Jahr gerade noch toleriert werden kann. Die Nachlieferung für den hellgeschalteten Betneb wird gewährleistet. wenn das Spenderrohr auf 100 °C aufgeheizt wird. Die Permeationsleitfähigkeit von erdalkalifreiem Borosilikatglas liegt bei dieser Temperatur um nahezu zwei Zehnerpotenzen höher als bei Raumtemperatur. Die nötige Aufheizleistung für das Glasrohr beträgt ca. 3 Watt.
  • Bei dem in der Figur schematisch im Schnitt dargestellten Ausführungsbeispiel sind Teile. die nicht unbedingt zum Verständnis der Erfindung beitragen, weggelassen oder unbezeichnet.
  • Die in der Figur dargestellte Plasmaschirmzelle besteht im wesentlichen aus einem Bildschirm 5, der mit einer Steuerscheibe 6 versehen ist. Die Plasmaschirmzelle ist durch eine Glaskappe abgeschlossen, in der die der Steuerscheibe 6 gegenüberliegende mit der Stromzuführung 7 versehene Kathode 3 angeordnet ist. Unter dieser Kathode 3 ist der Glasbehälter 1 plaziert. Der Glasbehälter 1 (Glasampulle) ist vorzugsweise mit einer als Heizung 2 dienenden Wendel aus Dickschichtleiterpaste verse hen und wird durch Stromdurchgang über die Stromzuführung 8 geneizt. Der Kathodenhalter 4 aus Isoliermaterial besteht zweckmäßig aus Aluminiumoxidkeramik.
  • Da nach Dauerversuchsmessungen die He-Implantation in der Kathode 3 etwas mit zunehmender Zeit abnimmt, genügt es, das Volumen des Glasbehälters 1 gerade so groß zu machen, daß etwa zwei Gasfüllungen (2 x 1 dm3, 2,5 mbar) nachgeliefert werden können. Dieser Menge entspricht ein He-Spendervolumen von 14 x 4 x 100 mm3 bei einer Glasdicke von 1 mm sowie einem bar Fülldruck.
  • Die He-Permeationsrate wird über den He-Druck der Plasmaschirmzelle gesteuert. Der He-Druck wiederum ist meßtechnisch erfaßbar über die Brennspannungsänderung.

Claims (6)

1. Vorrichtung zur Druckkonstanthaltung in Gasentladungs gefäßen, insbesondere für flache Plasmabildschirme mit Elektronennachbeschleunigung, dadurch gekennzeichnet, daß im Gasentladungsgefäß ein vorzugsweise mit Helium gefüllter Glasbehälter (1) angebracht ist, der zur Temperatursteuerung und damit variablen Gasdurchlässigkeit mit einer Heizung (2) versehen ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß der Glasbehälter (1) aus einem Glas mit einem Si0,d/oder B,O,-Anteil besteht.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Glasbehälter (1) aus erdalkalifreiem Borosilikatglas besteht.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Glasbehälter (1) aus einem Natron-Kalk-Glas besteht.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß der Glasbehälter aus Quarzglas besteht.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß der Glasbehälter (1) mit einer Heizung (2) in Form einer Wendel aus Dickschichtleiterpaste umgeben ist.
EP85110381A 1984-08-31 1985-08-19 Vorrichtung zur Druckkonstanthaltung in Gasentladungsgefässen, insbesondere für flache Plasmabildschirme mit Elektronennachbeschleunigung Withdrawn EP0173217A1 (de)

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EP85110381A Withdrawn EP0173217A1 (de) 1984-08-31 1985-08-19 Vorrichtung zur Druckkonstanthaltung in Gasentladungsgefässen, insbesondere für flache Plasmabildschirme mit Elektronennachbeschleunigung

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JPS6161343A (ja) 1986-03-29
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Inventor name: KOBALE, MANFRED, DR. PHYS.

Inventor name: MAMMACH, PETER, ING.