EP1532648A2 - Herstellungsverfahren f r gasentladungsvorrichtung - Google Patents

Herstellungsverfahren f r gasentladungsvorrichtung

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Publication number
EP1532648A2
EP1532648A2 EP03740011A EP03740011A EP1532648A2 EP 1532648 A2 EP1532648 A2 EP 1532648A2 EP 03740011 A EP03740011 A EP 03740011A EP 03740011 A EP03740011 A EP 03740011A EP 1532648 A2 EP1532648 A2 EP 1532648A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
gas
discharge
chamber
discharge vessel
filling
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Withdrawn
Application number
EP03740011A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Lothar Hitzschke
Frank Vollkommer
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.)
Osram GmbH
Original Assignee
Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
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 Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH filed Critical Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
Publication of EP1532648A2 publication Critical patent/EP1532648A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J11/00—Gas-filled discharge tubes with alternating current induction of the discharge, e.g. alternating current plasma display panels [AC-PDP]; Gas-filled discharge tubes without any main electrode inside the vessel; Gas-filled discharge tubes with at least one main electrode outside the vessel
    • H01J11/20—Constructional details
    • H01J11/50—Filling, e.g. selection of gas mixture
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J9/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture, installation, removal, maintenance of electric discharge tubes, discharge lamps, or parts thereof; Recovery of material from discharge tubes or lamps
    • H01J9/38—Exhausting, degassing, filling, or cleaning vessels
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J9/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture, installation, removal, maintenance of electric discharge tubes, discharge lamps, or parts thereof; Recovery of material from discharge tubes or lamps
    • H01J9/24—Manufacture or joining of vessels, leading-in conductors or bases
    • H01J9/245—Manufacture or joining of vessels, leading-in conductors or bases specially adapted for gas discharge tubes or lamps
    • H01J9/247—Manufacture or joining of vessels, leading-in conductors or bases specially adapted for gas discharge tubes or lamps specially adapted for gas-discharge lamps
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J9/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture, installation, removal, maintenance of electric discharge tubes, discharge lamps, or parts thereof; Recovery of material from discharge tubes or lamps
    • H01J9/38—Exhausting, degassing, filling, or cleaning vessels
    • H01J9/395—Filling vessels

Definitions

  • the present invention relates to a manufacturing method for a gas discharge device, in particular a discharge lamp or a plasma display unit (PDP).
  • Gas discharge devices regularly have a discharge vessel for receiving a gaseous discharge medium.
  • a manufacturing process for gas discharge devices therefore necessarily includes the step of filling the discharge vessel with this gas filling and closing the discharge vessel.
  • the gas discharge device for example the discharge lamp after the
  • Manufacturing process is considered to be at least essentially completed with the closing of the discharge vessel. Of course, this does not preclude the substantially finished discharge lamp from being provided with electrodes, coated with reflective layers, connected to assembly devices, or processed in some other way after the discharge vessel has been closed. The manufacturing process within the meaning of the claims should, however, be considered to have been realized with the closing of the discharge vessel. State of the art
  • discharge vessels of discharge lamps or plasma display units are equipped with pump stems or other connections via which the discharge vessels can be pumped out and filled with the gas filling. These connections are usually sealed by fusing, after which protruding parts can be broken off or cut off.
  • the invention is particularly directed to gas discharge devices designed for dielectrically disabled discharges, and in particular to so-called flat radiators and to plasma display units.
  • the discharge vessel is flat and of a relatively large size in comparison with the thickness and has two essentially plane-parallel plates.
  • the plates do not have to be flat in the strict sense of the word, but can also be structured.
  • Flat spotlights are of particular interest for the backlighting of displays and monitors in liquid crystal technology (LCD).
  • LCD liquid crystal technology
  • plasma display units do not require backlighting because they are self-illuminating due to the generation of light by the gas discharge.
  • Plasma display units have recently been used, among other things, in TV sets.
  • Manufacturing processes are also known from the technical field of flat radiators or plasma display units, in which the discharge vessel is pumped out and filled in a so-called vacuum furnace.
  • the vacuum oven is an evacuable and heatable chamber.
  • Pumping out - like with conventional ones Pump rod solutions also - unwanted gases and adsorbates removed in order to keep the gas filling of the finished discharge lamp as pure as possible.
  • the invention is based on the problem of specifying a production method for a gas discharge device, in particular a discharge lamp and a plasma display unit, which is improved with respect to the step of filling and closing the discharge vessel.
  • the invention relates to a method for producing a gas discharge device, in particular a discharge lamp or a plasma display unit, in which a discharge vessel of the gas discharge device is filled with a gas filling and then sealed, characterized in that the discharge vessel is filled and sealed in a chamber which is flushed with the gas filling at excess pressure.
  • the invention is based on the knowledge that filling and closing steps carried out in appropriately designed chambers are preferable to solutions with pump stems or similar devices. In particular, they offer the possibility of simultaneously processing large numbers of discharge vessels. Otherwise, there are no boundary conditions for pumping and filling through a pump stem connection and for closing the Pump stem connection optimized discharge vessel structure. Instead, the design of the discharge vessel is largely free and all that is required is to handle the discharge vessel parts that are to be connected to one another for sealing, or to take the steps otherwise required for sealing.
  • a chamber is to be used in which the gas filling for the discharge vessel is present under excess pressure.
  • the chamber therefore does not have to be evacuable. Instead, unwanted residual gases are removed by purging the chamber.
  • the aim is to reduce the thermal inertia of the chamber and in particular the chamber walls and not to make them too thick. This can be achieved in that the overpressure according to the invention is not too great.
  • the invention also includes embodiments in which this excess pressure is up to, for example, 1 bar. However, it is preferred not to exceed 300 mbar or, more advantageously, not to exceed 100 mbar.
  • the chamber walls in the large areas are therefore preferably at most 8 mm, better at most 6 mm and, in the optimal case, at most 4 mm thick. Of course, profile structures can occur.
  • a favorable lower limit for the overpressure is 10 mbar and a preferred value for the lower limit is 50 mbar.
  • the invention provides for the chamber to be flushed with the gas filling.
  • This flushing can take place in that, due to a simple construction of the chamber, any existing leaks or deliberately provided openings as a result of the excess pressure allow the corresponding gas atmosphere to flow out and this is introduced into the chamber in order to maintain the excess pressure.
  • An alternative is to use an actual gas outlet line.
  • the fact that the excess pressure leads to an outflow from possible leaks or leaks is to be regarded as an essential advantage of the invention.
  • the chamber can be heated, that is, in the general sense, it is an oven.
  • the heating can expel adsorbates and impurities contained in certain components of the discharge vessel and also initiate other process steps, as will be explained in more detail below.
  • the heating may be necessary to close the discharge vessel.
  • the chamber is preferably completely heatable. This also eliminates the requirements for temperature-resistant seals, which conventionally lead to technical problems or a corresponding expenditure of time and money. For example, the flat contact between simple sealing surfaces is sufficient for sufficient tightness, since remaining leaks are unproblematic due to the internal overpressure of the chamber.
  • the chamber can also be open in the actual sense, that is to say allow the atmosphere inside the chamber to flow out not only through leaks but also through actual outlet openings. It has already been established that such an outlet opening can in particular also exist in a gas outlet line.
  • the chamber can also be forced-cooled. In this case, it is preferable to bring a cooling block into contact with the chamber, so that there is no actual passage of a cooling medium through the chamber itself.
  • the cooling block can e.g. be water cooled. As it is not heated to the high process temperatures in the chamber itself, water cooling is not a problem.
  • the cooling block can cool the chamber quickly and easily thanks to its flat contact with the chamber.
  • the discharge vessel In order to drive off organic contaminants, such as binder materials in so-called glass solders or phosphor and reflection layers, it may be advantageous to heat the discharge vessel in an oxygen-containing atmosphere, for example in air, before filling.
  • This atmosphere can be kept in a constant flow in order to remove the expelled impurities.
  • the discharge vessel can be flushed with an inert gas before filling and, if necessary, after heating in the oxygen-containing environment.
  • the gas mixture can also contain other gases, in particular noble gases, during the filling.
  • the discharge gas is preferably Xe.
  • the noble gas added can be, for example, Ne and / or He.
  • another gas in addition to the discharge gas, another gas can be present which has a Penning effect in relation to the discharge gas, that is to say it promotes ionization of the discharge gas via its own excitation.
  • a buffer gas can be added, which serves to achieve a desired total pressure during filling and in the finished, cooled discharge lamp at a predetermined target partial pressure of the discharge gas and, if appropriate, of the Penning gas.
  • the partial pressures and the total pressure during filling must always be set so that they reach the desired values at the expected operating temperatures of the discharge lamp.
  • partial pressures of 60-350 mbar, preferably 70-210 mbar and particularly preferably 80-160 mbar should preferably be selected (based on room temperature).
  • a noble gas freezing unit and / or collecting device for example, to the gas outlet line to the chamber in which a gas filling containing noble gases is used for filling, in order to be able to reuse at least some of the expensive noble gases. So that the noble gas freezing unit does not have to be too large or if it is missing, the noble gas flow can be stopped immediately after the discharge vessel has been closed. It is also possible to switch to a different gas atmosphere or gas flow, which is less expensive. It is preferably air.
  • the gases flowing into the chamber should essentially have the discharge vessel temperature present at that time. This means that the deviations in the temperatures should not be greater than +/- 100 K, preferably not greater than +/- 50 K, depending on the actual discharge vessel temperature.
  • the gases can be guided through a gas inlet line brought to the chamber temperature over a longer distance.
  • This gas inlet line can, for example, be drilled or milled into a solid part of the chamber and have a corresponding shape for extension, for example a meandering shape.
  • a particularly simple embodiment is preferred, in which the necessary process steps for heating, rinsing, filling and closing the discharge vessel take place in one and the same chamber.
  • This does not even necessarily have to include a conveyor. It is preferably not operated continuously, but rather loaded and emptied in batches.
  • the vacuum channel removes contaminants that could penetrate from the outside before they reach the interior of the chamber. On the other hand, it intensifies a counterflow of the gas present in the interior of the chamber at excess pressure, which further prevents the ingress of contaminants.
  • the vacuum channel can also be connected to a noble gas collecting or freezing device.
  • FIG. 1 shows a schematic sectional view through a system for producing a discharge lamp or a plasma display unit using the method according to the invention
  • FIG. 2 shows a schematic plan view of the system from FIG. 1.
  • Figure 1 shows the system according to the invention in a sectional view.
  • the system 1 shown there is essentially flat and corresponds to in the orientation of the flatness of the flat lamp discharge lamps or plasma display units to be produced, which are to be arranged in an interior 10 in a metal block 2.
  • the discharge lamps are brought individually or in small numbers into the chamber 10 in the system 1 from FIG. 1, a flat metal cover 3 being lifted off the chamber 10.
  • SF6 glass pieces are interposed between the base plate and the cover plate of each discharge lamp, which create a sufficient distance between the two plates so that the discharge space in the respective discharge vessels communicates with the space 10.
  • the metal cover 3 is then placed on top and thus closes the chamber 10 from the outside. Via a vacuum channel 6 shown in section, which opens towards the cover 3, the cover 3 can be sucked in and held firmly on the metal block 2.
  • the underside of the metal block 2 under the chamber 10 is a relatively thin metal wall 11 with a thickness of 3.5 mm. It is drawn a little thicker in FIG. 1 to clarify the heating device which will be explained later.
  • the metal cover 3 has a thickness of approximately 2 mm.
  • the chamber 10 is thus delimited by thin-walled system parts over the majority of its outer surfaces.
  • the metal block 2 can be heated overall, also in the area of the thin wall 11 under the chamber 10, by means of an electrical heater 4 shown in section, with only a low thermal inertia resulting in the area of the thin walls.
  • the cover 3 can in turn be heated by a symbolically indicated heater 8.
  • a gas can be introduced into the chamber 10 via a gas line 5 and an inlet E, which gas can leave the chamber 10 again via a line 9 and an outlet A.
  • the chamber 10 can therefore be flushed via lines 5 and 9.
  • the lines in each case meander in the metal block 2, as indicated by the double section through the line 5 and through the line 9, so that the line length within the metal block is lengthened and the gas flows preheated into the chamber 10 and against a certain flow resisted within line 9 leaves the chamber again.
  • This flow resistance can be generated by a suitably dimensioned cross section of the line 9 or also by a deliberately introduced obstacle (throttle).
  • a back pressure should therefore form in the chamber 10 during the rinsing.
  • the outlet A is connected to a rare gas freezing device in order to be able to recover the rare gases used for the gas filling.
  • the chamber can be heated with it, first flushed in an oxygen-containing atmosphere, namely dry air, then flushed with an inert gas, namely argon, and finally flushed with a mixture of He, Ne and Xe under an overpressure of 250 mbar.
  • Ne serves as Penning gas and buffer gas, He only as buffer gas.
  • the temperature in the chamber 10 rises to a temperature of approximately 500 ° C., so that the SF6 parts mentioned soften and the ceiling plate supported by you drops and is placed on the base plate.
  • There is already a glass solder (type 10045 from the manufacturer Ferro) that is so soft at this temperature that there is a tight adhesive bond between the two plates of the discharge vessel.
  • the noble gas flow can now be switched off and it can be switched to dry air for cooling.
  • a water-cooled cooling block (not shown) can be brought into flat contact with the underside of the metal block 2 in order to cool it down quickly by thermal conduction. Due to the flat geometry of the metal block 2 and in particular the thin walls of the wall 11 and the cover 3, the temperature in the chamber 10 drops relatively quickly. The discharge lamp in the chamber 10 or the plurality of discharge lamps contained therein can therefore be quickly removed again. Production is therefore carried out in batches.
  • the cover 3 While the cover 3 rests on the chamber 10, it is held by the vacuum in the vacuum channel 6 against the excess pressure in the chamber 10 and, if this is not sufficient, could also be fastened by means of mechanical clamps or by weighting.
  • the excess pressure in the chamber 10 leads to a permanent low Outflow of the gas atmosphere from the chamber 10 through the incompletely sealed contact surfaces between the cover 3 and the metal block 2 into the vacuum channel 6.
  • the vacuum channel 6 sucks off contaminants entering from outside, so that these cannot reach the chamber 10.
  • the combination of the purging process in the chamber 10 on the one hand and the excess pressure driving the contaminants outwards on the other hand ensures that the desired gas purity in the chamber 10 is produced quickly and thoroughly.
  • the vacuum channel 6 thus forms a closure device, a seal and a contamination barrier.
  • the chamber 10 can accommodate, for example, a 21 "lamp (42.7 cm x 32 cm). It then has internal dimensions of approximately 50 cm x 40 cm x 5 cm.
  • the vacuum channel 6 can be 10 mm wide and 4 mm deep, for example ,

Landscapes

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein neues Herstellungsverfahren für Gasentladungsvorrichtungen, insbesondere Entladungslampen oder Plasma-Anzeigeneinheiten, bei dem Entladungsgefäße in einer Kammer bei Überdruck mit der notwendigen Gasfüllung gespült werden.

Description

Herstellungsverfahren für Gasentladungsvorrichtung
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Herstellungsverfahren für eine Gasentladungsvorrichtung, insbesondere eine Entladungslampe oder eine Plasma- Anzeigeneinheit (PDP). Gasentladungsvorrichtungen weisen regelmäßig ein Entladungsgefäß zur Aufnahme eines gasförmigen Entladungsmediums auf. Ein Herstellungsverfahren für Gasentladungsvorrichtungen beinhaltet also zwangsläufig den Schritt des Befüllens des Entladungsgefäßes mit dieser Gasfüllung und des Nerschließens des Entladungsgefäßes .
In dieser Beschreibung wird davon ausgegangen, dass die Gasentladungsvorrichtung, beispielsweise die Entladungslampe nach dem
Nerschließen zumindest weitgehend fertiggestellt ist, weswegen das
Herstellungsverfahren schon mit dem Nerschließen des Entladungsgefäßes als zumindest im wesentlichen zum Abschluss gebracht betrachtet wird. Dies schließt natürlich nicht aus, dass die im wesentlichen fertige Entladungslampe nach dem Nerschließen des Entladungsgefäßes beispielsweise noch mit Elektroden versehen, mit Reflexionsschichten beschichtet, mit Montageeinrichtungen verbunden oder in anderer Weise weiterverarbeitet wird. Das Herstellungsverfahren im Sinne der Ansprüche soll jedoch schon mit dem Nerschließen des Entladungsgefäßes als realisiert angesehen werden. Stand der Technik
In der Regel werden Entladungsgefäße von Entladungslampen bzw. Plasma- Anzeigeneinheiten mit Pumpstängeln oder anderen Anschlüssen ausgestattet, über die die Entladungsgefäße ausgepumpt und mit der Gasfüllung gefüllt werden können. Diese Anschlüsse werden in der Regel durch- Verschmelzen verschlossen, woraufhin überstehende Teile abgebrochen oder abgeschnitten werden können.
Die Erfindung richtet sich im Besonderen auf für dielektrisch behinderte Entladungen ausgelegte Gasentladungsvorrichtungen, und dabei vor allem auf sogenannte Flachstrahler sowie auf Plasma-Anzeigeneinheiten. Sowohl bei Flachstrahlern als auch bei Plasma- Anzeigeneinheiten ist das Entladungsgefäß flach und im Vergleich zur Stärke relativ großformatig ausgebildet und weist zwei im wesentlichen planparallele Platten auf. Insofern gibt es herstellungstechnisch Gemeinsamkeiten. Die Platten müssen dabei natürlich nicht im strengen Wortsinn flach sein, sondern können auch strukturiert sein. Flachstrahler sind insbesondere für die Hinterleuchtung von Displays und Monitoren in Flüssigkristalltechnik (LCD) von Interesse. Plasma-Anzeigeeinheiten benötigen im Unterschied zu LCD keine Hinterleuchtung, da sie - aufgrund der Lichterzeugung durch die Gasentladung - selbstleuchtend sind. Plasma- Anzeigeeinheiten finden in jüngster Zeit unter anderem Verwendung in TV-Geräten.
Aus dem technischen Bereich der Flachstrahler bzw. Plasma-Anzeigeneinheiten sind auch Herstellungsverfahren bekannt, bei denen das Entladungsgefäß in einem sogenannten Vakuumofen ausgepumpt und befüllt wird. Der Vakuumofen ist dabei eine evakuierbare und heizbare Kammer. Durch das Auspumpen werden - wie bei konventionellen Pumpstängellösungen auch - unerwünschte Gase und Adsorbate entfernt, um die Gasfüllung der fertigen Entladungslampe möglichst rein zu halten.
Pumpstängellösungen und vergleichbare Vorgehensweisen sind mit Einschränkungen für die Entladungsgefäßgeometrie verbunden. Verfahren im Vakuumofen sind wegen des technischen Aufwands für den Vakuumofen kostenaufwändig und im übrigen vergleichsweise zeitaufwändig.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine im Hinblick auf den Schritt des Befüllens und Verschließens des Entladungsgefäßes verbessertes Herstellungsverfahren für eine Gasentladungsvorrichtung, insbesondere eine Entladungslampe und eine Plasma- Anzeigeneinheit anzugeben.
Die Erfindung richtet sich auf ein Verfahren zum Herstellen einer Gasentladungsvorrichtung, insbesondere einer Entladungslampe oder einer Plasma-Anzeigeneinheit, bei dem ein Entladungsgefäß der Gasentladungsvorrichtung mit einer Gasfüllung befüllt und dann verschlossen wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Befüllen und Verschließen des Entladungsgefäßes in einer Kammer erfolgt, die mit der Gasfüllung bei Überdruck gespült wird.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass in entsprechend ausgestalteten Kammern durchgeführte Befüll- und Verschließschritte gegenüber Lösungen mit Pumpstängeln oder ähnlichen Einrichtungen vorzuziehen sind. Sie bieten insbesondere die Möglichkeit der gleichzeitigen Verarbeitung von größeren Stückzahlen an Entladungsgefäßen. Im übrigen bestehen keine Randbedingungen für einen auf den Pump- und Befüllschritt durch einen Pumpstängelanschluss hindurch und auf das Verschließen des Pumpstängelanschlusses hin optimierten Entladungsgefäßaufbau. Stattdessen ist man in der Gestaltung des Entladungsgefäßes weitgehend frei und muss lediglich für eine Handhabung der zum Verschließen miteinander in Verbindung zu bringenden Entladungsgefäßteile oder die sonst zum Verschließen notwendigen Schritte sorgen.
Andererseits gehen die Erfinder davon aus, dass ein Vakuumofen einen sowohl im Hinblick auf die apparativen Kosten als auch auf die Verarbeitungszeiten hin unnötigen Aufwand bedeutet.
Stattdessen soll erfindungsgemäß eine Kammer verwendet werden, in der die Gasfüllung für das Entladungsgefäß bei Überdruck vorliegt. Die Kammer muss also nicht evakuierbar sein. Stattdessen werden unerwünschte Restgase durch Spülen der Kammer entfernt. Durch den Wegfall der hochvakuumdichten Abdichtung des Ofens und der Evakuierschritte wird das Herstellungsverfahren damit wesentlich verbilligt und verkürzt.
Außerdem wird angestrebt, die thermische Trägheit der Kammer und insbesondere der Kammerwände zu reduzieren und diese nicht zu dick auszuführen. Dies kann dadurch erreicht werden, dass der erfindungsgemäße Überdruck nicht zu groß ist. Zwar umfasst die Erfindung auch Ausführungsformen, bei denen dieser Überdruck bis zu beispielsweise 1 bar beträgt. Bevorzugt ist jedoch, nicht über 300 mbar oder noch günstiger nicht über 100 mbar hinauszugehen.
Die Kammerwände sind in den großen Flächenanteilen daher vorzugsweise höchstens 8 mm, besser höchstens 6 mm und im optimalen Fall höchstens 4 mm dick. Dabei können natürlich Profilstrukturen auftreten. Eine günstige untere Grenze für den Überdruck liegt bei 10 mbar und ein bevorzugter Wert der Untergrenze bei 50 mbar.
Weiterhin sieht die Erfindung, wie bereits erwähnt, vor, die Kammer mit der Gasfüllung zu spülen. Dieses Spülen kann dadurch erfolgen, dass infolge eines einfachen Aufbaus der Kammer ohnehin vorhandene Undichtigkeiten oder bewusst vorgesehene Öffnungen infolge des Überdrucks ein Ausströmen der entsprechenden Gasatmosphäre erlauben und diese zur Aufrechterhaltung des Überdrucks in die Kammer eingeleitet wird. Eine Alternative besteht in der Verwendung einer eigentlichen Gasaustrittsleitung. Auch bei Verwendung einer Gasaustrittsleitung ist jedoch die Tatsache, dass der Überdruck zu einem Ausströmen aus eventuellen Undichtigkeiten oder Lecks führt, als ein wesentlicher Vorteil der Erfindung zu betrachten. Neben der bei Überdruck ohnehin günstigeren Spülwirkung einer Gasatmosphäre zum Abtransport von Verunreinigungen in der Kammer, beispielsweise aus Entladungsgefäßteilen ausgetretenen Gasen, wird damit einem Eindringen von Verunreinigungen durch Öffnungen der Kammer entgegengewirkt. Damit entfällt die Notwendigkeit aufwändiger Dichtungen, die die Kosten erhöhen und zu zusätzlichen Umständen beispielsweise beim Öffnen oder Schließen der Kammer führen können.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Kammer heizbar ist, es sich also im allgemeinen Sinn um einen Ofen handelt. Durch das Heizen können Adsorbate und in bestimmten Bestandteilen des Entladungsgefäßes enthaltene Verunreinigungen ausgetrieben werden und zudem andere Prozessschritte initialisiert werden, wie im folgenden noch näher erläutert. Insbesondere kann das Heizen für das Verschließen des Entladungsgefäßes notwendig sein. Die Kammer ist vorzugsweise vollständig heizbar. Dabei entfallen auch die Anforderungen an temperaturbeständige Dichtungen, die konventionellerweise zu technischen Problemen bzw. einem entsprechenden Zeit- und Kostenaufwand führen. Beispielsweise reicht die plane Anlage zwischen einfachen Dichtungsflächen bereits für eine ausreichende Dichtheit, da verbleibende Lecks infolge des inneren Überdrucks der Kammer unproblematisch sind. Die Kammer kann im Rahmen der Erfindung aber auch im eigentlichen Sinn offen sein, also ein Ausströmen der Atmosphäre innerhalb der Kammer nicht nur durch Lecks, sondern durch eigentliche Austrittsöffnungen erlauben. Es wurde bereits festgestellt, dass eine solche Austrittsöffnung insbesondere auch in einer Gasaustrittsleitung bestehen kann.
Zur Verkürzung der Prozesszeiten kann es auch erwünscht sein, die Kammer nicht nur schnell aufheizen, sondern auch schnell abkühlen zu können. Eine durch die Erfindung angestrebte geringe thermische Trägheit der Kammer ist dabei ein erster Gesichtspunkt. Im Übrigen kann die Kammer auch zwangsgekühlt sein. Vorzugsweise kommt hierbei in Betracht, einen Kühlblock mit der Kammer in Kontakt zu bringen, so dass ein eigentliches Durchleiten eines Kühlmediums durch die Kammer selbst entfällt. Der Kühlblock kann z.B. wassergekühlt sein. Da er selbst nicht auf die hohen Prozesstemperaturen der Kammer geheizt wird, ist die Wasserkühlung hierbei unproblematisch. Durch flächige Anlage an der Kammer kann der Kühlblock die Kammer schnell und einfach abkühlen.
Um organische Verunreinigungen, etwa Bindermaterialien in sogenannten Glasloten oder Leuchtstoff- und Reflexionsschichten, auszutreiben, kann es vorteilhaft sein, das Entladungsgefäß vor dem BefüUen in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre, beispielsweise in Luft, aufzuheizen. Dabei kann diese Atmosphäre in einer dauernden Strömung gehalten werden, um die ausgetriebenen Verunreinigungen abzutransportieren. Ferner kann das Entladungsgefäß vor dem BefüUen und gegebenenfalls nach dem Heizen in der sauerstoffhaltigen Umgebung mit einem Inertgas gespült werden. Außerdem kann die Gasmischung bei dem Befüllen neben dem eigentlichen Entladungsgas, also dem Gas, dessen Lichtemission bei der Entladung technisch ausgenutzt wird (wobei es sich auch um eine Entladungsgasmischung handeln kann) auch weitere Gase, insbesondere Edelgase enthalten. Vorzugsweise ist das Entladungsgas Xe. Das zugesetzte Edelgas kann beispielsweise Ne und/ oder He sein. Insbesondere kann neben dem Entladungsgas ein anderes Gas vorhanden sein, das im Bezug zu dem Entladungsgas einen Penningeffekt zeigt, über eine eigene Anregung eine Ionisierung des Entladungsgases also fördert. Dies gilt bei dem Entladungsgas Xe für Ne. Ferner kann ein Puffergas zugesetzt werden, das dazu dient, bei einem vorgegebenen angestrebten Partialdruck des Entladungsgases und gegebenenfalls des Penninggases einen erwünschten Gesamtdruck bei dem Befüllen und in der fertigen abgekühlten Entladungslampe zu erzielen. Dabei müssen die Partialdrücke und der Gesamtdruck bei dem Befüllen immer so eingestellt werden, dass sie bei den zu erwartenden Betriebstemperaturen der Entladungslampe die angestrebten Werte erreichen. Für das Entladungsgas Xe sind vorzugsweise (auf Raumtemperatur bezogen) Partialdrücke von 60 - 350 mbar, vorzugsweise 70 - 210 mbar und besonders bevorzugterweise 80 - 160 mbar zu wählen.
Ferner kann vorgesehen sein, an die Kammer, in der eine Edelgase enthaltende Gasfüllung zum Befüllen verwendet wird, eine Edelgasausfriereinheit und/ oder -auffangvorrichtung etwa an die Gasaustrittsleitung anzuschließen, um zumindest einen Teil der kostenträchtigen Edelgase wieder verwenden zu können. Um die Edelgasausfriereinheit nicht zu groß auslegen zu müssen oder um bei Fehlen einer solchen Ausfriereinheit den Verbrauch an Edelgas zu beschränken, kann der Edelgasfluss unmittelbar nach dem Verschließen des Entladungsgefäßes abgestellt werden. Dabei kann auch auf eine andere Gasatmosphäre oder Gasströmung umgeschaltet werden, die kostengünstiger ist. Vorzugsweise handelt es sich dabei um Luft.
Insgesamt sollten zur Minimierung von mechanischen Spannungen und zur möglichst gleichmäßigen Temperaturverteilung und genauen Temperaturkontrolle die in die Kammer einströmenden Gase im wesentlichen die zu diesem Zeitpunkt vorliegende Entladungs- gefäßtemperatur aufweisen. Dies bedeutet, dass die Abweichungen in den Temperaturen möglichst nicht größer als +/- 100 K sein sollten, vorzugsweise nicht größer als +/- 50 K, je nach tatsächlicher Entladungsgefäßtemperatur.
Insbesondere können die Gase dabei durch eine über eine längere Strecke auf die Kammertemperatur gebrachte Gaseintrittsleitung geführt werden. Diese Gaseintrittsleitung kann beispielsweise in einem massiven Teil der Kammer eingebohrt oder eingefräst sein und zur Verlängerung eine entsprechende Form aufweisen, etwa eine mäandrierende Form.
Bei dieser Erfindung ist eine besonders einfache Ausführungsform bevorzugt, bei der die notwendigen Verfahrensschritte zum Heizen, Spülen, Befüllen und Verschließen des Entladungsgefäßes in ein und derselben Kammer stattfinden. Diese muss nicht einmal notwendigerweise eine Fördereinrichtung enthalten. Sie wird vorzugsweise auch nicht durchlaufend betriebenen, sondern chargenweise beladen und entleert.
Bei einer solchen Kammer kann es also notwendig sein, wie bei einem Vakuumofen, Kammerteile voneinander zu trennen, um das Kammerinnere zu beschicken und zu entleeren. Vorzugsweise sind dabei die Bereiche der Kammerteile, die bei geschlossener Kammer in Anlage miteinander kommen, mit einem Vakuumkanal versehen, über den diese Anlagefläche beim Öffnen und Verschließen der Kammer abgesaugt werden kann. Dieses Absaugen dient zum einen zum Fernhalten von Verunreinigungen aus dem Kammerinneren (vergleichbar einem Staubsauger), zum zweiten kann dadurch ein Kammerteil an den anderen angedrückt werden, zum dritten kann dadurch eine effektive Dichtfunktion erzielt werden. Der Vakuumkanal zieht nämlich Verunreinigungen, die von außen eindringen könnten, ab, bevor sie das Kammerinnere erreichen. Andererseits verstärkt er eine Gegenströmung des im Kammerinneren bei Überdruck vorhandenen Gases, die weiterhin das Eindringen von Verunreinigungen verhindert. Der Vakuumkanal kann dazu ebenfalls an einer Edelgasauffang- oder - ausfriereinrichtung angeschlossen sein.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel anhand der beiliegenden Zeichnungen im Einzelnen beschrieben. Dabei offenbarte Einzelmerkmale können auch in anderen Kombinationen erfindungswesentlich sein.
Figur 1 zeigt eine schematisierte Schnittansicht durch eine Anlage zum Herstellen einer Entladungslampe oder einer , Plasma- Anzeigeneinheit mit dem erfindungsgemäßen Verfahren; und
Figur 2 eine schematisierte Draufsicht auf die Anlage aus Figur 1.
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
Figur 1 zeigt die erfindungsgemäße Anlage in einer Schnittansicht. Die dort dargestellte Anlage 1 ist im wesentlichen flächig aufgebaut und entspricht in der Orientierung der Flächigkeit der herzustellenden Flachstrahler- Entladungslampen bzw. Plasma- Anzeigeneinheiten, die in einem Innenraum 10 in einem Metallblock 2 anzuordnen sind. Es ist keine Flachstrahler- Entladungslampe bzw. Plasma-Anzeigeneinheit eingezeichnet, jedoch handelt es sich dabei beispielsweise um an sich bekannte, für dielektrisch behinderte Entladungen ausgelegte Flachstrahler, deren Entladungsgefäß im wesentlichen aus einer Deckenplatte und einer Bodenplatte besteht, die an einem Rand miteinander verbunden sind. In oder an dem Entladungsgefäß sind Elektroden angeordnet, die zumindest teilweise durch ein Dielektrikum von dem Entladungsraum in der Entladungslampe getrennt sind. Zu den baulichen Einzelheiten wird auf folgende frühere Patentanmeldungen derselben Anmelderin verwiesen: US-A 2002/163311 und US- A 2002/163296. Für die vorliegenden Zusammenhänge ist lediglich wichtig, dass die Entladungsgefäße während der Herstellung mit einer Gasfüllung als Entladungsmedium befüllt und dann verschlossen werden.
Dazu werden die Entladungslampen einzeln oder in kleinerer Stückzahl in die Kammer 10 in der Anlage 1 aus Figur 1 gebracht, wobei ein flacher Metalldeckel 3 über der Kammer 10 abgehoben ist. Zwischen die Bodenplatte und die Deckenplatte jeder Entladungslampe sind dabei SF6-Glasstücke zwischengelegt, die einen ausreichenden Abstand zwischen beiden Platten schaffen, so dass der Entladungsraum in den jeweiligen Entladungsgefäßen mit dem Raum 10 kommuniziert.
Dann wird der Metalldeckel 3 aufgelegt und schließt somit die Kammer 10 nach außen ab. Über einen im Schnitt dargestellten Vakuumkanal 6, der sich zu dem Deckel 3 hin öffnet, kann der Deckel 3 angesaugt und fest auf dem Metallblock 2 gehalten werden. Die Unterseite des Metallblocks 2 unter der Kammer 10 ist eine relativ dünne Metallwand 11 mit einer Dicke von 3,5 mm. Sie ist in Figur 1 zur Verdeutlichung der später noch erläuterten Heizeinrichtung etwas dicker eingezeichnet. Der Metalldeckel 3 hat eine Stärke von etwa 2 mm. Damit ist die Kammer 10 über den größten Teil Ihrer Außenflächen von dünnwandigen Anlagenteilen begrenzt.
Der Metallblock 2 ist insgesamt, auch im Bereich der dünnen Wand 11 unter der Kammer 10, über eine im Schnitt dargestellte elektrischen Heizung 4 beheizbar, wobei sich im Bereich der dünnen Wände eine nur geringe Wärmeträgheit ergibt. Der Deckel 3 ist wiederum über eine symbolisch angedeutete Heizung 8 heizbar.
Ferner ist in die Kammer 10 über eine Gasleitung 5 und einen Einlass E ein Gas einleitbar, das die Kammer 10 über eine Leitung 9 und einen Auslass A wieder verlassen kann. Die Kammer 10 kann also über die Leitungen 5 und 9 gespült werden. Dabei mäandrieren die Leitungen jeweils in dem Metallblock 2, wie durch den jeweils doppelten Schnitt durch die Leitung 5 und durch die Leitung 9 angedeutet, so dass sich die Leitungslänge innerhalb des Metallblocks verlängert und das Gas vorgewärmt in die Kammer 10 strömt und gegen einen gewissen Strömungs wider stand innerhalb der Leitung 9 die Kammer wieder verlässt. Dieser Strömungswiderstand kann durch einen geeignet bemessenen Querschnitt der Leitung 9 oder auch durch ein bewusst eingebrachtes Hindernis (Drossel) erzeugt werden. Es soll sich also bei dem Spülen ein Staudruck in der Kammer 10 bilden.
Der Auslass A ist an eine Edelgasausfriereinrichtung angeschlossen, um die für die Gasfüllung verwendeten Edelgase rückgewinnen zu können. Insgesamt lässt sich die Kammer damit heizen, zunächst in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre, nämlich trockener Luft, spülen, dann mit einem Inertgas, nämlich Argon, durchspülen und schließlich unter einem Überdruck von 250 mbar mit einer Mischung aus He, Ne und Xe spülen. Ne dient hier als Penninggas und Puffergas, He nur als Puffergas. Dabei steigt die Temperatur in der Kammer 10 auf eine Temperatur von etwa 500°C, so dass sich die erwähnten SF6-Teile so erweichen und die von Ihnen gestützte Deckenplatte absinkt und auf die Bodenplatte aufgelegt wird. Dort ist bereits ein Glaslot vorgesehen (Typ 10045 des Herstellers Ferro), das bei dieser Temperatur so weich ist, dass sich eine dichte Klebeverbindung zwischen den beiden Platten des Entladungsgefäßes ergibt.
Der Edelgasfluss kann nun abgestellt werden, und es kann zum Abkühlen auf trockene Luft umgeschaltet werden.
Um das Abkühlen zu beschleunigen, kann ein nicht gezeichneter, wassergekühlter Kühlblock in flächigen Kontakt mit der Unterseite des Metallblocks 2 gebracht werden, um diesen durch Wärmeleitung schnell abzukühlen. Infolge der flächigen Geometrie des Metallblocks 2 und insbesondere der Dünnwandigkeit der Wand 11 und des Deckels 3 sinkt die Temperatur in der Kammer 10 relativ schnell ab. Daher kann die Entladungslampe in der Kammer 10 bzw. können die mehreren darin enthaltenen Entladungslampen schnell wieder entnommen werden. Die Produktion erfolgt also chargenweise.
Während der Deckel 3 auf der Kammer 10 aufliegt, wird dieser über das Vakuum in dem Vakuumkanal 6 gegen den Überdruck in der Kammer 10 gehalten und könnte, wenn dies nicht reicht, darüber hinaus über mechanische Klammern oder durch eine Beschwerung befestigt sein. Der Überdruck in der Kammer 10 führt zu einem dauernden geringen Ausströmen der Gasatmosphäre aus der Kammer 10 durch die nicht vollständig dichten Anlageflächen zwischen dem Deckel 3 und dem Metallblock 2 bis in den Vakuumkanal 6. Gleichzeitig saugt der Vakuumkanal 6 von außen eintretende Kontaminationen ab, so dass diese die Kammer 10 nicht erreichen können. Die Kombination aus dem Spül Vorgang in der Kammer 10 einerseits und dem Kontaminationen nach außen treibenden Überdruck andererseits sorgt also für ein schnelles und gründliches Herstellen der gewünschten Gasreinheit in der Kammer 10. Der Vakuumkanal 6 bildet also eine Verschlussvorrichtung, eine Dichtung und eine Verunreinigungssperre.
Da wegen des Kammervolumens und der chargenweisen Fertigung ohnehin ein gewisser Gasverbrauch vorliegt, spielt der Verlust durch das Ausströmen des Gases entlang den Dichtflächen zwischen dem Deckel 3 und dem Metallblock 2 keine wesentlichen Rolle. Im übrigen kann auch dieser Bereich abgesaugt und an die Edelgasausführeinheit angeschlossen werden, wenn dies ökonomisch sinnvoll ist.
Die Kammer 10 kann beispielsweise eine 21"-Lampe (von 42,7 cm x 32 cm) beherbergen. Sie hat dann Innenabmessungen von etwa 50 cm x 40 cm x 5 cm. Der Vakuumkanal 6 kann beispielsweise 10 mm breit und 4 mm tief sein.
Obgleich die Erfindung im vorstehenden Ausführungsbeispiel anhand eines Flachstrahlers näher erläutert wurde, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt. Vielmehr lassen sich die vorteilhaften Wirkungen der Erfindung auch bei anderen Typen von Entladungslampen und insbesondere auch bei Plasma- Anzeigeneinheiten erzielen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Herstellen einer Gasentladungsvorrichtung, insbesondere einer Entladungslampe oder einer Plasma-Anzeigeneinheit, bei dem ein Entladungsgefäß der Gasentladungsvorrichtung mit einer Gasfüllung befüllt und dann verschlossen wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Befüllen und Verschließen des
Entladungsgefäßes in einer Kammer (10) erfolgt, die mit der Gasfüllung bei Überdruck gespült wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Kammer (10) heizbar ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Überdruck zumindest 10 mbar beträgt.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem zu dem Spülen eine Gasaustrittsleitung (9) verwendet wird.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, zumindest Anspruch 2, bei dem die Kammer (10) nach dem Verschließen des Entladungsgefäßes durch Kontakt mit einem wassergekühlten
Kühlblock gekühlt wird.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, zumindest Anspruch 2, bei dem das Entladungsgefäß vor dem Befüllen in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre geheizt wird.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das
Entladungsgefäß vor dem Befüllen und gegebenenfalls nach dem Heizen in der sauerstoffhaltigen Umgebung mit einem Inertgas durchspült wird.
8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das Entladungsgefäß mit einer Gasfüllung befüllt wird, die neben dem für die Lichterzeugung vorgesehenen Entladungsgas ein Puffergas zur Erhöhung des Innendrucks enthält.
9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das
Entladungsgefäß mit einer Gasfüllung befüllt wird, die neben dem für die Lichterzeugung vorgesehenen Entladungsgas ein Edelgas mit einem Penningeffekt in Bezug auf das Entladungsgas enthält.
10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das für die Lichterzeugung vorgesehene Entladungsgas Xe ist und das
Entladungsgefäß mit einem solchen Partialdruck von Xe befüllt wird, dass es bei Raumtemperatur einen Xe-Partialdruck im Bereich von 60 - 350 mbar enthält.
11. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem an die Kammer (10) eine Edelgasausfriereinrichtung oder -auffang- einrichtung angeschlossen ist.
12. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem nach dem Verschließen des Entladungsgefäßes der Edelgasfluss abgestellt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem nach dem Verschließen des
Entladungsgefäßes auf ein kostengünstigeres Gas umgeschaltet wird.
14. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, zumindest Anspruch 2, bei dem die das für die Lichterzeugung vorgesehene Entladungsgas enthaltende Gasfüllung und gegebenenfalls danach in die Kammer (10) einzubringende Gase mit einer Temperatur einströmen, die im wesentlichen der dabei vorliegenden Entladungsgefäßtemperatur entspricht.
15. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Kammer (10) zumindest größtenteils Wandstärken (3,11) von höchstens 8 mm hat.
16. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das Entladungsgefäß in ein und derselben Kammer (10) geheizt, gespült, befüllt und verschlossen wird.
17. Verfahren nach Anspruch 16, bei dem die Kammer (10) durch Trennen zweier Kammerteile (2,3) geöffnet werden kann und eine Anlagefläche zwischen den beiden Kammerteilen (2,3) über einen Vakuumkanal (6) mit einer Andruckkraft beaufschlagt werden kann.
18. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Gasentladungsvorrichtung als Entladungslampe für dielektrisch behinderte Entladungen ausgelegt ist.
19. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Gasentladungsvorrichtung ein Flachstrahler oder eine Plasma- Anzeigeneinheit mit einem Entladungsgefäß ist, das zwei im wesentlichen planparallele Entladungsgefäßplatten aufweist.
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