DE2512872C3 - Gasentladungs-Anzeigevorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Gasentladungs-Anzeigevorrichtung, bestehend aus einer oberen und einer unteren Platte, von denen wenigstens eine transparent ist, einem dazwischen angeordneten Abstandshalter in Form einer leitenden Platte mit öffnungen, die mit einer isolierenden, porösen Schicht überzogen ist wenigstens einer Kathode, wenigstens einer der Kathode gegenüberliegenden Anode, und einem die obere und untere Platte an den Außenkanten umgebenden Klebstoff zur Bildung einer luftdichten, mit einem inerten Gas gefüllten Kammer.

Aus der DE-OS 17 64 261 ist eine Gasentladungsröhre mit zwei Elektrodensystemen bekannt zwischen denen sich eine Aluminiumplatte befindet, die mit einer Oxidschicht überzogen ist. Die Oxidschicht ist in geringem Maß porös ausgebildet um Risse infolge thermischer Einflüsse zu verhindern.

Aus der DE-OS 21 57 766 ist eine Gasentladungs-Anzeigevorrichtung bekannt, bei der ebenfalls eine Aluminiumplatte mit einer Oxidschicht zwischen zwei Elektrodensystemen angeordnet ist. Die Aluminiumplatte und die Oxidschicht sind von Löchern durchsetzt deren Abmessungen derart gewählt sind, daß der Wärmeausdehnungskoeffizient der Aluminiumplatte im wesentlichen von deren Oxidschicht bestimmt wird.

Aus der DE-OS 18 03 213 ist eine Gasentladungs-An-Zeigevorrichtung mit einer Zwischenplatte bekannt, die zur Bildung lichterzeugender Zellen öffnungen aufweist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gasentladungs-Anzeigevorrichtung zu schaffen, deren 6s Ansprechzeit kurz ist und bei der die Entladung von einem Kathoden- und Anodenpaar schnell auf ein anderes übertragen werden kann.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch, daß die isolierende poröse Schicht eine solche Porosität hat, daß sie für die Elektronen und Ionen durchlässig ist die bei der Gasentladung erzeugt werden.

Im Gegensatz zu den bekannten Vorrichtungen, bei denen der Abstandshalter eine Isolierschicht aufweist, wird durch die besondere Ausbildung der isolierenden porösen Schicht auf dem Abstandshalter der Durchgang der Elektronen und Ionen nicht behindert

Die Erfindung wird nachstehend anhand der F i g. 1 bis 8 beispielsweise erläutert Es zeigt

Fig. IA teilweise im Schnitt eine perspektivische Darstellung eines Teils der Gasentladungs-Anzeigevorrichtung,

Fig. IB in auseinandergezogener Anordnung und teilweise im Schnitt die Hauptteile der Vorrichtung der Fig. IA,

F i g. 2A einen Querschnitt des Abstandshalters,

F i g. 2B das Schaltbild der Vorrichtung bei Untersuchung von verschiedenen Abstandshalter-Materialien,

Fig.3A und 3B Diagramme, aus denen die Entladungszustände bei Verwendung verschiedener Abstandshaltermaterialien hervorgehen,

Fig.4 einen Querschnitt der Gasentladungs-Anzeigevorrichtung und

F i g. 5 bis 8 schematische Darstellungen zur Erläuterung der Sntladungszustände bei Verwendung verschiedener Abstandshalter.

Fig. IA zeigt perspektivisch einen Teil einer Gasentladungs-Anzeigevorrichtung, F i g. 1B in auseinandergezogener Anordnung eine perspektivische Darstellung der wichtigsten Teile der Vorrichtung der Fig. IA.

In den Fig. IA und IB bezeichnet 1 die Gasentladungs-Anzeigevorrichtung, die aus einer oberen und einer unteren Isolierplatte 2 bzw. 3, die einander gegenüber angeordnet sind und von denen wenigstens eine aus transparentem Material, z. B. Glas, besteht, sowie aus einem isolierenden Abstandshalter 5 gebildet ist, durch den mehrere öffnungen 4 in Matrixform (F i g. 1 B) gebohrt sind und der zwischen der oberen und der unteren Isolierplatte 2 bzw. 3 angeordnet ist Zwischen der oberen, transparenten Platte 2 und dem Abstandshalter 5 ist eine Anode 7 angeordnet die aus mehreren plattenförmigen Anodenelementen Ao, Ai, A2... A_n besteht, die nebeneinander gegenüber den Spalten der in Matrixform in den Abstandshalter 5 gebohrten öffnungen 4 angeordnet sind. Zwischen der unteren Platte 3 und dem Abstandshalter 5 ist eine Kathode 8 angeordnet, die aus mehreren plattenförmigen Kathodenelementen Ko, Ki... K_n besteht Die Kathodenelemente Ko bis K_n sind nebeneinander gegenüber den Reihen der in den Abstandshalter 5 gebohrten öffnungen 4 angeordnet. Die Kathodenelemente Ko bis K_n kreuzen sich somit mit den Anodenelementen Ao bis A_n rechtwinklig.

Nach der Montage der zuvor erwähnten Teile in einer Anordnung, wie sie Fig. IA zeigt werden deren Umfangskanten mittels eines Klebstoffes 10, z. B. einer Glasmasse, zur Bildung einer Umhüllung la abgedichtet Die Umhüllung la wird durch ein Auslaßrohr 9b evakuiert und dann wird ein inertes Gas wie Neon, Xenon, Argon in die Umhüllung la durch das Auslaßrohr 9b eingeleitet, das danach verschlossen wird.

Das Anlegen einer Spannung zwischen ausgewählten Kathoden- und Anodenelementen bewirkt eine Glimmentladung durch die öffnung 4 des Abstandshalters 5

entsprechend dem Schnittpunkt der gewählten Elemente. Die öffnungen 4 in dem Abstandshalter 5 bilden somit Entladungszellen.

In den Kathoden- und Anodene.'ementen sind öffnungen Ta und 8a fluchtend mit den öffnungen 4 des Abstandshalters 5 ausgebildet, so daß die Glimmentladung von der Außenseite der Umhüllung 1 a sichtbar ist.

In F i g. 1A ist ein Gasbehälter 9 an der Unterseite der Platte 3 luftdicht angeordnet, der mit der Umhüllung la durch eine öffnung 9a in Verbindung steht. Der ig Behälter !> ist über das Auslaßrohr 9b mit der Außenseite verbunden. In die Umhüllung la und den Behälter 9 wird ein inertes Gas gefüllt, das, wenn es verbraucht ist, durch das Auslaßrohr 9b ergänzt werden kann.

Wie F i g. 2A zeigt, ist der Abstandshalter 5 aus einer Metallplatte Sa gebildet, die mit einer Isolierschicht 56 auf der gesamten Oberfläche einschließlich der Um- fangsfiäche der öffnung 4 überzogen ist. Die Isolierschicht 5b hat Poren, um den Durchgang von Elektronen und Ionen zu ermöglichen, die bei der Entladung erzeugt werden, und diese Schicht sollte nicht so dicht wie Glas oder Keramik sein. Die poröse Isolierschicht 5b kann dadurch erhalten werden, daß Chromoxid- oder Aluminiumpulver auf beide Seiten der Metallplatte 5a zusammen mit Wasserglas gesprüht und dann die Platte Sj gebrannt wird. Hierbe' muß die Isolierschicht 5b eine Hitzefestigkeitstempe. atur von höher als 400°C und, da während der Entladung Magnetfelder hoher Intensität auftreten können, eine Wechselspannungsfestigkeit von höher als 200 V hiben.

Bei einer Metallplatte 5a mit einer Dicke vor 0,25 mm, einem Abstandshalter 5 mit einer Dicke von 0,4 mm und einer Isolierschicht 5£> mit einer Dicke von etwa 0,07 mm wurde mit einem Meßinstrument mit einer Bürstenelektrode und einer Stabelektrode eine Spannungsfestigkeit von 10 ΜΩ bzw. mehr als 100 ΜΩ gemessen.

Im folgenden wird die Arbeitsweise der Gasentladungs-Anzeigevorrichtung zusammen mit den Ergebnissen von an der Vorrichtung durchgeführten Versuchen beschrieben. Fig. 2B zeigt das Schaltbild der Vorrichtung, in der B eine Batterie und R einen Widerstand bezeichnen. Die Anode 7 wird mit einer Wechselspannung (etwa 300 V Gleichspannung) über den Widerstand R versorgt, der einen Widerstandswert von etwa 480 k hat. Si, S₂... S_n bezeichnen Schalter, über die die Kathodenelemente Am bis K_n, die mit diesen über den Abstandshalter 5 verbunden sind, bezüglich der Anode 7 geerdet werden. Bei den Versuchen waren die Schalter Si bis S_n so ausgebildet, daß sie nacheinander, beginnend z. B. mit dem Schalter 5Ί, in regelmäßigen Zeitintervallen von ΙΟΟμβεΰ derartig betätigt wurden, daß dem Ausschalten eines vorherigen Schalters unmittelbar das Einschalten des nächsten s.s folgte. Wie F i g. 2B zeigt, ist mit dem Kathodenelement K₆ kein Schalter verbunden. Daher erfolgt das Umschalten von dem Schalter S₅ auf den Schalter S? direkt in einem Zeitintervall von 100 μ5βα

Die F i g. 3A und 3B sind Diagramme, die die Ergebnisse der Versuche unter Verwendung verschie dener Abstandshalter in der Vorrichtung zeigen. Die Fig.3A und 3B zeigen die Entladungszustände der Vorrichtung mit einem nur aus einer Glasplatte gebildeten Abstandshalter bzw. einem Abstandshalter (>s mit einer auf einer Metallplatte abgelagerten porösen Isolierschicht

In den Fig. 3A und 3B bezeichnen P\ die Einschaltzeitpunkte der Schalter und Pi die Zündzeitpunkte. Die Zündzeitpunkte entsprechen der höchsten Spannung, die bei der Entladung abfällt

Fig. 3A zeigt, daß an dem Kathodenelement Ki bestimmte Vorgänge auftreten, wenn der Zündzeitpunkt Pj im Vergleich zu den anderen Zündzeitpunkten verzögert wird, so daß keine Entladung auftritt. In F i g. 3B jedoch erfolgt die Entladung in im wesentlichen gleichen Zeitintervallen und die Gleichspannung am Abstandshalter 5 beträgt dabei 135 V. Dabei tritt keine Verzögerung der Entladung des Kathodenelemems K-, auf.

Der Grund für den Unterschied der Zündspannung zwischen den F i g. 3A und 3B besteht darin, daß bei den Versuchen der Durchmesser der öffnung 4 des Abstandshalter 5 und die Dicke des. Abstandshalters 5 in der Vorrichtung der F i g. 3B kleiner bzw. größer als bei der Vorrichtung der F i g. 3A sind. Wie die Figuren zeigen, ist das Zeitintervall h zum Zünden in Fig. 3B in Vergleich zu dem der F i g. 3A lang.

Anhand der Fig.4 bis 8 werden nun die experimentellen Ergebnisse theoretisch untersucht. Im allgemeinen ist die Ansprechgeschwindigkeit der Vorrichtung von der Umgebung abhängig, die die Geschwindigkeit der Elektronen in Richtung des Pfeils a bestimmt, die während der Entladung erzeugt werden, d. h. den Zuständen in der Umhüllung la.

F i g. 4 zeigt eine Querschniusdarstellung, aus der die Beziehung zwischen der Anode 7 und der Kathode 8 einer Entladungsvorrichtung hervorgehen. F i g. 5 ist eine Querschnittsdarstellung des Abstandshalters 5. der aus Glasmaterial g gebildet ist. Fig. 6 ist eine Querschnittsdarstellung des Abstandshalters 5, bei dem eine dichte Isolierschicht 5c auf einem Leiter abgelagert ist, d.h., die Metallplatte 5a kann mit einer Spannung von einer Batterie B über einen Widerstand R und einen Schalter S versorgt werden. F i g. 7 isi eine Querschnittsdarstellung des Abstandshalters 5, bei dem die Isolierschicht 5c von der Metallplatte 5a in Fig.6 entfernt ist Fig. 8 ist eine Querschnittsdarstellung des Abstandshalters 5, bei dem die Isolierschicht 5cin F i g. 6 durch eine isolierende, poröse Schicht 5b ersetzt ist. Diese Figuren zeigen die Zustände der Elektronen e und der Neonionen Ne⁺ während der Entladung. Mit 11 ist der Plasmaraum der Entladungsvorrichtung bezeichnet.

In dem Plasmaraum 11 wandern und rekombinieren geladene Partikel während der Entladung. Die geladenen Partikel beeinflussen andere Kathodenelemente, die von dem an der Entladung beteiligten Kathodenelement entfernt sind, nicht sehr. Da die Ionen im Vergleich zu den Elektronen groß sind, neigen sie nicht dazu, die Entladung der anderen Kathodenelemente zu beeinflussen. Die Elektronen e haben einen größeren Einfluß auf die Bildung einer benachbarten Entladung im Vergleich zu den Ionen.

In F i g. 4 ist daher der Abstand zwischen der Anode 7 und der Kathode 8 in Richtung b bei der Entladung von der Spannung e_z zwischen diesen abhängig. Die Größe der Spannung e_z und die Geschwindigkeit der Elektronen in der Richtung a senkrecht zur Richtung b stehen zur Entladung des nächsten Kathodenelemems in Beziehung. Dies bedeutet, daß die Entladung des nächsten Kathodenelemems beschleunigt erfolgt.

Im Falle der Fig. 5 haften die Elektronen, die durch die Entladung erzeugt werden, leicht an der frei liegenden Glasoberfläche, wie gezeigt ist, und ziehen Ionen an, um sie zu beseitigen. Somit begünstigen die in der Anzahl abnehmenden Elektronen die Entladung des

nächsten Kathodenelements in dem Plasmaraum 11.

Im Falle der Fig.6 werden die Neonionen angezogen, haften an der Oberfläche der Isolierschicht 5c und kombinieren mit Elektronen, so daß die gleichen Ergebnisse wie in Fig.5 erhalten werden. Selbst wenn die Spannung der Batterie B an die Metallplatte 5;? angelegt wird, erhält man die gleichen Ergebnisse.

Wenn im Falle der Fig. 7 keine Spannung angelegt wird, nimmt die Anzahl der Elektronen wie im Falle der Fig. 5 ab. Bei Anlegen einer Spannung gelangen die Elektronen schneller in eine freie Elektronenschicht an dem Leiter 5a und Ionen kombinieren mit den freien Elektronen, so daß die gleichen Ergebnisse erhalten werden.

Verringert man das Potential des Leiters 5a auf das Erdpoientiai, werden die Elektronen daran gehindert, in den Leiter 5a zu gelangen, und damit wird die Menge der Elektronen im Raum 11 erhöht, so daß die Ansprechzeit verkürzt werden kann. Dies führt zur Entladung zwischen der Anode 7 und dem Abstandshalter 5, was bedeutet, daß der Abstandshalter 5 wie eine Kathode wirkt.

Im Falle der Fig. 8 kann angenommen werden, daß während der Entladung Elektronen, die in dem Plasmaraum 11 erzeugt werden, in die poröse Isolierschicht 5b gelangen und deren Potential im Vergleich zu dem Leiter 5a verringern. Aufgrund der Intensitätsdifferenz der elektrischen Felder gelangen daher die Elektronen in der Leiter 5a, breiten sich darin aus und verlassen den Leiter infolge des elektrischen Feldes, das zwischen der Anode 7 und dem Leiter 5a aufgebaut wird, an der nächsten Entladungselektrode. Diese Elektronen haben jedoch keine ausreichende Energie und bleiben in der Isolierschicht 56 bzw. in ihrer Oberfläche und verhindern die Bewegung weiterer Elektronen, die das Bestreben haben, von dem Plasmaraum 11 durch die Isolierschicht 5b in den Leiter 5a zu gelangen bzw. stoßen sie ab und lenken sie in der Richtung a, so daß sie die Entladung des nächsten Kathodenelements erleichtern.

Die folgende Tabelle zeigt die experimentellen Werte, die man mit den zuvor beschriebenen Abstandshaltern erhält.

Tabelle

Nr.

Materialien der Versuchsherstellung (Abstandshalter)

Gemessene Ergebnisse

Abstand zwischen Α.Ί und K₂ (mm)

Verzögerung des üntladungszeitintervalls ^f₂) von Kj

Isoliermaterial

(im Falle der Fi g. 5)

Dichtes Isoliermaterial
auf dem Leiter abgelagert
(im Falle der F i g. 6)

Leiter

(im Falle der F i g. 7,
+ 100V über einen
Widerstand von 300 kO
ar. den Leiter angelegt)

Ausführungsform eines
Metallabstandshaiters
nach der Erfindung
(im Falle der F i g. 8,
+ 160 V über einen
Widerstand von 300 kQ
an die Metallplatte
angelegt)

2.54 7,5

30-100 langer als 100

2,54 30-100

7,5 2,54

2,54 2,54

30-iOO

länger als 100 80

langer als 100

100 20

100 40

7,5 langer als 100

Wie aus der obigen Tabelle ersichtlich ist, ist das Ansprechzeitintervall bei Verwendung des Abstandshalters mit der isolierenden porösen Schicht kurz und die Entladung erfolgt zwangsläufig, selbst wenn der Abstand zwischen benachbarten Kathodenelementen groß ist.

In Abwandlung von der beschriebenen Ausführungsform ist es auch möglich, die Innenseite der Umhüllung, die dem Plasmaraum ausgesetzt ist, mit einem Leiter mit einer porösen Isolierschicht zu überziehen. Die so gebildete innere Oberfläche der Umhüllung trägt dazu bei, die Entladung rasch zu verschieben.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Gasentladungs-Anzeigevorrichtung, bestehend aus einer oberen und einer unteren Platte, von denen wenigstens eine transparent ist, einem dazwischen angeordneten Abstandshalter in Form einer leitenden Platte mit öffnungen, die mit einer isolierenden, porösen Schicht überzogen ist, wenigstens einer Kathode, wenigstens einer der Kathode gegenüberliegenden Anode, und einem die obere und untere Platte an den Außenkanten umgebenden Klebstoff zur Bildung einer luftdichten, mit einen: inerten Gas gefüllten Kammer, dadurch gekennzeichnet, daß die isolierende poröse Schicht (Sb) eine solche Porosität hat, daß sie für die Elektronen und Ionen durchlässig ist, die bei der Gasentladung erzeugt werden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die isolierende poröse Schicht (56) Chromoxidpulver enthält.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die isolierende poröse Schicht (5b) Aluminiurnoxidpulver enthält

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die isolierende poröse Schicht auch an der Innenseite der unteren Platte (2) ausgebildet ist

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die isolierende poröse Schicht auch an dem Umfang der oberen Platte (2) ausgebildet ist