Als elektronischer Speicher ausgebildete Gasent#adungsvorrichtung
Die Erfindung bezieht sich auf eine als elektronischer Speicher ausgebildete Gasentladungsvorrichtung mit einer hermetisch abgeschlossenen und mit einem ionisierbaren Gas gefüllten Entladungskammer und mit zwei auf Abstand gegenüberliegenden dielektrischen Schichten, von deren Oberfläche mindestens die einander zugewandten Oberflächen in Berührung mit dem Gas stehen, und die jede zur Bestimmung einer Vielzahl von paarweisen, gegenüberliegenden und abgegrenzten Kreuzungsflächen auf den einander zugewandten Oberflächen der dielektrischen Schichten mit einem Leitermuster auf den voneinander abgewandten Oberflächen hinterlegt sind, und mit einer die Leiter der Muster mit einer Spannungsquelle verbindenden Schaltungsanordnung zum Anlegen einer Zündspannung an ausgewählte,
sich kreuzende Leiter, wodurch in einem jedem Kreuzungsflächenpaar zugeordneten Teilvolumen eine Entladung gezündet wird und längs der Entladungsstrecke Ladungen erzeugt werden, die entsprechend ihrer Polarität auf den Kreuzungsflächen zum Aufrecht erhalten der Entladung bei einer unterhalb des Zündpotentials liegenden Spannung sammelbar sind.
Bekannte anzeigende oder speichernde Gasentladungsvorrichtungen, wie eine solche beispielsweise unter dem Titel The Plasma Display Panel - A Digitally Addressable Display with Inherent Memory auf den Seiten 541-547 des veröffentlichten Protokolles der Internationalen Computerkonferenz vom Herbst 1966 beschrieben ist, erfordern eine elektrische Isolation und/oder eine optische Abschirmung jeder einzelnen Entladungszelle. Alle diese einzelnen Entladungszellen werden durch eine Leitermatrix mit rechtwinklig zueinander angeordneten Leitern erregt. Eine solche Isolation wird durch eine relativ zerbrechliche Platte oder durch eine perforierte Zwischenlage gewährleistet, wobei ausserdem diese Zellen mit den Kreuzungspunkten der Leitermatrix in Übereinstimmung sein müssen.
Flächenhafte Anzeigevorrichtungen sind bekannt (DAS 1 177 255), bei denen zwischen zwei in einem geringen Abstand voneinander gehaltenen Glasplatten ein hermetisch abgeschlossener mit einem Gas gefüllter Entladungsraum vorgesehen ist und die einander zugekehrten Oberflächen der Glasplatten mit einem sich kreuzenden Leitermuster in Form von aufgebrachten Drähten oder aufgedampften metallischen Rastern versehen sind. Durch Anlegen einer auf den Gasdruck und die Gasfüllung im Entladungsraum abgestimmten elektrischen Zündspannung erhält man im Kreuzungspunkt zweier angesteuerter Leiter eine elektrische Entladung und damit einen Leuchtpunkt. Bei dieser Anordnung ist zwar der jeweilige Ort des Leuchtpunkts durch das Leitermuster eindeutig bestimmt, doch ist die Dauer der Gasentladung von der Dauer der zugeführten Zündspannung abhängig, da die Vorrichtung kein Speichervermögen aufweist.
Um eine nicht flackernde Anzeige zu erhalten, muss man sich daher elektrolumineszierender Leuchtschichten bedienen oder Zündspannungen von entsprechender Bandbreite zuführen.
Solche Beschränkungen gelten auch bei ähnlichen Vorrichtungen, bei denen die Leiter auf den dem Entladungsraum abgekehrten Oberflächen der Glasplatten angeordnet sind, sowie bei Kathodenstrahlröhren zur Bildanzeige.
Die Erfindung geht demgegenüber von einer bekannten Gasentladungsvorrichtung (The Display Pannel - a digitally addressable display with inherent memory IEEE Proceeding Fall Joint Computer Conference 1966 Seiten 541 bis 547) aus, bei der drei Glasplatten Irufeinander gelegt sind, von denen die beiden äusseren Platten auf der einander abgekehrten Oberfläche mit einem sich kreuzenden Leitermuster versehen sind und die innere Glasplatte mit feinen Löchern versehen ist, die mit den Kreuzungsflächen des Leitermusters fluchten. Die durch die Löcher gebildeten einzelnen Entladungsräume sind gasgefüllt.
Beim Anlegen eines Zündpotentials an zwei sich überkreuzende Leiter bildet sich ebenfalls eine Entladung aus, wobei die äusseren Glasplatten als dielektrische Schichten zum Ansammeln der während der kurzzeitigen Entladung erzeugten Ladungen (Elektronen und Ionen) dienen, die sich bei angelegter Wechselspannung entsprechend dem Amplitudenverlauf in der negativen und postiven Halbperiode abwech selnd auf gegenüberliegenden dielektrischen durch die Löcher in der mittleren Platte bestimmten Elementarflächen sammeln. Das Sammeln der Ladungen dient zum Aufrechterhalten der Entladung bei einer Spannung, die geringer als das Zündpotential ist. Dadurch besitzt die Vorrichtung ein elektrisches Speichervermögen und eignet sich insbesondere zur Bildanzeige sowie zur Darstellung von verschiedenen Daten.
Andererseits muss jedoch die Herstellung und der Zusammenbau der mittleren mit den Löchern versehene Platte mit grosser Genauigkeit erfolgen.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe be steht deshalb darin, den Aufbau einer solchen bekannten Gasentladungsvorrichtung zu vereinfachen. Diese Aufgabe ist erfindungsgemäss bei der Gasentladungsvorrichtung der eingangs geschilderten Art dadurch gelöst, dass die durch die Kreuzungsflächenpaare stirnseitig begrenzten Teilvolumen durch das Fehlen von Zwischenwänden miteinander in Verbindung stehen und dass der Druck des Gases so eingestellt ist, dass die bei jeder Entladung erzeugten Ladungsträger praktisch in dem jeweiligen Teilvolumen eingeschlossen sind.
Der Erfindungsgegenstand ist nachstehend mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer als Speicher ausgebildeten Gasentladungsvorrichtung mit weggeschnittenen Teilen und welche Vorrichtung mit einer ebenfalls nur schematisch gezeichneten Adressierschaltung verbunden ist,
Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Linie II-II der Fig. 1. wobei die Dicke der Gasentladungsvorrichtung in einem grösseren Masstab dargestellt ist
Fig. 3 einen Ausschnitt aus einem Querschnitt einer Gasentladungsvorrichtung ähnlich wie die Fig. 2, wobei die Dicke der Vorrichtung stark übertrieben dargestellt ist,
Fig. 4 eine schaubildliche Darstellung einer weiteren Ansführungsform einer Gasentladungsvorrichtung,
Fig.
5 eine graphische Darstellung des Verlaufes der Zündspannung in Funktion des Gasdruckes, innerhalb welchem die Entladung erfolgt, und
Fig. 6 eine schematische Darstellung einer weiteren Gasentladungsvorrichtung mit weggeschnittenen Teilen.
Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Gasentladungsvorrichtung enthält zwei dielektrische Schichten 10 und 11. die eine mit Gas gefüllte Entladungskammer 12 begrenzen. Dieses eingeschlossene Gas stellt eine Speisequelle zum Aufladen von Teilen der Oberfläche der dielektrischen Schichten dar, die abwechslungsweise Ionen oder Elekronen auffangen. Diese sich aufladenden Elementarflächen X und Y liegen einander gegenüber und werden, wie in der Fig. 3 dargestellt, durch Leiter 13.1 und 14.1 markiert, welche Leiter auf denjenigen Seiten der dieelektrischen Schichten 10 bzw. 11 angeordnet sind, die nicht mit dem eingeschlossenen Gas in Berührung stehen. Jede der dielektrischen Schichten 10 und 11 weist inaktive streifenförmige Teilflächen und eine Anzahl Elementarflächen X bzw. Y auf.
Da die dielektrischen Schichten 10 und 11, sowie die Leitermatrix 13, 14 in Wirklichkeit extrem dünn sind, werden sie durch elektrisch nichtleitende Träger 16 und 17 gehalten.
Wenigstens einer dieser beiden Träger 16 oder 17 ist lichtdurchlässig, damit die zwischen den Elementarflächen X und Y stattfindenden Entladungen sichtbar werden. Vorzugsweise bestehen diese Träger 16 und 17 aus durchsichtigem Glas, wobei deren Dicke im wesentlichen die Gesamtdicke der Gasentladungsvorrichtung bestimmen und für die mechanische Festigkeit der Vorrichtung verantwortlicih ist. Die Dicke der in der Entladungskammer 12 eingeschlossenen Gasschicht ist durch Distanzhalter 15 bestimmt und beträgt beispielsweise 0,13-0,15 mm. Die Dicken der dielektrischen Schichten inklusive der Leiter betragen 0,025-0,05 mm, wobei die Dicke der aus Zinnoxyd bestehenden Leiter 13 bzw. 14 ungefähr 8000 Ä ist.
Die Träger 16 und 17 sind viel dicker, insbesondere bei grossen Gasentladungsvorrichtungen, um eine grösstmögliche Stabilität zu erreichen, damit die Vorrichtung den entstehenden mechanischen Spannungen zu wider-.
stehen vermag. Die Träger 16 und 17 dienen gleichzeitig als Kühlkörper zum Abführen der durch die Entladungen innerhalb der Gasentladungsvorrichtung erzeugten Wärme. Wenn die Gasentladungsvorrichtung nur für Speicherzwecke verwendet wird, ist es nicht notwendig, dass die Träger 16 und 17 lichtdurchlässig sind. Hingegen für weiter unten beschriebene Zwecke ist es vorteilhaft, wenn wenigstens einer dieser Träger lichtdurchlässig oder mindestens für ultraviolette Strahlen durchlässig ist.
Mit Ausnahme, dass die Träger 16 und 17 nichtleitend und gute elektrische Isolatoren sind, werden an diese Träger keine weiteren Anforderungen gestellt. Der Hauptzweck dieser Träger ist, der ganzen Gasentladungsvorrichtung eine mechanische Stabilität zu verleihen, so dass sie dem auf sie einwirkenden Druck und den schockartigen Wärmebeanspruchungen zu widerstehen vermag. Der Wärmeausdehnungskoeffizient des für die Träger gewählten Materials sollte im wesentlichen dem Wärmeausdehnungskoeffizient der dielektrischen Schichten 10 und 11 entsprechen. Für die Versuchsausführung der Vorrichtung wurde 6 mm dickes gewöhnliches, handelsübliches Natronkalkglas als Träger verwendet.
Auch andere Glassorten, wie Glas mit kleinen inneren Spannungen oder durchsichtiges entglastes Glas können verwendet werden, wenn sie den Beanspruchungen widerstehen und einen im wesentlichen den dielektrischen Schichten 10 und 11 entsprechenden Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen.
Für gegebene Druckunterschiede und bestimmte Dicken der Glasplatten kann die Deformation der Platten mittels der im Buch Formulas for Stress and Stream von R. J. Roark, Verlag McGraw-HilI. Ausgabe 1954 angegebenen Gleichungen bestimmt werden.
Die Distanzhalter 15 können aus demselben Material wie die dielektrischen Schichten 10 und 11 bestehen und von einer derselben als Rippe abstehen, welche zum Bilden des Entladungsraumes 12 mit der anderen Schicht verschmolzen ist. Zudem ist eine zusätzliche Glas dichtung 15S zum hermetischen Verschliessen der Entladungskammer 12 vorgesehen. Ein Pumprohr 18 zum Evakuieren des Zwischenraumes zwischen den dielektrischen Schichten 10 und 11 und zum Einbringen eines ionisierbaren Gases in die Entladungskammer 12 ist ebenfalls vorgesehen. Bei grossflächigen Gasentladungsvorrichtungen sind im Innern der Entladungskammer weitere Distanzstücke 15B zwischen den dielektrischen Schichten 10 und 11 angeordnet und mit diesen verschmolzen, um die Stabilität der Vorrichtung zu vergrössern und die Dicke der eingeschlossenen Gasschicht konstant zu halten.
Auf den Trägern sind die Leiteranordnungen 13 und 14 mittels bekannten Verfahren, wie Aetzen oder durch Aufdampfen im Vakuum aufgebracht. Bei der in der Fig. 4 dargestellten Gasentladungsvorrichtung beträgt der Abstand von Mitte zu Mitte der Leiter in einer entsprechenden Leiteranordnung ungefähr 0,76 mm.
Diese Leiter können aus durchsichtigem oder halbdurchsichtigem Material, wie Zinnoxyd, Gold oder Aluminium bestehen und besitzen einen Widerstand von weniger als 3000 Ohm pro Leiterlänge. Es ist wichtig ein Leitermaterial zu wählen, das während dem Aufbringen der dielektrischen Schichten nicht angegriffen wird.
Für die Leiteranordnungen 13 und 14 eignen sich ebenfalls dünne Drähte aus Kupfer, Gold, Silber, Aluminium oder andere elektrisch leitende Metalle. So sind beispielsweise Drähte mit einem Durchmesser von 0,025 mm im Handel erhältlich und können in einer der oben beschriebenen Gasentladungsvorrichtungen verwendet werden. Die gemäss dem oben beschriebenen Verfahren aufgebrachten Leiteranordnungen sind jedoch vorteilhafter, weil diese leichter und gleichmässiger auf die Träger 16 und 17 aufgebracht werden können und besser an ihnen haften.
Die dielektrischen Schichten 10 und 11 bestehen aus einem anorganischen Material und werden vorzugsweise als filmartiger Überzug auf den Träger aufgebracht, welcher Überzug während der Wärmebehandlung der Vorrichtung seine chemischen oder physikalischen Eigenschaften nicht verändert. Ein solches Material ist ein Glas, das unter der Bezeichnung Kimble SG-68 im Handel erhältlich ist und von der Firma Owens Illinois, Inc., Toledo, USA hergestellt wird.
Dieses Glas besitzt einen Wärmeausdehnunts- koeffizienten, der im wesentlichen demjenigen von Natronkalkglas entspricht und kann als dielektrische Schicht verwendet werden, wenn die Träger 16 und 17 aus Natronkalkglas bestehen. Die dielektrischen Schichten 10 und 11 müssen eine ebene Oberfläche aufweisen, die Durchschlagsspannung soll wenigstens 1000 Volt betragen und im höchsten Grad homogen sein, d. h. es dürfen keine Risse, Bläschen, Kristallbildunaen Staubpartikel, Oberflächenfilme usw. vorhanden sein. Zusätzlich sollen die Oberflächen der dielektrischen Schichten 10 und 11 auch nach der Wärmebehandlung gute lichtelektrische Eigenschaften aufweisen.
Durch das Einbringen eines radioaktiven Materials in das Glas oder die Entladungskammer 12 kann die Erzeugung von freien Elektronen zum Ionisieren des eingeschlossenen Gases gefördert werden. Die Dicke der über den Leiteranordnungen 13 und 14 liegenden dielektrischen Schicht 10 bzw. 11 beträgt vorzugsweise 0#05-0,1 mm Soll die Gasentladungsvorrichtung zur optischen Anzeige eingesetzt werden, so ist selbstverständlich wenigstens eine der dielektrischen Schichten lichtdurchlässig oder wenigstens teillichtdurchlässig zu gestalten, damit das bei den Entladungen entstehende Licht sichtbar ist.
Der bevorzugte Abstand zwischen den Oberflächen der einander gegenüberliegenden dielektrischen Schichten ist 0,125-0,16 mm und der Abstand zwischen den Leiteranordnungen 13 und 14 von Mitteleiter zu Mitteleiter gemessen beträgt etwa 0,76 mm. Die Enden der Leiter 14.1 bis 14.4 und des Trägers 17 erstrecken sich über die Entladekammer 12 hinaus, damit diese Leiter elektrisch mit der Adressierschaltung 19 verbunden werden können. Auf ähnliche Weise erstrecken sich die Enden der Leiter 13.1 bis 13.4 und des Trägers 16 ebenfalls über die Entladekammer hinaus, damit auch die letztgenannten Leiter mit der Adressierschaltung 19 verbunden werden.
Wie bei bekannten Anzeigevorrichtungen kann die Adressierschaltung 19 ein relativ billiges Zeilenabtastgerät oder ein etwas teureres mit hoher Geschwindigkeit arbeitendes Gerät mit freiem Wahlzugriff sein. Auf jeden Fall ist es klar, dass je kleiner die notwendige Betriebsspannung für die Gasentladungsvorrichtung ist, die Kopplung zwischen der Adressierschaltung 19 und der Gasentladungsvorrichtung einfacher zu lösen ist, indem eine Gasentladungsvorrichtung mit gleichmässigen Entladungsbedingungen innerhalb der ganzen Entladungskammer, gleichbleibenden Betriebseigenschaften und engen Toleranzen geschaffen wird, mit welcher Vorrichtung die Adressierschaltung zusammenarbeiten muss.
Die graphische Darstellung der Fig. 5 zeigt die Abhängigkeit zwischen dem Gasdruck in der Entladekammer und der Zündspannung Vf sowie die Erhaltungsspannung Vs zum Aufrechterhalten des Glimmens. Als Speicherbereich ist das Verhältnis der Differenz zwischen der Zündspannung und der Entladespannung (Vf-V) zur Erhaltungsspannung Vs definiert worden. Die dargestellten Kurven zeigen die Verbesserung des Speicherbereiches, die erreicht werden kann, wenn der Gasdruck erhöht wird. Die eingetragenen Kurven umfassen einen Druckbereich von etwa 10-760 Torr, was ungefähr einer Atmosphäre entspricht.
Der Abstand zwischen den Oberflächen der dielektrischen Schichten betrug bei der Versuchsvorrichtung 0,965 mm, die Frequenz der angelegten Spannung etwa 100 kHz und das Gas bestand aus einer Mischung von 97 O/o Neon und 3 O/o Stickstoff.
Das Ansteigen des Gasdruckes ist also mitbestimmend bei der Begrenzung der Flächen, an welchen Entladungen auftreten. Ein weiterer an der Verfeinerung des Auflösevermögens beteiligter Faktor ist die Reduktion der Dicke der dielektrischen Schichten und deren Abstand, welche Reduktion den Zündungseffekt von elektrischen Feldern zwischen Leitern verringert.
Um die Wirkung des Gasdruckes auf lokale Entladungen zu zeigen, wurde eine Gasentladungsvorrichtung entworfen, die einen Abstand zwischen den Oberflächen der dielektrischen Schichten von etwa 0,25 mm aufwies und ein Gasgemisch von Neon und Stickstoff in einem Verhältnis von 10:1 enthielt. Der Abstand zwischen den Leitern von Mitite zu Mitte betrug 1.6 mm und an die Leiter war eine Wechselspannung von 1000-1500 Volt mit einer Frequenz von 60 kHz angelegt. Die einzelnen Entladungen konnten gut lokalisiert und leicht von Auge erkannt werden. Unterhalb einer halben Atmosphäre Gasdruck trat eine Ausbreitung der Entladungen ein.
Mit Bezug auf die Fig. 3 ist nachstehend die Arbeitsweise einer Gasentladungsvorrichtung beschrieben. In dieser Figur ist ein mit Gas gefülltes Elementarvolumen 30, welches teilweise durch Elementarflächen X und Y begrenzt ist, im Vergleich zum Rauminhalt der ganzen Entladungskammer 12 sehr klein. Die Grösse der einander gegenüberliegenden Elementarflächen X und Y ist durch die einander überlappenden Teile der Leiteranordnungen 13, 14 bestimmt und das Elementarvolumen ist gleich dem Produktabstand zwischen den Oberflächen der dielektrischen Schichten 10 und 11 mal die Grösse einer Elementarfläche. Wenn die Leiteranordnungen gleichmässig und rechtwinklig zueinander angeordnet sind, so sind die Elementarflächen X und Y kleine Quadrate. Sind die Leiter der einen Leiteranordnung breiter als jene der anderen, so sind die Elementarflächen rechteckig.
Sind die Leiteranordnungen in einem Winkel von weniger als 900 gegenüber einander angeordnet, so stellen die Elementarflächen kleine Rhomboide dar. Die Querschnittsform der Elementarvolumen ist in erster Linie durch die Form der sich durch die Leiter 13 und 14 überlappenden Bereiche bestimmt. Die gestndielten Linien 30' sind imaginäre Linien und zeigen die Abgrenzung des Elementarvolumens 30 in dessen Zentrum eine Elementarentladung stattfindet.
Wie weiter oben schon erwähnt, ist es bekannt, dass der Querschnitt oder Bereich, den eine Entladung innerhalb des Gases belegt, u. a. vom Gasdruck abhängig ist, so dass gegebenenfalls die Entladung räumlich derart einbeschränkt werden kann, dass sie ohne weiteres innerhalb des Raumes, der durch die sich überlappenden Flächen der Leiter bestimmt ist, stattfindet. Durch die Nutzbarmachung dieses Phänomens kann die Lichterzeugung im weseuflichen auf die Elementarfläche 30.
d. h. auf die sich überlappenden Flächenteile der Leiter beschränkt werden. Zudem werden beim Betrieb mit einem solchen Gasdruck die Erzeugung von Ionen und Elektronen durch die Entladung derart beschränkt, dass keine benachbarten Elementarvolumen beeinflusst werden.
In dem in der Fig. 3 dargestellten Zustand wurde die Bedingung zur Entladung im Zentrum des Elementarvolumens 30 durch Anlegen einer Zündspannung Vx' an die Leiter 13.1 und 14.1 geschaffen. Die Zündspannung wird beispielsweise durch Überlagerung der Spannung einer Quelle 35, deren Phase veränderbar ist, und der Spannung einer Quelle 36 für die Erhaltungsspannung VB, die beispielsweise eine sinusförmige Wechselspannung abgeben kann, erhalten. Die Spannung Vx' wird zur Erhaltungsspannung V addiert und die an die Leiter 13.1 und 14.1 angelegte Spannung steigt an bis die Entladebedingung im Zentrum des Elementarvolumens 30 erfüllt ist.
Die Phase der Spannung Vx' von der Quelle 35 wurde so eingestellt, dass mit der Entladunesspannung V von der Quelle 36 die Spannung Vf' an den Leitern 13.1 und 14.1 wirksam wird, wenn der Schalter 33 geschlossen ist. Die Dauer der Wirksamkeit dieser Spannung Vf' und/oder deren Grösse genügt um eine Entladung im Elementarvolumen 30 zu erzeugen. wobei Licht ausgestrahlt wird.
In dem in der Fig. 3 dargestelltem Moment ist der Leiter 13.1 positiv, wodurch sich Elektronen auf der Elementarsläche X der dielektrischen Schicht 10 ansammeln und weil der Leiter 14.1 negativ ist, sammeln sich die weniger beweglichen positiven Ionen auf der gegen überliegenden Elementarfläche Y der dielektrischen Schicht 11 an. Durch die Bildung dieser Ladungen entsteht eine Gegenspannung, die der an die Leiter 13.1 und 14.1 angelegten Spannung entgegenwirkt. Diese Gegenspannung dient zum Beenden der Entladung innerhalb des Elementarvolumens 30 während der restlichen Halbperiode.
Während der Entladung im Zentrum des Elementarvolumens 30 werden Photonen erzeugt, die sich frei im Entladungsraum 12 bewegen, wie dies mit den Teilen 37 angedeutet ist. Diese Photonen prallen auf entfernte Oberflächenteile der dielektrischen Schichten 10 und 11 auf und bewirken, dass von diesen entfernten Oberflächenteilen Elektronen 38 befreit werden. Diese Elektronen 38 sind in der Tat freie Elektronen in dem in der Entladungskammer 12 eingeschlossenen Gas und befähigen jedes andere ebenfalls mit Gas gefüllte Elementarvolumen zu allfälligen Entladungen bei einer reduzierten Zündspannung Vf, die niedriger ist als die Zündspannung Vf' zum Einleiten der ersten Entladung innerhalb des Elementarvolumens 30. Diese niedrigere Zündspannung Vf ist im wesentlichen für alle anderen Elementarvolumen gleich.
Durch den Verzicht von Abschirmungen und Trennwänden zwischen den einzelnen Elementarvolumen, können die Photonen sich in der ganzen Entladungskammer 12 frei bewegen und die ganze Oberfläche der dielektrischen Schichten 10 und 11 erreichen, wodurch genügend Elektronen 38 für alle Elementarvolumen frei gemacht werden, um diese für allfällig nachfolgende Entladungen zu aktivieren, respektive Entladungen bei reduzierter Zündspannung einzuleiten. Obwohl in der Fig. 3 nur ein einziges Elementarvolumen 30 dargestellt ist, kann ohne weiteres eine ganze Reihe oder Kolonne von Elementarvolumen während des normalen Betriebes während der Vorrichtung im gezündeten Zustand gehalten werden, wobei das dadurch erzeugte Licht, das die optische Anzeige unter Umständen stören würde. mit einer Maske abgedeckt wird.
Bei einer anderen Ausführung wird angenommen, dass immer wenigstens ein Elementarvolumen sich im gezündeten Zustand befindet und somit Photonen erzeugt, so dass es bei solchen Ausführungen nicht notwendig ist, spezielle Entladungen zur Erzeugung von Photonen aufrechtzuerhalten, welche Photonen, wie oben angeführt, Elektronen aus den dielektrischen Schichten befreien.
Wie weiter oben schon erwähnt, kann die ganze in der Entladungskammer 12 eingeschlossene Gasmenge durch externe oder interne Bestrahlung aktiviert werden, so dass ein Betrieb mit einer gleichmässigen, reduzierten Zündspannung möglich ist. Durch derartige Bestrahlungen wird keine zusätzliche Spannungsquelle 35 mit einer erhöhten Spannung mehr benötigt, um die erste Entladung herbeizuführen. Durch die Bestrahlung der Gas entladungsvorrichtung mit ultraviolettem Licht oder durch Einfügen von radioaktivem Material in die dielektrischen Schichten oder die Enfladungskammer können alle Elementarvolumen der Entladungskammer mit einer einheitlichen, reduzierten Spannung betrieben werden.
wobei die letztere von der Adressierschaltung 19 an die Leiter angelegt wird.
Wenn die Entladung von gespeicherten Ladungen suf gegenüberliegenden Elementarflächen X und Y beendet ist, wird auch kein Licht mehr ausgestrahlt. In der T-#t dauert die l#icl'terzt:ugung nur einen kleinen Bruchteil einer halben Periode der an die Leiter angeleg ten Wechselspannung und ist von den angegebenen Parametern abhängig.
Nach der erstmaligen Entladung im Elementarvolumen 30, welche durch die erhöhte Zündspannung Vf' eingeleitet wurde, kann der Schalter 33 geöffnet werden, so dass nur die Erhaltungsspannung Vs der Quelle 36 an die Leiter 13.1 und 14.1 angelegt ist. Infolge der Speicherung der Ladungen auf den einander gegenüberliegenden Elementarflächen X und Y wird innerhalb des Elementarvolumens 30 spätestens zur Zeit in der die negative Halbwelle der Erhaltungsspannung ihren Spitzenwert erreicht eine Entladung stattfinden und ein kurzer Lichtimpuls erzeugt. In diesem Zeitpunkt werden die Elektronen 32 unter dem Einfluss des entgegengesetzt gerichteten, elektrischen Feldes von der Elementarfläche Y auf der dielektrischen Schicht 11 angezogen und gespeichert und die positiven Ionen von der Elementarfläche X auf der dielektrischen Schicht 10 angezogen und gespeichert.
Nach einigen Perioden der Entladungsspannung Vs werden die Entladezeiten im Rhythmus entsprechend der Wellenform der Erhaltungsspannung Vs in gleichmässigen zeitlichen Abständen erfolgen. In weiter entfernten Elementarvolumen, die beispielsweise durch den Leiter 14.1 und die Leiter 13.2 und 13.3 bestimmt sind, können ebenfalls wahlweise Entladungen eingeleitet werden, wenn die an die genannten Leiter angelegte Erhaltungsspannung V, der Quelle 36' durch wahlweises Addieren einer von der Quelle 60 gelieferten Spannung Vx durch Schliessen der Schalter 34.2 und 34.3 vergrössert wird.
Durch das Vorhandensein von freien Elektronen, in Folge der andauernden Entladungen innerhalb des Elementarvolumens 30, kann innerhalb jedes der einzelnen Elementarvolumen eine Entladung durch eine gleichbleibende, reduzierte Zündspannung Vf eingeleitet werden.
Zum Ausschalten, d. h. zum Verhindern von weiteren Entladungen innerhalb eines Elementarvolumens genügt es, die Erhaltungsspannung V, abzuschalten.
Weil jedoch durch das Abschalten der Erhaltungsspannung VS auch noch weitere Entladungen in anderen Elementarvolumen derselben Reihe oder Kolonne verhindert würde, ist es vorteilhafter, an die dem auszuschaltenden Elementarvolumen zugehörigen Leiter eine Spannung zum Neutralisieren der auf den entsprechenden Elementarflächen gespeicherten Ladungen anzulegen.
Dies kann auf verschiedene Arten geschehen, beispielsweise durch Verschieben der Phase der von der Quelle 60 gelieferten Spannung, wodurch die resultierende Spannung unter den Wert der Erhaltungsspannung V sinkt.
Die Träger 16 und 17 müssen nicht unbedingt eben sein, sie können vielmehr irgendeine gebogene Form aufweisen, wesentlich ist nur, dass die sich gegenüberstehenden Flächen an jedem Ort einen bestimmten gleichbleibenden Abstand voneinander aufweisen. Die in den Figuren dargestellten Leiteranordnungen 13 und 14 sind gitterförmig, dies schliesst jedoch die Möglichkeit, dass die Form dieser Leiteranordnung in vielfältiger Weise variiert werden kann nicht aus, insbesondere ist die Ausgestaltung derselben im wesentlichen nicht an eine zweidimensionale Ausbildung gebunden. Es können beispielsweise Ziffern, Buchstaben, Wörter oder auch sonst irgendwelche Zeichen nachgebildet sein.
Die in der Fig. 4 dargestellte Gasentladullgsvorrich- tung weist eine grosse Anzahl von einzelnen Elementarvolumen auf, innerhalb welchen Entladungen stattfinden können. Entsprechend gross ist auch die Anzahl der Leiter 13'.1 bis 13'.C und 14'.1 bis 14'.H. Um mehr Raum für die elektrischen Anschlüsse zu schaffen, ragen die Träger 16' und 17' je beidseitig über die längeren Stirnseiten des gegenüberliegenden trägers und die die Entladungskammer hermetisch abschliessende Glasdichtung 15S' hinaus, wobei die Leiter abwechslungsweise auf der einen und auf der anderen Seite der Träger durch die Glasdichtung 15S' hindurch bis an den Rand der Träger 16' und 17' geführt sind. Die Leiteranordnungen und die Träger sind durchsichtig. Die in der Fig.
4 nicht dargestellten dielektrischen Schichten sind ebenfalls durchsichtig, so dass die Entladungen innerhalb dieser Gasentladungsvorrichtung von beiden Seiten aus sichtbar sind.
Bei der in der Fig. 6 dargestellten abgeänderten Ausführung sind die Träger 16" und 17" mit einer Anzahl feinen Nuten 50A und 50B versehen. In jeder Nute ist ein Leiter 13" bzw. 14" angeordnet. Jeder Leiter 13" ist mit einer dielektrischen Schicht 10" und jeder Leiter 14" mit einer dielektrischen Schicht 11" überzogen. Die Tiefe der Nuten 50 ist grösser als die gesamte Dicke der Leiter und der dielektrischen Schichten zusammen, so dass ein sich über die ganze Länge der Nuten erstreckender Zwischenraum 51 frei bleibt. Die Träger 16" und 17" sind so zusammengefügt, dass die Nuten 50A und 50B rechtwinklig zueinander angeordnet sind und die zwischen den Nuten befindlichen Rippen 52 des Trägers 16" und die Rippen 53 des Trägers 17" teilweise aufeinander aufliegen.
Dies garantiert, dass der Abstand zwischen den dielektrischen Schichten an den Kreuzungsstellen der Leiter überall derselbe ist, auch dann, wenn der Gasdruck im Innern der Gasentladungsvorrichtung kleiner ist als der atmosphärische Druck ausserhalb der Vorrichtung. Damit die Vorrichtung stabil ist, auch dann wenn der Gasdruck im Innern grösser ist als der Druck ausserhalb der Vorrichtung, sind die sich berührenden Flächen der Rippen mit dielektrischem oder anderem schmelzbaren Material überzogen und fest miteinander verbunden. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die mit Gas gefüllte Entladungskammer durch die Zwischenräume 51 gebildet und ist gitterförmig.
Die bei einer Entladung innerhalb eines Elementarvolumens entstehenden Photonen können sich entlang der beiden senkrecht zueinander angeordneten Nuten frei bewegen und auf Stellen der dielektrischen Schichten innerhalb dieser Nuten auftreffen und das Gas innerhalb dieser Nuten aktivieren.
Die oben beschriebenen Gasentladungsvorrichtungen unterscheiden sich von den bisher bekannten Vorrichtungen dadurch, dass die dielektrischen Schichten nichtleitend sind und jeglichen Stromfluss durch sie hindurch unterbinden. Diese dielektrischen Schichten dienen zum Sammeln und Speichern von negativen oder positiven Ladungen auf Teilen ihrer Oberfläche während den Halbperioden der an die entsprechenden Leiter angelegte Wechselspannung.
Ein grosser Vorteil dieser neuen Vorrichtungen ist, dass keine mechanischen Mittel, wie Abschirmungen und Trennwände zum Begrenzen der einzelnen Entladungen mehr notwendig sind. Es wird eine wesentliche Verfeinerung des Auflösevermögens erreicht durch Erhöhen des Druckes des in der Entladungskammer eingeschlossenen Gases, wobei im wesentlichen die Bereiche in denen die Entladungen stattfinden auf minimale Elementarvolumen beschränkt werden. Die obere Grenze des Gasdruckes ist nicht festgelegt, sie ist von der Möglichkeit abhängig eine genügend stabile Vorrichtung, die dem Druckunterschied zwischen dem Gasdruck im Innern der Vorrichtung und dem äusseren Druck zu widerstehen vermag, zu schaffen. Wenn beispielsweise solche Gasentladungsvorrichtungen in grosser Höhe, z.
B. in Flugzeugen oder Raumschiffen eingesetzt werden, so sind die auf die Träger einwirkenden Kräfte enorm gross und die Träger müssen im Stande sein. den daraus entstehenden mechanischen Spannungen zu widerstehen, ohne dass wesentliche Verformungen auftreten.
Zur Bildung des Gasdruckes wird für den Betrieb eine höhere Betriebsspannung benötigt. Dieses Ansteigen der Betriebsspannung wird wenigstens teilweise durch die Verwendung von dünnen dielektrischen Schichten aus einem Material, das ein kleines Spannungsgefälle aufweist, kompensiert.
Ein weiterer Nachteil der bekannten Gasentladungsvorrichtungen ist die Notwendigkeit einer starken auftreffenden Strahlung zum Einleiten und Erhalten des normalen Betriebes. Dieser Nachteil haftet der oben beschriebenen Vorrichtung nicht an, denn zum Einleiten und Aufrechterhalten von Entladungen genügt eine stark reduzierte auftreffende Strahlung.
Bei den bekannten Gasentladungsvorrichtungen mit Abschirmungen und Trennwänden müssen die Leiteranordnungen gneau in Übereinstimmung mit diesen Trennwänden aufgebracht werden, so dass sich die Kreuzungspunkte innerhalb einer Zelle befinden. Bei den oben beschriebenen Vorrichtungen ist eine solche Überein- stimmung überflüssig, weil die Elementarvolumen lediglich durch die Leiteranordnungen selbst bestimmt sind.
Die Herstellungskosten können deshalb wesentlich gesenkt werden.
Ganz allgemein wird in Gasentladungsvorrichtungen Energie in Wärme umgesetzt, die bewirken kann, dass die Betriebsbedingungen an den einzelnen Entladungsorten ganz unterschiedlich sind. insbesondere dann, wenn in gewissen Elementarvolumen mehr Entladungen stattfinden als in anderen. Dadurch entstehen Temperaturunterschiede an der Vorrichtung, welche Unterschiede Deformationen verursachen. Durch die zusätzlichen Distanzstücke 15B oder die Ausführung gemäss der Fig. 6 können solche Verformungen innerhalb kleiner Grenzen gehalten werden, wodurch der Betrieb nicht beeinflusst wird.
Es ist bekannt (Electrical Braek Down of Argon in Glas Cells ... Journal of applied Physics, Band 33, Nummer 4, Seite 1567 bis 1577, April 1962), dass die Querschnittsfläche einer Gasentladung in einem Glasrohr abhängig vom Gasdruck ist. Es ist dabei beobachtet worden dass bei höheren Gasdrücken die Querschnittsfläche verkleinert wird.
Demgegenüber besteht die Schwierigkeit darin, bei einer Gasentladungsvorrichtung mit sehr vielen und eng nebeneinanderliegenden Kreuzungsflächen eine eindeutige Begrenzung der einzelnen Entladungsvorgänge, also eine gute Bildauflösung zu erzielen, ohne dass sich die Entladungsvorgänge in benachbarten Teilvolumen gegenseitig störend beeinflussen. Die oben beschriebene Vorrichtung zeichnet sich durch einen einfachen Aufbau aus. da die geforderte Bildauflösung nicht durch Trennwände zwischen den einzelnen Teilvolumen bewerkstelligt wird. sondern vielmehr durch die entsprechende Druckerhöhung in dem gemeinsamen Entladungsraum.
Ferner ergibt sich durch die Druckerhöhung des Gasvolumens zur Begrenzung der Entladungsvorgänge eine Verbesserung des sogenannten Speichergewinns, unter dem das Verhältnis
EMI6.1
definiert ist, wobei Vf das Zündpotential und V,- die Brennspannung darstellt, die ausreicht, um eine einmalige gezündete Entladung aufrechtzuerhalten. Mit steigendem Gasdruck nähert sich der Speichergewinn dem Wert 1. Aus praktischen Erwägungen heraus dürfte allerdings der anzuwendende Gasdruck durch die Festigkeit der das Gasvolumen einschliessenden Bauelemente bestimmt sein, die den Druckunterschied zwischen dem Innendruck und dem Umgebungsdruck aufnehmen müssen. Dieser Druckunterschied ist beispielsweise bei Verwendung der Vorrichtung in grossen Höhen, also in Flugzeugen oder Raumflugkörpern verhältnismässig gross.
Höhere Gasdrücke bedingen einerseits eine Erhöhung der Betriebsspannungen, während andererseits ein teilweiser Ausgleich dadurch erfolgen kann, dass man dünne dielektrische Schichten mit einem entsprechend kleinen Potential abfall verwendet.
Ein weiterer Vorteil der oben beschriebenen Vorrichtung ergibt sich daraus, dass in dem gemeinsamen Entladungsraum Temperaturunterschiede leicht ausgeglichen werden können, die bei der Häufung von Entladungsvorgängen an bestimmten Stellen auftreten. Der Gasentladungsraum ist vorzugsweise mit einer Mischung aus Neon und einem kleinen Anteil Stickstoff gefüllt.
Wird in einem Teilvolumen eine Entladung gezündet, so werden Photonen erzeugt, die sich in dem Entladungsraum umgehindert ausbreiten und auf entfernten Flächengebieten der dielektrischen Schichten auftreffen können, wodurch aus diesen Flächengebieten weitere Elektronen emittieren, durch welche andere und entfernte Teilvolumen für eine Entladung bei einem bestimmten einheitlichen Zündpotential vorbereitet werden.
Die hinsichtlich des Speichervermögens zulässige Entfernung zwischen den dielektrischen Schichten ist u. a. von der Frequenz der angelegten Wechselspannung abhängig; dabei ist der Abstand bei kleineren Frequenzen grösser. Ist die Entfernung zu gross bzw. die Wechselspannungsfrequenz zu hoch, so reicht die Zeit zum Sammeln der Ladungen auf den dielektrischen Schichten während einer Periode nicht aus, um den Entladungsvorgang aufrechtzuerhalten. Im Gegensatz dazu wird bei den bekannten Gasentladungsvorrichtungen mit auf den dem Entladungsraum abgekehrten Oberfläche der Platten angeordneten Leitern von Abständen sowie Drücken Gebrauch gemacht.
PATENTANSPRUCH 1
Als elektronischer Speicher ausgebildete Gasentladungsvorrichtung mit einer hermetisch abgeschlossenen und mit einem ionisierbaren Gas gefüllten Entladung kammer (12) und mit zwei auf Abstand gegenüberliegenden dielektrischen Schichten (10, 11), von deren Oberfläche mindestens die einander zugewandten Ober
**WARNUNG** Ende DESC Feld konnte Anfang CLMS uberlappen**.