DE1948476B2

DE1948476B2 - Gasentladungs-anzeigetafel

Info

Publication number: DE1948476B2
Application number: DE19691948476
Authority: DE
Inventors: James Francis Sylvania Ohio Nolan (V.StA.)
Original assignee: Owens Illinois Inc
Current assignee: OI Glass Inc
Priority date: 1968-10-02
Filing date: 1969-09-25
Publication date: 1977-12-22
Also published as: ES372054A1; GB1291128A; FR2019723A1; NL167273C; BE739303A; SU522828A3; JPS521279B1; CA940186A; PL80278B1; SE363689B; AT315029B; NL167273B; IL33079A0; NL6914900A; ZA696858B; DE1948476C3; IL33079A; DE1948476A1; CH519216A; DE1967142C2

Description

50

Die Erfindung betrifft eine Gasentladungs-Anzeigetafel mit zwei flachen, im Abstand voneinander einen Gasentladungsraum einschließenden dielektrischen Platten, auf deren einander zugekehrten Flächen jeweils parallele Leiteranordnungen vorgesehen sind, die einander kreuzen und deren Kreuzungsstellen einzelne Gasentladungszellen bestimmen, und mit auf den Leiteranordnungen aufgebrachten dünnen dielektrischen, zur Ladungsspeicherung dienenden Schichten, «> wobei der Gasentladungsraum mit einem ionisierbaren Gasgemisch aus Neon und wenigstens einem weiteren Edelgas gefüllt ist und durch Anlegen einpr Zündspannung an ausgewählte Leiter der Leiteranordnungen ein F.ntladungsvorgang eingeleitet wird. i,i

Solche Gasentladungs-Anzeigctafeln haben ein elektrisches Speichervermögen und sind in der Lage, eine sichtbare Anzeige von Daten, z. B. Ziffern. Buchstaben,

Fernsehbildern, Radarbildern, Binärwöit'ern usw. zu

geben.

Es sind solche Anzeigetafeln bekannt (D. L. B i t ζ e r und H. G. S1 ο 11 ο w »Das Plasma-Anzeigefeld — eine digital adressierbare Anzeige mit zugehörigem Speicher« IEE Proceeding of the Fall Joint Computer Conference 1966, Seiten 541 bis 547), bei denen die einzelnen Entladungseinheiien körperlich begrenzt sind, beispielsweise durch eine Lochplatte. Es ist einleuchtend, daß die Lochplatte einer genauen Ausrichtung bedarf und die Herstellung solcher Tafeln erschwert wird. Es hat sich gezeigt, daß Anzeigetafeln auch mit offenen Entladungseinheiten hergestellt werden können bei denen ein einziger durchgehender Gasentladungsraum vorgesehen ist (DT-PS 18 09 896).

Bei beiden Arten von Anzeigetafeln werden Ladungen (Elektronen, Ionen) nach Ionisierung des Gases einer bestimmten Entladungseinheit erzeugt, wenn geeignete Betriebspotentiale in Form einer Wechselspannung an sich kreuzende Leiter angelegt werden. Die Ladungen werden an bestimmten definierten Stellen auf den Oberflächen der dielektrischen Schichten gesammelt und bilden ein elektrisches Feld, das dem sie erzeugenden elektrischen Feld cnt£egengerichtet ist, um die Entladung für den Rest der Halbperiode zu beenden und um eine Entladung während der folgenden entgegengesetzten Halbperiode der angelegten Spannung einzuleiten. Diese Ladungen bilden somit einen elektrischen Speicher.

Die dielektrischen Schichten verhindern den Durchgang eines Stromes von den Leiteranordnungen zum gasförmigen Medium und dienen ferner als Sammelflächen für die Ladungen des ionisierten gasförmigen Mediums während der aufeinanderfolgenden Halbperioden der Betriebspotentiale. Die Ladungen sammeln sich zuerst auf einem elementaren oder diskreten dielektrischen Oberflächengebiet und bei einem Wechsel der Halbperioden auf einem gegenüberliegenden elementaren oder diskreten dielektrischen Oberflächengebiet und bauen so einen elektrischen Speicher auf.

Höhe und Frequenz der Betriebspotentiale, worunter alle zum Betrieb der Anzeigetafel erforderlichen Spannungen wie Zündspannungen, Brennspannung oder andere Potentiale zum Steuern der Entladungsvorgänge verstanden werden sollen, sind unter anderem von der Gasfüllung abhängig. So ist bei einer Leuchttafel mit zellenförmigen Öffnungen zur Begrenzung der Gasentladungseinheiten ein ionisierbares Gasgemisch aus Neon und wenigstens einem weiteren Edelgas vorgeschlagen worden (DT-PS 18 03 213). Die Verwendung eines Neon-Argon-Gasgemisches ist schon früher in Betracht gezogen worden (M. ]. Druyvestreyn und F. M. P e η η i η g in Rev. Mod. Phys. 12,87 (1940) Seite 114, Fig. 23). Gasgemische, die Quecksilber, Argon oder Neon enthalten, sind ferner bei Anzeigetafeln bekannt bzw. vorgeschlagen worden (US-PS 33 34 269 und DT-AS 18 02 416), bei denen jedoch die metallischen Leiter in unmittelbarem Kontakt mit dem Gas stehen, so daß sich andere physikalische Vorgänge abspielen und nicht davor ausgegangen werden kann, daß diese Gasfüllungcr annähernd gleiche Eigenschaften wie bei den hier ir Rede stehenden Anzeigetafeln aufweisen.

Die bisher erläuterten Gasentiaüurig5vc.rrich;i:r,ge: benötigen verhältnismäßig hohe und unterschiedlicht Betriebsspannungen. Die der Erfindung zugrundelie gcndc Aufgabe besteht darin, die für den Betrieb de Anzeigetafel erforderlichen Betriebsspannungen so

hl der Höhe als auch der Frequenz nach zu

*°rr neern und die Zuverlässigkeit der Anzeige zu

• ern indem annähernd konstante Betnebsspannun-

^ite die Gasentladungszellen aktivieren, wobei die

- tchtausbeute insgesamt gesteigert werden soll.

nie Lösung dieser Aufgabe besteht erfindungsgemaß

j daß die Zündspannung des Gasgemisches

r'halb eines bestimmten Bereiches des Produkts aus

!!!"!druck und gegenseitigen. Abstand der dielektri-

h η Schichten etwa konstant für alle Gasentladungs-

llen ist wobei der Bereich durch die Werte für den

räsdruck von 0,2-5,0 at und für den Abstand von

kleiner als 0,254 mm bestimmt ist.

Es hat sich gezeigt, daß die Konstanz der Feldspannnneseigenschaften je Entladungseinheit durch ein r «ernisch wesentlich verbessert werden kann, das »ine verhältnismäßig flache Paschen-Ku-ve aufweist, worunter die Zündspannung des Gases gegen Gasdruck ν Entladungsspalt (v/pD) verstanden wird. Die Flache Paschen-Kurve verläuft etwa parallel zur pD-Achse in einem bestimmten weiten pD-Bereich, wodurch willkürliche dielektrische Abstandsabweichungen zwischen Fntladungseinheiten der Tafel sich nicht merklich auf die Spannungserfordernisse und Eigenschaften bei einem gegebenen Gasvolumen auswirken.

Die obere Grenze des Gasdruckes von 5,0 at ist an «ich durch die strukturelle Festigkeit der Tafel bestimmt. Bei dem angegebenen verhältnismäßig kleinen dielektrischen Abstand von etwa 254 μ können gute Ergebnisse bei den vorstehend genannten Gasdrücken

^erZDas verwendete Gas soll also eine verhältnismäßig konstante Spannung in einem verhältnismäßig großen oD Bereich aufweisen. In einer bevorzugten Ausführunesjorm _SOU die Zündspannung des Gasgemisches nnerhalb des vorbestimmten Bereiches des Produkts aus Gasdruck und Abstand Abweichungen von kleiner als ± 5 V/cm Torr aufweisen.

"Es ist fprner vorteilhaft, wenn die Zündspannung des Gasgemisches innerhalb des vorbestimmten Bereichs von etwa 3 cm Torr bis etwa 30 cm Torr Abweichungen von kleiner als ± 5 V/cm Torr aufweist

Besonders gute Ergebnisse werden erzielt, wenn das weitere Edelgas Argon ist.

Höhe und Frequenz der Betriebsspannung kann ferner wesentlich verringert werden, wenn das ionisierbare Gasgemisch 99,5% bis 99,9<>/o Atome Neon aufweist und der Restanteil Argon ist.

Als besonders vorteilhaft hat sich ein Gasgemisch aus 9990/0 Atome Neon und 0.1% Atome Argon erwiesen.

Infolge der verringerten Spannungen und Frequenzen können derzeit verfügbare Halbleiterbauteile zum Ansteuern der Leiteranordnungen verwendet werden. Gleichzeitig wird der Stromverbrauch für eine vorgegebene Helligkeit herabgesetzt. Verminderte Betriebstemperaturen und geringere Belastungen infolge von Temperaturunterschieden sind die Folge. Infolge der geringeren thermischen Belastung sind auch die Betriebsspannungen für die einzelnen Entladungseinheiten gleichmäßiger, da sich die Platten weniger durchbiegen und werfen, so daß deren Abstande gleichbleiben.

Zusätzliche gute Ergebnisse können auch erhalten werden, da die Wirkunger, cir.er Entladungsspaltänderung zwischen den Entladungseinheiten in e.ner Tafel auf ein Mindestmaß herabgesetzt ist und die Betriebsspannungen etwa konstant sind, so daß ein kleinerer Speichergewinn benutzt werden kann.

10

15

20

25

30

35

40

45

50 Besteht das Gasgemisch aus Neon-Argon, so ergeben sich im Vergleich zu anderen Gasgemischen niedrige Betriebsfrequenzen bei einem ausreichenden Speichtrgewinn und einer hinreichenden Feldhelligkeit. Niedrigere Betriebsfrequenzen haben den Vorteil, daß Wärmestau und Wärrnespannungen in der Anzeigetafel verringert sind. Feiner haben die Neon-Argon-Gasgemische in der vorgenannten Zusammensetzung eine starke Leuchtkraft im optimalen Frequenzbereich, z. B. auf einer Kurve, auf der die Frequenz gegen den Speichergewinn im Vergleich zu anderen Gasgemischen aufgetragen ist.

Der für die Speicherwirkung zulässige Abstand zwischen den dielektrischen Flächen hängt unter anderem von der Frequenz der angelegten Wechselspannung ab, wobei der Abstand mit kleineren Frequenzen größer gewählt werden kann. 1st der Abstand verhältnismäßig groß, so reicht die Zeit für die Ladungswanderung in Richtung auf die diskreten dielektrischen Oberflächengebiete bzw. die Zeit zur Ladungssammlung auf diesen Flächen während einer Periode nicht aus, falls die Frequenz der angelegten Wechselspannung zu hoch ist. Der Abstand zwischen den dielektrischen Schichten muß deshalb kleiner als etwa 0,254 mm sein.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 in schematischer Darstellung eine Draufsicht auf eine Anzeigetafel,

F i g. 2 einen Schnitt längs der Linie 2-2 in F i g. 1 (nicht maßstabsgerecht, weil die Dicke des Gasvolumens, der dielektrischen Schichten und der Leiteranordnungen zur besseren Veranschaulichung vergrößert sind),

F i g. 3 eine perspektivische Darstellung einer Tafel

Fig.4 einer perspektivische Darstellung eines Teils einer abgeänderten Ausführung der Tafel im Querschnitt.

Wie in den Zeichnungen veranschaulicht, sind zwei durch ein dünnes Volumen eines Gasgemisches 12 getrennte dielektrische Schichten 11 und 12 vorgesehen, wobei das Gasgemisch 12 einen reichen Vorrat an Ladungen (Ionen und Elektronen) erzeugt; diese Ladungen können wechselseitig auf den Oberflächen der dielektrischen Schichten auf gegenüberliegenden oder zueinander ausgerichteten Elementarflächen X und Y gesammelt werden, die durch die Leiteranordnungen auf den das Gas nicht berührenden Seiten der dielektrischen Schichten begrenzt werden. Die dielektrischen Schichten weisen eine große freie Fläche und eine Vielzahl von paarweisen Elementarflächen X und Yauf. Da die elektrisch wirksamen Bauelemente wie die dielektrischen Schichten 10 und 11 und die Leiteranordnungen 13 und 14 alle relativ dünn sind, werden sie jeweils auf starren nichtleitenden Stützplatten 16 und 17 ausgebildet und von diesen getragen.

Vorzugsweise ist eine oder beide der nichtleitender otützplatten 16 und 17 lichtdurchlässig. Vorzugsweist sind die Stützplatten aus durchsichtigen Glasen aufgebaut und bestimmen im wesentlichen die Gesamt dicke und die Festigkeit der Tafel. Die Dicke de Gasvolumens wird durch den Abstandshalter Ii bestimmt und beträgt z. B. unter 0,25 mm, vorzugsweis i 0,13 mm —0,15 mm, die Dicke der dielektrischen Schier! ten 10 und 11 (über den Leitern der Elementarflächen ; und Y) beträgt zwischen 0,025 mm und 0,050 mm, di der Leiter 13 und 14 ungefähr 8000 Ä (Zinnoxyd). Di

Stützplatten 16 und 17 sind aber viel dicker (besonders bei verhältnismäßig großen Tafeln), um die für die Kompensation der Spannungen in der Tafel gewünschte Festigkeit zu erreichen.

Der Abstandhalter 15 kann aus derselben Glassorte hergestellt werden wie die dielektrischen Schichten 10 und 11 und kann als einstückige Rippe auf einem der dielektrischen Schichten ausgebildet und mit der anderen Schicht verschmolzen werden, um eine das ionisierbare Gasvolumen 12 umhüllende und einschließende ausheizbare hermetische Dichtung zu bilden. Es kann aber eine getrennte hermetische Dichtung durch ein Dichtungsmittel 15S aus hochfestem entglastem Glas bewirkt werden. Zum Auspumpen des Raumes zwischen den dielektrischen Schichten 10 und 11 und zum Füllen des Raumes mit einem ionisierbaren Gasgemisch ist ein röhrenförmiger Ansatz 18 vorgesehen. Bei großen Tafeln kann ein perlenförmiger Abstandshalter aus Lötglas — wie bei 15ß gezeigt — zwischen die Leiterkreuzungen gelegt und mit den dielektrischen Schichten 10 und 11 verschmolzen werden, um die Belastung der Tafel abzufangen und eine gleichmäßige Dicke des Gasvolumens 12 aufrechtzuerhalten.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Wirkung kleiner Änderungen in der Dicke des Gasvolumens 12 zwischen den Leiterkreuzungen durch das hierin beschriebene Gasgemisch unbedeutend oder eliminiert. Auf den Stützplatten 16 und 17 können die Leiteranordnungen 13 und 14 durch bekannte Prozesse ausgebildet werden, wie Photoätzen, Vakuumbedampfung, Siebdruck usw.

Der bevorzugte Abstand zwischen den Oberflächen der dielektrischen Schichten ist kleiner als etwa 0,254 mm, für gewöhnlich etwa 0,13 mm bis 0,15 mm bei einem Mittenabsland innerhalb der Leiteranordnungen von ungefähr 0,76 mm.

Die Enden der Leiter 14—1... 14—4 und der Stützplatten 17 erstrecken sich über das Gasvolumen 12 hinaus und sind für den elektrischen Anschluß der Ansteuer- und Adressierkreise 19 frei. Genauso erstrecken sich die Enden der Leiter 13—1 ... 13—4 auf der Stützplatte 16 über das Gasvolumen hinaus und sind für den elektrischen Anschluß der Ansteuer- und Adressierkreise 19 freigelegt.

Das Gasvolumen der Tafel kann für kontinuierliche Entladung einer oder mehrerer Entladungseinheiten in offener Photov'Erbindung mit anderen Entladungseinheiten konditioniert werden, oder das ganze Gasvolumen kann bei gleichbleibenden Zündpotentialen durch Anwendung von äußerer oder innerer Strahlung so konditioniert werden, daß eine separate Hochspannungsquelle zur Zündung einer Zündentladung nicht erforderlich ist. So können durch Bestrahlen der Tafel mit UV-Licht oder durch Einschließen eines radioaktiven Materials in die Glasmaterialien oder den Gasraum alle Entladungsvolumina mit gleichen Potentialen von dem Ansteuer- und Adressierkreis 19 betrieben werden. Da jede Entladung nach einem Aufbau oder der Sammlung von Ladungen auf paarweisen Elcmentarflächen abgeschlossen ist, ist die Lichterzeugung ebenfalls beendet. Tatsächlich dauert die Lichterzeugung nur einen kleinen Bruchteil einer Halbperiode des angelegten Wechselspannungspotentials und liegt, abhängig von Konstruktionsparametern im Nanosekundenbereich.

Die in F i g. 3 gezeigte Tafel besitzt eine große Anzahl von Fntladuiu'seinheiten. In diesem Fall ist mehr Raum vorgesehen, um die elektrischen Anschlüsse zu den Leiteranordnungen 13' bzw. 14' herzustellen; durch Ausdehnung der Flächen der Stützplatten 16' und 17' zwischen der Dichtung 155'werden die aufeinanderfolgenden Leiter auf den aufeinanderfolgenden Seiten auseinandergezogen. Die Leiteranordnungen 13' and 14' sowie die Stützplatten 16' und 17' sind durchsichtig. Die dielektrischen Schichten sind in F i g. 3 nicht gezeigt, sind aber ebenfalls durchsichtig, so daß die Tafel von

ίο beiden Seiten betrachtet werden kann.

In der in F i g. 4 gezeigten Ausführungsform hat jede Stützplatte eine Vielzahl feiner Nuten 50Λ und 507?, in denen jeweils ein Leiter der Leiteranordnung 13" bzw. 14" vorgesehen ist. Auf jedem Leiter der Leiteranordnung 13" bzw. 14" ist eine dielektrische Schicht 10" bzw. 11" aufgebracht. Die Tiefe der Nuten 50 ist größer als die gesamte Dicke der Leiter und dielektrischen Schichten, so daß der Auslauf 51 jeder Nut über deren Längt offen ist. Die Stützplatten 16" und 17" sind so ausgerichtet, daß ihre Nuten im rechten Winkel zueinander stehen und die Stege 52, 53 zwischen den Nuten einander berühren.

So wird der Abstand zwischen gegenüberliegenden Paaren elementarer dielektrischer Schichten an Leiter kreuzungen bei Gasdrücken unter Umgebungsdrücken gleichbleibend aufrechterhalten. Um Spannungen infolge Druckunterschiede auszuschalten oder niedrig zu halten, wenn der Druck über den Umgebungsdruck ansteigt, können die Stege mit dielektrischem oder anderen schmelzbaren Material überzogen und miteinander verklebt werden. In dieser Ausführungsforrn ist das Gasvolumen 12" unter Druck entlang einer Nut durchgehend vorhanden und hat entlang der Nut an jeder Überschneidung mit den Leiter tragenden Nuten der gegenüber liegenden Stützplatten Waffelkonfiguration. In diesem Fall können sich Photone entlang eines Nutenpaares frei bewegen, um auf die dielektrischen Schichten entlang der Nuten aufz'itreffen und dadurch Elementarvolumina entlang eines Paares von sich kreuzenden Nuten in den aktiven Zustand zu bringen (zu konditionieren).

Die Tafel wurde mit einem Gasgemisch, bestehend aus 99,9% Atomen Neon und 0,1% Atomen Argon, bis zu einem absoluten Druck von 62,53 mm Hg gefüllt.

Nachdem die Tafel ausgeheizt und mit Gas gefüllt war, wurden die statischen und dynamischen Charakteristiken bestimmt. Beim statischen Test wurden neun Gruppen aus verschiedenen Gebieten der Tafel ausgewählt und die Größe der Sinusspannung, die zurr

so Anschalten aller Einheiten dieser Gruppen erforderlich waren, bei einer Frequenz von 50 kHz gemessen. Auch die Größe der kleinsten Sinusspannung, welche aiii Einheiten im eingeschaltenen Zustand belassen würde wurde gemessen. Es wurde gefunden, daß in einerr Spannungsbereich von 335 bis 350 V Scheitelspannunj alle Einheiten in allen geprüften Gruppen im eingeschal teten Zustand gehalten wurden, nachdem sie bc höherer Spannung eingeschaltet worden waren; keim Einheit wurde durch ein Sinuswellensignal in dem weite

wi vorn erwähnten Brennspannungsbereich eingcschaltei Somit würde eine typische Betriebs- oder Brennspan nung für die Tafel im Bereich von 335 bis 350 > Scheitelspanniing liegen.

In dem dynamischen Test wurden an neun ausgewähl

ι,-, ten Gruppen eine Sinus-Brenn-Spannutijj innerhalb de Betriebsbereiches angelegt. Diese neun Gruppen ware gleich, aber nicht genau identisch mit den neu Gruppen, die für den statischen Test benutzt wurdci

9 48 476

tun 2 Mikrosekunde η-Im puls, der Sinuswelle über Ligen. wurde an [!inheiten in den Testgruppen nacheinander angelegt, um /u bestimmen, wie viele Einheilen mn dergleichen Brennspannung. die an alle Einheiten der Ciruppe gelegt sind, an- und abgeschaltet werden 'Minnen. Is wurde gefunden, daU in allen Füllen der l'ro/entsat/ Einheiten, welche an- und abgeschaltet werden können. ^)"V/n. in der Regel 'W/o ubersteigi. wodurch gezeigt isl.daßdie Spannungschariikteristiken der l'mheucn im wesentlichen gleich sind.

Hier/u 3 Blatt Zeichnunszen

Claims

Patentansprüche:

1. Gasentladungs-Anzeigetafel mit zwei flachen, im Abstand voneinander einen Gasentladungsraum *> einschließenden dielektrischen Platten, auf deren einander zugekehrten Flächen jeweils parallele Leiteranordnungen vorgesehen sind, die einander kreuzen und deren Kreuzungsstellen einzelne Gasentladungszellen bestimmen und mit auf den Leiteranordnungen aufgebrachten dünnen dielektrischen, zur Ladungsspeicherung dienenden Schichten, wobei der Gasentladungsraum mit einem ionisierbaren Gasgemisch aus Neon und wenigstens einem weiteren Edelgas gefüllt ist und durch Anlegen einer Zündspannung an ausgewählte Leiter der Leiteranordnungen ein Entladungsvorgang eingeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündspannung des Gasgemisches innerhalb eines bestimmten Bereiches des Produkts aus Gasdruck und gegenseitigem Abstand der dielektrischen Schichten etwa konstant für alle Gasentladungszellen ist, wobei der Bereich durch die Werte für den Gasdruck von 0,2 bis 5,0 at und für den Abstand von kleiner als 0,254 mm bestimmt ist.

2. Gasentladungs-Anzeigetafel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündspannung des Gasgemisches innerhalb des vorbestimmten Bereiches des Produkts aus Gasdruck und Abstand Abweichungen von kleiner als ± 5 V/cm Torr aufweist.

3. Gasentladungs-Anzeigetafel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündspannung des Gasgemisches innerhalb des vorbestimmten Bereichs von etwa 3 cm Torr bis etwa 30 cm Torr Abweichungen von kleiner als ± 5 V/cm Torr aufweist.

4. Gasentladungs-Anzeigetafel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das weitere Edelgas Argon ist.

5. Gasentladungs-Anzeigetafel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gasgemisch 99,5% bis 99,9% Atome Neon aufweist und der Restanteil Argon ist.

6. Gasentladungs-Anzeigetafel nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gasgemisch aus 99,9% Atome Neon und 0,1% Atome Argon besteht.