DE1948476C3

DE1948476C3 - Gasentladungs-Anzeigetafel

Info

Publication number: DE1948476C3
Application number: DE1948476A
Authority: DE
Inventors: James Francis Sylvania Ohio Nolan
Original assignee: Owens Illinois Inc
Current assignee: OI Glass Inc
Priority date: 1968-10-02
Filing date: 1969-09-25
Publication date: 1982-05-27
Also published as: GB1291128A; ES372054A1; SE363689B; ZA696858B; DE1967142C2; NL167273C; JPS521279B1; IL33079A0; BE739303A; DE1948476A1; NL6914900A; PL80278B1; SU522828A3; AT315029B; NL167273B; CH519216A; IL33079A; CA940186A; FR2019723A1; DE1948476B2

Description

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 einer Zündspannung an ausgewählte Leiter der Leiteranordnungen ein Entladungsvorgang eingeleitet wird.

Solche Gasentladungs-Anzeigetafeln haben ein elektrisches Speichervermögen und sind in der Lage, eine sichtbare Anzeige von Daten, z. B. Ziffern, Buchstaben, Fernsehbildern, Radarbildern, Binärwörtern usw. zu geben.

Es sind solche Anzeigetafeln bekannt (D L Bitzer und H. G. S1 ο 11 ο w »Das Plasma-Anzeigefeld — eine ϊ digital adressierbare Anzeige mit zugehörigem Speicher« IEEE Proceeding of the Fall |oint Computer Conference 1966, Seiten 541 bis 547), bei denen die einzelnen Entladungseinheiten 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 (DE-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 entgegengerichtet 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 (DE-PS 18 03213). Die Verwendung eines Neon-Argon-Gasgemisches ist schon früher in Betracht gezogen worden (M. J. Druyvesteyn und F. M. P e η η i η g in Rev. Mod. Phys. Bd. 12 (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 DE-PS 18 02 416), bei denen jedoch die metallischen Leiter in unmittelbarem Kontakt mit dem Gas stehen, so daß sich andere

ho physikalische Vorgänge abspielen und nicht davon ausgegangen werden kann, daß diese Gasfüllungen annähernd gleiche Eigenschaften wie bei den hier in Rede stehenden Anzeigetafeln aufweisen.

Die bisher erläuterten Gasentladungsvorrichtungen

h") benötigen verhältnismäßig hohe und unterschiedliche Betriebsspannungen. Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, die für den Betrieb der Anzeigetafel erforderlichen Betriebsspannungen so-

wohl der Höhe als auch der Frequenz nach zu verringern und die Zuverlässigkeit der Anzeige zu steigern, indem annähernd konstante Betriebsspannungen die Gasentladungszellen aktivieren, wobei die Lichtausbeute insgesamt gesteigert werden soll.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, daß die Zündspannung des Gasgemisches innerhalb eines bestimmten Bereiches des Produkts aus Gasdruck und gegenseitigem Abstand der dielektrischen Schichten etwa konstant für alle Gasentladungs- ι ο zellen ist wobei der Bereich durch die Werte für den Gasdruck von 20 ■ 10³ bis 500 · 10³ Pa und für den Abstand von kleiner als 0,254 mm bestimmt ist.

Es hat sich gezeigt, daß die Konstanz der Feldspannungseigenschaften je Entladungseinheit durch ein Gasgemisch wesentlich verbessert werden kann, das eine verhältnismäßig flache Paschen-Kurve aufweist, worunter die Zündspannung des Gases gegen Gasdruck χ Entladungsspalt (v/pD) verstanden u'.rd. Die flache Paschen-Kurve verläuft etwa parallel zur pD-Achse in einem bestimmten weiten pD-Bereich, wodurch willkürliche dielektrische Abstandsabweichungen zwischen Entladungseinheiten der Tafel sich nicht merklich auf die Spannungserfordernisse und Eigenschaften bei einem gegebenen Gasvolumen auswirken.

Die obere Grenze des Gasdruckes von 500 · 10³ Pa ist an sich durch die strukturelle Festigkeit der Tafel bestimmt. Bei dem angegebenen verhältnismäßig kleinen dielektrischen Abstand von etwa 254 μπι können gute Ergebnisse bei den vorstehend genannten Gasdrücken erzielt werden.

Das verwendete Gas soll also eine verhältnismäßig konstante Spannung in einem verhältnismäßig großen pD-Bereich aufweisen. In einer bevorzugten Ausführungsform soll die Zündspannung des Gasgemisches innerhalb des vorbestimmten Bereiches des Produkts aus Gasdruck und Abstand Abweichungen von kleiner als ±0,0375 V/cm Pa aufweisen.

Es ist ferner vorteilhaft, wenn die Zündspannung des Gasgemisches innerhalb des vorbestimmten Bereichs 1» von etwa 400 cm Pa bis etwa 4000 cm Pa Abweichungen von kleiner als ±0,0375 V/cm Pa aufweist.

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

Höhe und Frequenz der Betriebsspannung kann -t-i ferner wesentlich verringert werden, wenn das ionisierbare Gasgemisch 99,5% bis 99,9% Atome Neon aufweist und der Restanteil Argon ist.

Als besonders vorteilhaft hat sich ein Gasgemisch aus 99,9% Atome Neon und 0,1 % Atome Argon erwiesen, w

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 Betriebs- v, temperaturen und geringere Belastungen infolge von Temperaturunterschieden sind die Folge. Infolge der geringeren thermischen Belastung sind auch die Betriebsspannungen für die einzelnen Entiadungseinheiten gleichmäßiger, da sich die Platten weniger hu durchbiegen und werfen, so daß deren Abstände gleichbleiben.

Zusätzliche gute Ergebnisse können auch erhalten werden, da die Wirkungen einer Entladungsspaltänderung zwischen den Entladungseinheiten in einer Tafel >,; auf ein Mindestmaß herabgesetzt ist und die Betriebsspannungen etwa konstant sind, so daß ein kleinerer Speichergewinn benutzt werden kann.

Besteht das Gasgemisch aus Neon-Argon, so ergeben sich im Vergleich zu anderen Gasgemischen niedrige Betriebsfrequenzen bei einem ausreichenden Speichergewinn und einer hinreichenden Feldhelligkeit. Niedrigere Betriebsfrequenzen haben den Vorteil, daß Wärmestau und Wärmespannungen in der Anzeigetafel verringert sind. Ferner 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. Ist 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

F i g. 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 Veranschauiichung vergrößert sind),

F i g. 3 eine perspektivische Darstellung einer Tafel und

F i g. 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 10 und 11 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 Kauf. 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 nichtleitenden Stützplatten 16 und 17 lichtdurchlässig. Vorzugsweise sind die Stützplatten aus durchsichtigen Gläsern aufgebaut und bestimmen im wesentlichen die Gesamtdicke und die Festigkeit der Tafel. Die Dicke des Gasvolumens wird durch den Abstandshalter 15 bestimmt und beträgt z. B. unter 0,25 mm, vorzugsweise 0,13 mm —0,15 mm, die Dicke der dielektrischen Schichten 10 und 11 (über den Leitern der Elementarflächen X und Y) beträgt zwischen 0,025 mm und 0,050 mm, die der Leiter 13 und 14 ungefähr 800 nm (Zinnoxyd). Die

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 Gtassorte hergestellt werden wie die dielektrischen Schichten 10 und 11 und kann als einstückige Rippe auf einem dar 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 Füiien 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 Mittenabstand innerhalb der Leiteranordnungen von ungefähr 0,76 mm.

Die Enden der Leiter 14—I... 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 Photoverbindung mit anderen Entladungseinheiten konditioniert werden, oder das ganze Gasvolumen kann bei gleichbleibenden Zündpotentialen durch Anwendung von äußerer oder innerer Strahlung so konditioniert werdep daß eine se^Hrsts Hochs^snnungsquelle 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 Elementarflächen 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 Entladungseinheiten. 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 15S' werden die aufeinanderfol-■ genden Leiter auf den aufeinanderfolgenden Seiten auseinandergezogen. Die Leiteranordnungen 13' und 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

κι beiden Seiten betrachtet werden kann.

In der in Fig.4 gezeigten Ausführungsform hat jede Stützplatte eine Vielzahl feiner Nuten 5OA und 50ß, in denen jeweils ein Leiter der Leiteranordnung 13" bzw. 14" vorgesehen ist. Auf jedem Leiter der Leiteranord-ί nung 13" bzw. 14" ist eine dielektrische Schicht 10" bzw. II" aufgebracht. Die Tiefe der Nuten 50 ist größer ais die gesamte Dicke der Leiter und dielektrischen Scnichten, so daß der Auslauf 51 jeder Nut über deren Länge 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-

ji 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

jo anderen schmelzbaren Material überzogen und miteinander verklebt werden. In dieser Ausführungsform 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 Photonen entlang eines Nutenpaares frei bewegen, um auf die dielektrischen Schichten entlang der Nuten aufzutreffen 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 8337 Pa 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 zum

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

w) vorn erwähnten Brennspannungsbereich eingeschaltet Somit würde eine typische Betriebs- oder Brennspannung für die Tafel im Bereich von 335 bis 350 V Scheitelspannung liegen.
In dem dynamischen Test wurden an neun ausgewähl-

{.'■ ten Gruppen eine Sinus-Brenn-Spannung innerhalb des Betriebsbereiches angelegt Diese neun Gruppen waren gleich, aber nicht genau identisch mit den neun Gruppen, die für den statischen Test benutzt wurden.

Ein 2 Mikrosekunden-Impuls, der Sinuswelle überlagert, wurde an Einheiten in den Testgruppen nacheinander angelegt, um zu bestimmen, wie viele Einheiten mit der gleichen Brennspannung, die an alle Einheiten der Gruppe gelegt sind, an- und abgeschaltet werden

können. Es wurde gefunden, daß in allen Fällen der Prozentsatz Einheiten, welche an- und abgeschaltet werden können, 95%, in der Regel 99% übersteigt, wodurch gezeigt ist, daß die Spannungscharakteristiken der Einheiten im wesentlichen gleich sind.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

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 dielektrisehen, 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 dielektrisehen Schichten etwa konstant für alle Gasentladungszeilen ist, wobei der Bereich durch die Werte für den Gasdruck von 20 ■ 10^J bis 500 · 10³ Pa 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 ±0,0375 V/cm Pa aufweist.

3. Gasentladungs-Anzeigetafel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündspannung des Gasgemisches innerhalb des vorbestimmten Bereichs von etwa 400 cm Pa bis etwa 4000 cm Pa Abweichungen von kleiner als ±0,0375 V/cm Pa 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.