DE2021622A1 - Bildwiedergabevorrichtung - Google Patents

Bildwiedergabevorrichtung

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DE2021622A1 DE19702021622 DE2021622A DE2021622A1 DE 2021622 A1 DE2021622 A1 DE 2021622A1 DE 19702021622 DE19702021622 DE 19702021622 DE 2021622 A DE2021622 A DE 2021622A DE 2021622 A1 DE2021622 A1 DE 2021622A1
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Description

WESTERN ELECTRIC COMPANY Incorporated NGO
New York, N. Y., 10007. VStA
Bildwie dergabe vor richtung
Die Erfindung bezieht sich auf Bildwiedergabevorrichtungen.
Wiedergabevorrichtungen zum Erzeugen von Informationsmustern oder -bildern in zwei-dimensionaler Rasterform finden bei Eingabe/ Ausgabe-Stellen von Computern, bei Fernmeßdaten,, bei der Instrumentierung, bei Hochgeschwindigkeitsdruckern und dergleichen verbreitet Anwendung. Derzeit verfügbare Bildwiedergabevorrichtungen liegen in Form von matrixförmig angeordneten Lampen und in zahlreichen Kathodenstrahlrohr-Varianten vor, haben jedoch sämtlich die bekannten Nachteile, nämlich unhandliche Größe, hohe Kosten, Störanfälligkeit im rauhen Betrieb und hohen Leistungsbedarf. Das Bedürfnis nach einer Bildwiedergabevorrichtung,, die einige oder alle diese Nachteile nicht mehr in dieser ausgeprägten Form besitzt, ist deshalb schon seit langer Zeit offensichtlich, und es sind auch schon beträchtliche Anstrengungen in dieser Richtung unternommen worden.
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- Sr-
Eine vielversprechende Bildwiedergabevorrichtung ist diejenige, bei welcher die Bilder erzeugt werden mit Hilfe eines Entladungsdurchbruches in einem Gas zum Erhalt eines lichtemittierenden Plasmas unter Verwendung gepulster Entladungen. Diese Vorrichtungen werden allgemein Plasma-Wiedergabevorrichtungen genannt. Plasma-Wiedergabevorrichtungen sind digital adressierbar und haben von Hause aus Speichereigenschaft, sodaß das Erfordernis eines äußeren Speichers nebst zugeordneter Schaltung zur Regenerierung des wiedergegebenen Bildes entfällt. Jedoch leiden die bekannten Plasma-Anzeigevorrichtungen unter den Nachteilen, die der bei ihnen vorgesehenen zellenförmigen oder perforierten Mittelschicht eigen ist, weil diese sehr genau hergestellt und mit den Bildwiedergabe-Leiterkreuzpunkten ausgerichtet werden muß, wodurch die Herstellungskosten übermäßig hoch werden.
Demgemäß bezieht sich die Erfindung auf eine Bildwiedergabevorrichtung mit einer ersten und einer zweiten Vielzahl von Leitern, die zur Definition einer Vielzahl von Kreuzpunkt-Bildwiedergabebereichen angeordnet sind, mit zwei Schichten ausdielektrischem Material zwischen der ersten und zweiten Leitervielzahl,
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und die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den dielektrischen Schichten eine im wesentlichen gleichförmige, kontinuierliche Schicht aus gasförmigem Wiedergabematerial angeordnet ist;
Die erste und zweite Leiter-Vielzahl können je von der Außenfläche der zugeordneten der beiden dielektrischen Schichten getragen werden.
Eine Büdwiedergabeanordnung mit einer solchen Bildwiedergabevorrichtung kann auch mit den Leiter-Vielzahlen gekoppelte Schaltmittel zum selektiven Adressieren eines jeden der Büdwiedergabebereiche, um hier einen Entladungsdurchbruch zu erzeugen, aufweisen, sowie unterstützende Schaltungsmittel, die an die Leiter-Vielzahlen angekoppelt und dafür ausgelegt sind, einen periodischen Entladungsdurchbruch an jedem Bildwiedergabebereich im Anschluß an dessen anfänglichen, von den Adressierschaltungsinitteln erzeugten Entladungsdurchbruch aufrechtzuhalten.
Diese Ünterstützungsschaltungsmittel können durch eine Wechselstromsignalquelle gebildet sein, die an die Leiter-Vielzahlen
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angekoppelt und dafür ausgelegt ist, ein wechselndes Signal einer Amplitude zuzuführen, die nicht fur die Einleitung eines Entladungsdurchbruchs an den Bildanzeigebereichen ausreicht; zweckmäßig enthält diese Anordnung auch eine Steuereinrichtung, die dafür sorgt, daß die Adressierschaltungsmittel die einzelnen Leiter selektiv dann pulsen, wenn sich das wechselnde Signal bei oder nahezu bei seinem Spitzenwert befindet, oder vorzugsweise wenn es gerade seinen Spitzenwert durchlaufen hat.
Nachstehend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels im einzelnen erläutert; es zeigen:
Fig 1 das Ausführungsbeispiel in schematischer (und nicht notwendigerweise maßstabsgerechter) Darstellung,
Fig. 2 ein Impuls/Zeit-Diagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise der Anordnung nach Fig. 1,
Fig. 3 eine Detailansicht der Anordnung nach Fig. 1 im Schnitt und
Fig. 4 den typischen Strom-Spannung-Verlauf einer elektrischen Gasentladung.
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Die in Fig. 1 dargestellte Bildwiedergabevorrichtung dient zur Erzeugung einer Bildwiedergabe im Wege der selektiven Anregung einzelner der Kreuzpunkt-Bildwiedergabebereiche. Im dargestellten Fall umfaßt die Bild wiedergabe vor richtung 50 eine 3 χ 4-Koordinatenanordnung mit 12 Kreuzpunkt-Bildwiedergabebereichen. Jedoch können die Kreuzpunkt-Bildwiedergabezellen einzeln oder in Kombination in jeglicher gewünschten Anordnung entsprechend dem jeweiligen Anwendungsfall verwendet werden.
Die Kreuzpunkt-Bildwiedergabebereiche der Bildwiedergabevorrichtung 50 sind durch Zeilenleiter Rl bis R4 und Spaltenleiter Cl bis C3 definiert, die durch Schichten 51 und 52 aus dielektrischem Material voneinander getrennt sind. Die beiden Schichten 51 und befinden sich in gegenseitigem Abstand voneinander, was durch Abstandshalter 55 besorgt wird. Zwischen den dielektrischen Schichten 51 und 52 befindet sich eine praktisch gleichförmige, ununterbrochene Schicht eines gasförmigen Bildwiedergabemediums 53. Geeignete gasförmige Bild wiedergab emedien eind allgemein bekannt und können beispielsweise durch eines oder mehrere der inerten Gase oder Mischungen derselben mit anderen Gasen gebildet sein. Verschiedene Gase haben selbstverständlich verschiedene Licht-
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EmpfindUchkeits- und Energieeigenschaften und das speziell gewählte gasförmige Bildwiedergabemedium wird generell vom Verwendungszweck der Bildwiedergabevorrichtung abhängen.
Die dielektrischen Schichten 51 und 52 sind vorzugsweise durch Glasplatten gebildet, deren Dicke je in der Größenordnung von 130 Mikrometer und deren gegenseitiger Abstand durch entsprechende Bemessung der Abstandshalter 55 in der gleichen Größenordnung gelegen ist. Die Zeilen- und Spaltenleiter Rl bis R4 und Cl bis C3 können durch auf die entsprechenden Schichten 51 und 52 aufgedampfte, transparente Goldleiterstreifen gebildet sein, die etwa 380 Mikrometer breit sind und einen gegenseitigen Abstand von etwa 2, 3mm haben.
Fig. 3 zeigt im Schnitt zwei Kreuzpunkt-Bildwiedergabebereiche, wobei der eine durch den Zeilenleiter R4 und den Spaltenleiter Cl und der andere durch den Zeilenleiter R4 und den Spaltenleiter C2 definiert ist.
Wenn an einen Kreuzpunkt-Bildwiedergabebereich ein elektrisches Feld entsprechend einer Durchbruchsspannung Vfa angelegt wird,
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wie diese durch die Druck/Elektrodenabstand-Kennlinie des speziell verwendeten gasförmigen Bildwiedergabemediums bestimmt ist, findet ein Entladungsdurchbruch innerhalb des Gases an dem Bildwiedergabebereich 320 (Fig. 3) statt, und es entsteht eine lichtemittierende Entladung (Glimmentladung) niedriger Stromdichte. Eine typische Strom-Spannung-Kennlinie für eine solche Gasentladung ist in Fig. 4 dargestellt, und man sieht, daß wenn die Spannung am Bildwiedergabebereich allmählich erhöht wird, sehr wenig Strom fließt, Ms die Durchbruchspannung V, erreicht wird. An dieser Stelle bricht der Bildwiedergabebereich in Form einer sogenannten Townsend-Entladung durch, die sich elektrisch durch eine im wesentlichen konstante niedrige Stromdichte auszeichnet.
Wenn die Durchbruchsentladung und der resultierende Stromfluß anfänglich eingeleitet sind, dann wird Ladung auf den Oberflächen der dielektrischen Schichten 51 und 52 in unmittelbarer Nachbarschaft des Kreuzpunktbereichs, also an den Oberflächenbereichen 310 in Fig. 3, gespeichert; diese sich aufbauende Ladung wirkt dem Spannungsabfall am Bildwiedergabebereich entgegen und erreicht rasch einen Wert, bei dem die Spannung an dem Bereich zu niedrig wird, um die Entladung aufrechtzuhalten, wodurch
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die Entladung am Bildwiedergabebereich wieder gelöscht wird.
Eine Stützsignalwechselspannungsquelle 20, die entweder eine gepulste oder eine sinusförmige Spannung abgeben kann, steht unter der Steuerung einer Steuerschaltung 80 und ist mit jedem Zeilenleiter Rl bis R4 und Spaltenleiter Cl bis C3 verbunden. Die damit einem jeden Bildwiedergabebereich zugeführte Stützspannung ist kleiner als die Durchbruchs spannung V, , beträgt beispielsweise die Hälfte hiervon. Das Adressieren eines ausgewählten Bildwiedergabebereichs erfolgt unter der Steuerung der Steuerschaltung 80 durch coincidente Lieferung von Signalen an die diesen Bereich definierenden speziellen Zeilen- und Spaltenleiter. Die coincidenten Zeilen- und Spaltensignale reichen für sich oder vorzugsweise in Verbindung mit der den Zeilen- und Spaltenleitern zugeführten t Stützsignalspannung aus, um am voll angesteuerten Bereich einen
Entladungsdurchbruch im gasförmigen Bildwiedergabemedium zu erzeugen. Jedoch sind die Spannungs verhältnis se so gewählt, daß an den übrigen und lediglich halb ausgewählten Bildwiedergabebereichen längs des angesteuerten Zeilen- und Spaltenleiters noch keine Durchbruchsentladungen im Gas stattfindet.
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Die Adressier signale, ebenso die Stütz Signalspannung werden den Zeilen- und Spaltenleitern der Bildwiedergabevorrichtung 50 über entsprechende Zeilen- und Spaltentreiber 40 bzw. 30 zugeführt, die in der Zeichnung als Impulsübertrager dargestellt sind. Sonach ist die Stützsignalquelle 20 mit jedem Spaltenleiter Cl bis C3 über die Sekundärwicklung 302 eines entsprechenden Spaltentreibers 30 und mit jedem Zeilenleiter Rl bis R4 über die Sekundärwicklung 402 eines entsprechenden Zeilentreibers 40 verbunden. Die Spaltenleiter Cl bis C3 werden durch Signale einer Schreib/ Lösch-Schaltung 81 über die Leiter Yl, Y2, .Y3 selektiv adressiert, die jeweils mit der Primärwicklung 301 des entsprechenden Spaltentreibers 30 verbunden sind. Ih ähnlicher Weise werden die Zeilenleiter Rl bis R4 durch Signale einer Schreib/Lösch-Schaltung 82 über Leiter Xl bis X4 selektiv adressiert, die jeweils mit der Primärwicklung 401 des zugeordneten Zeilentreibers 40 verbunden sind.
Nachstehend sei die Wirkungsweise der Anordnung nach Fig, I anhand der Fig. 2 erläutert.
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Es sei angenommen, daß anfänglich der durch den Schnittpunkt des Zeilenleiters R4 und des Spaltenleiters Cl definierte Bildwiedergabebereich "AUS" ist, d. h. daß sich keine Ladung auf den einander gegenüberstehenden Oberflächen der dielektrischen Schichten 51 und 52 befindet und daß die Bildwiedergabezelle nicht leuchtet. Die Stützsignalspannung der Quelle 20 erscheint über die entsprechenden Zeilen- und Spaltentreiber und über den Zeilenleiter R4 und Spaltenleiter Cl an der Bildwiedergabezelle, wie dieses in Fig. 2A dargestellt ist. Da die Stütz Signalspannung kleiner ist als die Durchbruchsspannung für das speziell verwendete gasförmige Bildwiedergabemedium, findet kein nennenswerte Stromfluß durch den Bildwiedergabebereich statt.
Es sei nun angenommen, daß dieser Bildwiedergabebereich ' "EINGESCHALTET" werden soll. Dieses wird bewerkstelligt
durch Adressieren des Zeilenleiters R4 und des Spaltenleiters Cl mit coincidenten Signalen in Form eines Schreibimpulees , der in Verbindung mit der am Bildwiedergabebereich anstehenden Stützsignalspannung ausreicht, einen Entladungsdurchbruch im gasförmigen Bildwiedergabemedium zu erzeugen. Der Schreibimpuls wird auf dem Zeilenleiter R4 und dem Spaltenleiter Cl
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für den Bildwiedergabebereich durch coincidente Signale erzeugt, die den Leitern X4 und Yl von den Schreib/Lös cn-Schaltungen 82 bzw. 81 geliefert werden und über die entsprechenden Zeilen- und Spaltentreiber laufen. Vorzugsweise wird die erforderliche Größe des Schreibimpulses dadurch minimalisiert, daß dieser dem ausgewählten Bildwiedergabebereich unter der Steuerung der Steuerschaltung 80 in der Nähe einer Stützsignalspannungsspitze zugeführt wird, wie dieses für den Zeitpunkt t in Fig. 2A dargestellt ist. Man sieht, daß der Schreibimpuls rechts von der Spitze der Stützsignalspannung zugeführt wird, um die Belastung der Schreibimpulsschaltung möglichst klein zu halten. Obgleich der Schreibimpuls zum Zeitpunkt der Stütz Signalspannung sspitze oder etwas vorher (in der Zeichnung links von der Spannungsspitze) zugeführt werden kann, leuchtet ein, daß, wenn weitere Bereiche der Bildwiedergabevorrichtung 50, die längs des Zeilenleiters R4 oder längs des Spaltenleiters Cl liegen, eingeschaltet sind, diese Bereiche niederohmige Nebenschlußwege für einen Schreibimpuls bilden werden, der während des links von der Stützsignalspannungs spitze gelegenen Intervalls zugeführt wird. Jedoch werden diese anderen Bereiche während des rechts von der Stützsignalspannungsspitze gelegenen Intervalls dem zugeführten
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Schreibimpuls einen hochohmigen Zustand darbieten, wodurch die ' Belastung der Schreibimpulsschaltung auf ein Minimum gebracht ist.
Der dem Zeilenleiter R4 und dem Spaltenleiter Cl zugeführte Schreibimpuls erzeugt einen momentanen Entladungsdurchbruch
ψ des gasförmigen Bildwiedergabemediums am ausgewählten Bildwiedergabebereich. Es wird also ein Stromfluß über die Entladungsstrecke zur Speicherung von Ladungen auf den gegenüberliegenden Oberflächen 310 der dielektrischen Schichten 51 und 52 ermöglicht (Pig. 2B). Der während des Durchbruchs am Bildwiedergabebereich resultierende Stromfluß hat die Form eines Impulses, wie dieser bei 201 in Fig. 2C dargestellt ist und beispielsweise eine Dauer von etwa 50 bis 75 Nanosekunden hat. Die Größe der gespeicherten
ν Ladung ist prinzipiell durch die während des Durchbruchs an dem
Bildwiedergabebereich anstehenden Gesamtspannung bestimmt Während des nachfolgenden negativen Halbzyklus der Stützsignalspannung addiert sich die gespeicherte Ladung zur Stütz signalspannung (Fig. 2A). Zum Zeitpunkt t.. erreicht dann die Gesamtspannung die Durchbruchsspannung V, und erzeugt eine momentane Durchbruchsentladung an dem Bildwiedergabebereich.
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Der resultierende negative Stromimpuls 202 zwischen dem Zeilenleiter R4 und dem Spaltenleiter Cl entfernt die gespeicherte Ladung von den Oberflächenbereichen 310 und lädt diese unter umgekehrtem Vorzeichen auf (Fig. 2B).
Während des darauf folgenden positiven Halbzyklus der Stützsignalspannung addiert sich die nun umgekehrte Ladung auf den Oberflächenbereichen 310 wiederum zur Stütz Signalspannung (Fig. 2A)1 sodaß zum Zeitpunkt t die resultierende Gesamtspannung erneut die Durchbruchsspannung erreicht und eine momentane Durchbruchsentladung erzeugt. Der hierbei resultierende positive Stromimpuls 203 an dem Bildwiedergabebereich besorgt demgemäß eine weitere Umladung der Oberflächenbereiche 310. Demgemäß erzeugt während aufeinanderfolgender Halbzyklen der Stütz signalspannung die auf den Oberflächenbereichen 310 gespeicherte Ladung, in Kombination mit der Stütz signalspannung, periodische Durchbruchs entladungen im Gas an dem Bildwiedergabebereich, um Licht in Form gepulster Entladungen zu emittieren, deren Frequenzen gleich der doppelten Stützsignalspannung,sfrequenz ist.
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Weitere Bildanzeigebereiche der Bildwiedergabevorrichtung 50 können in ähnlicher Wei se durch Zufuhr eines Schreibimpulses an die diese Bereiche definierenden speziellen Zeilen- und Spaltenleiter gezündet werden. Umgekehrt kann ein ausgewählter Bildwiedergabebereich abgeschaltet oder gelöscht werden durch Zuführen eines Löschimpulses zu den diesen Bereich definierenden
w Zeilen- und Spaltenleitern, um die an diesem Bereich gespeicherte
Ladung zu entfernen oder auszulöschen. Dieses wird vorzugsweise dadurch bewerkstelligt, daß den betroffenen Zeilen- und Spaltenleitern ein Löschimpuls mit ausreichender Größe zur Erzeugung eines Entladungsdurchbruches in dem Gas am ausgewählten, zu löschenden Bildwiedergabebereich dann zugeführt wird, wenn der Momentanwert der den Zeilen- und Spaltenleitern zugeführten Stützsignalspannung gleich oder nahezu gleich null ist. Während
) der in diesem Bildwiedergabebereich resultierenden gepulsten
Entladung wird deshalb keine nennenswerte Ladung gespeichert. Wenn demgemäß die gepulste Entladung aufhört, ist die Gesamtspannung an dem Büdwiedergabebereich annähernd gleich der Stütz Signalspannung und demzufolge nicht ausreichend, einen weiteren Entladungsdurchbruch im Gas zu erzeugen.
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Beispielsweise sei angenommen, daß der durch den Zeilenleiter R4 und den Spaltenleiter Cl definierte Bildwiedergabebereich eingeschaltet ist und daß es gewünscht ist, diesen Bereich abzuschalten. Hierzu werden der Zeilenleiter R4 und der Spaltenleiter Cl durch coincidente Signale adressiert, die zu demjenigen Zeitpunkt auf den Leitern X4 und Yl in Form eines Loschimpulses erscheinen, in welchem der Momentanwert der Stützsignalspannung nahezu null ist, wie dieses für den Zeitpunkt t in Fig. 2A darge·^ stellt ist. .
Der Löschimpuls hat ausreichende Größe, um einen momentanen Entladungsdurchbruch des Gases zu erzeugen. Der resultierende Stromfluß, der als Stromimpuls 210 in Fig. 2C dargestellt ist, entfernt die auf den Oberflächenbereichen 310 gespeicherte Ladung (Fig. 2B). Da der Momentanwert der Stützsignalspannung zum Zeitpunkt t an dem Bildwiedergabebereich annähernd null ist, baut sich keine nennenswerte Ladung auf den Oberflächen 310 während des momentanen Durchbruches auf, es tritt daher keine weitere Entladung solange auf, bis ein nächster Sehreibimpuls zugeführt wird.
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Obgleich im Vorstehenden das Adressieren nur eines einzigen Bildwiedergabebereichs durch einen Schreib- oder Löschimpuls während der Stütz Signalspannung szyklen beschrieben worden ist, leuchtet ein, daß mehr als ein Bildwiedergabebereich während eines jeden Stützsignalspannungszyklus entweder gleichzeitig oder nacheinander adressiert werden können. Des weiteren kann die gesamte Bildwiedergabevorrichtung im Bedarfsfall einfach dadurch gelöscht werden, daß man die Stütz Signalspannung der Quelle 20 solange abschaltet, bis die an den Bildwiedergabebereichen gespeicherten Ladungen wieder verschwunden sein werden.
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Claims (7)

  1. PATENTANSPRÜCHE
    Bildwiedergabevorrichtung mit einer ersten und einer zweiten Vielzahl von Leitern, die zur Definition einer Vielzahl von Kreuzpunkt-Bildwiedergabebereichen angeordnet sind, mit zwei Schichten aus dielektrischem Material zwischen der ersten und der zweiten Leiter-Vielzahl, dadurcn gekennzeichnet, daß zwischen den dielektrischen Schichten (51, 52) eine im wesentlichen gleichförmige, kontinuierliche Schicht (53) aus einem gasförmigen Bildwiedergabemedium angeordnet ist.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Leiter-Vielzahl (R, C) je von der Außenfläche der einen bzw. der anderen dielektrischen Schicht getragen werden.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiter-Vielzahlen (R, C) auf die Außenflächen der beiden dielektrischen Schichten aufgedampft sind.
    ■ (J OiJ 8 4 7/1 I 73
  4. 4. Bildwiedergabeanordnung mit einer Bildwiedergabevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Adressierschaltung (81, 82), die an die Leiter-Vielzahlen (R, C) zur selektiven Adressierung jedes der Bildwiedergabebereiche angekoppelt sind, um hier einen Entladungsdurchbruch zu erzeugen, und durch eine an die Leiter-Vielzahlen angekoppelte Unterstützungsschaltung (20), die dafür ausgelegt ist, an jedem Bildwiedergabebereich einen periodischen Entladungsdurchbruch dann aufrechtzuhalten, wenn der anfängliche, von der Adressierschaltung erzeugte Entladungsdurchbruch erfolgt ist.
  5. 5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterstützungsschaltung (20) eine mit den Leiter-Viel-
    ) zahlen verbundene Wechselsignalquelle aufweist, deren
    abgegebenes Wechselsignal in der Größe so benaessen ist, daß diese nicht für die Einleitung eines Entladungsdurchbruchs an den Bildwiedergabebereichen ausreicht, und daß eine Steuerschaltung (80) vorgesehen ist, die die Adressierschaltung veranlaßt, die Leiter selektiv dann zu pulsen, wenn das Wechselsignal sich auf oder nahezu auf seinem Spitzenwert befindet.
    UÜ9847/1 173
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  6. 6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (80) die Adressierschaltung dahingehend steuert, daß die Leiter dann selektiv gepulst werden, wenn das Wechselsignal gerade seinen Spitzenwert durchlaufen hat.
  7. 7. Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß für jeden der Leiter ein Impulsübertrager (30,40) vorgesehen ist, daß die eine Wicklung (302,402) jedes Übertragers einen Endes mit der Unterstützungsschaltung (20) verbunden ist, daß die andere Wicklung (301,401) jedes Übertragers einen Endes mit der Adressierschaltung (81, 82) verbunden ist und daß das andere Ende einer der Wicklungen mit dem zugeordneten Leiter (C, R) verbunden ist.
    UÜU847/1173
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