DE2041938A1 - Leuchtmatrix auf Gasentladungsbasis - Google Patents

Leuchtmatrix auf Gasentladungsbasis

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DE2041938A1 DE19702041938 DE2041938A DE2041938A1 DE 2041938 A1 DE2041938 A1 DE 2041938A1 DE 19702041938 DE19702041938 DE 19702041938 DE 2041938 A DE2041938 A DE 2041938A DE 2041938 A1 DE2041938 A1 DE 2041938A1
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Description

Patentanwalt Dipl.-Phys. Leo Thul 2041 9 38
Stuttgart
P.A.B. Toombs - 5
INTERNATIONAL STANDARD ELECTRIC CORPORATION, HEIi YORIC
Leuchtmatrix auf Gasentladungsbasis.
Die Erfindung betrifft eine Leuchtmatrix auf Gasentladungsbasis.
Bekanntlich ist es möglich, airie gläserne Gasentladungszelle zu erregen, in die keine Elektroden hineinführen, sondern bei der ein elektrisches Wechselfeld an zwei gegenüberliegenden, an den Zellwandungen angeordneten Elektroden angelegt wird. Bei ausreichender Grosse des elektrischen V/echselfeldes wird das Gas ionisiert und damit die Zelle zum Leuchten angeregt. Bei der Ionisierung wandern die Ionen und die Elektronen unter dem Einfluss des elektrischen Feldes In entgegengesetzte Richtungen; da die Elektroden jedoch ausserhalb der Zelle liegen, wird keine Ladung zu diesen Elektroden übertragen; daher besteht die Tendenz, dass das angelegte elektrische Feld durch den Ladungsaufbau an der inneren Zellwandoberfläche in der Nähe der Elektroden neutralisiert wird. Dieser Ladungsaufbau an der inneren Zellwandoberfläche bewirkt zunächst, dass die Entladung aufhört, und später, nach Umkehr des angelegten elektrischen Feldes, dass das angelegte elektrische Feld verstärkt und das Auftreten einer weiteren Entladung unterstützt wird. Auf diese Weise wird eine intermittierende Entladung erreicht.
Es ist ferner bekannt, dass bei einem Betrieb der Zelle mit einer Wechselspannung bestimmter Grosse die Zelle als bistabil gelten kann. Dabei muss die Wechselspannung mit einer typischen Betriebsfrequenz von etwa 300 kHz eine Amplitude haben, die kleiner ist, als zum Durchbruch erforderlich ist, und die grösaer als der halbe Durchbruchsspannungswert ist. Wenn unter diesen Bedingungen zuerst keine intermittierende Entladung veranlasst worden ist, so ist das angelegte elektrische Feld selbst nicht gross genug für die Entladung.
24.8.1970
Krü/Do 1 0 9 8 11 / U 3 1 t/"
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P.A.B. Toorabs - 5
Wenn jedoch dieser Wechselspannung ein genügend grosser Impuls überlagert wird, so dass die Durchbruchsspannung kurzzeitig überschritten wird, cder wenn die Amplitude der angelegten Wechselspannung selbst kurzzeitig auf die entsprechende Grosse gebracht wird, dann wird eine intermittierende Entladung angeregt, die auch dann noch andauert, wenn der Impuls oder die kurzzeitige Vergrö'sserung der Wechselspannung verschwunden ist. Die intermittierende Entladung kann später dadurch unterbrochen werden, dass die Amplitude der angelegten Wechselspannung unter einen gewissen kritischen Viert für die Dauer von etwa einer halben Sekunde gesenkt wird. Nach dieser Dauer kann die Weehselspannungsaraplitu-Ie wieder auf den ursprünglichen Viert angehoben werden, ohne dass wieder eine intermittierende Entladung auftritt.
Diese Schalteigenschaft oder Bistabilität der Glaszellen unter den vorgenannten Bedingungen schafft die Möglichkeit, diese Glaszellen in einem einzigen Koordinatenfeld in Form einer Leuchtmatrix anzuordnen. Eine aclahe Leuchtmatrix erfordert ein Verbindungsschema, in dem die Elektroden auf der einen Seite der Zellen zeilenweise miteinander verbunden sind., während die Elektroden auf der anderen Seite der Zellen spaltenweise miteinander verbunden sind. Eine derartige Leuchtmatrix ist bereits vorgeschlagen worden. Sie besteht im wesentlichen aus drei geschichteten Glasplatten, von denen die mittelste eine matrixförmige Perforation aus kleinen Löchern aufweist. Die Seiten dieser drei Glasplatten sind miteinander verschmolzen. Zunächst wird das gesamte Bauteil ausgepumpt, dann wird es mit einem geeigneten Gasgemisch gefüllt, welches die gewünschte Farbe der Glimmentladung bestimmt. Jedes Loch in der Mittelplatte bildet somit eine leidlich gut isolierte, mit ionisierbarem Gas gefüllte Zelle. Als Elektroden für diese Zellen sind zwei Sätze transparenter leitender Goldfolien auf den äusseren Oberflächen der aussenliegenden Glasplatten vorgesehen, wobei die auf der einen Seite angeordneten Folien die Spalten und die auf der anderen Seite angeordneten Folien die Zeilen der Leuchtmatrix bilden. Ein in Verbindung mit einer solchen Leuchtmatrix auftretendes Problem be steht in der Schaffung verhältnismässig transparenter Elektroden, die einen ausreichend niedrigen Widerstand haben, damit nicht ein bedeutender Spannungsabfall an diesen Folien beim Betrieb der Leuchtmatrix auftritt.
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P.Λ.B. Tcoinbs - 5
Die /\ui>abe der Erfindung besteht darin, eine Leuchtmatrix auf Gasentladungsbasis zu schaffen, die einfacher aufgebaut ist und bei der keine transparenten Elektroden benötigt werden. Die Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, dass es einfacher ist, die Elektroden mit einem elektrisch Isolierenden Material anstatt des Gases zu umgeben. Die Leuchtnntrix ist gemäss der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass in einem mit einem ionisierbaren Gas oder Gasgemisch gefüllten Behälter ein geflochtenes Maschennetz aus elektrisch isolierten Drähten, Folien ^der dergleichen angeordnet ist, dassdie einen Enden der Matrixdrähte durch die Behälterwandung geführt sind und als Steuerverbindungen dienen und dass über diese Steuerverbindungen an jedes jeweils aus einem Spaltendraht und einem Zeilendraht bestehende Drahtpaar eine ',.'echselspannung derartiger Grosse anlegbar ist, dass das Gas in der unmittelbaren Umgebung des Kreuzpunktes des ausgewählten Drahtpaares infolge intermittierender Glimmentladung zum Leuchten angeregt wird.
Diese und weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung werden nun anhand eines Ausführungsbeispiels näher eriäutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Leuchtmatrix,
Fig. 2 eine Schaltungsanordnung für die Stromversorgung der Leuchtmatrix und
Fig. 3 eine Schaltungsanordnung für die Stromversorgung eines einzelnen Kreuzpunktes der Leuchtmatrix.
In Fig. 1 ist eine Leuchtmatrix mit 11 χ 11 Gasentladun^sstrecken dargestellt, wobei die Matrixelemente durch die Kreuzpunkte eines geflochtenen Maschennetzes 1 aus glasumkleideten Kupferdrähten gebildet sind. Diese Drähte haben einen Durchmesser von etwa 0,001 Zoll, wobei der Durchmesser der Kupferseele etwa 0,0005 Zoll beträgt. Der Abstand zwischen benachbarten Drähten im Maschennetz beträgt etwa 0,025 Zoll. Das Maschen-
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BAD ORIGINAL
- 4 -P.A.B. Toombs - 5
netz befindet sich in einem Glasbehälter, der aus einer quadratischen Platte 2, einer L-förmi^en Platte 3 und einem Zwischenrahmen 4 zwischen den Platten 2,3 besteht. Der Zwischenrahmen 4 weist einen Ober- und einen Unterrahmen auf, zwischen denen die Drähte des Maschennetzes eingeklemmt und eingeschmolzen sind. Ein Ende jedes Drahtes des Maschennetzes ist durch den Zwischenrahmen nach aussen geführt und an der Platte 3 festgelegt, wodurch eine Anschlussverbindung geschaffen ist. Der Behälter wird an einer Röhre 5 ausgepumpt und bei etwa atmosphärischem Druck mit einem Argon-Neon-Gasgemisch aus 1 % Neon und 99 % Argon gefüllt. Dann wird die Röhre 5 zugeschmolzen.
1Jc eine gröbere Matrix erforderlich ist, kann ein grösserer Durchmesser der glasumkleideten Drähte gewählt werden. Die Verbindung zu einem feinen glasumkleideten Draht der vorbeschriebenen Grosse kann dadurch hergestellt werden, dass die Glasummantelung als Plussmittel bei einem Lötprczess benutzt wird. Da die Glasummantelung verhältnismässig spröde ist, kann sie alternativ auch erst durch Zerdrücken, z.B. mit einer glattklauigen Zange, entfernt werden.
In den Fig. 2 und 3 sind Schaltungsanordnungen zur Versorgung der Leuchtmatrix mit Strom gezeigt. Individuelle Kreuzpunkte müssen ausgewählt und ihre Leuchtstrecken aus- oder eingeschaltet werden können. Fig. 2 zeigt eine Schaltungsanordnung, bei der eine Ecke der Matrix 20 mit den Kreuzpunkten 21 herausgegriffen ist. An jeden Draht sind zwei Kondensatoren 22, 23 angeschlossen, die mit ihrem anderen Anschluss mit einem jeweils zugeordneten Si einer Wechselspannungsquelle 26 verbunden sind. Mittels eines Steuerumschalters 24 mit Mittelruhelage wird der Kaüensator 22 in der einen Arbeitslage des Steuerumschalters 24 überbrückt und der Kondensator 23 mittels eines v/eiteren Kondensators 25 in der anderen Arbeitslage des Steuerumschalters 24 geshuntet. Die Kondensatoren 22, 23 können durch Beschichten der glasummantelten Drähte mit leitenden Folien an denjenigen Stellen gebildet sein, wo diese aus dem Behälter herauskommen. Die Wechselspannungsquelle 26 liefert einige hundert Volt bei etwa 300 kHz.
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BAD ORIGINAL
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Die Arbeitsweise der Leuchtmatrix lässt sich besser anhand der Fig. 3 erläutern, die die Verbindungen zu nur einem Matrixkreuzpunkt zeigt. Wenn sich die zwei Steuerumschalter 24 in der Ruhelage befinden, so ist der in erster Linie als kapazitives Element wirkende Kreuzpunkt 21 mit den Kondensatoren 22 und der Weehselspannungs^uelle 26 in Reihe geschaltet, wobei die Kondensatoren 23 zunächst ausser acht bleiben. Daher erhält der Kreuzpunkt 21 nicht die volle Wechselspannung der Quelle Dieser Wechselspannungsabfall am Kreuzpunkt 21 ist jedoch so gewählt, dass er in der Mitte desjenigen Bereichs liegt, in dem der Kreuzpunkt bistabil ist. Wenn einer der Steuerumschalter 24 in diejenige Lage umschaltet, in der der Kondensator 22 kurzgeschlossen wird, so wird demzufolge der Spannungsabfall am Kreuzpunkt 21 erhöht. Schaltet der Steuerumschalter 24 in die andere Arbeitslage, in der er den Kondensator 23 mittels des Kondensators 25 shuntet, so wird der Spannungsabfall am Kreuzpunkt 21 herabgesetzt. Die Kapazitätswerte der Kondensatoren sind so gewählt, dass beim Umschalten nur eines Steuerumschalters 24 weder die Spannungserhöhung noch die Spannungsverminderung am Kreuzpunkt 21 ausreicht, um diesen Kreuzpunkt aus seinem eingenommenen stabilen Zustand zu bringen. Die Kondensatoren sind vielmehr so bemessen, dass bei Umschaltung der beiden zu einem Kreuzpunkt gehörenden Steuerumschalter in die eine Arbeitslage der Spannungsabfall an diesem Kreuzpunkt eine zur Erzeugung oder zum Aufrechterhalten einer intermittierenden Entladung ausreichende Grosse erreicht; wenn die beiden Steuerumschalter andererseits in die andere Betriebslage umschalten, dann wird der Spannungsabfall am Kreuzpunkt soweit vermindert, dass der Kreuzpunkt ausserhalb seines Bistabilitätsbereichs gesteuert und die intermittierende Entladung des Kreuzpunktes unterbunden wird.
Wenn eine Intermittierende Entladung an einem Kreuzpunkt angeregt worden ist, so wird die Kapazität dieses Kreuzpunktes geändert; würde man die Kondensatoren 23 fortlassen, so würde der Spannungsabfall an den zwei Kondensatoren 22 davon abhängen, wie viele weitere, derselben Zeile und Spalte zugeordneten Kreuzpunkte erregt sind. Um diese Abhängigkeit zu
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vermeiden, wird die Spannung an den Kondensatoren 22 mittels der Kondensatoren 23 stabilisiert. Die Kapazitätswerte dieser Kondensatoren 2j> sind im Vergleich mit den maximalen Kapazitätswerten der Kreuzpunkte einer Zeile oder einer Spalte gross.
Diese Methode des Ein- und Ausschaltens der Kreuzpunkte ist langsam, weil zwar das Einschaltsignal nur wenige Schwingungen zu dauern braucht, die Löschung mit so wenigen Schwingungen jedoch nur für die Dauer des Ausschaltsignals gelingt und zum· Abbau der Wandladungen an der Glasumkleidung der Matrixdrähte und damit zur dauernden Löschung etwa eine halbe Sekunde erforderlich ist.
6 Patentansprüche
2 Bl. Zeichnungen mit J Fig.
1 0 9 C 1 1 / U ?. 1

Claims (6)

  1. -7- 2Ü41938
    P.A.B. Toorabs - 5
    Paten tan sp rüche
    [ 1.) Leuchtmatrix auf Gasentladungsbasis, dadurch gekennzeichnet, dass ^— in einem mit einem ionisierbaren Gas oder Gasgemisch gefüllten Behälter (2, 3> 4) ein geflochtenes Maschennetz (l) aus elektrisch isolierten Drähten, Folien oder dergleichen angeordnet ist, dass die einen Enden der Matrixdrähte durch die Behälterwandung geführt sind und als Steuerverbindungen dienei. und dass über diese Steuerverbindungen an jedes jeweils aus einem Spaltendraht und einen Zeilendraht bestehende Draiitpaar eine Wechselspannung derartiger Grösse anlegbar ist, dass das Gas in der unmittelbaren Umgebung des Kreuzpunktes des ausgewählten Drahtpaares infolge intermittierender Glimmentladung zum Leuchten angeregt wird.
  2. 2. Leuchtmatrix nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Matr-ixdräiite j-lasumkleidete Kupferdrähte sind.
  3. ^. Leuchtmatrix nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ilatrixdrähte zwischen einem Unterteil und einem Oberteil eines Glasrahmens (4) geklemmt und eingeschmolzen sind, und dass der Glasrahmen auf beiden Seiten durch je eine Glasplatte (2, j) abgedeckt ist.
  4. 4. Leuchtmatrix nach Anspruch 3j dadurch gekennzeichnet, dass die eiv.e der Abdeckglapplatter. (J) L-förraig ausgebildet ist und dass auf dieser die Steuerverbindungen festgelegt sind.
  5. 5. Leuchtmatrix nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeiciinet, dass zu ihrer Steuerung jeder Matrixdraht über einen ersten Kondensator (22) mit dem einen Pol einer Weehselspannungsquelle (2ό) und über einen zweiten Kondensator (23) mit dem anderen Pol der Wechselspannungsquelle sowie mit der Mittelfeder eines dem Katrixdraht zugeordneten Steuerumschalters (24) mit Mittelruhelage verbunden ist und
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    dass dieser Steuerumschalter in seiner einen Arbeitslage den ersten Kondensator (22)kurzschliesst und in seiner anderen Arbeitslage dem zweiten Kondensator (23) einen weiteren Kondensator (25) parallelschaltet.
  6. 6. Leuchtmatrix nach Anspruch 5* dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kondensator und der zweite Kondensator (23) durch Beschichten der freien Matrixdrahtenden mit elektrisch leitfähigem Material, vorzugsweise Folien, gebildet sind.
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