DE2135888C3

DE2135888C3 - Gasentladungsfeld

Info

Publication number: DE2135888C3
Application number: DE19712135888
Authority: DE
Inventors: Roger Edmund Lucky Ohio Ernsthausen (V.St.A.)
Original assignee: Ghc 11-26
Priority date: 1970-09-08
Filing date: 1971-07-17
Publication date: 1977-12-08

Description

Die Erfindung betrifft ein Gasentladungsgerät mit einer ionisierbaren Gasfüllung in einem Entladungsraum, der von einem Paar sich gegenüberstehender Ladungsspeicherflächen aus dielektrischem Material gebildet wird, mit einer Vielzahl paralleler Elektroden auf den dem Gasentladungsraum abgekehrten Seiten der Ladungsspeicherflächen, wobei die Eiektroden auf der einen Ladungsspeicherfläche transversal in bezug zu den Elektroden auf der anderen Fläche angeordnet sind.

Solche Gasentladungsfelder dienen zur Darstellung von Daten, Zahlen, Buchstaben, Fernsehbildern, Radarbiidern, Binärwörtern usw.

Ein Gasentladungsfeld mit einer ionisierbaren Gasfüllung in einem Entladungsraum, der von einem Paar sich gegenüberstehender Ladungsspeicherflächen aus dielektrischem Material gebildet wird, mit einer Vielzahl paralleler Elektroden auf dem den Gasentladungsraum abgekehrten Seiten der Ladungsspeicherflächen, wobei die Elektroden auf der einen Ladungsspeicherfläche transversal in bezug zu den Elektroden auf der anderen Fläche angeordnet sind, ist aus der DT-OS 19 48 476 bekannt.

Bei anderen bekannten Gasentladungsfeldern (D. L. B i t ζ e r und H. G. S1 ο 11 ο w, »The Plasma Display Panel — A Digitally Adressable Display With Inherent Memory«, According of the Fall Joint Computer Conference, IEEE, San Francisco, California, Nov. 1966, S. 541-547) sind die Entladungseinheiten zusätzlich durch körperliche Strukturen, wie durch Zellen oder öffnungen in perforierten Glasplatten und dergleichen begrenzt. In jedem Fall, mit oder ohne begrenzende Strukturen, werden Ladungen (Elektronen, Ionen) nach Ionisierung des Gases in einer ausgewählten Entla-Hungseinheit. wenn geeignete periodische Betriebspotentiale an die Elektroden angelegt werden, erzeugt, auf den Ladungsspeicherflächen an bestimmten festgelegten Orten gesammelt, bauen ein elektrisches Feld auf, das dem elektrischen Feld entgegengesetzt ist, welches sie hervorgerufen hat, so daß die Entladung für die restliche Halbperiode beendet ist und tragen zum Zünden einer Entladung bei der folgenden entgegenge setzten Halbperiode der angelegten Spannung bei; solche Ladungen bilden, wenn sie gespeichert werden, ein elektrisches Gedächtnis.

So verhüten die Ladungsspeicherflächen den Durchgang leitender Ströme von den Elektroden zum gasförmigen Medium und dienen als Sammeloberflächen für ionisierte Ladungen des gasförmigen Mediums (Elektronen, Ionen) während det aufeinander-

ro folgenden Halbperioden der Betriebsspannungen. Solche Ladungen sammeln sich erst auf einem elementaren oder diskreten dielektrischen Oberflächengebiet und dann auf einem gegenüberliegenden elementaren oder diskreten dielektrischen Oberfiächengebiet bei aufeinanderfolgenden Halbperioden und bilden das elektrische Gedächtnis.

Die Elektroden können orthogonal zueinander angeordnet sein (aber auch jede andere Konfiguration der Elektroden kann verwendet werden), um eine Vielzahl von sich gegenüberliegenden Paaren von Ladungsspeichergebieten auf den Ladungsspeicherflächen festzulegen. So ist bei einer Elektrodenmatrix mit Η-Zeilen und C-Spalten die Zahl der elementaren Entladungsvolumina das Produkt Hx Cund die Zahl der elementaren und diskreten Gebiete beträgt das Doppelte der Zahl der elementaren Ladungsvolumina.

Das Gas muß sichtbares Licht erzeugen, wenn Sichtanzeige erwünscht ist und muß während der Entladung reichlich Ladung (Ionen und Elektronen) liefern. In einem Gasentladungsfeld, wie es in der US-PS 34 99167 beschrieben ist, reichen Gasdruck und elektrisches Feld aus, die bei der Entladung entstandenen Ladungen in den elementaren Gasvolumina zwischen gegenüberstehenden Paaren elementarer dielektrischer Gebiete innerhalb des Umfangs solcher Gebiete zu begrenzen, ohne daß körperliche Strukturen erforderlich sind. Dabei können Photonen, die bei der Entladung in einem elementaren Gasvolumen gebildet werden, den Entladungsraum frei passieren und auf Oberflächengebiete der Ladungsspeicherflächen, die von den ausgewählten diskreten Volumina entfernt sind, auftreffen. Diese Oberflächengebiete, auf die die Photonen aufschlagen, senden dadurch Elektronen aus und schaffen in anderen und noch entfernter liegenden elementaren Volumina die Voraussetzungen für Gasentladungen bei einem gleichbleibenden angelegten Potential.

Mit Bezug auf die Gedächtnisfunktion eines gegebenen Gasentladungsfeldes hängt der zulässige Abstand zwischen den Ladungsspeicherflächen u. a. von der Frequenz der Wecnselspannung ab, wobei der Abstand bei höheren Frequenz größer sein kann.

Während bekannte Gasentladungsvorrichtungen extern angeordnete Elektroden zur Auslösung einer Gasentladung aufweisen, wobei dies als »elektrodenlose Entladung« bezeichnet wird, sind jedoch die Frequenzen und Abstände des Entladungsvolumens sowie die Betriebsdrücke so bemessen, daß zwar Entladungen in dem Gasmedium ausgelöst werden, die Entladungen

(>o jedoch unwirksam sind oder zur Ladungsbildung und Speicherung, wie es bei der vorliegenden Erfindung erforderlich ist, nicht ausreichen.

Der Ausdruck »Speichergewinn« ist hierin definiert als V-V,

ftS S. G. = -^Ly-^!- ,

worin Vf die Größe der angelegten Spannung, bei welcher eine Entladung in einem diskreten, in den

entsprechenden entiadungsbereiten Zustand gebrachten Gasvolumen, das durch gemeinsame Gebiete sich überkreuzender Elektroden begrenzt ist, ausgelöst wird, und V_s die Größe der niedrigsten angelegten periodischen Brennspannung, die zum Aufrechterhalten einer einmal gezündeten Entladung ausreicht, bedeuten. Die gespeicherten Ladungen resultieren in einem elektrischen Feld, das dem Feld, das durch die angelegte Spannung erzeugt ist und welches sie hervorgerufen hat, entgegengesetzt ist und bewirkt daher die Beendigung der Ionisation in dem elementaren Gasvolumen zwischen den sich gegenüberstehenden Gebieten der dielektrischen Oberfläche. Der Ausdruck »Aufrechterhalten« bedeutet die Erzeugung einer Feige von kurzzeitigen Entladungen, eine Entladung für jede Halbperiode der angelegten Brennspannung, nachdem das elementare Gasvolumen gezündet worden ist, um die aufeinanderfolgende Speicherung von Ladungen an Paaren gegenüberstehender diskreter Gebiete auf den Ladungsspeicherflächen aufrechtzuerhalten, Der Ausdruck Spannung, wie er im folgenden gebraucht wird, umfaßt jede Spannung, die zum Betreiben des Feldes erforderlich ist, einschließlich Zünd- und Brennspannungen sowie irgendwelche andere Spannungen zur Handhabung der Entladung.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, die Feldbetriebsspannungen für eine gegebene Feldbetriebszeit zu vergleichmäßigen und eine höhere Stabilität zu erreichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jede Ladungsspeicherfläche mit mindestens einem Bleioxyd in einer zur Schaffung stabiler Feldbetriebsspannungen für eine gegebene Feldbetriebszeit ausreichenden Menge beschichtet ist

Der überraschende Vorteil liegt darin, daß die Gleichmäßigkeit oder Stabilität der Gascntladungsfeldspannung als Funktion der Betriebszeit des Gasentladungsfeldes wesentlich erhöht und verbessert werden kann, indem mindestens ein Bleioxyd auf die Oberfläche des dielektrischen Materials aufgebracht wird. Genauer gesagt wird ein Bleioxyd auf die dielektrische Ladungsspeicherfläche aufgebracht, um Betriebsspannungen für das Gasentladungsfeld zu schaffen, die sich nicht merklich ändern oder über eine gegebene Feldbetriebszeit nicht wesentlich schwanken und dadurch die Brauchbarkeit und Lebensdauer des Gasentladungsfeldes erhöhen.

Es ist ferner gefunden worden, daß der Alterungszyklus des Feldes durch die Anwesenheit von Bleioxyd auf dem dielektrischen Material auch verbessert werden kann. Genauer gesagt, die erforderliche Gesamtalterungszeit oder Vorbetriebszeit des Feldes ist wesentlich kleiner, wenn auf der dielektrischen Oberfläche Bleioxyd aufgebracht ist Feldalterung ist definiert als die summierte Gesamtbetriebszeit des Feldes. Beispielsweise benötigt ein Feld mindestens 25 Stunden Alterung oder Vorbetriebszeit, oft sogar 50 Stunden, bevor die zuerst unruhigen Feldeigenschaften anfangen stabil zu werden oder zu verflachen. Gleicherweise brauchen viele zweckmäßige Feldeigenschaften, wie Speichergewinn, nicht bis zu einer geeigneten Feldalterung geprüft zu werden. Durch die Erfindung vermindert sich die Feidalicf ungäzeit auf unter 25 Stunden, meist auf unter 10 Stunden.

Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird die ausgewählte Bleioxydschicht in einer Dicke von mindestens lOoA auf die Ladungsspeicherflächen aufgebracht.

Das Bleioxyd kann in situ auf der dielektrischen Ladungsspeicherfläche gebildet werden; z. B. durch Aufbringen von elementarem Blei (oder einer Quelle dafür) und anschließende Oxydation. Ein solches In-situ-Verfahren umfaßt das Aufbringen einer Bleischmelze auf die dielektrische Oberfläche und Oxydieren der Schmelze während sie abkühlt. Ein anderes ln-situ-Verfahren besteht im Aufbringen einer oxydierbaren Quelle für Blei auf die Oberfläche. Beispiele für

ίο solche Quellen sind Mineralien und/oder Verbindungen, die das Element enthalten, insbesondere solche Organometalle, welche durch Wärme schnell zersetzt werden oder pyrolisieren.

Das Bleioxyd oder das metallische Blei (einschließlich einer Bleiquelle) wird auf die dielektrische Oberfläche nach irgendeiner bekannten Methode aufgebracht, z. B. durch Dampfabscheidung, Vakuumabscheidung, Aufsprühen einer Mischung oder einer Lösung des Bleioxyds oder von elementarem suspendiertem Blei oder gelöstem Blei und anschließendes Verdampfen der Flüssigkeit, Trockenaufsprühen von Bleioxyd oder elementarem Blei auf die Oberfläche, Elektronenstrahlverdampfung, mittels Plasmabrenner und/oder Lichtbogensprühen und/oder Abscheiden und/oder Kathodenzerstäubungstechnik.

Das Eleioxyd wird auf die dielektrische Oberfläche als sehr dünner Film oder sehr dünne Schicht aufgebracht oder auf ihr gebildet. Die Dicke und Menge des Bleioxydfilms oder -Schicht ist ausreichend, um stabile Feldbetriebsspannungen als Funktion der Feldbetriebszeit zu sichern und die Feldalterung wesentlich zu verkürzen.

Genauer gesagt wird das Bleioxyd auf die Ladungsspeicherfläche als dünne Schicht in einer Dicke von

100 Abis 1 Mikron (10 000 A) aufgebracht.

Bei der Herstellung eines Gasentladungsfeldes wird das dielektrische Material meist auf die Oberfläche eines tragenden Glassubstrates oder der Grundlage, auf welche die Elektroden vorher aufgebracht sind, aufgetragen und gehärtet. Das Glassubstrat kann irgendein geeignetes Glas sein, z. B. ein Soda-Kalk-Glas. Zwei Glassubstrate mit Elektroden und gehärtetem Dielektrikum werden dann in geeigneter Weise unter Bildung eines Feldes heiß miteinander verschmolzen.

Das Bleioxyd kann auf die Oberfläche des gehärteten Dielektrikums aufgebracht werden, bevor das Feld heiß verschmolzen wird.

Die nachstehenden Beispiele veranschaulichen einige besondere Ausführungsformen der Erfindung.

Beispiel 1

Es wurde eine Schicht Bleioxyd in verhältnismäßig gleichmäßiger Dicke von etwa 1000 A auf die entsprechenden freien Oberflächen von zwei gehärteten dielektrischen Materialschichten aufgebracht; jede dielektrische Schicht war vorher aufgebracht und auf den elektrodenenthaltenden Glassubstraten gehärtet.
Das Bleioxyd war mittels der Elektronenstrahlbedampfungstechnik aufgebracht worden. Das dielektrische Material war ein Blei-Bor-Silikat, bestehend aus 73,3 Gew.-% PbO, 13,4 Gew.-°/o B₂O₃ und 13,3 Gew.-% SiO₂. Die Glassubstrate waren aus Soda-Kalk-Glas folgender Zusammensetzung: 73 Gew.-% SiO.;, 13

fts Gew.-°/o Na₂O, 10 Gew.-% CaO, 3 Gew.-% MgO, 1 Gew.-% Al₂O₃ und kleine Mengen, unter 1%, Fe₂O₃, K₂O, As₂O₃ und Cr₂O₃. Die Elektrodenleitungen oder Leiteranordnungen waren aus Hanovia-Gold.

Die beiden Substrate waren miteinander heiß verschmolzen worden (unter Verwendung eines Standard-Verschmelzglases), so daß sie ein Gasentladungsfeld mit offenen Zellen bildeten. Nach geeignetem Evakuieren wurde das Feld mit einem inerten ionisierbaren Gas, bestehend aus 99,9 Atom-% Neon und 0,1 Atom-% Argon, gefüllt Nach Alterung des Feldes für nur drei Stunden, während der die Betriebsspannung (dynamische Brennspannung) auf etwa +10 Volt anstieg, verflachte die Spannung mit einer Änderung von nur + 4 Volt innerhalb der nächsten 570 Stunden Feldbetriebszeit.

Beispiel 2

Es wurden 10 Felder, wie in Beispiel 1 beschrieben, hergestellt, um die Reduzierung der Feldalterungszeit festzustellen. Alle Felder besaßen eine Alterungszeit unter 10 Stunden bei einem Durchschnitt von 3 Stunden, mit einer Änderung in der Betriebsspannung von etwa ±2 bis ±10 Volt und einer durchschnittlichen Betriebsspannungsänderung von etwa ±6 Volt. Danach waren alle Felder wie in Beispiel 1 verflacht.

Die vorstehenden Beispiele zeigen, daß, wenn man auf die Ladungsspeicherflächen eine Bleioxydschicht aufbringt, für das resultierende Gasentladungsfeld eine kürzere Alterungszeit erforderlich ist und es nach dieser Alterung konstantere Betriebsspannungen als Funktion der Betriebszeit und demzufolge längere Lebensdauer hat.

Claims

Patentansprüche:

1. Gasentladungsfeld mit einer ionisierbaren Gasfüllung in einem Entladungsraum, der von einem Paar den gegenüberstehender Ladungsspeicherflächen aus dielektrischem Material gebildet wird, und mit einer Vielzahl paralleler Elektroden auf den dem Gasentladungsraum abgekehrten Seiten der Ladungsspeicherflächen, wobei die Elektroden auf der einen Ladungsspeicherfläche transversal in bezug zu den Elektroden auf der anderen Fläche angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß jede Ladungsspeicherfläche mit mindestens einem Bleioxyd in einer zur Schaffung stabiler Feldbetriebsspannungen für eine gegebene Feldbetriebszeit ausreichenden Menge beschichtet ist.

2. Gasentladungsfeld nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Ladungsspeicherfläche mit einer Bleioxydschicht einer Dicke von mindestens 100 A beschichtet ist.

3. Gasentladungsfeld nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bieioxydschicht eine Dicke zwischen 100 und 10 000 Ä aufweist.