DE2135889A1

DE2135889A1 - Mehrfach Gasentladungsanzeige und Speicherfeld

Info

Publication number: DE2135889A1
Application number: DE19712135889
Authority: DE
Inventors: Roger Edmund Luckey Ohio Ernsthausen (V St A )
Original assignee: Owens Illinois Inc
Current assignee: OI Glass Inc
Priority date: 1970-08-06
Filing date: 1971-07-17
Publication date: 1972-02-10
Also published as: CA940579A; SE371042B; SE7408012L; AU472005B2; NL170067B; DE2135889B2; IE35463B1; NL170067C; FR2104005A5; NL7110797A; IE35463L; GB1365904A; CH544982A; SE389754B; ZA715268B; BE770868A; AU3124671A

Description

PATKNTAJf WlLTE

»k.imo. H. NSOSNDANK · mru-iwo. H. HAUCK · dipl.-phys. W. SCHMITZ

HAMBPBO »· · NBPKJIWAl.!. «1 THL. BAT«»· CNO IKIlI

Owens-Illinois, Inc.

Toledo, Ohio 45601/USA

uOnchrn 15 - uokiktsth. 11 TIL.· SSO···

, 16. Juli

Mehrfach-Gasentladungsanzeige- und Speicherfeld

Die Erfindung bezieht sich auf neue Mehrfach-Gasentladungsanzeige- und Speicherfelder, die ein elektrisches Speicher-Vermögen haben und die fähig sind, eine Sichtanzeige oder die Darstellung von Daten, wie Zahlen, Buchstaben, Fernsehbilder, Radarbilder, Binärwörter usw_e zu erzeugen. Insbesondere betrifft die Erfindung neue Gasentladungssnzeige" und Speicherfelder mit weitgehend gleichbleibenden Betriebsspannungen, d.h.weitgehend stabil als Funktion der Feldbetriebszeit. Der Ausdruck Spannung, wie er hier gebraucht ist, ist irgendeine Spannung, die zum Betrieb des Feldes erforderlich ist, einschließlich Zündspannungen undBrennspannnngen scwie irgendwelche anderen Spannungen zur Handhabung der Entladung.

M-ahpfacU-Gasontladiüissanaige« und Epeicherfelder derlrb, auf

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die die Erfindung gerichtet ist, sind gekennzeichnet durch airvi-onisierbares Gasmediura, gewöhnlich ein Gemisch von mindestens zwei Gasen bei geeignetem Gasdruck, in einer schmalen Gaskammer oder einem Raum zwischen einem Paar sich gegenüberstehender Ladungsspeicherkörper, die mit Leiterkörpern (Elektroden) hinterlegt sind; die Leiterkörper hinter Jedem dielektrischen Körper sind

" transversal angeordnet, um eine Vielzahl von diskreten Entladungsvoluraine festzulegen und eine Entladungseinheit zu bilden. Bei einigen bekannten Entladungsfeldern sind die Entladungseinheiten zusätzlich durch umgebende' oder begrenzende Körperliche Strukturen, wie durch Zellen oder öffnungen in perforierten Glasplatten und dergleichen genau bestimmt, so daß sie körperlich von den anderen Einheiten i&Liert sind. In jedem Fall, mit oder ohne begrenzende Strukturen* werden Ladungen (Elektronen, Ionen), die nach Ionisierung des Gases in einer ausgewählten Entladungseinheit, wenn geeignet weehselnde Betriebspotentiale an die Leiter angelegt werden, erzeugt wevden? auf den Oberflächen des Dielektrikums an bestimmten festgelegten Orten gesammelt und bauen ein elektrisches Feld auf, das dem elektrischen Feld entgegengesetzt Ist, welches sie geschaffen hat, so daß die Entladung für die restliche Halbperiode beendet ist und sum Zünden einer Entladung bei der folgenden entgegengesetzten Halbperiode der angelegten

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Spannung beitragen; solche Ladungen bilden, wenn sie gespeichert werden, ein elektrisches Gedächtnis.

So verhüten die dielektrischen Schichten den Durchgang leitender Ströme von den Leiterkörpern zum gasförmigen Medium und dienen als Sammeloberflächen für ionisierte Ladungen des gasförmigen Mediums (Elektronen, Ionen) während der aufeinander folgenden Halbperioden der Wechselbetriebspotentiale. Solche Ladungen sammeln sich erst auf einem elementaren oder diskreten dielektrischen Oberflächengebiet und dann auf einem gegenüberliegenden elementaren oder diskreten dielektrischen Oberflächengebiet bei aufeinander folgenden Halbperioden und bilden ein elektrisches Gedächtnis. Ein Beispiel für eine Feldstruktur mit nicht körperlich getrennten oder offenen Bntladungseinheiten ist in der US-Patentschiift 3 499 offenbart.

Ein Beispiel für ein Feld mit körperlich lauerten Einheiten ist in dem Artikel D. L. Bitzer und H. G. Slottow "The Plasma Display Panel - A Digitally Adressable Display With Inherent Memory", Boceeding of the Fall Jdnt Computer Conference, ISES, San Francisco, California, Nov, 1966, S. 541-547, beschrieben.

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Bei Betrieb des Feldes wird ein kontinuierliches Volumen ionisierbaren Gases zwischen einem Paar fotoemittierender dielektrischer Oberflächen, die von Leiteranordnungen hinterlegt sind, die Matrixelemente bildend, begrenzt. Die Kreuzleitermmordnungen können orthogonal zueinander angeordnet sein (aber auch jede andere Konfiguration der Leiteranordnungen kann verwendet werden), um eine Vielzahl von sich gegenüberliegenden Paaren von Ladungsspeichergebieten auf den Oberflächen der das Gas einschließenden dielektrischen Körper festzulegen. So wird bei einer Leiterraatrix mit Η-Zeilen und C-Spalten die Zahl der elementaren Entladungsvolumina ■ das Produkt von H :: C sein und die Zahl der elementaren und diskreten Gebiete wird das Doppelte der Zahl der elementaren Ladungsvolumine sein.

Das Gas ist ein solches, das Licht erzeugt (wenn Sichtanzeige ein Merkmal ist) und während der Entladung reichlich Ladungen (Ionen und Elektronen) liefert. In einem Feld, wie in der schon erwähnten US-Patentschrift 3 499 beschrieben, reichen Gasdruck und elektrisches Feld aus, die bei Entladung entstandenen Ladungen in den elementaren oder diskreten Gasvolumine zwischen gegenüberstehenden Paaren elementarer oddr diskrster dielektrischer Gebiete innerhalb des Umfangs solcher Gebiete zu begrenzen, insbesondere in einem Feld mit nicht isolierten Einheiten,

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Vie in der eben erwähnten US-Patentschrift beschrieben, ist der von Gas erfüllte Raum zwischen den dielektrischen Oberflächen so, daß Photonen, die auf Entladung in einem ausgewählten oder elementaren Gasvolumtna gebildet sind, den Gasraum frei passieren können und auf die Oberflächengebiete des Dieltktrikxau, die von den ausgewählten diskreten Voluminß entfernt sind, auftreffen; solche entfernten dielektrischen Oberflächengebiete, auf 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.

Mt Bezug auf die Gedächtnisfunktion eines gegebenen EntladungBfeldes hängt der zulässige Abstand oder Raum zwischen den dielektrischen Oberflächen u.a. von der Frequenz der Wechselstromquelle ab, wobei der Abstand bei höheren Frequenzen größer sein kann.

Während die bekannten Gasentladungsvorrichtungen außerhalb angeordnete Elektroden zur Auslösung einer Gasentladung aufweisen, manchmal als "elektrodenlose Entladung" bezeichnet, benutzen diese Vorrichtungen Sequenzen und Abstände oder Entladungsvolumina und Betriebsdrücke der· ^ „daß,obwohl Entladungen in dem Gasmedium ausgelöst

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werden, solche Entladungen unwirksam sind oder zur Ladungsbildung und Speicherung wie bei der vorlie-, genden Erfindung nicht ausreichen.

Der Ausdruck "Speichergewinn" ist hierin definiert als

S,G. = V_f-V_ß

worin V_f die GröBe der angelegten Spannung, bei welcher eine Entladung in einem diskreten, in den entsprechenden Zustand gebrachten (conditioned, wie in der oben erwähnten US-PS 3 499 167 erklärt) Gasvolumen, das durch gemeinsame Gebiete sich überdeckender Leiter begrenzt wird_tund V_ die Größe der niedrigsten angelegten periodischen Wechselspannung, die zum Brennen einer einmal gezündeten Entladung ausreicht, bedeuten. Ss ist so zu verstehen, daß das elektrische Grundphänomen, das in dieser Erfindung ausgenutzt wird, die Bildung von Ladungen (Ionen und Elektronen) ist, die nacheinander an Paaren sich gegenüberstehender oder zugekehrter diskreter Punkte oder Gebiete auf einem Paar dielektrischer Oberflächen, die von mit einer Betriebsspannungsquolle verbundenen Leitern hinterlegt sind, gespeichert werden. Solche gespeicherten Ladungen resultieren in einen elektri-

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sehen Feld, das dem Feld, das durch die angelegte Spannung erzeugt ist und welches sie geschaffen hat, entgegengesetzt 1st und bewirkt daher die Beendigung der Ionisation in dem elementaren Gasvolumen zwischen den sich gegenüberstehenden oder einander zugekehrten Punkten oder Gebieten der dielektrischen Oberfläche. Der Ausdruck "Brennenlassen" bedeutet«die Erzeugung einer Folge von kurzzeitigen Entladungen, eine Entladung für jede Halbperiode angelegter wechselnder Brennspannung, nachdem das elementare Gasvolumen gezündet worden ist, um die aufeinander folgende Speicherung von Ladungen an Paaren gegenüberstehender diskreter Gebiete auf den dielektrischen Oberflächen aufrechtzuerhalten.

Es ist nun überraschend gefunden worden, daß die Gleichmäßigkeit oder Stabilität der Gasentladungsfeldspannung rJs Funktion der Betriebszeit des Gasentladungsfeldes wesentlich erhöht und verbessert werden kann, indem ein Oxyd eines der Elemente Aluminium, Titan, Zirkon, Hafnium und Silizium auf die Oberfläche des dielektrischen Materials aufgebracht wird. Genauer gesagt, es wird mindestens ein Oxyd der Elemente Al, Ti, Zr, Hf und Si auf die dielektrischen Ladungsspeicheroberflächen aufgebracht, um

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Betriebsspannungen für das Gasentladungsfeld zu schaffen, die sich nicht merklich verändern oder über eine gegebene Feldbetriebszeitperiode nicht wesentlich schwanken und dadurch die Brauchbarkeit des Gasentladungsfeldes erhöhen.

wird.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird das ausge-

" wählte Metall- oder Metalloid-Oxyd direkt auf die Oberfläche des dielektrischen Materials aufgebracht. Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird das Oxyd in flitu auf der dielektrischen Oberfläche gebildet,- z.B. durch Aufbringen des elementaren Metalls oder Metalloids (oder einer Quelle davon) auf die dielektrische Oberfläche und' anschließendes Oxydieren. Ein solches in-situ-Verfahren umfaßt das Aufbringen des geschmolzenen Metalls oder Metalloids auf die dielektrische Oberfläche und Oxydieren der Schmelze v/ährend sie sich abkühlt. Ein anderes in-situ-Verfahren besteht im Aufbringen einer Quelle für das Metall oder das Metalloid auf die Oberfläche. Beispiele für solche Quellen sind Minerale und/oder Verbindungen, die das Element enthalten, insbesondere Organometall- oder Organometelloid-Verbindungen, welche durch Wärme cchnell zersetzt oder pyrolisiert werden.

Das ausgewählte Metall- oder Metalloid-Oxyd oder eine Quelle davon wird auf irgendeine bekante Weise aufgebracht,

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ζ. Β. durch Dampf abscheidung, Vakuumabscheidung, Aufsprühen einer Mischung oder Lösung des suspendierten Oxyds auf die Oberfläche oder Aufsprühen einer Lösung des Oxyds und Verdampfen der Flüssigkeit, Trockenaufsprühen d?s Oxyds auf die Oberfläche, Elektronenstrahlverdampfung, mittels Plasmabrenner und/oder Lichtbogensprühen und/oder Abscheiden und Kathodenstrahlzerstäubungstechnik (die Erfindung ist jedoch auf diese Beispiele nicht beschränkt.

Das ausgewählte Oxyd wird auf die dielektrische Oberfläche als sehr dünner Film oder sehr dünne Schicht aufgebracht oder auf ihr gebildet. Die Dicke und Menge eines solchen Oxydfilras oder einer solchen Oxydschicht reicht aus, um stabile Feldbetriebsspannungen ale Funktion der Feldbetriebszeit zu sichern.

Genauer gesagt, das gusgewählte Metalloxyd oder Metalloidoxyd wird auf die dielektrische Matesiiloberfläche als dünner Film oder dünne Schicht einer Dicke aufgebracht, die ausreicht, um gegenüber irgendeiner jtotentiellen Ionenwanderung von dielektrische« Material undurchlässig zu sein, z.B. gewöhnlich in einer Dicke von mindestens 100 Ä riit einer beispielhaften Maximalen oder oberen Grenze von etwa 1 u (10 000 Ä).

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Die Ausdrücke ⁵⁸FiIm oder Schicht⁸¹^ wie sie hier gebraucht werden, schließen alle and®rsn ähnlichen Ausdrücke wie Abscheidung, überzug, Finish, Ausbreitung, Beschichtung und dergleichen ein.

Bei der Herstellung eines Gasentladungsfeldes wird das dielektrische.Material meist auf die Oberfläche eines tragenden Glassubstrates oder- einer Grundlage, auf welche die Elektroden- oder Leiter-Elemente vorher aufgebracht sind^ aufgetragen und gehärtete, Bas Glassubstrat kann irgendein geeignetes Glas s®in_B z_a B₆ ein Soda-Käk-Glas, Zwei Glassubstrate mit Elektroden und gehärtetem Dielektrikum werden dann in geeigneter Weise unter Bildung eines Feldes heiS miteinander verschmolzen.

Nach einer bevorzugten Ausführuagsform der Erfindung wird &s ausgewählte Metall- oder Ketalloia-Oxyd auf die Oberfläche des gehärteten Dielektrikums aufgebracht, bevor das Feld heiß verschmolzen wird.

Es hat sich gezeigt, daß abhängig tob dem bestimmten verwendeten Metalloxyd oder Metslloidoxyr. oder Kombinationen davon die Anwendung der Erfindung "besonäare günstig über gegebene Perioden der Feldbetriebsseit ist. Beste Ergebnis«e werden n#ch geeigneter Alterung des Feldes erreicht, wobei die erforderliche Dauer der Alterung sine Funktion der ver-

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wendeten Oxyde ist. Feldalterung ist definiert als die
angefallene Gesamtbetriebszeit des Feldes.

Die folgenden Beispiele veranschaulichen einige besonders gute Ausführungsformen der Erfindung.

Beispiel 1

Es wurde eine Schicht Aluminiumoxyd (AIpO,) in verhältnismäßig gleichmäßiger Dicke von etwa 600 % auf die entsprechenden freien Oberflächen von zwei gehärteten dielektrischen Materialschichten aufgebracht? ;Jede dielektrische Schicht war vorher aufgebracht und auf den Elektroden enthaltenden Glassubstraten gehärtet.

Das Aluminiumoxyd war mittels der Elektronenstrahlverdampfungstechnik aufgebracht worden. Das Dielektrikum war ein Blei-Borsilikat, bestehend aus 73,3 Gew.-# PbO, 13,h% Gew.-# B₂O und 13,3 Gew.-# SiQp Die Glassubstrate waren aus Soda-Kalkglas folgender Zusammensetzung: 7? Gew.-# SiO₂, 13 Gew.-?$ Na₂O, 10 Gev.-ίέ CaO, i, Gew.-# KgO, 1 Gew.-?i Al~0, und kleine
Mengen (weniger als Λ%) Fe_?0-, K₀O, As₂O^ und Cr₂O,. Die Slektrodenleitungen oder Leiteranordnungen waren aus
Hanovia#olG.

Die beiden Substrate waren miteinander heiß verschmolzen worden (unter Verwendung eines Standard-Verschmelzglases), so daß eie ein Gasontladungsfeld mit offenen Zellen bildeten

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(Vie in der lingangs mehrfach erwähnten US-Patentschrift bescixLeben)· Nach geeignetem Evakuieren wurde das Feld mit einem inerten ionisierbaren Gas, bestehend zu 99,9 Atom-% aus Neon und zu -'.OyI Atom# aus Argon, gefüllt. Nach Alterung des Feldes über 50 Stunden, v/ähr end der die Betriebsspannung auf etwa 18 Volt stieg, verflachte sich die Spannung mit einer Änderung von nur -2VoIt über die nächsten 500 Stunden Feldbetriebszät.

Beispiel 2

Die Henätellung des Feldes wurde wie in Beispiel 1 beschrieben durchgeführt, aber TiO₀ anstelle von Al₀CU benutzt. Nach 30 Stunden Alterung des Feldes, während der die Spannung auf etwa 8 Volt stieg, verflachte die Spannung, über die nächsten 500 Stunden Feldbetriebszeit gemessen, . mit keiner Änderung'.

Die vorstehenden Beispiele zeigen, daß, wenn gemäß der Erfindung eine Oxydschicht auf die dielektrische Oberfläche aufgebracht wird, das resultierende fertige Gasentladungsfeld nach geeigneter Alterung stabilere Feldbetriebsspannungen als Funktion der Betriebszeit und infolgedessen eine längere Lebensdauer hat.

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Claims

Patentansprüche :

J Gasentladungsfeld mit einem innisierbaren gasförmigen Medium in einer Gaskannsr, die von einem Paar sich gegenüberstehender Ladungsspeicherflächen aus dielektrischem Material gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß Jede dielektrische Oberfläche mit mindestens einem Oxyd von

zur

Al, Ti, Zr, Hf oder Si in einer/Schaffung_#stabiler Feldbetriebsspannungen für eine gegebene Feldbetriebszeitperiode ausreichenden Menge beschichtet ist.
2. Gasentladungsfeld.nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede dielektrische Oberfläche mit einer Oxydschicht einer Dicke von mindestens 100 % beschichtet ist.
3. Gasentladungsfeld nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Oxydschicht eine Dicke zwischen 100 und 10 000 Ä aufweist.
4. Gasentladungsf eld nach Anspruch 1 alit einem ionisierbaren gasförmigen Medium in einer Gaskammer, die von einem Paar sich gegenüberstehender Ladungsspeicherflächen aus dielektrischem Material gebildet wird, und bei der die Ladungsspeicherflächen von Elektrodenkörpern hinterlegt sind, die SlektrodenkSrper hinter jeder dielektrischen Fläche transversal mit Bezug auf die Elektrodenmaterialkörper hinter der gegenüberstehenden dielektrischen

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Fläche angeordnet sind₉ _w& ein© Vielzahl von Entladungseinheit@n za begrenzen, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens 1 Όπγά von Al₉ Ti, Zr, Hf, oder Si auf jeder der sieh gegenüberstehenden dielektrischen Oberfläche in einer zur Schafftang stabiler Feldbetriebsspannungen für ein® gegebene Peldbetriebsseitperlode ausreichenden Menge beschichtet ist,
5. Körper bmb dielektrischem Material zur Verwendung in einem Gasentladungsfeld gemäß den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet_s daß dar dielektrische Körper einen Oberflächenüberzug aus mindestens einem Oxyd von Al, Ti, Zv₉ Hf oder SI in einer Menge aufweist, die ausreicht, -Gasentladüngsfeldbetrie'baspaimui&gen su schaffen, die sich über eine gegeben® Peldbetrieb$£3iip®ri©d® ai©ht wesentlich ändern»
6. Körper liash Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß er mit einer Oxydschicht aiaer Dicke von mindestens 100 Ä versehen ist.
7. Körper nach Anspruch S₉ dadurch gekennzeichnet, daß er mit einer Oxydschicht einer Dicke von 100 bis 10 000 1 versehen ist.

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8. Verfahren zur Betribung eines Gasentladungsfeldes nach Anspruch 1 mit einem ionisierbarem Medium in einer Gaskammer, die von einem Paar Körpern aus dielektrischem Material mit sich gegenüberstehenden Ladungsspeicherflächen gebildet wird, wobei die dielektrischen Körper mit einer Reihe von parallelen Elektrodenkörpern hinterlegt sind, die Elektrodenkörper hinter jedem dielektrischen Körper transversal mit Bezug auf die Sl&trodenkörper hinter dem gegenüberstehenden dielektrischen Körper orientiert sind, um eine Vielzahl diskreter Entladungsvolumina txx begrenzen, die eine Entladungceinheit bilden, und darin das Gas in Jeder lintladungseinheit selektiv durch Anlegen von Betriebsspannungen an die transversalorientierten Slektrodenkörper ionisiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldbetriebsspannungen über eine gegebene Feldbetriebszeitperiode stabilisiert und die effektive Betriebsfähigkeit des Feldes durch Aufbringen eines Überzugs aus einem Oxyd von Al, Ti, Zr, Hf oder Si auf jede der sich gegenüberstehenden dielektrischen Ladungsspeicherflächen erhöht wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ■ die dielektrische Oberfläche mit einem Oxydfilm einer Dicke von mindestens 100 Ä beschichtet wird.

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10. Gasentladungsfeld nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß die dielektrische Oberfläche mit einem Oxjrdfilm einer Dicke von 100 bis 10 000 £ beschichtet wird.

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