DE2136102A1

DE2136102A1 - Gasentladungsspeicher- und Anzeigefeld mit niedrigeren Betriebsspannungen

Info

Publication number: DE2136102A1
Application number: DE19712136102
Authority: DE
Inventors: Bernard W Byrum Jr; Roger E Ernsthausen
Original assignee: Owens Illinois Inc
Current assignee: OI Glass Inc
Priority date: 1970-09-28
Filing date: 1971-07-20
Publication date: 1972-09-07
Also published as: FR2112211B1; JPS477275A; DE2136102B2; FR2112211A1; GB1374585A; CA1145809A; DE2136102C3; JPS6042579B1

Description

ZÜSTELLUNGSANSCHRIFT: HAMBURG 3β · NEUER WALL ti

TEL. 36 74 28 UND :ϊβ 41 15 TEI.EGR. NEGEDAPATENT HAMBURG

TEI.. S 38 05 80

Toledo. OhiO 45601 /USA "^1ϊβΒ· nbobkapatent München

Hamburg, 19. Juli 1971

Gasentladungsspeicher- und Anzeigefeld mit niedrigeren Betriebsspannungen

Die Erfindung bezieht sich auf neue Mehrfach-Gasentladungsanzeige- und Speicherfelder, die ein elektrisches Speichervermögen haben und die fähig sind, eine Sichtanzeige oder die Darstellung von Daten, wie Zahlen, Buchstaben, Fernsehbilder, Radarbilder, Binärwörter usw. zu erzeugen. Insbesondere betrifft die Erfindung neue Gasentladungaanzeige und Speicherfelder mit wesentlich verminderten Betriebsspannungen. Der Ausdruck Spannung, wie er hier gebraucht wird, ist definiert als jede beliebige Spannung, die zum Betreiben des Feldes erforderlich ist, einschließlich Zündspannungen und Brennspannungen sowie irgendwelche anderen Spannungen zur Handhabung der Entladung.

Mehrfach-Gasentladungsanzeige- und Speicherfelder der Art, auf

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die dia Erfindung gerichtet ist, einet gekennzeichnet durch eiivtohisierbores Gasamäiuai, gewöhnlich ein Gemisch von «lindesten» svo.t Oc rs on bei geeignetem Gasdruck, in einer schmalen Gaekararater oder einem Raun zwischen öl* nom Paar sich gegentiberatehender Ledungsspeieharkörper* die mit Leit*rk8rpem (Elektroden) hinterlegt sind? die Lsiterkörper hinter ^©dem dielftfctrliiehen Körper ßind trensv^rsal engecvdnftt» im eine Vielzahl von diskreten Entladungsvoluralne festzulegen *md eine Intladimgeein· holt su 'bilden· Bei einigen bekaravtsn Entladungsfeidern die ^ntladtmgs6.1nheit9n sueMtzlich durch uagebende begrenrondo Körperliche strukturen, vio durch Zellen oder öffnungen in perforierten 01a5|>lattaii und dergleichen %enm hestiaßt, so daß aie körperlioh von ^sn anderen Einheiten Ssüiert sind. In federn Fall» tiit-oder· ohne bogrensend« Strukturen, werden Ladungen (Blcktronen, Ionen)» die nach Ionisierung dee Gases in einer ausgewählten Bat·

veim geolgnot wechselnde Botriobepotantiale en dia Leiter ensrelegt werden, erseugt »i*wi1init_t auf den Obor-flSehen des Plelektrüsurai* en bestiiwaton featgelegten Orten geeei&aelt und bauen ein elektrisches Feld auf, das dom elektrischen FeM entgegengeeetÄt ist, velchee© i· ge» hat» eo daS die Entladung PIr 4Ie restliche HaIb-

1st und srim Tffnden einer Fntladung bei der folgenden entge^en^esetzten TTjilbneriode der angelobten

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BAD

i"pc*nnvtti£ "baltm.^n." nolch·¹- Ladungen bildon, vean eie ßpeichcrt werden, ίίΧ'Λ elektrischer; C1«d!ichtnlc<»

ί:0 variiütöH tile; di^lcätrischori Schichten den Eurohgang leitaudsr Ctrl'ae vac den tsItarKÖrpem iJtin gafsiünaigcn !■!eiiim υηκ. dian cn a?^ö L^:i3!aB«:lobtiril*tchon für ionisierto

dec gwtnvLa&on Kcdi^ir? (Eloliti'cnon, Ιοηαπ) ui der aufclaandifr £ol£c»ai>n !JelTjporiofien dor \iechsel«

riab.'t'Otetitial«, ;'olchi LjfJuiiacn, r.9r.:aöln π ich fcret auf

biat tr*«' dsm cuf ain^ia ce.^cnniuri-X!.elenden al·· ♦unn-tE^ren oder öiskreiicn c'.'-iD.ch'tirS.i'cVi?:* bei cufela'jndsr folccr.C.en i'albpericicr. nnd bilden etn ülektricchaa Ced"chtn3 f.-· -HJr. OeS^irf JT^i⁴ eine Fold-

oüfeubnrt.

rpiöl iUr e.:.n Γβΐ-Ι ni/^:: kCrp^.^lic¹; in&lart«n ."Inhsiten ist in dca Artikel t. L. Sitzar urut H. G· iilottow Plaeaa ri«inl«y Fvnsl - A r-i^ifrilly Adrepsable Müplay i'-cnoi^¹',, 9»Κϊί»οι'.1η^ r?f the F*ll Jctat SiX₉ far. Francisco, CRlIfojnlß, iiov, 1966,

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Bsi Betrieb des Feldes wird ein kontinuierliches Volumen ionizi<*vh&rQ?i Gase ε stri neben einem.Paar, di«i«&trißeh<w· Oberflächen, die von !.eite-anordnungan hin· terlegf sind» die Sfetrixfilenentft bildend, begrenzt_β Dia

äniingcm .können orthogonal ruc?.inanÖ3r auge·» ssin (t\bpv euch ;1eön tmdor© tron.fiS^u¹¹¹Rtfön der I*ei·

kann verwendet v«rAen)» um eine Vielzahl von eich ^Sßnübßrlie^enöeri Pae^ftn von I^i^un^sripeicher-· awf den Oberfl-ichön dßr <1ftf> C??nfi einschließenden Körper j?es*sulr-r;an· i^;o vird böi einer Lei·· ij: wit H-Zallan und. Γ-»«>ρπ1νβη die ^nhl dor ttsren Sntladtmgt-^wluTainn £ns ProÄiütt von H ;c C eein dlü Sabl der elementaren tmci rtiskreten Gebiete wird dos alts di*r J?n.hl der o?.öra<?»iit;srßn IjCdnii^f-vol'A^ina sein·

Γ^ίί Gas i;rt «ϊί:ί r^lrbof, das Licht sysourrt sifi.ir-o ain M^ritmiil l.?t) 'jnd Ehrend tfov ^'ntladunjs reich· lieh tsd:ingcn (Ionen und Elektronen) 15.«fert· In einen FaId _r ^rici in der r^hcm cr^^:.^:ntf.m W ~PrtrntaGhritt 3 A99 b€k«ehrieben_f reichem 0(?Fdruck-unä cloktrieohcfs Feld d.ie bei JüntladuK,* nntr.tfnd.enen I«adtaif:i-n in urn tn.rsn oCsiT diskreten Oasv^iuroinp. svischen fT«?i^n stffihendea Paaren eleraent^rar txdav diskreter dielektrischer Cf.biete innffrhnlb dec ?tefon:.'T» «solcher Gebiete ku besrenaen, .inisbse.oRi!»res in olnim Feld :t;I⁴; nicht ir.cli«rt<on FInh«At»n·

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in dor ebon erwähnten tin-Pat ent schrift; beschrieben, ist der von Gas eirffillts Raum zwischen den dielektrlachen Oberfl Sehern so, daß Photonen, die atif Entladung in eines ausgewählten oder elementaren Gaüvolumiine gebildet olnd, ami Oaeraitra frei passieren können und auf die Oberflächen* gebiete des ritlektrifcuna, die von den stußfjewShlbn diskreten Volumina antfornt sind, auf treffen? solche entfernten dielektrischen OberflHchengebiete, auf die Photonen aufschlagen, senden dadurch Elektronen aus und schaffen in anderen und noch entfernter liegenden elementaren Volumina die Vorauiüaetwunffen ftlr Gasentlßdtmgen bei einem gleichbleibenden angelegten. Potential·

Mit Bezu£ auf die Oedächtnisfunktion ©ines gegebenen Entladungafeldea hüngt der zulöasißo Abstand oder Raum zwiachen den dielektrischen OberflScher u.a. von der Frequenz der Vecheelstromquelle ab» wobei der Abstand bei höheren Frequenzen größer sein kenn·

VMhrend die bekannten Gaeentladungavorrichtungen außerhalb angeordnete Elektroden zur Auslösung einer Gasentladung aufweisen, nanohiaal als "elektrodenloßo Entladung¹¹ bezeichnet, benutzen diese Vorrichtungen Bequensen und AbatMnde oder Bntladungsvolunina und Betriebsdrücke der Art, daß,obwohl Entladungen in dem Gaamedium ausgelöet

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werden, solche iutladungen mivfii'kr&i-i sind oder zur Laüiaißt;bildung υηά Speicherung; wie bei uvr vorliegenden Krfindung nicht atisreichon»

her Auedruck "SpeichorgeVlim¹¹ ist hierin ti.&£iniört als .

.S.G. = V_f-V_ß

worin V_-P die Größe der angelegten Spannung, bei weleher 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 eich überdeckender Leiter begrenzt wird,und V_f tUe Größe der niedrigsten angelegten periodischen Wechsel spannung» die zum Brennen einer einmal gezündeten Entladung ausreicht, bedeuten. Be ist eo am verstehen, deß das elektrische Grundphänomen, das in dieser "Erfindung aus.pomttzt wird, dio Bildung von !♦adunpen (Ionen, und Plektronen) int, die nacheinander en Paaren sich gegenüberetehendsr oder zugekehrter diskreter Punkte oder Gebiete anf einem Paar dielektrischer Oberflächen, die von mit einer BetriebsEpannungßquelle verbundenen Leitern hinterlegt sind, <?espeichert werden. Solche gespeicherten tadungen resultieren in einem elektri·

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sehen Feld, das dem Feld, das durch die angelegte Spannung erzeugt ist und welches gie geschaffen hat» entgegengesetzt ist 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 Höhe der Betrietffipannung des Gasentladungsfeldes durch Aufbringen einer Schicht aus mindestens einem Oxyd eines Metalls der Gruppe II A des periodischen Systems der Elemente (P.S.d.E.) auf die Ladungsspeicherfläche jedes dielektrischen Materials wesentlich vermindert wird. Genauer gesagt wird erfindungsgemäß auf jede dielektrische Ladungsspeicherfläche eine Schicht mindestens eines der Oxyde von Be_# Mg, Ca, Sr, Ba oder Ra in einer Menge aufgebracht, die ausreicht, wesentlich verminderte Gasentladungsfeld-Betriebsspannungen zu schaffen.

In einer Ausführungsform der Erfindung wird die Oxydschicht

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direkt auf die Oberfläche des dielektrischen Materials aufgebracht.

Nach einer weiteren Autführungsform der Erfindung wird die Oxydschicht in situ auf der dielektrischen Oberfläche gebildet, z. B. durch Aufbringen eines elementaren Metalls

HQuptder zweiten/Gruppe des P.S.d.E. (oder eine Quelle davon; auf die dielektrische Oberfläche und anschließendes Oxidieren. Ein solches in-situ-Verfahren umfaßt das Aufbringen des geschmolzenen Metalls auf die dielektrische Oberfläche und Oxidieren der Schmelze während sie sich abkühlt, so daß eine Metalloxydschicht entsteht. Ein anderes in-situ-Verfahren besteht im Aufbringen einer oxidierbaren Quelle für ein Metall aus der Gruppe Ha des P.S.d.E. auf die Oberfläche. Beispiele für solche oxidierbaren Quellensind Minerale und/ oder Verbindungen, die ein Metall der Gruppe Ha des P.S.d.E. enthalten, insbesondere organische Verbindungen, die durch Wärme schnell zersetzt oder pynolisiert werden.

Die Oxydschicht (oder eine Quelle dafür) wird auf irgendeine bekannte Weise auf die dielektrische Oberfläche aufgebracht, z.B. durch Dapfabscheidung, Vakuumabscheidung, chemische Dampfabscheidung, Aufsprühen einer Mischung oder Lösung des suspendierten oder gelösten Oxyds und anschließende Ver-

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dampfung der Flüssigkeit,"Trockenversprühen des Oxyds auf die Oberfläche, Elektronenstrahlverdampfung, mittels Plasmaflamme and/oder Lichtbogensprühen und/oder Abscheiden und Kathodenstrahlzerstäubungstechnik (die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Beispiele beschränkt^

Das Oxyd wird auf die dielektrische Metalloberfläche als dünner Film oder dünner Schicht einer Dicke aufgebracht (oder auf ihr gebildet), um die Feldbetriebsspannungen wesentlich zu vermindern· In der Praxis wird die Oxydschicht auf die dielektrische Oberfläche in einer Dicke von mindestens etwa 100 £ mit einem Bereich von etwa 100 Ä bis etwa 1 Mikron (10 000 Ä) aufgebracht oder gebildet.

Die Ausdrücke "Film" oder "Schicht", wie sie hier gebracht werden, schließen alle anderen ähnlichen Ausdrücke wie "Abscheidung, Überzug, Finish, Ausbreitung, Beschichtung und dergleichen" ein.

Bei der Herstellung eines Gasentladungsfeldes wird das dielektrische Material auf die Oberfläche eines tragenden Glassubstrates oder einer Grundlage, auf welche die Elektroden-oder Leiterelemente vorher aufgebracht sind, aufgetragen und gehärtet. Das Glassubstrat kann irgendein geeignetes Glas sein, z.B. ein Soda-Kalk-Glas. Zwei Glassubstrate mit

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Elektroden und gehärtetem Dielektrikum werden dann in geeigneter Weise unter Bildung eines Feldes heiß miteinander verschmolzen.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Oxydschicht auf die Oberfläche des gehärteten Dielektrikums aufgebracht, bevor das Feld heiß-verschmolzen wird.

Es hat sich gezeigt, daß abhängig von dem bestimmten verwendeten Metalloxyd die Anwendung der Erfindung besonders günstig über gegebene Feldbetriebszeitperioden ist. Beste Ergebnisse werden nach geeigneter Alterung des Feldes erreicht, wobei die erforderliche Dauer der Alterung eine Funktion des verwendeten Oxyds ist. Feldalterung ist definiert als die angefallene Gesamtbetriebszeit des Feldes, In einem Feld ohne eine dielektrische Oxydschicht ist eine Feldalterung von 100 Stunden die Norm.

Die Erfindung wird durch die nachstehenden Beispiele noch besser veranschaulicht.

Beipiel 1

Es wurde eine Schicht von Magnesiumoxyd in verhältnismäßig gleichmäßiger Dicke von etwa 1000 Ä auf die entsprechenden freien Oberflächen von zwei gehärteten dielektrischen Materialschichten aufgebrächt; jede dielektrische Schichtvar

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vorher aufgebracht und auf (elektrodenhaltigen) GIesubstraten gehärtet·

Das Magnesiumoxyd war mittels Elektronenstrahlverdampfungstechnik aufgebracht worden. Das Dielektrikum war ein Borsilikat, bestelmd aus 73,3 Gew.-% PbO, 13,4 Gew.-% B₂O₃ und 13f3 Gew.-96 SiO«· Die Glassubstrate waren aus Soda-Kalkglas folgender Zusammensetzung: 73 Gew.-% SiOp, 13 Gew.-% Na₂O, 10 Gew.-# CaO, 3 Gew.-% MgO, 1 Gew.-# Al₂O₅ und kleine Mengen (weniger als 1 %) Fe₂O₅, K₂O, As₂O₅ und Cr₂O₅. Die Elektrodenleitungen oder Leiteranordnungen waren aus Hanovia-Gold»

Die beiden Substrate wurden miteinander heiß verschmolzen (unter Verwendung eines Standard-Verschmelzglases), so daß sie ein Gasentladungsfeld mit offenen Zellen bildeten (wie in der !eingangs mehrfach erwähnten US-Patentschrift beschrieben). Nach geeignetem Evakuieren wurde das Feld mit einem inerten ionisierbaren Gas, bestehend zu 99,9 Atom-% aus Neon und zu 0,1 Atom-?6 aus Argon, gefüllt. Die Höhe der dynamischen Brennspannung des Gasentladungsfeldes nach 2fstündiger Alterung war 120 Volt. Nach Alterung des Feldes über 100 Stunden fiel die dynamische Brennspannung auf etwa 90 Volt.

Beispiel 2

Die Herstellung Jt es Feldes wurde wie in Beispiel 1 beschrieben wiederholt, jedoch wurde keine Oxydschicht auf das

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Dielektrium aufgetragen. Das Feld benötigte etwa 100 Stunden, bevor sich die dynamische Brennspannung auf eine Höhe von etwa 140 Volt verflachte.

Die vorstehenden Beispiele zeigen, daß, wenn eine Magnesiumoxydschiht auf die dielektrische Oberfläche, wie in Beispiel 1 aufgebracht ist, die Betriebsspannung des resultierenden Gasentladungsfeldes wesentlich vermindert ist, z. B. in Vergleich zu Beispiel 2, wo keine Oxydschicht aufgebracht worden ist.

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Claims

Patentansprüche:

1%)Gasentladungsfeld mit einem ionisierbaren gasförmigen Medium in einer Gaskammer, die von einem Paar sich gegenüberstehender Ladungsspeicherflächen aus dielektrischem Material gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß jede dielektrische Oberfläche mit mindestens einem Oxyd eines Metalls der Gruppe II a des periodischen Systems der Elemente beschichtet ist, wobei die Oxydschicht in einer zur wesentlichen Verminderung der Feldbetriebsspannungen ausreichenden Menge aufgebracht ist·

2* Gasentladungsfeld nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Oxydschicht auf jeder dielektrischen Oberfläche mindestens 100 1 beträgt·

3« Gasentladungsfeld nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Oxydschicht auf jeder dielektrischen Oberfläche eine Dicke im Bereich von 100 bis 10 000 % aufweist·

4% Gasentladungsfeld nach Anspruch 1_;; mit einem ionisierb&ren gasförmigen Medium in einer Gaskammer, die von einem Paar sich gegenüberstehender Ladungsspeicherflächen aus dielektrischem Material gebildet wird» und bei der die Laäungssptidaerflachen von Elektrodenkörpern hinter-

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legt sind, wobei die Elektrodenkörper hinter jeder dielektrischen Fläche transversal mit Bezug auf die Elektrodenkörper hinter der gegenüberstehenden di elektrischen Fläche angeordnet sind, um eine Vielzahl von Entladungseinheiten zu begrenzen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schicht mindestens eines Oxyds eines Elements der Gruppe Ha des periodischen Systems der Elemente auf jede der sich gegenüberstehendem dielektrischen Oberflächen in einer zur Verminderung der Betriebsspannungen des Feldes ausreichenden Klenge aufgebracht ist·

5· Körper aus dielektrischem HaterM. zur Vememöninig im einem Gasentladungsfeld gemäß den. Ansprüchen 11 M.s 4, dadurch gekennzeichnet, daß der dielektrische eines Oberflächenüberzug aus mindestens einem eines Metalls der Gruppe Ha des periodischem Systems der Elemente aufweist, wobei die OxydschicSait im ©inner zur Verminderung der Betriebsspannungen, im eimern (Sasentladungsf eld ausreichenden Menge ahgesclniLedeni

6« Körper nach Anspruch 5_f dadurch gekearnzei-cfinmeifc,,

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die Oxydschicht eine Dicke von. asindesteuis

7· Körper nach Anspruch 6, dadurch

die Oxydschicht eine Dicke vom IQO tols 1i® &M)

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8. Verfahren zur Betreibung 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 Elektrodenkörper hinter dem gegenüberstehenden dielektrischen Körper orientiert sind, um eine Vielzahl diskreter Entladungsvolumina zu begrenzen, die eine Entladungseinheit bilden, und darin das Gas in jeder Entladungsbinheit säektiv durch Anlegen von Betriebsspannungen an die transversalorientierten Elektrodenkörper ionisiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldbetriebsspannungen durch Aufbringen eines Überzuges aus mindestens einem Oxyd eines Metalls der Gruppe Ha des periodischen Systems der Elemente auf jede der sich gegenüberstehenden dielektrischen Ladungsspeicherflächen vermindert werden.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß auf jede dielektrische Oberfläche eine Oxydschicht in einer Dicke von mindestens 100 Ä aufgebracht wird.

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10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß auf £ede dielektrische Oberfläche eine Oxydschiht in einer Dicke von 100 bis 10 000 Ä aufgebracht wird.

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