DE2136134C3 - - Google Patents
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Description
gegebene Feldbetriebszeit wesentlich zu vermin- 2o diskreten dielektrischen Oberflächengebiet bei aufein-
dem und zu stabilisieren.
2. Gasentladungsfeld nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke jeder Schicht auf
jeder Ladungsspeicherfläche mindestens lOOÄ
beträgt
3. Gasentladungsfeld nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke jeder Oxydschicht
zwischen 100 und 10 000 Ä liegt.
Die Erfindung betrifft 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 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, und mit einer Schicht aus mindestens einem Oxyd von
Al, Ti, Zr, Hf oder Si auf jeder Ladungsspeicherfläche.
Solche Gasentladungsfelder dienen zur Darstellung von Daten, Zahlen, Buchstaben, Fernsehbildern, Radarbildern,
Binärwörtern usw.
Ein Gasentladungsfeld mit einer ionisierbaren Gasfüllung in einem Entladungsraum, der von einem Paar sich
gegenüberstehender Ladungsspeicherflächen aus dianderfolgenden 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 //-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 elementraren 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 99 167 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
elektrischem Material gebildet wird, mit einer Vielzahl 50 und schaffen in anderen und noch entfernter liegenden
paralleler Elektroden auf dem den Gasentladungsraum elementaren Volumina die Voraussetzungen für Gaabgekehrten
Seiten der Ladungsspeicherflächen, wobei
die Elektroden auf der einen Ladungsspeicherfläche
die Elektroden auf der einen Ladungsspeicherfläche
sentladungen bei einem gleichbleibenden angelegten Potential.
Mit Bezug auf die Gedächtnisfunktion eines gegebe-Fläche angeordnet sind, ist aus der DT-OS 19 48 476 55 nen Gasentladungsfeldes hängt der zulässige Abstand
bekannt. zwischen den Ladungsspeicherflächen u. a. von der
Bei anderen bekannten Gasentladungsfeldern (D. L Frequenz der Wechselspannung ab, wobei der Abstand
B i t ζ e r und H. G. S1 ο 11 ο w »The Plasma Display bei höheren Frequenzen größer sein kann.
Während bekannte Gasentladungsvorrichtungen exte tern 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
begrenzt. In jedem Fall, mit oder ohne begrenzende hS dem Gasmedium ausgelöst werden, die Entladungen
Strukturen, werden Ladungen (Elektronen, Ionen) nach jedoch unwirksam sind oder zur Ladungsbildung und
Speicherung, wie es bei der vorliegenden Erfindung erforderlich ist, nicht ausreichen.
transversal in bezug zu den Elektroden auf der anderen
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
Ionisierung des Gases in einer ausgewählten Entladungseinheit,
wenn geeignete periodische Betriebspo-
Der Ausdruck »Speichergewinn« ist hierin definiert
S. G. =
worin Vf die Größe der angelegten Spannung, bei welcher eine Entiadung in einem diskreten, in den
entsprechenden entladungsbereiten Zustand gebrachten Gasvolumen, das durch gemeinsame Gebiete sich
überkreuzender Elektroden begrenzt ist, ausgelöst wird, und Vj die Größe der niedrigsten angelegten periodischen
Brennspannung, die zum Aufrechterhalten einer einmal gesundeten Entladung ausreicht, bedeuten. Die ,5
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 Folge 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.
Um die Stabilität oder Gleichmäßigkeit der Spannung als Funktion der Betriebszeit des Gasentladungsfeldes
zu erhöhen und zu verbessern, ist bereits vorgeschlagen worden (DT-OS 21 35 889), auf die Ladungsspeicherflächen
des dielektrischen Materials sine Schicht mindestens eines Oxyds von der Gruppe Aluminium,
Titan, Zirkon, Hafnium und Silizium aufzubringen. Nach dem älteren Vorschlag wird dabei wie folgt verfahren:
Es wurde eine Schicht Aluminiumoxyd (AI2O3) in
verhältnismäßig gleichmäßiger Dicke von etwa 1000 A auf die Ladungsspeicherflächen von zwei gehärteten
Schichten aus dielektrischem Material aufgebracht; jede dielektrische Schlicht war vorher auf mit den Elektroden
versehenen Glassubstraten aufgebracht und gehärtet worden.
Das Aluminiumoxyd war mittels der Elektronen-Strahlverdampfungstechnik
aufgebracht worden. Die dielektrischen Schichten waren ein Bleiborsilikat, bestehend aus 73,3 Gew.-O/o PbO, 13,4 Gew.-o/o B2O3 und
133 Gew.-% S1O2. Die Glassubstrate waren aus Soda-Kalkglas folgender Zusammensetzung: 73
Gew.-% SiO2, 13 Gew.-% Na2O, 10 Gew.-°/o CaO, 3
Gew.-% MgO, 1 Gew.-% Al2O3 und kleine Mengen
(weniger als 1%) Fe2O3, K2O, As2O3 und Cr2O3. Die
Elektroden waren aus Hanovia-Gold.
Die beiden Glassubstrate waren miteinander heiß ()0
verschmolzen worden (unter Verwendung eines Standard-Verschmelzglases), so daß sie ein Gasentladungsfeld
mit offenen Zellen bildeten. Nach Evakuierung wurde das Feld mit einem inerten ionisierbaren Gas,
bestehend zu '99,9 Atom-% aus Neon und zu 0,1 Atom-% aus Argon, gefüllt. Nach Alterung des Feldes
über 50 Stunden, während der die dynamische Brennspannung auf etwa +18 Volt anstieg, verflachte
sich die Spannung mit einer Änderung von nur -2 Volt über die nächsten 500 Stunden Feldbetriebszeit Die
Höhe der dynamischen Brennspannung nach Alterung war etwa 225 Volt).
Die Vorteile bestehen vor allem darin, daß sich die Betriebsspannungen des Gasentladungsfeldes über eine
gegebene Feldbetriebszeit nicht merklich ändern oder schwanken, wodurch die Wirksamkeit und die Lebensdauer
des Gasentladungsfeldes verbessert wird.
Wird im Gegensatz hierzu keine Oxydschicht auf die Ladungsspeicherflächen aufgebracht, so erforderte die
Alterung etwa 100 Stunden, bevor sich die dynamische Brennspannung bei einer Höhe von etwa 140 Volt
verflachte.
Dies zeigt, daß die Alterungszeit des so hergestellten
Gasentladungsfeldes wesentlich vermindert wird, wenn eine Oxydschicht auf die elektrischen Schichten
aufgebracht wird.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, die Feldbetriebsspannungen für eine
gegebene Feldbetriebszeit wesentlich zu vermindern und außerdem zu stabilisieren.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Schicht von mindestens einem Oxyd von Al, Ti,
Zr, Hf oder Si mit einer zweiten Schicht aus Bleioxyd versehen ist, wobei beide Schichten in einer Gesamtmenge
aufgebracht sind, die ausreicht, die Feldbetriebsspannungen für eine gegebene Feldbetriebszeit wesentlich
zu vermindern und zu stabilisieren.
Werden so mindestens zwei Oxydschichten auf die dielektrischen Ladungsspeicherflächen aufgebracht, so
wird die Alterungszeit wesentlich verkürzt, und zusätzlich wird die Höhe der dynamischen Brennspannung
erheblich vermindert.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird jede der beiden Oxydschichten auf der dielektrischen
Ladungsspeicherfläche in einer Dicke von mindes'ens 100 A pro Schicht mit einem Bereich von
100 A bis ein Mikron (10 000 A pro Schicht) aufgebracht.
Dabei wird mindestens eine der Oxydschichten direkt auf die Ladungsspeicherfläche des dielektrischen
Materials aufgebracht. Mindestens eine der Oxydschichten kann in situ auf der Ladungsspeicherfläche gebildet
werden, z. B. durch Aufbringen des elementaren Metalls oder Metalloids (oder einer Quelle davon) auf das
dielektrische Material und anschließendes Oxidieren. Ein solches in-situ-Verfahren umfaßt das Aufbringen
des geschmolzenen Metalls oder Metalloids auf die Ladungsspeicherfläche und Oxidieren der Schmelze
während 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 oxidierbaren Quellen sind Minerale und/oder Verbindungen,
die das Element enthalten, insbesondere Organometall- oder Organometalloid-Verbindungen,
welche durch Wärme schnell zersetzt oder pyrolisiert werden.
Jede Oxydschicht (oder eine Quelle davon) wird auf irgendeine bekannte Weise aufgebracht, z. B. durch
Dampfabscheidung, Vakuumabscheidung, Aufsprühen einer Mischung oder Lösung des suspendierten Oxyds
auf die Oberfläche oder Aufsprühen einer Lösung des Oxyds und Verdampfen der Flüssigkeit, Trockenaufsprühen
des Oxyds auf die Oberfläche, Elektronenstrahlverdampfung, mittels Plasmabrenner und/oder
Lichtbogenversprühen und/oder Abscheiden und Kathodenstrahlzerstäubungstechnik.
Jedes ausgewählte Oxyd wird auf die dielektrische Oberfläche als sehr dünner Film oder sehr dünne
Schicht aufgebracht oder auf ihr gebildet. Die Dicke und Menge beider Oxydfilme oder Schichten ist ausreichend,
um die Betriebsspannungen ah eine Funktion der Feldbetriebszeit wesentlich zu vermindern und merklich
zu stabilisieren. Die beiden Oxydschichten können in einer Gesamtdicke und in einer Menge aufgebracht
werden, die ausreicht, die Feldbetriebsspannungen synergetisch zu vermindern, d. h. eine Feldbetriebsspan- ι ο
nung zu schaffen, die kleiner ist als die Betriebsspannung jeder einzelnen Schicht.
Bei der Herstellung eines Gasentladungsfeldes wird das dielektrische Material meist auf die Oberfläche eines
tragenden Glassubstrates oder eine Grundlage, auf welche die Elektroden- oder Leiter-Elemente vorher
aufgebracht sind, aufgetragen und gehärtet. Das Glassubstrat kann irgendein geeignetes Glas sein, z. B.
ein Soda-Kalk-Glas. Zwei Glassubstrate mit Elektroden und gehärteten Dielektrikum werden dann in geeigneter
Weise unter Bildung eines Feldes heiß miteinander verschmolzen.
Jede Oxydschicht kann auf die Ladungsspeicherfläche des gehärteten Dielektrikums aufgebracht werden,
bevor das Feld heiß verschmolzen wird.
Es hat sich gezeigt, daß abhängig von den bestimmten Oxydschichten und Kombinationen davon 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 der verwendeten Oxyde ist. Feldalterung ist definiert als die
angefallene Gesamtbetriebszeit des Feldes.
Das folgende Beispie! veranschaulicht eine besonders
gute Ausführungsform der Erfindung.
Die Herstellung des Feldes wurde wie im Beispiel des älteren Vorschlages (DT-OS 2135 889) beschrieben
vorgenommen, und zwar unter Verwendung einer ersten Schicht aus Aluminiumoxyd mit einer Dicke von
1000 A und einer zweiten Schicht über der ersten Schicht aus Bleioxyd mit einer Dicke von 1000 A. Nach
30stündiger Alterung des Feldes, während welcher sich die dynamische Brennspannung um etwa -4 Volt
verminderte, verflachte sich die Spannung ohne wesentliche Änderung über die nächsten 530 Stunden
Feldbetriebszeit. Die Höhe der dynamischen Brennspannung nach Alterung betrug etwa 115 Volt und hat
sich synergetisch vermindert, wie ein Vergleich mit dem Beispiel des älteren Vorschlags und mit dem folgenden
Beispiel zeigt, indem nur eine Bleioxydschicht allein aufgebracht ist:
Die Herstellung des Feldes wurde wie beschrieben durchgeführt unter Verwendung einer Bleioxydschicht
mit einer Dicke von 1000 A anstelle einer Aluminiumoxydschicht.
Nach drei Stunden Alterung des Feldes, während der die dynamische Brennspannung auf etwa
+10 Volt stieg, verflachte sich die Spannung mit einer
Änderung von nur +4 Volt während der nächsten 570 Stunden Feldbetriebszeit. Die Höhe der dynamischen
Brennspannung nach Alterung betrug etwa 145 Volt.
Claims (1)
1. 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 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, und mit einer Schicht von mindestens einem
Oxyd von Al, Ti, Zr, Hf oder Si auf jeder Ladungsspeicherfläche, dadurch gekennzeichnet,
daß diese Schicht mit einer zweiten Schicht aus Bleioxyd versehen ist, wobei beide
Schichten in einer Gesamtmenge aufgebracht sind, die ausreicht, die Feldbetriebsspannungen für eine
tentiale 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 entgegengesetzten 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 der aufeinanderfolgenden Halbperioden der Betriebsspannungen. Solche
Ladungen sammeln sich erst auf einem elementaren oder diskreten dielektrischen Oberflächengebiet und
dann auf einem gegenüberliegenden elementaren oder
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