DE2160792A1

DE2160792A1 - Mehrfach-Gasentladungsanzeige- und Speicherfeld mit verbesserter Arbeitsweise

Info

Publication number: DE2160792A1
Application number: DE19712160792
Authority: DE
Inventors: Felix Herman East Lansing Mich. Brown (V.StA.)
Original assignee: Owens Illinois Inc
Current assignee: OI Glass Inc
Priority date: 1970-12-23
Filing date: 1971-12-08
Publication date: 1972-07-13
Also published as: DE2160792C3; GB1379605A; US3821748A; FR2119640A5; DE2160792B2

Description

PATENTANWÄLTE

dr.ing. H. NEGENDANK · dipl-ing. H. HAUCK · dipl.-phys. W. SCHMITZ

HAMBURG-MÜNCHEN ZTTSTELLTTNGSANSCHRIFT: HAMBURG 3β · NEUER WALt 41

TEL. 3 8 74 28 UND »64115

TEI.EGH. SEGEDAPiTENT HAMBURG

Owens Illinois Inc., Münchenw = mozartstr.₂₃

TEL. 3 38 05 80

Toledo, Ohio 43601/USA tbieqr. nbgbhapatbnt München

Hamburg, 6. Dez. 1971

Mehrfach-Gasentladungsanzeige- und Speicherfeld mit verbesserter Arbeitsweise

Die Erfindung bezieht sich auf neue Mehrfach-Gasentladungsanzeige- und Speicherfelder, die ein elektrisches Gedähtnis haben und die fähig sind, eine Sichtanzeige oder ein latentes Bild zu erzeugen, z.B. eine Wiedergabe von Daten, wie Zahlen, Buchstaben, Fernsehbilder, Radarbilder, Binärwörter usw. Insbesondere betrifft die Erfindung die Erzeugung und Aufzeichnung von sichtbaren oder latenten Informationen in einem Gasentladungsspeichel¹· und Anzeigefeld.

Mehrfach-Gasentladungsanzeige- und Speicherfelder der Art,auf die die Erfindung gerichtet ist, sind gekennzeichnet durch ein ionisierbares Gasmedium, gewöhnlich ein Gemisch von mindestens zwei Gasen bei geeignetem Gasdruck, in einer schalen Gaskammer oder einem Raum zwischen einem Paar sich gegenüberstehender Ladungspeicherkörper, die mit Leiterkörpern (Elektroden) hinterlegt sind; die Leiterkörper hinter jedem dielektrischen Körper sind transversal angeordnet, um. eine Vielzahl von diskreten Entladungsvolumina festzulegen und

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Entladungs einheit zu bilden. Bei einJEpn bekannten Ent-? ladungsfeldern 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 <3en anderen Einheiten isoliert sind. In jedem Fall, mit oder ohne begrenzende Strukturen, werden Ladungen (Elektronen, Ionen), die nach Ionisierung des Gases in einer ausgewählten Entladungseinheit, wenn geeignet wechselnde Betriebspotentiale an die Leiter angelegt werden, erzeugt, 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 zum Zünden einer Entladung bei der folgenden entgegengesetzten Halbperiode der angelegten 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

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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 Entladungseinheiten ist in der US-Patentschrift 3 499 167 offenbart.

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

Bei Betrieb des Feldes wird ein kontinuierliches Volumen ionisierbaren Gases zwischen einem Paar dielektrischer Oberflächen, die von Leiteranordnungen hinterlegt sind, die Matrixelemente bildend, begrenzt. Die Kreuzleiteranordnungen 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 Leitermatrix mit Η-Zeilen und

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C-Spalten die Zahl der elementaren Entladungsvolumina das Produkt von HxC sein und die Zahl der elementaren und diskreten Gebiete wird das Doppelte der Zahl der elementaren Ladungsvolumina 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 3 499 167 beschrieben, reichen Gasdruck und elektrisches Feld aus, die bei Entladung entstandenen Ladungen in den elementaren oder diskreten Gasvolumina zwischen gegenüberstehenden Paaren elementarer oder diskreter dielektrischer Gebiete innerhalb des Umfangs solcher Gebiete zu begrenzen, insbesondere in einem Feld mit nicht isolierten Einheiten.

Wie 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 Gasvolumina gebildet sind, den Gasraum frei passieren können und auf die Oberflächengebiete des Dielektrikums, die von den ausgewählten diskreten Volumina entfernt sind, auftreffen; solche entfernten dielektrischen Oberflächengebiete, auf die Photonen aufschlagen, senden dadurch Elektronen aus und schaffen4n anderen und noch ent-

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fernter liegenden elementaren Volumina die Voraussetzungen für Gasentladungen bei einem gleichb3a.benden angelegten Potential.

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

Während die bekannten Gasentladungsvorrichtungen außerhalb angeordnete Elektroden zur Auslösung einer Gasentladung aufweisen, manchmal als "elektrodenlose Entladung" bezeichnet, benutzen diese Vorrichtungen Frequenzen und Abstände oder Entladungsvolumina und Betriebsdrücke der Art, daß, obwohl Entladungen in dem Gasmedium ausgelöst werden, solche Entladungen unwirksam sind oder zur Ladungsbildung und Speicherung wie bei der vorliegenden Erfindung nicht ausreichen.

Der Ausdruck "Speiehergewinn" ist hierin definiert als

s ei — ν -v

^vs

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

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Zustand gebrachten (conditioned, wie in der oben::erwähnten US-PS 3 499 167 erklärt) Gasvolumen, das durch gemeinsame Gebiete sich überdeckender Leiter begrenzt wird, und V ■ .-die Größe der niedrigsten angelegten periodischen Wechselspannung, die zum Brennen einer einmal gezündeten Entladung ausreicht, bedeuten. Es ist so zu verstehen, daß das elektrische Grundphänomen, das in dieser Erfindung ausgenutzt wird, die Bildung von adungen (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 Beirlebsspannungsquelle verbundenen Leitern hinterlegt sind, gespeichert werden. Solche gespeicherten Ladungen resultieran in einem elektrischen Feld, das dem Feld, das durch die angelegte Spannung erzeugt ist und welches sie geschaffen hat, entgegengesetzt ist und bewirkt daher die Beendigung der Ionisation in dem elementaren Gaaolumen 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 ele-,mentare Gasvolumen gezündet worden ist, um die aufeinander folgende Speicherung von Ladungen an Paaren gegenüberstehender diskreter Gebiete auf den dielektrischen Oberflächen aufrechtzuerhalten.

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Erfindungsgemäß wird ein latentes oder sichtbares Bild in einem Mehrfach-Gasentladungsfeld ezeugt und aufgezeichnet, indem eine latente oder sichtbare Bildstrahlung von den Gasentladungen auf eine lichtempfindliche Oberfläche, welche fähig ist, das Bild zu empfangen und aufzuzeichBn, projeziert wird. Es ist so zu verstehen, daß solche projezierte Strahlung für das menschliche Auge sichtbar oder unsichtbar ist; d.h. das proJizierte, empfangene, und aufgezeichnete und/oder angezeigte Bild kann irgendeine unsidatbare oder sichtbare Darstellung, Abbildung, Kopie, Faksimile usw. der Information, die durch die Gasentladungseinheit dargestellt wird, sein.

Der Ausdruck "lichtempfindliche Oberfläche¹,¹ wie er hier gebraucht wird, umfaßt irgendeine ebene Fläche oder einen festen Körper irgendeiner geeigneten geometrischen Gestalt, fähig zur Aufnahme und Aufzeichnung der Bildstrahlung der Gasentladung. Der Ausdruck "Aufzeichnung" wie er hier gebraucht wird, schließt die Speicherung, Rgistrierung, Verdoppelung usw. von Informationen, entweder sichtbar oder latent,entsprechend der projezierten Bildstrahlung, ein. Solche Aufzeichnung (oder. Speicherung) kann entweder direkt durch die Aufzeichnungsoberfläche geschehen oder aber durch solche Oberfläche zur Aufzeichnung oder Speiche-

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- 8 rung durch einen zweiten Flächenkörper moduliert werden.

Bei der Durchführung der Erfindung können sehr verschiedene Materialien und/oder Verfahren als lichtempfindliche Oberfläche verwendet werden.

Bei einer besonderen Ausführungsform der Erfindung wird ein lichtleitendes isolierendes Material benutzt, das fähig ist, ein Bild mittels anhaltender innerer Polarisation aufzunehmen und zu speichern.

*) Anhaltende innere Polarisation (hierin mit PIP abgekürzt) schließt die Trennung von positiven und negativen Ladungen in einem lichtleitenden Isoliermaterial bei gleichzeitiger Bestrahlung und Anlegen eines dielektrischen Feldes ein. Die Ladungen werden dann eingefangen und bleiben für eine endliche Zeit in dem Fotoleiter fixiert oder eingefroren, um ein inneres Polarisationsfeld zu bilden. Dieses Verfahren und seine Theorie ist wohlbekannt. Hierzu wird auf "Electrophography" vonR.M.Schaffert, The Focal Press, London und New York (1965), S. 59-77, und "Persistent-Internal Polarization" von Kalimann und Rosenberg, The Physical Review, Bd. 97, No. 5, 15. März 1955), S. 1596-1610 verwiesen.
*) (persistent internal polarisation) - 9 -

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Bei dieser Auführungsform wird die Ibhtempfindliche Oberfläche aus einem Material hergestellt, das fähig ist PIP zu entwickeln, wenn es gleichzeitig einer Strahlung der Gasentladungseinheiten und einem elektrischen Feld ausgesetzt ist, so daß die Feldbildstrahlung als latentes Bild über eingefrorene oder eingefangene Ladungen in PIP-Material gespeichert wird. Das latente Bild kann in ein sichtbares Bild einschließlich Hartkopieablesung mittels einer Toner- und Toner-Aufnahmefläche, die geeignet auf die PIP-Fläche aufgebracht ist, übergeführt werden. Ein derartiges PIP-Bildentwicklungsverfahren ist in der Technik allgemein bekannt.

Das Phänomen des PIP kann durch ·. irgendein Material erreicht werden, das folgende Eigenschaften besitzt:

1. Das Material muß im Dunkeln einen hohen spezifischen Widerstand haben (niedrige Dichte freier Ladungen), wo-durch es ein guter Isolator ist, wenn keine Strahlung, wie Licht oder Teilchen hoher Energie, eindringen.

2. Das Material muß lichtleitend sein,d.h. es muß bei Eindringen und Erregen mit geeigneter Strahlung änehmenden spezifischen Widerstand haben*

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3. Das Material muß eine hohe Dichte von Trägerfallen^r> (carrier traps) zum Einfangen und Einfrieren der Ladungen haben, die durGh gleichzeitige Bestrahlung und Anlegen des elektrischen Feldes getrennt werden.

Typische organische und anorganische PIP-Materialien oder Substanzen für die Durchführung der Erfindung sind z.B. Zinksulfid, Kadmiumsulfid, Zinkselenid, Kadmiumselenid, Zinkoxyd, Kadmiumoxyd, Selen, Tellur, Anthrazen, Chrysen, Erdalkalihalogenide und Qemische davon, insbesondere Gemische von Selen mit Tellur, Zink-Kadmium-Selenide und Zink-Kadmium-Sulfide. Der lichtleitenden PIP-Substanz ' kann auch eine kleine wirksame Menge eines geeigneten Aktivatprs, z.B. Gold, Silber oder Kupfer eingearbeitet sein.

Die gewöhnlich verwendeten pulverisierten PIP-Materialien werden beispielsweise mit einem geeigneten Harzbinder, wie einem Zellulose-Azetat·, -Äther oder -Ester, Silikonen, Vinylharzen und/oder Epoxyharzen gemischt oder darin dispergiert.

Bei einer weiteren besonderen Ausführungsform dieser Erfindung schließt die lichtempfindliche aufnehmende und aufzeichnende Oberfläche ein Elektrofaxverfahren ein, bei dem ein lichtleitendes Pigment, z.B. Zinkoxyd, auf einem Substrat,

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ζ-.Bή Papier _r benutzt wird. Dieses Verfahren unterscheidet sich vom PIP dadurch, daß das Feldbild direkt auf dem mit lichtleitenden Material beschichteten Substrat reproduziert wird und nicht auf eine andere Oberfläche übertragen wird. Gleichzeitig hat es den Vorteil, daß empfindlich gemachtes Elektrofaxpapier mit negativ geladenem Toner kombiniert werden kann, um eine dunklere oder heller Kopie zu erhalten.

Eine andere besondere Ausführungsform der Erfindung schließt die Benutzung von Xerographie ein, wie sie in "Xerography and Related Processes" von John H. Dessauer und Harold E. Clar, Xerox Corporation, 1965, Focal Press", beschrieben ist.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird ein System angewendet, das den Vorteil des negativ Arbeitens hat. Das System schließt die bildartige Abscheidung von Ladungen auf einem dielektrisch beschichteten Papier durch einen Photoleiter, der gegenüber der Strahlung der Gasentladungen empfindlich ist, ein. Ein derartiges System ist in der US-PS 3 502 408 beschrieben.

Die Erfindung bringt mehrere,außerordentlich wichtige Vorteile mit sich. Ein wesentlicher Vorteil ist die lichtempfindliche Aufzeichnung eines Bildes auf einer Seite eines Gasentladungsfeldes, während das Bild angezeigt und/oder auf der anderen Plattenseite ohne Benutzung eines Spiegels gesehen wird. _ 12 -

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Ein weiterer wichtiger Vorteil besteht darin, daß die Bilddarstellung, wenn erforderlich, für die Aufzeichnung und die Betrachtung verschieden sein kann, z.B. durch Verwendung von Leuchtstoffen und verschiedenen Gasgemischen als Gasmedium.

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Claims

Patentansprüche :

f iJMehrfach-Gasentladungsanzeige- und Speicherfeld mit verbesserter Arbeitsweise mit einem ionisierbaren Gasmedium in einer von einem Paar aus dielektrischem Material bestehenden Körpern gebildeten Gaskammer, wobei die dielektrischen Körper mit einer Reihe von parallelen Elektrodenkörpern hinterlegt sind und die Elektrodenkörper hinter jedem dielektrischen Körper transversal mit Bezug auf die Elektrodenkörper hinter dem gegenüberstehenden dielektrischen Körper orientiert sind, so daß sie eine Vielzahl diskreter Entladungsvolumina begrenzen, von denen jede eine Entladungseinheit bildet, und wobei das Gas durch an die transversal zueinander orientierten Elektrodenkörper angelegte Betriebsspannungen selektiv in jeder Entladungseinheit ionisiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein sichtbares oder ein latentes Bild von einer oder mehreren Gasentladungseinheiten erzeugt wird und dann die Bildstrahlung von den Entladungseinheiten auf eine lichtempfindliche Oberfläche, welche das Bild empfangen und aufzeichnen kann, projeziert wird.
2. Mehrfach-Gasentladungsanzeige- und Speicherfeld nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtempfindliche Oberfläche aus einem PIP-Material hergestellt ist.

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3· Mehrfach-Gasentladungsanzeige- und Speicherfeld nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtempfindliche Oberfläche ein Elektrofaxsystem mit lichtleitendem Pigment auf einem Substrat ist.
4. Mehrfach-Gasentladungsanzeige- und Speicherfeld nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Pigment Zinkoxyd und das Substrat Papier ist.
5. Mehrfach-Gasentladungsanzeige- und Speicherfeld nach

^] Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die projizierte Bildstrahlung auf einem dielektrisch beschichteten Papier durch einen Photoleiter, der gegenüber der Strahlung der Feldgasentladungen empfindlich ist, niedergeschlagen wird.

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