DE2240338C3 - Gasentladungsanzeige- und -speichervorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Gasentladungsanzeige- und -speichervorrichtung mit zwei einander im Abstand gegenüberliegenden dielektrischen Schichten, die einen mit ionisierbarem Gas gefüllten Entladungsraum einschließen, wobei wenigstens eine dieser dielektrischen Schichten zusätzlich wenigstens ein Metall enthält, und mit auf den dem Entladungsraum abgewandten Seiten der dielektrischen Schicht angebrachten Elektrodengruppen, wobei diese Gruppen einander rechtwinklig kreuzen.

Es ist bekannt, die zu sich kreuzenden Elektrodenpaaren gehörenden Gasentladungsräume voneinander physikalisch, beispielsweise durch eine gelochte Platte, zu isolieren, um beim Ansteuern der Elektrodenpaare die Gasentladung auf eine bestimmte Gasentladungseinheit zu begrenzen. Eine solche Anzeigetafel ist in der US-PS 35 59 190 und in Proceeding of the Fall Joint Computer Conference IEEE San Francisco, California, November 1966, Seiten 541 bis 547, D. L. Bitzer und H. G. Slottow, »The Plasma Display Panel - A Digitally Addressable Display With Inherent Memory« erläutert

Die Erfindung geht von einer Anzeigetafel mit offenen, physikalisch nicht isolierten Gasentladungseinheiten aus (US-PS 34 99 167). Bei dieser ist ein konstantes Volumen von ionisierbarem Gas zwischen zwei dielektrischen Schichten eingeschlossen, auf deren Rückseiten die Elektroden in Gruppen angeordnet sind. Die Elektroden kreuzen einander rechtwinklig.

Die aus dem Bericht über das »SID International ho Symposium« vom 4.-6. Mai 1971 in Philadelphia, PA. (V.StA.), (erschienen als »1971 SID International Symposium Digest of Technical Papers« im Mai 1971, bei Lewis Winner, New York) Seiten 98—99, bekannte Gasentladungsanzeige- und -speichervorrichtung soll μ eine von der Farbe der Gasentladung unabhängige farbige Anzeige mit Hilfe von auf die Oberfläche wenigstens einer dielektrischen Schicht aufgebrachten Leuchtstoffen ermöglichen. Unter diesen Leuchtstoffen befindet sich zwar auch eine Verbindung mit Yttrium (Yttrium-Vanadat, vgL Seite 98 rechte Spalte, Z Absatz); es wird jedoch auf Seite 99, linke Spalte, 1. Absatz, dieser Entgegenhaltung ausdrücklich festgestellt, daß die Oberfläche der dielektrischen Schicht von primärer Bedeutung für die Speichereigenschaften der Anzeigevorrichtung ist und daß deshalb zur Minimieiung des Einflusses der zusätzlichen Leuchtstoffverwendung auf die Betriebscharakteristika der Anzeigevorrichtung die Leuchtstoffe im Überlappungsbereich der Elektroden ausgespart werden, d. h. die in jeder Entladungseinheit stattfindende Gasentladung ist zumindest im Überlappungsbereich vollständig von metallfreien dielektrischen Schichten begrenzt

Zur Herabsetzung der Zündspannung der Gasentladungseinheiten ist bereits vorgeschlagen worden (DE-PS 22 30 373), die dielektrischen Schichten mit einer Alkalimetall- oder Erdalkalimetall-Schicht zu versehen. Diese Schicht weist ein hohes Sekundärelektronen-Emissionsvermögen auf.

Der Entladungsraum ist mit einem Gas gefüllt, das sichtbares Licht oder eine unsichtbare, lumineszenzanregende Strahlung erzeugt, wenn eine sichtbare Anzeige erfolgen soll, und das eine hohe Ausbeute von Ladungen (Ionen und Elektronen) während des Entladungszustandes liefert Wie auc der US-PS 34 99 16? hervorgeht, ist der Gasdruck und das elektrische Feld so groß, daß die Ladungen auf die zu einer Gasentladungseinheit gehörenden Bereiche örtlich begrenzt werden.

Wie in der US-PS 34 99 167 beschrieben wird, ist der Abstand zwischen den dielektrischen Schichten so groß, daß es für die Photonen, die während der Entladung in einer ausgewählten Gasentladungseinheit erzeugt werden, möglich ist, frei durch den Entladungsraum zu laufen und auf die Oberflächen der dielektrischen Schichten aufzutreffen, die von den ausgewählten Einheiten weit entfernt sind. Dabei werden Elektronen emittiert, die andere und weiter entfernte Gasentladungseinheiten für Entladungen bei einem gleichförmig angelegten Potential konditionieren.

Im Hinblick auf die Speicherfunktion der Vorrichtung hängt der gerade noch mögliche Abstand zwischen den dielektrischen Schichten unter anderem von der Frequenz der angelegten Wechselspannung ab, wobei der Abstand für niedere Frequenzen größer ist

Während bei den bekannten Gasentladungsanordnungen die extern angebrachten Elektroden zur Erzeugung einer Gasentladung vorgesehen sind, die man als »elektrodenlose Entladung« bezeichnet, ist bei diesen Anordnungen die Frequenz und der Abstand bzw. das Entladungsvolumen und der Gasdruck so gewählt, daß zwar Entladungen in dem Gas gezündet werden, diese Entladungen jedoch nicht effektiv und zur Ladungserzeugung und Speicherung bei hohen Frequenzen nicht verwertbar sind. Obwohl eine Ladungsspeicherung bei niederen Frequenzen erzielbar ist hat sie in einer Anzeigetafel mit offenen oder isolierten Gasentladungseinheiten noch keine Anwendung gefunden.

Der Ausdruck »Speichergrenze« ist durch den Quotienten

definiert, worin V/die halbe Amplitude der kleinsten, die

22 40 3	5	338	Ccr:	Acetat	I	4
Entladung aufrechterhaltenden Spannung ist, welche in		Lanthan:	Bromat	Holmium:
jeder Halbperiode eine Entladung erzeugt, aber bei der		Hexaborid	Carbid	Bromid	Fluorid
der Gasentladungsspeicher noch nicht bistabil ist, und		Bromid	Nitrid	Chlorid	Sulfat
worin Vfdie halbe Amplitude der minimalen angelegten		Chlorid	Phosphid	Iodid	Iodid
Spannung ist, die ausreicht, um bereits gezündete	10	Carbid	Borid	ΜΓΓΛΙΙΙΠΊ *	Sulfid
Entladungen aufrechtzuerhalten.			Sulfid	IjI UlUIIl.
Der sich in der Anzeigetafel abspielende elektrische		Carbonat	Chlorid
Vorgang besteht in der Erzeugung von Ladungen			Fluorid	Chlorid
(Ionen und Elektronen), die abwechselnd auf sich		Praseodym:	Nitrat	Fluorid
paarweise gegenüberliegenden diskreten Flächen der	15	Acetat	Thylium:	Nitrat
dielektrischen Schichten speicherbar sind. Die gespei		Bromat	Chlorid	Selenat
cherten Ladungen rühren von einem elektrischen Feld		Chlorid	Fluorid	Iodat
her, das dem Feld entgegengesetzt ist, das durch das an			Iodid
die Elektroden angelegte Potential erzeugt wird,		Neodym:	Oxalat
welches die Ladungen erzeugt und auf diese Weise	20	Acetat	Sulfat
derart wirkt, daß die Ionisation in dem Gasvolumen		Carbid
jeder Einheit zwischen den gegenüberliegenden diskre		Bromat
ten Flächen der dielektrischen Schichten beendet wird.		Bromid	Fluorid
Zum Aufrechterhalten einer Entladung wird eine Folge			Selenat
von momentanen Entladungen erzeugt, nämlich jeweils	25	Samarium:	Sulfat
eine Entladung für jede HalbwelJe der angelegten		Acetat
Wechselspannung, wenn die Gasentladungseinheit erst		Bromat
einmal gezündet worden ist, um das wechselseitige		Fluorid	Chlorid
Speichern der Ladungen auf den gegenüberliegenden			Fluorid
diskreten Gebieten der dielektrischen Schichten auf	30	Europium:	Nitrat
rechtzuerhalten.		Sulfat	Sulfat
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die		Carbid
Speicherfunktion bekannter Gasentladungsvorrichtun		Chlorid
gen unter Herabsetzung der Zündspannung und bei			Chlorid
Verwendung unterschiedlicher Frequenzen zu verbes	35	Gadolinium:	Carbid
sern.		Acetat	Sulfat
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,		Bromid
daß zur Beeinflussung der Speicherfunktion der		Carbid
dielektrischen Schicht ein Metall der Seltenen Erden		Chloride	Nitrid
einschließlich Scandium und Yttrium beigefügt ist. Bei	'»0	Nitrat	Nitrat
den Seltenen Erden handelt es sich um die Gruppe der			Fluorid
Lanthaniden, ausgewählt aus den Elementen Lanthan,		Terbium:
Cer, Praseodym, Neodym, Promethium, Samarium,		Chlorid
Europium, Gadolinium, Terbium, Dysprosium, Holmi		Fluorid	Borid
um, Erbium,Thulium, Ytterbium, Lutetium.	45	Dysprosium:	Selenat
Obwohl in der Mendelejew-Tabelle der periodischen		Acetat	Phosphid
Reihe der Elemente Scandium und Yttrium nicht als		Bromat	Sulfat
Seltene Erden klassifiziert sind, zeigen diese beiden		Bromid
Elemente, insbesondere Yttrium, manchmal die gleichen		Chlorid
Eigenschaften, wie die Elemente der Gruppe der	50	Fluorid
Seltenen Erden, so daß sie in diesem Zusammenhang		Nitrat
ebenfalls aufgezählt sind.		Sulfat
Unter dem Ausdruck »Beifügen« sollen alle geeignete
Mittel verstanden werden, durch die wenigstens ein
Element der Seltenen Erden in geeigneter Weise mit der	55	Chromat
dielektrischen Schicht verbunden werden kann, wie		Nitrat
etwa durch Einmischen in das Dielektrikum vor der		Oxalat
Schmelze oder während der Schmelze, durch Ionenaus		Selenat
tausch, durch Ionen-Implantation, durch Diffusionstech		Sulfat
niken oder durch Anbringen einer oder mehrerer	60
Schichten auf der Oberfläche der dielektrischen Schicht
oder auf deren Elektroden-Kontaktfläche oder auch		Fluorid
innerhalb der dielektrischen Schicht.		Oxalat
Die Beifügung kann in Form der Elemente selbst oder
in Form geeigneter Verbindungen benutzt werden, etwa	65
als Oxid oder als Salz der Seltenen Erden.
Nachstehend sind typische Verbindungen Seltener		Borid
Erden aufgeführt:	Sulfat
Lanthan:
Acetat Borid
Phosphid Nitrid	Borid
Bromat Nitrat

Ytterbium:

Acetat
Titanat
Chlorid
Fluorid

Lutetium:

Sulfat
Fluorid

Scandium:

Bromid

Carbid

Chlorid

Hydroxid

Nitrid

Yttrium:

Chlorid
Nitrid
Nitrat
Sulfat

Carbid

Borid

Sulfat

Carbid
Borid

Nitrat

Oxalat

Sulfat

Acetylacetonat

Fluorid

Fluorid
Carbid
Sulfid
Borid

Zusätzlich kommt in Betracht, daß verschiedene Seltene Erdemineralien und Abkömmlinge derselben benutzt werden können, beispielsweise Monazit, Altait, Lanthanit, Parisit, Samarskit, Bastnaesit, Euxenit und Misch metall.

Die Beifügung wird auf die dielektrische Schicht (oder eine zuvor angebrachte Schicht) durch alle geeigneten Mittel aufgebracht, beispielsweise durch Aufdampfen, Vakuumabscheidung, chemisches Aufdampfen, nasses Aufsprühen bei einer Mischung oder Lösung der Substanz auf die Oberfläche, wobei diese Substanz in einer Flüssigkeit aufgelöst oder aufgeschlemmt ist, und nachfolgendes Verdampfen der Flüssigkeit, trockenes Aufsprühen der Schicht auf die Oberfläche; thermisches Abdampfen durch Aufheizung, durch Elektronenstrahl oder Laser; Plasma-Flammen und/oder Bogenentladung-Sprühen und/oder Anlagerung; und Target-Zerstäubungstechniken.

In einer weiteren Ausführungsform wird die Schicht in Form eines Oxids einer Seltenen Erde auf die dielektrische Schicht aufgebracht, etwa durch eine der vorgenannten Methoden, insbesondere durch Elektronenstrahl-Evaporation.

Die Oxid-Schicht aus Seltenen Erden kann auf der Ladungsspeicheroberfläche der dielektrischen Schicht auch dadurch gebildet werden, daß ein Metall der Seltenen Erden auf die Oberfläche aufgebracht und anschließend oxidiert wird.

Jede Schicht wird als Oberfläche oder als Unterlage der dielektrischen Schicht in einem Ausmaß aufgebracht, das ausreicht, das gewünschte vorteilhafte Ergebnis zu erhalten, üblicherweise in einer Dicke von wenigstens etwa 10 nm im Bereich von etwa 20 nm je Schicht bis zu etwa 1 um.

Bei Herstellung der Gasentladungs-Anzeigevorrichtung wird die dielektrische Schicht üblicherweise auf die Oberfläche einer Glasunterlage angebracht und mit dieser fest verbunden; die Unterlage wurde zuvor mit den Elektroden versehen. Die Glasunterlage kann aus jeder geeigneten Zusammensetzung etwa aus einer Kronglas-Zusammensetzung bestehen. Zwei Glasunterlagen werden danach in geeigneter Weise dichtend zusammengesetzt, beispielsweise durch thermische Behandlung.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird jede die Seltenen Erden enthaltende Schicht auf die Oberfläche der mit der Glasunterlage verbundenen dielektrischen Schicht aufgebracht, bevor der Vorgang zur thermischen Abdichtung der Anzeigetafel beginnt, bei der die Temperatur der Glasunterlage während des Beifügens der Seltenen Erden etwa zwischen 65° C und etwa 315°C beträgt.

Die Verwendung der beigefügten Metalle hat mehrere Vorteile:

1. Derartige Seltene Erde-Oxidfilme sind optisch neutral in ihrer Lichtdurchlässigkeit bei niedriger Lichtabsorption;

2. Derartige Filme haben einen niedrigen Brechungsindex, so daß sie in einer Mehrschichtanordnung, wie beispielsweise einer Seltene Erden-Oxidschicht, über einer Sperrschicht von Aluminiumoxid eine geringe Reflexion aufweisen.

3. Derartige Filme dunkeln bei fortgesetzter Entladungstätigkeit (Alterung) nicht nach.

Die Sesquioxide der Seltenen Erde-Oxidgruppe (La₂Oa) neigen im Gegensatz zu den Dioxiden (CeO₂) dazu, niedrigste Betriebsspannungen innerhalb der allgemeinen Kategorie stabiler Oxidisolationen zu ergeben; das ist mit Bleioxidschichten (US-PS 36 34 719) vergleichbar. Ytterbiumoxid (ΥΪ2Ο3) und Lanthanoxid (La₂Os) ergeben die niedrigsten Betriebsspannungen, insbesondere zum Aufrechterhalten der Entladungen.

5. Eine sauber vorbereitete dielektrische Ladungsspeicheroberfläche aus Seltener Erde ergibt stabile Betriebsspannungen über lange Betriebszeiten. Insbesondere zeigen Ytterbiumoxid eine lange Lebensdauer.

In der Zeichnung ist die Alterungscharakteristik für eine Anzeigetafel des aus der US-PS 34 99167 bekannten Aufbaus gezeigt. Die Tafel besteht aus zwei einander gegenüberliegenden dielektrischen Schichten, von denen jede einen dünnen Film oder eine dünne Schicht (100 nm stark) von Ytterbiumoxid enthält Nach einer kurzen Voraiterungszeit ebnen sich die maximale und die minimale Aufrechterhaltungsspannung im wesentlichen ein und werden verhältnismäßig konstant über mehr als 800 Stunden Betriebszeit

Zusätzlich zu den vorstehenden Vorteilen wird erwartet, daß einige der Seltenen Erden-Oxide einen inhärenten Ionen- oder anderen Sperrschutz ergeben, so daß dadurch die Benutzung anderer Sperrfilme oder Sperrschichten unnötig ist

Ferner kann eine radioaktive Seltene Erde benutzt "A'erdeii, um das ionisierbare Gas zu konditionieren, d. h_ freie Elektronen innerhalb des Gases zu liefern, so daß die Entladung eingeleitet werden kann.

Zusätzlich kann die Seltene Erde als lumineszentes Mittel benutzt werden, insbesondere als fotolumineszenter Leuchtstoff.

Die mit Seltenen Erden aktivierten Leuchtstoffe sind nach dem Stand der Technik wohlbekannt Unter den typischen Leuchtstoffen befindet sich der rote Europium-aktivierte Yttrhimvanadatleuchtstoff, z.B. mit 1 Europiumatom auf jeweils 19 Yttriumatome, und Europiumaktiviertes Yttriumoxid.

Auch zeigen die Seltenen Erden interessante elektrische Eigenschaften. Zu diesen gehören HaIbleitercharakteristiken, welche solche Stoffe zur Benut-■ zung an der Grenzfläche zum Gas besonders geeignet machen.

Gleicherweise kann eine Seltene Erde in Kombination mit einer oder mehreren Verbindungen anderer Elemente verwendet werden wie beispielsweise aus der Gruppe IIA, Al, Si, Ti, Cr, Hf oder Pb, insbesondere als Oxidschicht, um vorteilhafte Ergebnisse zu erzielen, z. B. niedrigere Betriebsspannungen, thermische Stabilität eine herabgesetzte Alterungsperiodenzeit oder gleichmäßigere Betriebsspannungen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Gasentladungsanzeige- und -speichervorrichtung mit zwei einander in Abstand gegenüberliegenden dielektrischen Schichten, die einen mit ionisierbarem Gas gefüllten Entladungsraum einschließen, wobei wenigstens eine dieser dielektrischen Schichten zusätzlich wenigstens ein Metall enthält, und mit auf den dem Entladungsraum abgewandten Seiten der dielektrischen Schichten angebrachten Elektrodengruppen, wobei diese Gruppen einander rechtwinklig kreuzen, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beeinflussung der Speicherfunktion der dielektrischen Schicht ein Metall der Seltenen Erden einschließlich Scandium und Yttrium beigefügt ist

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das beigefügte Metali in einer oder mehreren Lagen auf der Oberfläche der dielektrischen Schichten aufgebracht ist

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das beigefügte Metall in einer oder mehreren inneren Schichten innerhalb der dielektrischen Schichten angeordnet ist

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die dielektrischen Schichten das beigefügte Metall in Form eines Seltenen-Erde-Oxids enthält