DE2249682A1 - Monolithisch strukturierte gasentladungsvorrichtung und herstellungsverfahren - Google Patents
Monolithisch strukturierte gasentladungsvorrichtung und herstellungsverfahrenInfo
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- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J11/00—Gas-filled discharge tubes with alternating current induction of the discharge, e.g. alternating current plasma display panels [AC-PDP]; Gas-filled discharge tubes without any main electrode inside the vessel; Gas-filled discharge tubes with at least one main electrode outside the vessel
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Description
H. ing. II. NEGEJVD ANK · dipl.-ing. H. HAUCK · difl-phys. W. SCHMITZ
DIPL.-ING. E. GRAALFS · dipl.-ing. W. WEHNERT o-o α q ft Q
TEt. 80 74 28 UND 38 41 lö
Owens-Illinois Inc. teiegh. negedapatent hambuhg
. „ MÜNCHEN 15 · MOZARTSTR. 33
Toledo, Ohio 43601/USA TM.53805Se
HAMBURG, \,- Okt. I972
Monolithisch strukturierte Gasentladungsvorrichtung und Herstellungsverfahren
Die Erfindung bezieht sich auf Mehrfach-Gasentladungsvorrichtungen,
besonders auf Mehrfach-Gasentladungs-Anzeige/Speicher-Pelder oder -Einheiten, die einen elektrischen Speicher be- ,
sitzen und die in cfer Lage sind, eine visuelle Anzeige oder
Darstellung von Daten, wie Zahlen, Buchstaben, Radaranzeigen, Plugstandsanzeigen, Binärworten,■Lehrbilder usw. zu übernehmen.
Im besonderen bezieht sich die Erfindung auf ein monolithisch strukturiertes Mehrfach-Gasentladungs-Anzeige/Speicher-Feld,
worin die Leiter oder Elektroden (die den Gasentladungszustand
beeinflussende Potentiale tragen) nicht leitend mit dem wirksamen gasßrmgen Medium gekoppelt sind.
Mehrfach-Gasentladungs-Anzeige/Speicher-Vorrichtungen sind heute gut bekannt, wie man es durch die U.S.-Patentschriften
3 499 167, an Baker et al erteilt, und 3 559 190, erteilt an
Bitzer et al, belegen kann. .
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Ein Beispiel einer Feldstruktur, die nicht physikalisch
isolierte oder offene Entladungeeinheiten enthält, wird durch das Baker et al - Patent offenbart. Solch ein Gasentladungs-Anzeige/Speicher-Feld
des Baker et al-Typs wird durch ein ionisierbares gasförmiges Medium charakterisiert,
gewöhnlich eine Mischung von mindestens zwei Gasen mit einem geeigneten Gasdruck, in einer schmalen Gaskammer
oder einem Raum zwischen einem Paar von entgegengesetzten dielektrischen Ladungspeicherelementen, die im Rücken versehen
sind mit Leiter-(Elektroden)-Elementen» wobei die Leiterelemente an jedem dielektrischen Element so angeordnet
sind, daß eine Vielzahl von diskreten Entladungsräumen gebildet wird, von denen jeder eine Entladungseinheit darstellt.
anderen
In einigen/Feldern nach dem Stand der Technik werden die Entladungseinheiten zusätzlich gekennzeichnet durch eine sie umgebende oder begrenzende physikalische Struktur,wie es bei Zellen oder öffnungen in perforierten Glasplatten der Fall ist, um physikalisch isoliert zu sein relativ zu den anderen Einheiten.
In einigen/Feldern nach dem Stand der Technik werden die Entladungseinheiten zusätzlich gekennzeichnet durch eine sie umgebende oder begrenzende physikalische Struktur,wie es bei Zellen oder öffnungen in perforierten Glasplatten der Fall ist, um physikalisch isoliert zu sein relativ zu den anderen Einheiten.
Ein Beispiel eines Feldes, das physikalisch isolierte Einheiten enthält, wird in dem Artikel von D. L. Bitzer und
H. G. Slottow mit dem Titel "The Plasma Display Panel A Digitally Addressable" Display with Inherent Memory",
Proceeding of the Fall Joint Computer Conference, IEEE, San Francisco, California, November 1966, Seite 541-5^7,
309820/061S
besehrieben. Auch wird Bezug genommen auf die hiervor zitierte
US-PS 3 559 190 von .Bitzer et al..
In jedem Fall mit oder ohne begrenzende physikalische Struktur
werden die Ladungen (Elektronen, Ionen), die durch die Ionisierung eines Gases einer gewählten Entladungseinheit
produziert werden, wenn zweckmäßige Wechselpotentiale auf die gewählten Leiter gebracht werden, auf den Oberflächen
des Dielektrikums an spezifisch gekennzeichneten Orten gesammelt und rufen ein elektrisches Feld hervor, das dem elektrischen
Feld, das sie erzeugt hat, gegenübersteht, um die Entladung für den übrigen Teil der Halbperiode zu beenden
und in der Inbetriebnahme der Entladung einer folgenden entgegengesetzten Halbperiode der aufgebrachten Spannung zu helfen.
Solche gespeicherten Ladungen bilden einen elektrischen ~ Speicher. Auf diese Weise verhindern die dielektrischen
Schielten das überwechseln eines wesentlichen Teiles des Leiterstromes
von den Leiterelementen zum gasförmigen Medium und dienen zugleich als Sammeloberflächen für ionisierte Gasladungen
(Elektronen, Ionen) während der wechselnden Halbperioden das Wechselstrompotentials. Solche Ladungen sanmeln
sich zuerst auf einer elementaren oder diskreten dielektrischen Oberflächenzone an und dann :auf einer gegenüberliegenden
bei wechselnden Halbperioden, um einen elektrischen Speicher zu bilden. ■
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Bei der Operation eines Gasentladungs-Anzeige/Speieher-Feldes wird ein stetiges Volumen ionisierbaren Gases durch
ein Paar von nicht-leitenden Oberflächen begrenzt, die im Rücken mit Leiteranordnungen versehen sind, die in tjpiacher
Weise Matrix-Elemente bilden. Die kreuzförmigen Leiteranordnungen können orthogonal verbunden werden (aber irgendeine
andere Konfiguration der Leiteranordnungen kann auch verwendet werden), um eine Vielzahl von entgegengesetzten
Paaren von Ladungsspeicherzonen auf den Oberflächen des Dielektrikums, das das Gas eingrenzt, zu biBsn. Auf diese
Weise wird für eine Leitermatrix, die Η-Zeilen und C-Spalten hat, die Anzahl der elementaren Entladungsräume durch das
Produkt HxC und die Anzahl der elementmen oder diskreten
Zonen durch das Doppelte der Anzahl der elementaren Entladungsräume dargestellt.
Zusätzlich zu der Matrixkonfiguration können die Leiteranordnungen
andersartig geformt sein. Während die bevorzugte Leiteranordnung aus dem bereits besprochenen Gittertyp besteht,
ist es ebenso einleuchtend, daß dort, wo eine maximale Verschiedenheit von zweidimensionalen Anzeigefiguren
nicht notwendig ist, wenn spezifisch standardisierte visuelle Formen (Zahlen, Buchstaben, Wörter usw.) gebildet werden
sollen, und die Bildauflösung nicht kritisch ist, die Leiter entsprechend geformt werden können.
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Bei der Operation einer der Mehrfach-Gasentladungsvorrichtnngen
des Typs, der hier-vor beschrieben wurde, ist es notwendig, auf das diskrete elementare Gasvolumen Jeder Entladungseinheit
einzuwirken, indem mindestens ein freies Elektron dazugeleitet wird, so daß eine gasförmige Entladung initiiert
werden kann, wenn die Einheit durch ein Operieren des Spanhüngssignals
adressiert wird.
Der Stand der Technik offenbart verschiedene Methoden$ um
auf gasförmige Entladungseinheiten einzuwirken.
Eine von diesen Methödön schließb die Verwendung von externer
Strahlung wie die Bestrahlung eines Teiles oder des' gesamten
gasförmigen Mediums deä Fe'ides mit ultravioletten Strahlen ein.
Diese externe kohditiöhie'rühgsmethode hat den offensichtlichen
Nachteil, daß es nicht iiiimer' passend oder möglich ist, externe
Strahlung auf ein freiri aufzubringen, besonders wehrt sich das
Feld in einer entfernten Position befindet. Ebenso erfordert
eine externe UV-Qüeiie zusätzliche Ausrüstung» Folglich wird
die Anwendung einer internen Konditionierung im allgemeinen bevorzugt. -"■"-'
Des weiteren kann eine Vielzähl von elektronischen Konditiohie-
rungsmethodeh verwendet werden.
Eine der internen Konditionierungsitiethoden schließt den
Gebrauch interner Strahlung ein, so wie sie durch den Einschluß eines radioaktiven Materials und/oder durch
die Verwendung von einer oder mehreren aogenannten Pilot-Entladungseinheiten
für die Erzeugung von Photonen hervorgerufen wird*
Wie im Baker et al - Patent beschrieben ist, ist der Raum zwischen den dielektrischen Oberflächen, der-vom
Gas eingenommen wird, so angeordnet, daß es Photonen, die
erzeugt werden durch Entladung in eiiem ausgewählten diskreten
oder elementaren Gasvolumen (Entladungseinhdt),
ermöglicht wird, ungehindert durch den Gasräum des Feldes zu wandern, um auf andere und entferntere elementare
Volumina anderer Ehtladühgseinheiteh einzuwirken.
Jedoch wird solch eine interne Photonenerzeugung und Elektronenkondtionierung
des gasförmigen Mediums des Feldes unsicher, wenn sich eine gegebene Entladuhgseinheit, die
adressiert werden sollj in eiher weiten Entfernung (2,54 cm
oder mehr) relativ zu der kohditionierungsquelle, d.h. der Pilöteinheiti befindet. Äüf diese Weise kann eine Vielzahl
voh Piloteinheiten oder -elementen benötigt werden, um auf ein Feld einzuwirken, das eine große Erstreekunf: besitzt.
3Ü9U2Ü/Ö61S
Es wird ein Gas verwendet, das sichtbares Licht' oder unsichtbare
Strahlung verursacht, das einen Leuchtstoff stimuliert
(wenn die visuelle Anzeige ein Objektiv ist) und während der Entladung reichlich Ladungen (Ionen und Elektronen
) erzeugt.
In einem Feld mit offenen Zellen nach Baker et al sind der
Gasdruck und das elektrische-Feld ausreichendj um die Ladungen
seitlich zu begrenzen, die durch die Entladung innerhalb elementarer und diskreter dielektrischer Zonen und innerhalb
des Umkreises solcher Zonen, besonders in einem Feld, das nicht-isolierte Einheiten enthält, erzeugt werden.
Wie im Baker et al-Patent beschrieben ist, ist der Raum,
der von dem Gas zwischen den dielektrischen Oberflächen besetzt
wird, so ausgebildet, um es Photonen, die durch die Entladung in einem gewählten diskreten oder elementaren Gas-
raum erzeugt werden, zu gestatten, ungehindert durch den Gasraum hindurchwandern zu können und auf den Oberflächenzonen
des Dielektrikums aufzutreffen, die entfernt von den
gewählten di-skreten Räumen sind, so entfernt, daß die von
den Photonen getroffenen Oberflächenzonen des Dielektrikums dadurch Elektronen emittieren, so daß die Bedingungen für
Entladungen von anderen und weiter" entfernten· Elementarräumen
bei einem einheitlichen aufgebrachten PotentM. geschaffen
werden. _
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Mit Berücksichtigung der Speicherfunktion eines gegebenen Entladungsfeldes hängt die erlaubte Entfernung zwischen
den Oberflächen des Dielektrikums unter anderem ab von der Frequenz der Wechselstromquelle, wobei die Distanz normalerweise
größer ist für niedrigere Frequenzen.
Da der Stand der Technik Gasentladungsvorrichtungen offenbart, die extern angeordnete Elektroden besitzen, um eine
Gasentladung zu initiieren, manchmal als "elektrodenlose Entladung" bezeichnet, wurden in solchen Vorrichtungen nach
dem Stand der Technik solche Frequenzen, Entladungsräume
und ein solcher Arbeitsdruck verwendet, daß, obgleich die
in
Entladungen/dem gasförmigen Medium initiiert werden, solche Entladungen uneffektiv waren oder nicht verwertbar für die Ladungserzeugung und -speicherung bei höheren Frequenzen.
Entladungen/dem gasförmigen Medium initiiert werden, solche Entladungen uneffektiv waren oder nicht verwertbar für die Ladungserzeugung und -speicherung bei höheren Frequenzen.
Obgleich die Ladungsspeicherung bei niedrigeren Frequenzen
verwirktlicht werden kann, ist ein solcher Ladungsspeicher
nicht benutzt worden in einer Anzeige/Speicher-Vorrichtung in der Art und Weise der Bitzer-Slottow-oder Baker et aifirfihdung.
Der Begriff "Speicherkapazität" wird hier definiert als
Vf/2
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worin V„ die halbe Amplitude des kleinsten Versorgungs- '
spannungssignals 3 das sich aus einer Entladung jeder Halbperiode
ergibt, aber bei dem die Zelle nicht bistabil ist, und VE die halbe Amplitude der minimal angelegten Spannung
ist, die ausreicht, um die einmal initiierte Ladung aufrechtzuerhalten.
Man kann unter dem grundlegenden elektrischen Phänomen,
das in dieser Erfindung beniizt wird, die Erzeugung von
Ladungen (Ionen und Elektronen) verstehen, die wechselweise speicherfähig sind auf Paaren gegenüberliegender
diskreter Punkte oder Zonen auf einem Paar von dielektrischen Oberflächen, die im Rücken mit an eine Stromquelle
angeschlossenen Leitern versehen sind. Solche gespeicherten Ladungen resultieren in einem elektrischen Feld, das dem
Feld gegenübersteht, das durch die angelegte Spannung erzeugt wurde, die sie hervorrief, und operieren deshalb, um
die Ionisation in dem elementaren Gasraum zwischen den gegenüberliegenden dieskreten Punkten oder Zonen der dielektrischen
Oberflächen zu beenden. Der Begriff "Aufrechterhalten
einer Entladung" bedeute das Hervorrufen einer Folge von momentanen Entladungen, mindestens einer Entladung
für jede Halbpa^iode der angelegten Versorgungswechselspannung,
urn das wechselseitige· Speichern von Ladungen auf Paaren von entgegengesetzten diskreten Zonen auf den dielektrischen
Oberflächen aufrechtzuerhalten, wenn das elementare -'asvolumen einmal entzündet worden ist.
- 10 - · 309020/0615
Bei der Herstellung eines Mehrfach-Gasentladungs-Anzeige/
Speicher-Feldes werden die Leiteranordnungen auf Trägermaterialien,
normalerweise aus Keramik oder Glasmaterial, angebracht.
Auf diese Weise werden in der Herstellung eines Baker et al-Gasentladungs-Anzeige/Speicher-Feldes
die betreffenden Zeilen und Spalten-Leiteranordnungen auf Glasträgerplatten angebracht,
danach wird eine dünne dielektrische Schicht oder Decke über die Leiter jeder Anordnung gelegt. Zwei oder mehr
Platten werden im Abstand zueinander durch ein abstandhaltendes Dichtungsmittel so verbunden, daß eine sehr dünne aber
große Gasentladungskammer gebildet wird, die mit einem wirksamen gasförmigen Medium gefüllt wird.
In einer Bitzer et al -Vorrichtung wird ein Feld fabriziert,
bei dem die betreffenden Zeilen- und Spalten-Leiteranordnungen
auf dünnen Glasplatten geformt werden und bei dem eine perforierte
zentrale Platte dann zwischen die nichtleitenden Oberflächen der dünnen Glasplatten geschoben wird, wobei die
einzelnen Löcher der zentralen Platte so auf die Leiterkreuzungspunkte gestellt werden, daß diekrete Entladungen
gebildet werden.
Es wurde eine Anzahl von Variationen dieser beiden grundlegenden Möglichkeiten für die Fabrikation eines Gasentladung·
- 11 -
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feldes (manchmal als Plasmaanzeigen bezeichnet) erfunden.
Jedoch in allen Fällen, die mir bekannt sind, würden die elektrisch wirksamen Elemente als getrennte Elemente fabriziert
und dann zusammengesetzt in ihre positional wirkende Verbindung.
Gemäß dieser Erfindung wurde ein Mehrfach-Gasentladungs-Anzeige/Speicher-Feld
einer monolithischen Struktur geschaffen, indem die Leiteranordnungen auf einem einzigen Substrat
gebildet sind,und worin zwei oder mehr Anordnungen voneinander und von dem gasförmigen Medium durch mindestens ein
Isolationselement getrennt sind. In solch "einer Vorrichtung
findet die Gasentladung nicht zwischen zwei gegenüberliegenden Elementen.,, sondern zwischen zwei benachbarten oder angrenzenden
Elementen auf dem gleichen Substrat statt.
Im besonderen werden die betreffenden zusammenwirkenden
Leiteranordnungen gemäß der vorliegenden Erfindung auf einem einzigen gemeinsamen Trägerelement gebildet- und von diesem
getragen, einem relativ dicken nichtleitenden Trägermaterial, Eine der Leiteranordnurigen wird auf der Oberfläche des
Trägermaterials gebildet,und dann wird eine dünne dielektrische Schicht direkt auf dieser Leiteranordnung angeordnet.
Die zweite Leiteranordnung wird direkt auf der exponierten Oberfläche von dieser dielektrischen Schicht gebildet, um
sie mit einer Vielzahl von Matrixkreuzungspunkten zü'.ver-
- 12 309820/0615
22A 9682
sehen. In der dielektrischen Schicht wird eine Vielzahl von
diskreten Qashohlräumen gebildet, jeder für einen Matrix·"
kreuzungspunkt, von denen sich jeder Hohlraum in elektrisch wirksamer Nachbarschaft zu seinem zugehörigen Matrixkreuzungspunkt
befindet. Eine weitere dielektrische oder nichtleitende Schielt oder Decke wird dann auf die so gebildete
Struktur aufgebracht, um sicherzustellen, daß die zweite Leiteranordnung so gut wie irgendein Leiter der ersten Leiteranordnung
dielektrisch isoliert ist von dem oder nichtleitend gekoppelt an das wirksame Gasmedium, mit dem die
Hohlräume gefüllt werden. Auf diese Weise sind die gesamten elektrisch wirksamen Elemente monolithisch geformt in dauerhaft
festgelegter örtlicher Verbindung auf eineiR gemeinsamen
Trägermaterial. Eine solche Struktur kann mit einer Umhüllung
versehen sein, in die ein wirksames Gas gefüllt W/ird» oder '
kann verbunden sein mit einer Sichtplatte 4uv®h §iu nbstand^
haltendes Dichtungselement.
Die obigen und anderen Merkmale und Vorteile der Erfindunc
werden offensichtlich, wenn man die folgende Beschreibung
und die beigefügten Zeichnungen inßetracht zieht:
Fig. 1 ist eine isometrische Ansicht φξίρν n/|fh. 4§f . gr:f |ndiing'
gearbeiteten monolithisch strukturierten Gasentladungsvorrichtung,
* 13 «
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Pig. 2 stellt einen teilweise vergrößerten Schnitt des
Trägermaterials dar, wobei die Einstückigkeit des .Feldes gezeigt wird.
Fig. 3 ist eine schematische Darstellung, bei der die
Entladungshohlräüme eine seitlich versetzte Stellung,
in bezug auf die Matrixkreuzungspunkte einnehmen.
Fig. 4 ist eine schematische Darstellungj bei der die
Entladungshohlräume die Boden- oder zuerst angebrachte Leiteranordnung, wie sie in Fig. 2 gezeigt
ist, überlagern. -
Fig. 5 zeigt einen vergrößerten Querschnitt eines Entladungshohlraumes,
der eine Modifikation der Erfindung darstellt .
Fig. 6 zeigt einen vergrößerten Querschnitt eines Hohlraumes nach Fig. 2 mit typischen Maßen für eine Vorrichtung,
die eine lineare Dichte von 33 Elektronen pro 2,54 cm
besitzt. Höhere Dichten sind in Aussicht genommen.
Mach Fig. 1 besitzt ein Trägermaterial 10, das flach oder
planar wie gezeigt oder gebcgen oder gekrümmt wie gewünscht
sein kann, eine erste oder Bodenleiteranordnung 11, die darauf gebildet ist. Solche Leiteranordnungen können aus Gold, Silber,
Kupfer usw. bestehen, wie es im Baker et al'-Patent 3 499 I67
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beschrieben ist, und können durch irgendein geeignetes Leiterdruckverfahren mit Dicken von etwa 5000 bis etwa
10000 Ä aufgebracht werden. Es kann angenommen werden, daß solche Leiter kleine Drähte ,sein können, die in dem
gewünschten Muster auf der Oberfläche der Platte 10 angeordnet werden und mit ihr durch ein Klebemittel verbunden
werden, bis die weiteren Elemente der monolithischen Struktur angebracht worden sind.
Eine dielektrische Schicht oder Decke 12 wird über die Leiter 11 angebracht mit einer Dicke von etwa 0,5 mm
bis etwa 6 mm, wobei sie in einem Beispiel etwa 1,2 mm dick war. Eine Vielzahl von dielektrischen Materialien,
besonders Bleiborsilikate, sind für diesen Zweck geeignet und bekannt.
Eine kooperierende Dach-Leiteranordnung 13 wird auf die obere Oberfläche der dielektrischen Schicht oder Decke
V. aufgebracht und kann in der gleichen Weise wie die
Boden-Leiteranordnung 11 (die Begriffe "Dach" und "Boden" sind als relativ anzusehen und können genausogut als
Zeilen- und Spaltenleiteranordnungen bezeichnet werden)
aufgebracht werden. Die Leiteranordnung 13 wird quer zur Leiteranordnung 11 angeordnet, um auf diese Weise eine
Vielzahl von Matrixkreuzungspunkten zu bilden.
- 15 -30982070615
■ - 15 -
In der dielektrischen Schicht oder Decke 12 wird eine Vielzahl von diskreten Entladungshohlräumen 15 gebildet. In der
Ausführung, die in den Figuren 2 und 4 gezeigt ist, sind die
Hohlräume über den Boden-Leitern 11 angeordnet und grenzen an die Dach-Leiter 13. Jeder Hohlraum kann gebildet werden
durch die gut bekannten Potoätztechniken und/oder chemisches Ätzen durch eine Maske oder einen Schirm, auf denen sich
ein Muster von Löchern befindet., das in der gewünschten Hohlraumanordnung
der dielektrischen Oberfläche registriert
oder wird. Ebenso wird die Verwendung eines Laserstrahles,/einer
Schallquelle von ähnlicher Energie in Aussicht genommen, um die Hohlräume zu bohren oder zu bilden. Die Hohlräume können
irgendeine geeignete geometrische Form umfassen, wie ein gerundetes Loch, eine Rille usw. In einem von diesen Fällen
besaß das Modell öffnungen oder Fenster, die einen Durchmesser von etwa 8 mm besaßen und bei denen die resultierenden
Hohlräume beispielsweise Dimensimen von etwa 12 mm Durchmesser
an der Oberseite und etwa 6 mm am Boden mit einer dielektrischen Schichtdicke von etwa 1,2 mm besaßen, Das
Ätzverfahren in diesem Beispiel war so terminiert, daß eine dünne Schicht von etwa 0,1 bis 0,2 mm des Dielektrikums auf
dem Boden-Leiter 11 verblieb,
- 16 -
309820/061 S
Wie in Fig. 3 gezeigt, brauchen die Hohlräume·, nicht über
den Boden-Leitern angeordnet zu sein oder in Ausrichtung mit irgendeinem der Leiter, sondern müssen in ihrer Naehr
ι ■ ■' ■ ■
barschaft zu den Matrixkreuzungspunkten nur so angeordnet
sein, daß das elektrische Feld zwischen den Kreuzungspunkten in der Lage ist, die Entladungsbedlnguttgen irgendeines
Gases in den Hohlräumen 15 zu beeinflussen. Auf diese Weise
können die Hohlräume in irgendeinem anderen Sektor, der den Matrixkreuzungspunkten benachbart ist, wie ei durch die gestrichelten
Linien in der oberen linken Ecke von Fig. 3 angedeutet ist, angeordnet sein. In einigen Fällen kann es
wünschenswert sein, die Hohlräume 15 in jeder dießer Positionen
anzuordnen. Es kann auch angenommen werden, daß die Hohlräume 15 in der dielektrischen Schicht 12 vor oder
nach der Anbringung der Leiteranordnung 13 gebildet werden
können.
Der monolithische Teil der Struktur wird vervollkommnet,
indem eine Decke oder Schicht 16 durch z.B. Vakuum-Beschichtungstechniken
auf die Dach-Leiteranordnung 13 wie in die Hohlräume 15 und auf die freiliegende! Oberflächen
der dielektrischen Schicht 12 aufgebracht wird. Die Decke ist normalerweise nichtleitend, jedoch wird die Verwendung
von leitenden Decken in Aussicht genommen. Der hier verwendete Begriff Decke soll andere Begriffe wie Film, Schicht,
Beschichtung usw., die kontinuierlich oder diskontinuierlich auf die dielektrischen oder leitenden Oberflächen aufgebracht
werden, umfassen.
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■ - 17 - .
22*9682
Zusätzlich zu ihrer Punktion, die Leiteranordnung 13 zu
beschichten, ist die Decke vorzugsweise ein guter Fotoemitter
und in der Lage, die Betriebsspannung der Vorrichtung
zu erniedrigen und ' zu stabilisieren.
In der Ausführung der Erfindung schließt der überzug normalerweise eine oder mehrere Schichten eines Qddes von:
Blei, Silizium, Aluminium, Titanium, Zirkonium, Hafnium, Magnesium, Beryllium, Calcium, Strontium oder Barium ein.-Ebenso
können Oxide der seltenen Erden verwendet werden, von den Larithaniden und Actiniden, besonders Scandium,
Yttrium, Thorium und Cerium. Für leitende überzüge können reine Metalle wie Zink, Blei, Gold, Kupfer, Silber usw.
verwendet werden. ^;
Auf diese Weise sind die gesamten elektrisch wirksamen
Strukturelemente monolithisch geformt als ein integraler Zusammenbau. Inder Tat können die elektrisch wirksamen
Elemente, wenn gewünscht, auf dem Substrat 10 in solch
einer Weise angeordnet werden, daß sie wieder entfernt werden können, nachdem sie gebildet und in einer gasgefüllten
Umhüllung montiert sind. In einer der bevorzugten Ausbildungen der Erfindung wird jedoch ein Zwischendichtungselement
18, z.B. irgendeine gut bekannte Glas-Dichtungsmasse, durch Siebdruck auf der Oberfläche·der
-■.-■■.= ."-,■■- - 18 -
3 0 9 8 2 0/0615
monolithischen Zusammenstellung befestigt, aber kurz vor
den seitlichen Rändern der Platte 10, um es den Leitern
in den Anordnungen zu ermöglichen, sich bis zu denRändern der Platte zu erstrecken, um den Anschluß ai externe Stromkreise
zu erreichen. Eine Sicht-Deckplatte 19 wird auf der monolithischen Montageeinheit im Abstand dazu durch eine
Zwxschendichtungsrippe 18 montiert. Es wird vorgezogen,
daß der Oberzug 16 auf das Gebiet des Feldes beschränkt
wird, wo gute Fotoemission gewünscht wird,und nicht unter die Zwischendichtung 18. Der Abstand zwischen der Deckplatte
19 und der monolithischen Montageeinheit ist nicht kritisch und bildet ein Gasreservoir oder eine Gaskammer für
die Montageeinheit. Ein nicht geeseigtes Gasfüllrohr kann
an das Substrat 10 (außerhalb des Sichtgebietes der Vorrichtung) oder an die Sichtplatte 19 angebracht werden.
Nach dem Stand der Technik ist eine Vielzahl von Gasen .
und Gasriischungen bekannt, die als gasförmiges Medium in einer Gasentladungsvorrichtung verwendet werden. Typische
solche Gase sind: CO, CO2, die Halogene, Stickstoff,
NH,, Sauerstoff, Viasserdampf, Wasserstoff, Kohlenasserstoff
verbindungen, P2 0Ci Bor florid, Säuredfl&pf e, TiCl1J,
die Gase der Gruppe 8, Luft, H3O2, die Dämpfe von Natrium,
Quecksilber, Thallium, Cadmium, Rubidium und Cäsium, Schwefelkohlenstoff, Lachgas, H3S, Sauerstoffreie Luft,
Phosphordämpfe, C3H2, CH1+, Naphthalendampf, Enthracen,
309820/0615 ~19 "
Freon, Äthylalkohol, Methylenbromid, schwerer Wasserstoff,
elektronenbindende Gase, elektronenfreie Gase,.Schwefelhexafluorid,
Tritium', radioaktive Gase und die Edelgase.
In einer Ausführung werden zwei oder mehr Edelgase verwendet, die aus Neon, Argon, Xenon, Krypton und Radon in Gegenwart
oder Abwesenheit von wirksamen Beträgen anderer gasförmiger Komponenten wie Quecksilber und/oder Helium ausgewäit
werden.
Eine Modifikation in der monolithischen Struktur und der Art und Weise,wie die Hohlräume gebildet werden, ist in
Fig. 5 gezeigt. In dieser Ausführung wird, bevor die dielektrische
Schicht 12 aufgebracht wird, die Boden-Leita*-
anordnung 11 mit einer Grenzschicht 20 versehen, die widerstandsfähig
ist gegen die zum Bilden der Hohlräume verwendete Ätzflüssigkeit. Nachdem die dielektrische Schicht
aufgebracht ist, entfernt auf diese Weise die Ätzflüssigkeit das Dielektrikum 12 bis zur Grenze 20. Dadurch werden
Dickenschwankungen der dielektrischen Schicht"über dem
Boden-Leiter 11 vermieden, wenn die Hohlräume darüber
angeordnet werden sollen. So eine Grenzschicht 20 kann aus einem nichtleitenden Material wie Aluminium, Chromnitriä
usw. bestehen, das durch Vakuumbeschichtungstechniken mit einer Dicke von etwa 5000 bis 10000 8 aufgebracht wird.
- 20 309820/0615
Ebenso kann man mit dieser Erfindung eine gute Feldleistung ohne irgendwelche Hohlräume erreichen. In einer
acichen Ausführung kann ein Potoemissionsüberzug ausschließlich über jeder Entladungsseite oder Zelle angebracht werden,
um die Entladungszelle von angrenzenden oder anderen Nachbarzellen zu isolieren.
In einer weiteren Ausbildung und Modifikation dieser Erfindung wird der überzug auf der Dach-Elektrodenanordnung
weggelassen, so daß die Elektroden in direktem Kontakt mit dem gasförmigen Medium sind. In einer solchen Ausführung
findet die Entladung zwischen den nackten oder freistehenden Elektroden und dem Boden des Hohlraumes statt.
In einer weiteren Ausführung können die Dach- und/oder Boden-Elektroden geteilt werden mit einem Hohlraum» der
zwischen oder innerhäb der beiden Hälften der geteilten Elektrode angeordnet ist. Die zwei Hälften können auch getrennt
elektrisch beeinflußt werden für Adre8Θierungsζwecke
(wie durch kapazitiv gekoppelte Multiplexing-Techniken).
In weiteren Ausführungen dieser Erfindung wird Vorgeschlagen,
daß andere Deck- oder Grenzschichten angebracht werden können, besonders lumineszierende Leuchtstoffe.
Ebenso können Leuchtstoffe innerhalb der Vorrichtung als Punkte usw. angeordnet werden, so daß. sie durch eine Gasentladung
oder andere Methoden angeregt werden können,
- 21 309820/0615
Zu den Vorteilen dieser Erfindung über gegenwärtige Feldanordnungen
zählen:
Die Entladungen finden statt-zwischen den unteren Teilen
einer Vertiefung, unter der sich ein Rücken- oder Boden-Leiter
befindet und an die ein Deck-Leiter, der mit einem dünnen dielektrischen Film bedeckt ist, angrenzt. Die Entfernung
zwischen diesen zwei Punkten kann erhalten werden, wenn sie einmal festgelegt ist, durch Wärmebehandlung und
gesamte Dichtungsverfahren - sogar wenn die/Platte verzogen ist.
Bei bisher bekannten Konstruktionen muß die Entfernung
zwischen der Front- und Rückenplatte genau eingehalten
werden» da die Entladung zwischen den zwei Patten stattfindet. ·
Da die Entladung auf einer einzigen Seite einer Platte
stattfindet, im Gegensatz zu der.Entladung zwischen den
Platten, ist die Frontplatte 19 frei für andere Zwecke. Die augenfälligste Verwendung besteht darin, sie einfacherweise
frei zu lassen für die maximale Ausnutzung
des durch die Entladung erzeugten Lichtes* Das ist möglich, weil es keine Elektroden oder Filme gibt, die sie
blockieren können. Ein anderer Verwendungszweck besteht
in dem Auftragen von Leuchtstoffen*
- 22 -
10982 0/061*
Indem die Vorrichtung grundlegenderweise eine offen Struktur behält, wie sie im Bate1 et al-Patent 3 499 I67 beschrieben
ist, wird optische Isolation und elektrische FeId-Pokussierung
erzielt. Auf diese Weise ist es möglich, einen Kompromiß zwischen einer guten Beschaffenheit und ultravioletter
Kreuzkopplung bei Färbanwendungen zu schließen.
Elektrostatische Peld-Pokussierung wird verursacht durch die
Vertiefung ähnlich der Sandwich-Struktur des B"itzer et al-Patentes.
Die Felder sollten auch besser fokussiert werden um die Prontelektroden herum, da sie nur mit einer dünnen
dielektrischen Schicht bedeckt sind, die wahrscheinlich zu geringfügig höheren Dichten führt.
23 r
309820/061&
Claims (1)
- Patentansprüche :Iy Monolithische Gasentladungs-Anzeige/Speicher-Vorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein dielektrisches Element, eine erste Leiteranordnung auf einer Oberfläche des dielektrischen Elementes, eine kooperierende zweite Leiteranordnung auf der entgegengesetzten Oberfläche des dielektrischen Elementes enthält j wobei die Leiter in den Anordnungen ein kooperierendes Leiterpaar bilden, und eine Vielzahl von gasgefüllten Hohlräumen in dem dielektrischen Element, wobei die Hohlräume an jedes kooperierende Leiterpaar angrenzen,2.. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kooperierende zweite Leiteranordnung eine dünne Deckschicht besitzt, so daß die Leiteranordnungen nicht in direktem Kontakt mit dem Gas in den Hohlräumen sind.3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die monolithische Vorrichtung auf einem Trägermaterial gebildet ist, und daß das Trägermaterial ein Strukturelement der Gasentladungs-Anzeigevorrichtung bildet.H. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3S dadurch gekennzeichnet, daß die gasgefüllten HÜLräume die erste Leiteranordnung überlagern und an den zweiten kooperierenden Leiter angrenzen.- 2*1 -309820/06155. Gasentladungsvorrichtung, dadurch geketiiiieichRil, äftß sie ein nichtleitendes Trägermaterial enthält, eine erste Leiteranordnung, die auf dem Trägermaterial gebildet wird, eine dünne dielektrische Schicht, die auf der ersten Leiteranordnung angebracht wird, eine· »eite; Leiteranordnung, die auf der dünnen elektrischen Schicht quer zur ersten Leiteranordnung angebracht wird, um auf diese Weise eine Vielzahl von Matrixkreuzungspunktiö tu tollten. Eine Vielzahl von diskreten Gasentladungsräumen, mindestens einen für jeden Matrixkreuzungspunkt, wobei jeder der Gasräume in einem Gasentladungshohlraum enthalten ist, der sich in der dünnen dielektrischen Schicht befindet, die an die Kreuzungspunkte angrenzt, wobei die Entladungsbedingungen des Gases in dem besagten Haum durch die an die Leiteranordnungen angelegten Spannungen-en
beeinflußt werd^ und daß sie eine dünne Deckschicht von nichtleitendem Material auf den zweiten Leiteranordnungen und Mittel zum Sichern der Gasvolumina in den Hohlräumen besitzt.6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum in der dielektrischen Schicht über den Leitern in der ersten Leiternanordnung angebracht ist.7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Hohlraum an einen der Leiter der eFwiih η-ten Leiteranordnungen in einer Richtung normal, zur Dickenerstreckunf dor dielektrischen Schicht artgrenat, abersich nicht dazu in einer Flucht befindet. - 2r> -308820/06 1b8. Anzeigenvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Sichern des Gasvolumens eine endlose. Dichtungsrippe einschließen, die den Sichtbereich des Feldes eingrenzt,und eine transpar-ente Sichtplatte auf der erwähnten'Zwischendichtung.9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiter,über denen sich die Höhlräume befinden, über sich eine Grenzschicht besitzen.10. Verfahren zur Herstellung von Gasentladurigs-Anzeigevorrichtungen, dadurch gekennzeichnet, daß ein nichtleitendes Basismaterial vorgesehen wird, auf dieses Basismaterial eine erste Leiteranordnung angebracht wird, auf diese erste Leiteranordnung eine dünne dielektrische Schicht -aufgebracht wird, eine zweite Leiteranordnung angebracht wird, die auf der dünnen dielektrischen Schicht geformt wird quer zur ersten Leiteranordnung und auf der entgegengesetzten Seite der Schicht, eine Vielzahl von Gashohlräumen in der dielektrischen Schicht gebildet wird, die an die Kreuzungspunkte der Leiteranordnungen auf der Seite des Dielektrikums angrenzen, ein dünner überzug auf die Oberflächen des Dielektrikums in die Hohlräume und auf die Seite desselben, auf der die Hohlräume gebiltet worden sind.- 26 - . 309820/061511. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlräume durch litzen gebildet werden.:■■" V·'112. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,daß die Hohlräume über den erwähnten Leitern der ersten Leiteranordnung gebildet werden, und daß der Ätzvorgang beendet wird, bevor er die ent· ·,keifce;ranordnung freilegt.13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Grenzschicht gibt, und daß der Ätzvorgang dadurch beendet wird, daß er die Grenzschicht erreicht, und daß der überzug auf den Teil der Grenzschicht aufgebracht wird, die durch den Ätzvorgang freigelegt wird.309820/0615
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