DE2249682A1

DE2249682A1 - Monolithisch strukturierte gasentladungsvorrichtung und herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE2249682A1
Application number: DE2249682A
Authority: DE
Inventors: Jerry Dean Schermerhorn
Original assignee: Owens Illinois Inc
Current assignee: OI Glass Inc
Priority date: 1971-11-09
Filing date: 1972-10-11
Publication date: 1973-05-17
Also published as: US3787106A; JPS4856059A; CA965137A; GB1415673A; IT966368B; FR2159387B1; FR2159387A1

Description

PATENTANWÄLTE

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

HAMBURG-MÜNCHEN 4 A H J 0 O A ZUSTEIiIiUNGSANSCHRIFTi HAMBTTBG 30 · NEUER WAl·!,-ti

TEt. 80 74 28 UND 38 41 lö

Owens-Illinois Inc. teiegh. negedapatent hambuhg

. „ MÜNCHEN 15 · MOZARTSTR. 33

Toledo, Ohio 43601/USA _TM._53805Se

TELEGR. NEQEDAPATEJVT MÜNCBCEIV

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.

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,

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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.

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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.

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

V_f/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 V_E 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.

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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·

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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-

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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,

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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.

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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,

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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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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 -

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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,

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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.

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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,

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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*

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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.

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Claims

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 3_S dadurch gekennzeichnet, daß die gasgefüllten HÜLräume die erste Leiteranordnung überlagern und an den zweiten kooperierenden Leiter angrenzen.

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5. 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, aber

sich nicht dazu in einer Flucht befindet. - 2^r> -

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8. 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.

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11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlräume durch litzen gebildet werden.

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12. 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.

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