DE2309530B2

DE2309530B2 - Gasentladungs-Anzeigevorrichtung

Info

Publication number: DE2309530B2
Application number: DE2309530A
Authority: DE
Inventors: Kinzo Kadoma Nonomura; Masanori Katano Watanabe
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1972-02-28
Filing date: 1973-02-26
Publication date: 1978-09-14
Also published as: GB1417803A; FR2174090B1; FR2174090A1; IT977546B; CA980849A; US3904905A; DE2309530A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Gasentladungs-Anzeigevorrichtung mit einem flachen Entladungsraum, der zwischen gegenüberliegenden dielektrischen Platten eingeschlossen ist, auf deren gegenüberliegenden Flächen jeweils eine Vielzahl paralleler Elektroden angeordnet ist, wobei die Elektrode der einen Platte die Elektroden der anderen Platte kreuzen, und das Produkt aus dem Gasdruck und dem Elektrodenabstand derart gewählt ist, daß die Zündspannung im Bereich des Minimums der Paschen'schen Kurve liegt.

Bei einer bekannten Gasentladungs-Anzeigevorrichtung dieser Art (DE-OS 20 60 470) weisen die Elektroden eine Isolierschicht auf, von der sie insgesamt vollständig bedeckt sind. Die Vorrichtung kann deshalb nicht nur als Anzeigevorrichtung, sondern auch als Speicher benützt werden. Der Durchmesser des Gasentladungsraums soll weniger als 0,254 mm betragen. Der Gasdruck wird auf etwa 0,2—0,4 Bar einreguliert. Die Vorrichtung arbeitet unter diesen Bedingungen im Bereich des Minimums der Paschen'schen Kurve.

Bei einer anderen bekannten Gasentladungs-Anzeigevorrichtung (US-PS 34 99 167) soll der Gasdruck im Entladungsraum so gewählt werden, daß Unschärfeerscheinungen und ein zerfließendes Bild unterdrückt werden. Dazu kann der Gasdruck höher oder niedriger als der Druck der umgebenden Atmosphäre sein. Bei einem Betrieb im Bereich des Minimums der Paschen'schen Kurve wird hier bei einem Druck von unter 0,2 Bar gearbeitet.

Schließlich sind auch noch Gasentladungs-Anzeigevorrichtung bekannt (US-PS 33 34 269), bei denen die Elektroden völlig unbeschichtet bleiben.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Gasentladungs-Anzeigevorrichtung mit einem flachen Entladungsraum zu schaffen, bei dem für eine hohe Stabilität der Entladungsbedingungen bei Vermeidung von Fehlentladungen an den Elektroden gesorgt ist.
Diese Aufgabe wird bei einem Gegenstand der eingangs genannten bekannten Art erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 gekennzeichnete Erfindung gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

ίο Es handelt sich also um eine Gasentladungs-Anzeigevorrichtung, bei der das Produkt aus Gasdruck im Entladungsraum und Entladungsspalt, also Abstand zwischen den einander gegenüberliegenden, den Entladungsraum begrenzenden dielektrischen Platten, im Minimum der Paschen'schen Kurve liegt, dabei aber für den Gasdruck ein Wert von einem Bar gewählt wird. Dieser Wert liegt hoch, so daß der durch den Elektrodenabstand bestimmte Entladungsspalt äußerst klein wird. Damit werden nicht nur Trennstücke zwischen den einander gegenüberliegenden dielektrischen Platten überflüssig. Es wird überdies aufgrund des äußerst kleinen für das Entladungsplasma zur Verfügung stehenden Raumes die Diffusion vermindert und so für stabile Betriebsbedingungen gesorgt Hierzu trägt die An- und Ausbildung der Elektrodenbeschichtung noch bei.

Eine bekannte Gasentladungs-Anzeigevorrichtung sowie vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 schematisch eine Ausführungsform einer bekannten Gasentladungs-Anzeigevorrichtung,

F i g. 2 einen Schnitt durch eine Ausführungsform der Erfindung,

F i g. 3 eine Draufsicht auf eine Elektrodenanordnung für die Vorrichtung von F i g. 2,

F i g. 4 in größerem Maßstab eine gegenüber F i g. 2 abgewandelte Ausführungsform,
F i g. 5 eine Draufsicht auf eine Elektrodenanordnung

■»o der Vorrichtung von F i g. 4,

F i g. 6 eine perspektivische Ansicht einca Teils der Ausführungsform von F i g. 4,

F i g. 7 im Maßstab von F i g. 4 eine gegenüber F i g. 2 veränderte Ausführungsform,

Fig.8 im Maßstab von Fig.4 eine gegenüber der Ausführungsform von F i g. 4 veränderte Ausführungsform,

Fig.9 eine Fig.6 entsprechende Ansicht einer gegenüber F i g. 2 abgeänderten Ausführungsform,

Fig. 10 in weiter vergrößertem Maßstab eine Schnittansicht einer zur Farbanzeige geeigneten weiteren Ausführungsform,

Fig. 11 im Maßstab von Fig. 10 eine gegenüber dieser abgewandelte Ausführungsform, und

Fig. 12 im Maßstab von Fig. 10 eine weitere gegenüber dieser Figur abgeänderte Ausführungsform.
F i g. 1 zeigt eine dielektrische Platte 1 aus isolierendem Material und eine transparente dielektrische Platte 2 aus Glas. Zwischen beiden ist ein mit einer großen

«> Anzahl von Löchern 3 versehenes Trennstück 4 angeordnet. Dieses ist auf seiner der Platte 2 aus Glas zugewandten Vorderseite mit einer Vielzahl von in seine Oberfläche eingearbeiteten Rillen 5 versehen, die jeweils die Löcher 3 einer vertikalen Reihe miteinander

h3 verbinden. In jede dieser Rillen 5 ist als Elektrode 6 ein Metalldraht eingelegt. Die Elektroden 6 sind untereinander parallel. Ebenso sind in das Trennstück 4 von seiner der Platte 1 zugewandten Seite her eine Vielzahl

von Rillen 7 eingearbeitet, die rechtwinklig zu den Rillen 5 und untereinander parallel horizontal liegen. Auch diese Rillen 7 nehmen eine Schar Elektroden 8 auf. Die in Fig. 1 in Explosionsansicht gezeigten Teile werden zusammengebaut und verschmolzen oder auf andere Weise abgedichtet. Der durch die Löcher 3 gebildete Entladungsraum wird bis zu einem Druck von maximal etwa 0,4 Bar mit einem inerten Gas gefüllt.

Legt man bei dieser bekannten Vorrichtung an eine der Elektroden 6 und eine der Elektroden 8 eine Gleich- oder Wechselspannung an, so kommt es am Schnittpunkt der ausgewählten Elektroden im zugehörigen Loch 3 zu einer Glimmentladung. Das Trennstück 4 ist dabei erforderlich, um zu verhindern, daß Entladungen zwischen nicht angesteuerten Elektroden auftreten. Es soll überdies die Platten 1, 2 durch Abstützung gegen Verformungen und Beschädigungen des Atmosphärendrucks schützen, der größer ist als der Gasdruck im Entladungsraum.

Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform mit Platten 11,12 aus Keramikmaterial, Glas o. dgl., der einander zugekehrte Oberflächen Elektrodenscharen aus streifenförmigen untereinander parallelen Elektroden 13 bzw. 14 tragen. Die Elektroden 13,14 bestehen aus Streifen aus Metall, wie Nickel oder Aluminium, deren Breite einige Millimeter nicht übersteigt. Sie werden durch Aufdampfen oder Aufdrucken auf die Oberfläche der Platten 11, 12 aufgebracht. Zwischen diese ist ein Abstandshalter 15 aus Keramik, Glas o. dgl eingesetzt, um die Platten 11, 12 auf vorbestimmtem Abstand zu halten. Ein Dichtungsstreifen 16 aus einem Klebstoff, beispielsweise Epoxyharz hält die Teile zusammen und dichtet sie hermetisch ab.

F i g. 3 deutet an, daß beispielsweise die Elektroden 13 vertikal, die Elektroden 14 horizontal angeordnet sein können. Wesentlich ist, daß die Schar der Elektroden 13 zur Schar der Elektroden 14 rechtwinklig angeordnet ist Vorzugsweise sind die Elektroden, die auf der lichtdurchlässiger. Platte angeordnet sind, auch selbst lichtdurchlässig. 1st beispielsweise die Platte 12 lichtdurchlässig, so werden die Elektroden 14 ebenfalls aus lichtdurchlässigem Material gefertigt. Hierfür ist beispielsweise SnO2 oder In2O3 geeignet. Der Entladungsraum ist mit einem Gas gefüllt, beispielsweise mit einem Neon-Argon-Gemisch, in dem es schon beim Anlegen relativ kleiner Spannungen zu einer Entladung kommt.

Der Gasdruck im Entladungsraum beträgt nun etwa ein Bar, ist also von der Größenordnung des Atmosphärendrucks. Die Vorrichtung vermag deshalb auch ohne Trennstück mechanisch standzuhalten, weil ihr Innendruck dem Außendruck größenordnungsmäßig gleich ist. Die mechanische Belastbarkeit der Vorrichtung macht somit die Verwendung eines Trennstücks nicht erforderlich.

Der Abstand der Platte 11 von der Platte 12 oder genauer der Elektrodenabstand der Elektroden 13 und 14 ist so gewählt, daß bei Berücksichtigung des oben genannten Gasdrucks die Zündspannung im Bereich des Minimums der Paschen'schen Kurve liegt. Wird ein Neon-Argon-Gemisch zur Füllung des Entladungsraums verwendet, so muß das Produkt aus Gasdruck und Elektrodenabstand zwischen den Elektroden 13 und 14 im Bereich von 0,0066 bis 0,026 Bar · cm gehalten werden, wenn eine minimale Zündspannung gewährleistet werden soll. Bei einem Gasdruck von etwa 1 Bar muß demnach der Elektrodenabstand zwischen 0,065 und 0,25 mm liegen. Dieser Wert ist zwar im Vergleich zur Breite der Elektroden 13,14 klein, reicht jedoch zum Erzeugen gesteuerter örtlicher Entladungen an der Anzeigevorrichtung aus.

Wird bei der oben erläuterten Vorrichtung einer der Elektroden 13 ein positiver Impuls, einer der Elektroden j 14 synchron ein negativer Impuls zugeführt, und ist die Summe der Impulsampliluden grö3er als der Wert der Zündspannung, während die einzelne Impulsamplitude kleiner als die Zündspannung bleibt, so ergibt sich eine Entladung nur an der Kreuzungsstelle der gewählten

ίο Elektrode 13 mit der gewählten Elektrode 14. Durch entsprechende Speisung der Elektroden können somit an der Anzeigevorrichtung Leuchtbilder dargestellt werden. Wird überdies eine Steuerung der Impulsampliluden zu unterschiedlichen Maximalwerten vorgenommen, so läßt sich überdies auch noch die Helligkeit der erzeugten Leuchtpunkte wählen, so daß man an der Anzeigevorrichtung ein Bild mit guter Tönung erhält.

Der hohe Gasdruck im Entladungsraum beeinflußt nicht nur die mechanische Festigkeit der Anzeigevor-

2(i richtung günstig. Er begrenzt überdies die Diffusion des Entladungsplasmas auf einen sehr schmalen Bereich. Experimentell wurde festgestellt, daß bei einem Gasdruck von 1 Bar die Diffusion des Entladungsplasmas ausgehend von einer Elektrode maximal über ein·-·

?"· Distanz erfolgt, die annähernd gleich dem Abstand zweier benachbarter Elektroden ist. Wird also der Abstand benachbarter Elektroden so gewählt, daß er annähernd gleich dem Abstand zwischen einander gegenüberliegenden Elektroden oder größer als dieser

j» ist, so kann die Diffusion des Entladungsplasmas an einer Ausbreitung zu einer nicht angeschlossenen Nachbarelektrode verhindert werden. Fehlfunktionen der Anzeigevorrichtung werden so ausgeschlossen.

In der Praxis hat sich ergeben, daß für eine Breite der

jf) Elektroden 13, 14 von 0,5 bis 1 mm bei einem Elektrodenabstand zwischen den Elektroden 13,14 von 0,065 bis 0,25 mm noch eine gut steuerbar örtliche Entladung an den Kreuzungsstellen erzielt werden kann. Bei schmalen Elektroden von 0,4 mm Breite wurde bei einem Gasdruck im Entladungsrauni von 1 Bar ein Entladungsbereich von 0,06 mm² (Durchmesser 0,3 mm) beobachtet. Von Randkanten der Elektroden war also praktisch keine Ausbreitung des Entladungsplasmas möglich. Es zeigte sich, daß bei einem Elektrodenabstand benachbarter Elektroden von der Größenordnung des Elektrodenabstandes zwischen einander gegenüberliegenden Elektroden eine Diffusion des Entladungsplasmas zu den Nachbarelektroden nicht erfolgt, so daß eine Fehlfunktion der Anzeigevorrich-

^ri0 tung unterbunden wurde.

Bei der bisher beschriebenen Vorrichtung kann ss aber, insbesondere bei Absinken des Gasdrucks unter den angegebenen Wert von 1 Bar oder bei stark ansteigendem Entladungsstrom zu einem sogenannten »Zittern« kommen. Dabei vergrößert sich die Fläche des Kathodenfleckes und es kommt zu Wanderungen des Kathodenflecks längs der negativen Elektrode. Der Leuchtfleck breitet sich somit scheinbar nach außen aus. Die Qualität der Anzeigevorrichtung sinkt.

6» Diesem Nachteil läßt sich nun damit begegnen, daß man den Gasdruck im Entladungsraum auf etwa 1 Bar festhält, zusätzlich aber die Elektroden mit einer Isolierschicht versieht und von dieser nur den Bereich der Kreuzungsstellen freihält, an denen die jeweilige

ni Elektrode eine der Elektroden der anderen Elektrodenschar überkreuzt.

F i g. 4 läßt erkennen, daß die negativen Elektroden 13, die überkreuz zu den positiven Elektroden 14

angeordnet sind, von einer Isolierschicht 17, beispielsweise aus S1O2 abgedeckt sind. Die Isolierschicht 17 ist durch Aufdampfen oder nach einem Druckverfahren aufgebracht.

Fig.5 läßt die Gestalt der Isolierschicht besser erkennen, die in Form einer durchgehenden Fläche durchbrochen von öffnungen 18 ausgebildet ist. Die öffnungen 18 befinden sich an den Kreuzungsstellen zwischen den Elektroden 13 und den Elektroden 14. Eine Ausbildung der öffnungen 18 in einer bestimmten Form ist nicht erforderlich. Der Mindestabstand zwischen den öffnungen 18 wird so gewählt, daß er im wesentlichen gleich dem Elektrodenabstand zwischen den Elektroden 13 und 14 oder größer als dieser ist. Auf diese Weise wird eine Ausbreitung des Entladungsplasmas vom angesteuerten Entladungsbereich zu benachbarten Teilen verhindert, Fehlentladungen werden vermieden. Fig.6 zeigt die Ausbildung der Isolierschicht 17 noch in größerer Deutlichkeit.

Oben wurde davon ausgegangen, daß die Anzeigevorrichtung mit Gleichstrom betrieben wird. In diesem Fall reicht die anhand von Fig. 4 erläuterte Aufbringung einer nur einer Elektrodenschar zugeordneten Isolierschicht 17 aus. Selbstverständlich kann die Vorrichtung aber auch dadurch betrieben werden, daß man zwischen den Elektroden 13 und 14 eine Wechselspannung anlegt. In diesem Fall werden beide Elektrodenscharen mit Isolierschichten versehen, wobei die öffnungen beider Isolierschichten so angeordnet werden, daß die Kreuzungsstellen frei bleiben.

Fig. 7 zeigt eine Ausführungsform, bei der auf die dem gasgefüllten Entladungsraum zugekehrte Oberfläche der negativen Elektroden 13 zusätzlich eine Schicht 19 aus einem Oxyd eines Elementes aus der Gruppe der Seltenen Erden aufgebracht ist. Hierdurch werden Schaden und Fehlfunktionen vermieden, die durch ein Zerstäuben der Elektroden 13 hervorgerufen werden können. Es ergibt sich eine längere Lebensdauer, ein Ansteigen der Zündspannung wegen Verunreinigung des Gasgemisches durch Fremdgas wird verhindert. Die Funktion der Anzeigevorrichtung wird stabilisiert.

Das Oxid eines Elementes aus der Gruppe der Seltenen Erden stellt eine halbleitende Isolierschicht dar, die unbeschadet ihres hohen spezifischen Widerstandes bei Raumtemperatur als Material für die negativen Elektroden vorgesehen sein kann. Der Gesamtwiderstand über der Schichtfläche kann weit genug herabgesetzt werden, wenn die Schicht in einer Stärke von 50 bis 200 Nanometer aufgebracht wird. Für die Schicht 19 eignen sich insbesondere Ceroxid (CeO2), Terbiumoxid (Tb₄O?), Neodymoxid (Nd2Oj) und Samariumoxid (Srr^Oi). Als Material für die Schicht 19 sind auch Legierungen von Cer und Nickel bzw. eine Legierung von Cer und Kobalt geeignet. Geeignet ist auch Zirkonoxid. Die Oxide der Seltenen Erden sind hitzebeständig und können bei der Herstellung einer Wärmebehandlung in einer Sauerstoffatmosphäre unterzogen werden. Eine Gefahr einer Oxidierung des Elektrodenmaterials besteht dabei nicht. Hierdurch wird ebenso, wie durch den Fortfall des Trennstücks die Herstellung erheblich verbilligt.

Dauerversuche an einer Anzeigevorrichtung mit dem Aufbau von F i g. 7 mit Elektroden 13 aus Nickel unter einer Schicht 19 einer Dicke von 100 Nanometer aus Ceroxid haben eine Betriebsdauer ergeben, die das 500-fache der Lebensdauer einer Vorrichtung ohne Schicht 19 betrug. Überdies ergab sich eine Stabilisierung der Entladung.

F i g. 8 zeigt eine abgeänderte Ausführungsform mit einer Schicht 20 auf der dem gasgefüllten Entladungsraum zugekehrten Oberfläche der Elektroden 13. Auch diese Schicht 20 besteht aus einem Oxid eines Elements aus der Gruppe der Seltenen Erden. Die Schicht 20 ist so aufgebracht, daß die Isolierschicht 17 gegenüber dem Entladungsraum frei bleibt. Allerdings kann die Schicht 20 die Isolierschicht 17 ggf. auch mit abdecken. Fpr die Schicht 20 sind die oben anhand von Fig. 7 erläuterten Materialien geeignet.

F i g. 9 zeigt die Anordnung einer Isolierschicht 21 aus S1O2 auf der dem Entladungsraum zugekehrten Oberfläche der Elektroden 14. Die Bereiche der Überschneidung mit den Elektroden 13 sind aus der Isolierschicht 21 ausgespart. (Vgl. F i g. 6). Bei dieser Ausführungsform der Anzeigevorrichtung kann der auf der Oberfläche der Elektroden 14 gebildete Entladungsbereich dank der Isolierschicht 21 eng begrenzt bleiben, so daß sich eine optische Darstellung mit höherer Auflösung ergibt.

Fig. 10 zeigt eine auch für farbige Darstellungen geeignete Anzeigevorrichtung. Man erkennt Leuchtstoffstreifen 22, 23 und 24 zur Erzeugung von rotem, grünem bzw. blauem Licht. Die Leuchtstoffstreifen sind Seite an Seite in einer zur Figurenebene senkrechten Richtung angeordnet. Die können statt dessen auch punktförmig angeordnet sein. Auf der Seite des Entladungsraums sind die Leuchtstoffstreifen 22,23 und 24 durch eine lichtdurchlässige dünne Glasschicht 25 abgedeckt, die für Ultraviolettstrahlung durchlässig ist.

J« Die streifenförmigen Elektroden 14 sind ebenfalls transparent und bestehen aus SnCU und SbCb, einer Schicht aus Indiumoxid o. dgl. Sie sind auf die Glasschicht 25 aufgebracht und parallel zu den Leuchtstoffstreifen angeordnet. Die Abstände zwischen

v> den Elektroden 14 sind kleiner als ihre Breite. Weiter ist rechtwinklig zu den Elektroden 14 eine Schar von Elektroden 13 angeordnet.

Kommt es bei dieser Anordnung an den Kreuzungsstellen zu einer Entladung zwischen den Elektroden 13

«ο und 14, so trifft ein hoher Anteil der erzeugten Ultraviolettstrahlung auf den zugehörigen Leuchtstoffstreifen 22, 23 oder 24 auf, so daß eine hohe Leuchtdichte gewährleistet ist. Da die Glasschicht 25 überdies sehr dünn ist, ist der Abstand zwischen dem

'>^r> Entladungsbereich und dem Leuchtstoffstreifen entsprechend gering, so daß die Ultraviolettstrahlung wirksam ausgenutzt werden kann und Unschärfeerscheinungen vermieden werden.

F i g. 11 zeigt eine Anzeigevorrichtung ähnlich der

"'(' nach Fig. 10. Zum Unterschied von dieser sind jedoch die Elektroden 14 durch Sperrstreifen 26 aus für Ultraviolettstrahlung undurchlässigen Material getrennt, die eine Abstrahlung aus dem Entladungsraum zu einem nicht zugehörigen Leuchtstoffstreifen unter-

">^r> binden.

Fig. 12 zeigt eine Anzeigevorrichtung, die sich von derjenigen nach Fig. 10 insofern unterscheidet, als hier auf beiden Seiten der Elektroden 14 lichtundurchlässige, elektrisch leitende Metallstreifen 27 vorgesehen sind.

μ Diese beschränken wiederum die Anregung durch die Ultraviolettstrahlung auf den richtigen Leuchtstoffstreifen. Zugleich bewirken die Metallstreifen 27 eine erhebliche Herabsetzung des Widerstandswertes der Elektroden 14, die im allgemeinen einen hohen

'■'' Widerstandswert hat. Die Herabsetzung ist für großflächige Bilddarstellungen bzw. bei sehr geringer Breite der Elektroden 14 zum Erzielen einer guten Auflösung sehr wirkungsvoll.

Hierzu 4 niatl Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Gasentladungs-Anzeigevorrichtung mit einem flachen Entladungsraum, der zwischen gegenüberliegenden dielektrischen Platten eingeschlossen ist, auf deren gegenüberliegenden Flächen jeweils eine Vielzahl paralleler Elektroden angeordnet ist, wobei die Elektroden der einen Platte die Elektroden der anderen Platte kreuzen, und das Produkt aus dem Gasdruck und dem Elektrodenabstand derart gewählt ist, daß die Zündspannung im Bereich des Minimums der Paschen'schen Kurve liegt, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasdruck im Entladungsraum etwa 1 Bar beträgt und die Elektroden abgesehen von den Kreuzungsstellen mit einer Isolierschicht (17,21) versehen sind.

2. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die Elektroden (13) einer Platte (11) an den Kreuzungsstellen mit einer Schicht (19,20) aus einem Oxid eines Elementes der Seltenen Erden versehen sind.

3. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Schicht (19) des Oxids eines Elementes der Seltenen Erden um Ceroxid, Terbiumoxid, Neodymoxid oder Samariumoxid handelt.

4. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die Elektroden (13) einer Platte (11) mit einer Schicht (19, 20) aus Zirkonoxid, einer Cer-Nickel-Legierung oder einer Cer-Kobalt-Legierung versehen sind.