DE2363374C2

DE2363374C2 - Gasentladungsvorrichtung

Info

Publication number: DE2363374C2
Application number: DE2363374A
Authority: DE
Inventors: Peter Dinh-Tuan Colts Neck N.Y. Ngo
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1972-12-26
Filing date: 1973-12-20
Publication date: 1985-11-07
Also published as: FR2211745A1; BE809050A; JPS4998576A; CA993081A; SE393477B; JPS5736703B2; IT1000616B; GB1440829A; NL7317495A; DE2363374A1; FR2211745B1; US3798502A; NL178206C

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Gasentladungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine derartige Gasentladungsvorrichtung ist aus der DE-OS 21 22 607 bekannt.

Bei der aus der DE-OS 21 22 607 bekannten Gasentladungsvorrichtung ist zwischen einem Sockel und einer lichtdurchlässigen Haube eine Inertgasatmosphäre eingeschlossen. Der Sockel umfaßt einen relativ dicken, unteren Block aus Isoliermaterial, auf welchem eine erste Gruppe paralleler Elektroden aufgebracht ist Darauf befindet sich eine relativ dünne Scheibe aus Isoliermaterial, auf welcher eine zweite Gruppe paralleler Elektroden rechtwinklig zu der ersten Elektrodengruppe angebracht ist Die beiden, durch die Isolierscheibe getrennten Elektrodengruppen bilden die Zeilen- und

jo Spaltenelektroden einer Matrix. Wird zwischen einer ausgewählten Zeilenelektrode und einer ausgewählten Spaltenelektrode eine genügend große Wechselspannung angelegt, so wird an der Kreuzungsstelle der beiden ausgewählten Elektroden eine Gasentladung in der Inertgasatmosphäre gezündet Die zur wahlfreien Ansteuerung der Kreuzungsstellen erforderliche Treiberschaltung ist indessen relativ aufwendig.

Des weiteren erfordert die Herstellung der Elektrodenmatrix für jede der beiden, gegeneinander isolierten Elektrodengruppen eine Folge von Maskierungs- und Metallisierungsschritten, wobei zwischen diesen beiden Folgen noch eine Beschichtung der unteren Elektrodengruppe mit Isoliermaterial eingeschaltet werden muß. Der gesamte Herstellungsvorgang gestaltet sich daher relativ aufwendig.

Für eine ähnlich aufgebaute Gasentladungsvorrichtung mit einer Elektrodenmatrix, bei welcher jedoch die obere Elektrodengruppe als Spaltenelektroden durch eine dielektrische Sshicht von der Gasatmosphäre getrennt ist, ist bereits vorgeschlagen worden (ältere DE-PS 23 12 741), an jeweils benachbarten Spaltenelektroden eine 2-phasige Wechselspannung anzulegen, um in den Bereichen oberhalb der Zwischenräume zwischen den Spaltenelektroden elektrisch begrenzte Übertragungskanäle in der Gasatmosphäre auszubilden. Mittels einer Schreibelektrode wird am Anfang eines ausgewählten Übertragungskanals eins Gasentladung gezündet, die durch Anlegen einer 2-phasi^en Taktspannung an die Zeilenelektroden schrittweise längs des betref-

fenden Übertragungskanals verschoben werden kann. Hinsichtlich der Herstellung dieser Gasentladungsvorrichtung ergibt sich der gleiche relativ große Aufwand wie bei der zuvor erörterten, bekannten Vorrichtung. Ferner müssen zur besseren Trennung benachbarter

Übertragungskanäle die Spaltenelektroden mit nach oben und seitlich vorspringenden Stegen versehen werden, was die Herstellung weiter kompliziert.

Es ist ferner bereits vorgeschlagen worden (ältere Patentanmeldung P 23 49 399.4), parallele Übertragungskanäle in einer Gasentladungsvorrichtung durch entsprechende gasgefüllte Hohlräume eines lichtdurchlässigen, flachen Körpers auszubilden. Rechtwinklig zu den Übertragungskanälen sind oberhalb und unterhalb der Hohlräume parallele Elektroden angebracht, wel-

ehe von den Gasfüllungen in den Übertragungskanälen durch dielektrische Schichten getrennt sind. Die Elektroden auf der Oberseite der Übertragungskanäle sind gegenüber den Elektroden auf der Unterseite um einen halben Elektrodenabstand versetzt angebracht, wobei jeweils benachbarte Elektroden mit einer 2-phasigen Taktspannung verbunden sind. Am Anfang eines ausgewählten Übertragungskanals wird mittels einer Schreibelektrode eine Gasentladung gezündet, die mittels der Taktspannungen schrittweise längs des betreffenden

Übertragungskarials verschoben wird.

Bei der Herstellung der letztgenannten Gasentladungsvorrichtuni; müssen zwei getrennte Hälften des flachen Körpers ausgebildet und mit einer Elektroden-

gruppe versehen werden, worauf die beiden Hälften zusammengefügt werden, was mit hoher Genauigkeit in einer Inertgasatmosphäre erfolgen muß. Insgesamt ist dieser Herstellungsvorgang noch aufwendiger als bei den beiden zuvor erörterten Gasentladungsvorrichtungen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht demgegenüber darin, eine Gasentladungsvorrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, welche mit einer einfacheren Ansteuerschaltung auskommt und sich mittels einer Planartechnik einfacher und billiger herstellen läßt

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Gasentladungsvorrichtung nach Anspruch 1 ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen näher erläutert

Es zeigt

F i g. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer planaren, als »Gasentladungsschieberegister« bezeicb >eten Gasentladungsvorrichtung,

F i g. 2 ein Impulsdiagramm von Taktimpulsen, die an das Schieberegister in F i g. 1 angelegt werden,

F i g. 3 eine weitere Ausführungsform eines Gasentladungsächieberegisters,

Fig.4 eine Schnittansicht der gasgefüllten Umhüllung des Schieberegisters nach F i g. 3,

F i g. 5 ein Impulsdiagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise der Schieberegister der F i g. 1 und 3,

F i g. 6 einen Grundriß einer alternativen Schieberegisterelektrodenkonfiguration,

Fig.7 eine Ansicht eines planaren Gasentladungsschieberegisters mit einer dielektrischen Schicht zwischen zwei Elektroden,

F i g. 8 eine Schnittansicht einer weiteren Modifikation eines Schieberegisters und

F i g. 9 eine Treiber-Schaltung für die Schieberegister.

In den Arsführungsbeispielen sind als zweite Elektrode eine einzige Kathode und als erste Elektroden zwei Sätze Anoden auf einem ebenen Substrat gebildet, und zwar typischerweise durch planare Dünnschicht- oder Dickschichtverfahren. In Längsrichtung der zweiten Elektrode wechseln Elektrodenelemente der ersten Elektrode des einen und des anderen Satzes ab. Bei einer Ausführungsform sind die beiden Anodensätze auf gegenüberliegenden Seiten der Kathode angeordnet, während bei einer anderen Ausführungsform die beiden Anodensätze ineinandergeschachtelt längs derselben Seite der Kathode liegen. Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, daß Kathoden auf gegenüberliegenden Seiten entsprechender Anoden angeordnet sind.

Jedes Element der ersten Elektrode besitzt eine asymmetrische Form mit zwei Abschnitten, die entlang der Längsabmessung der zweiten Elektrode voneinander getrennt sind. Diese Elektrodenkonfiguration wird verwendet, um eine Entladung über einen unstabilen Weg zwischen einem zweiten Abschnitt eines gegebenen Elements der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode aufgrund einer »Glimmzündung« auszulösen. Aufgrund der Instabilität übertragen Gleichgewichtsfeldkräfte die Entladung, wenn sie einmal ausgelöst worden ist, zu einem Weg zwischen dem ersten Abschnitt des Elements der gegebenen ersten Elektrode und der zweiten Elektrode. Dieser EntlaJungsweg ist ein stabiler, wobei die Entladung für jede beliebige Zeitdauer aufrechterhalten werden kann.

Diese Elektrodenkonfiguration mit unstabilen und stabilen tntladungswegen bildet die Grundlage für die vorliegende Erfindung. Zwei-Pegel-Taktspannungen abwechselnder Phasen werden an die beiden Sätze von Elementen der ersten Elektrode angelegt Der »Hoch«-Pegel dieser Taktspannungen wird so gewählt, daß er unterhalb des Schwellenwertes des Durchbruchpotentials für die Wege zwischen den Elektroden liegt Somit haben die Taktspannungen für sich keine Wirkung. Wenn jedoch eine Schreibelektrode verwendet wird, um eine Entladung in der Nähe des zweiten Abschnitts eines Elements der ersten Elektrode auszulösen, wird das effektive Durchbruchpotential zwischen diesem Abschnitt und der zweiten Elektrode auf einen Pegel unterhalb des Wertes des »Hoch«-Pegels der angelegten Taktspannungen abgesenkt Somit wird dort eine Entladung ausgelöst Aufgrund der zuvor erwähnten Unstabilität bewegt sich die Entladung jedoch unmittelbar fort, um einen Weg zwischen d^rn ersten Abschnitt

dieser Elektrode und der zweiten EJsktrode einzunehmen.

Der erste Abschnitt für eine stabile Entladung ist dem zweiten Abschnitt des nächsten Elektrodenelements benachbart, an dem, wie oben erwähnt worden ist, eine Taktspannung mit einer Phase anliegt, die der an dem vorausgehenden Elektrodenelement anliegenden entgegengesetzt ist Wenn die an dem vorausgehenden Element anliegende Taktspannung ihren >»niedrigen« Pegel annimmt, liegt somit an dem nachfolgenden Element eine Taktspannung entgegengesetzter Phase (mit »hohem« Pegel). Demzufolge wird die Entladung nicht ausgelöscht, sondern sie schreitet einfach weiter, um einen Weg zwischen dem ersten Abschnitt des nachfolgenden Elements der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode einzunehmen.

Diese Entladungsübergänge treten wiederholt auf, so daß eine Gasentladung längs der zweiten Elektrode fortschreitet, solange Taktspannungen anliegen. Die Entladung führt zu einem Glimmfleck in einem unmittel^ar oberhalb der zweiten Elektrode liegenden Bereich, so daß, wenn das Schieberegister von oberhalb seiner Ebene betrachtet wird, der resultierende sichtbare Effekt ein Glimmfleck ist, der sich fortbewegt, wenn die Taktspannungen zugeführt werden.

Nach F i g. 1 sind eine zweite Elektrode 5, eine Schreibelektrode 9 und Elemente 10-1 bis 10-8 einer ersten Elektrode auf einem ebenen Substrat 1 angeordnet Diese Art Aufbau kann mittels bekannter Dünnschichtmethoden erreicht werden. Jedes Elektrodenelement hat einen zweiten Abschnitt 11, im folgenden auch Aufnahmeabschnitt genannt, und einen ersten Abschnitt 12, an dem eine stabile Entladung erfolgen kann. Die zweite Elektrode 5 besitzt jeweils einen Vorsprung oder vorstehenden Bereich 6, der gegenüber dein ersten Abschnitt und dem Aufnahmeabschnitt einss jeden Paarer gegenüberliegender Elektrodenelemente der ersten Elektrode angeordnet ist Beispielsweise befindet sich der Bereich 6 in F'. g. 1 gegenüber dem ersten Abschnitt 12 des Elements 10-1 und dem Aufnahmeabschnitt des Elektrodenelements 10-2. Die grad- und ungradzahligen Elemente 10-1 bis 10-8 sind alternierend miteinander verbunden, wobei die ungradzahligen Elemente über eine Phase-1-Taktleitung 15 und die gradzahligen Elemente über eine Phafe;-2-Taktleitung 16 verbunden sind.

j5 Substrat und Elektroden sind in einer gasgefüllten Umhüllung (in F i g. 1 nicht dargestellt) eingekapselt, wie sie unten mit Bezugnahme auf F i g. 4 erläutert wird.
F i g. 2 zeigt eine Zeitablaufdarstellung mit typischen

s der in Fig. 2 als We!-

Spannungswellenformen, die den Elektroden des Schieberegisters der F i g. 1 zugeführt werden. Es handelt sich bei den Spannungen um positive Impulse, die in regelmäßigen Intervallen auftreten. Mit den Buchstaben 2—kgekennzeichnete Intervalle sind in Fig. 2 angegeben. Die zweite Elektrode 5 der F i g. 1 wird bequemerweise auf festem Potential gehalten. Die Phase-1-Taktspannung, die in F i g. 2 als Wellenform B dargestellt ist, wird der Phase-1-Taktleitung 15 zugeführt. Die Phase-2-Taktspannung, die in F i g. 2 als Wellenform C dargestellt ist, wird der Phase-2-Taktleitung 16 zugeführt. Die Phase-1- und die Phase-2-Taktspannung sind bezüglich des festgelegten Potentials der zweiten Elektrode 5 positiv und weisen typischerweise gleiche Amplitude auf. Wellenform A in F i g. 2 zeigt einen Schreibimpuls, welcher einer Schreibelektrode 9 zugeführt wird, um die Entladung auszulösen.

π;» Größe des »Hoch«-*

lenformen B und C dargestellten Taktspannungen der Phase 1 und der Phase 2 ist so gewählt, daß sie unterhalb des Durchbruchpotential-Schwellenwertes für die Wege zwischen den Elektrodenelementen 10-1 bis 10-8 und der zweiten Elektrode 5 liegt So reichen die Spannungen der Phase 1 und der Phase 2, wenn sie allein an den Leitungen 15 und 16 anliegen, nicht dazu aus, eine Entladung zwischen den Elektroden zu bewirken. Die Amplitude des Schreibimpulses, der als Wellenform A in F i g. 2 in dem Zeitintervall cdargestellt ist, reicht jedoch aus, um einen Durchbruch zu bewirken. So wird zwischen der zweiten Elektrode 5 und einer Spitze 13 der Schreibelektrode 9 in dem Intervall c eine Entladung geschaffen. Als Folge dieser Entladung besteht ein Glimmfieck oberhalb der Ebene der zweiten Elektrode 5 in dem der Spitze 13 gegenüberliegenden Bereich. Die Lage des Glimmflecks ist durch einen gestrichelten Kreis 7 angedeutet Freie Elektronen und Ionen in der Raumladung dieses Glimmflecks zirkulieren in dem dem Aufnahmeabschnitt 11 des Elements 10-1 benachbarten Bereich und erniedrigen dadurch das Durchbruchpotential zwischen diesem Aufnahmeabschnitt und der zweiten Elektrode 5. Wenn in dem Intervall d die Phase-1-Taktspannung an das Elektrodenelement 10-1 angelegt wird und der Schreibimpuls ge'öscht ist, wird der Glimmfieck dementsprechend als Folge einer zwischen dem Aufnahmeabschnitt 11 des Elements 10-1 und der zweiten Elektrode 5 geschaffenen Entladung aufrechterhalten.

Der Effekt, welcher eine Entladung zwischen Elektroden möglich macht, an weiche eine Spannung, die unterhalb des normalen .Durchbruchpotentials liegt, angelegt wird, ist als »zündfertigmachen« bekannt Man sagt, daß die freien Elektronen, die in der Entladung zwischen der Spitze 13 der Schreibelektrode 9 und der zweiten Elektrode 5 der in F i g. 1 dargestellten Schaltung erzeugt werden, die Entladungsstelle zwischen dem Aufnahmeabschnitt 11 des Elements 10-1 und der zweiten Elektrode 5 zündfertig machen und dadurch ermöglichen, daß zwischen diesen beiden letzteren Elektroden eine Entladung ausgelöst wird, wenn eine ansonsten unzureichende Spannung angelegt wird.

Diese besondere Entladungsstelle ist jedoch unstabil, was auf der Tatsache beruht, daß eine höhere Feldstärke und damit eine höhere mögliche Stromdichte zwischen dem ersten Abschnitt 12 des Elements 10-1 und der zweiten Elektrode 5 existiert, als sie zwischen dem Aufnahmeabschnitt 11 dieses Elements und der zweiten Elektrode 5 möglich ist Dies liegt daran, daß der erste Abschnitt 12 der zweiten Elektrode 5 näher ist als der Aufnahmeabschnitt 11. Demzufolge schiebt sich die Glimmentladung während des Intervalls d rasch zu einem Weg zwischen dem ersten Abschnitt 12 des Elements 10-1 und der zweiten Elektrode 5, und der Glimmfieck verschiebt sich demzufolge zu einem Bereich oberhalb der zweiten Elektrode 5 neben dem ersten Abschnitt 12 des Elements 10-1, wie durch einen gestrichelten Kreis 10 angedeutet ist. Der Glimmfleck wird für die Dauer des Intervalls d in dieser Position

ίο gehalten.

Am Anfang des Intervalls e wird die dem Element 10-1 zugeführte Spannung weggenommen, und die an dem Element 10-2 liege Phase-2-Taktspannung nimmt ihren »Hoch«-Zustand ein. Wenn dies passiert, wandert der Glimmfleck zu einer Region oberhalb der zweiten Elektrode 5 neben dem Aufnahmeabschnitt des Elements 10-2 und dann unmittelbar zu einem Bereich oberhalb der zweiten Elektrode 5 neben dem ersten Abschnitt des Elements 10-2. Der Glimmfleck wird nun für die Dauer des Intervalls e in dieser Position gehalten.

Am Anfang des Intervalls /wird die an dem Element

10-2 liegende »Hoch«-Spannung beendet, und der »Hoch«-Pegel der Phase-1-Taktspannung wird dem Element 10-3 zugeführt. Wenn dies geschehen ist, bewegt sich der Glimmfleck in einen Bereich oberhalb der zweiten Elektrode 5 neben dem Aufnahmeabschnitt des Element iO-3. Darauf wandert der Glimmfleck unmittelbar zum stabileren Bereich oberhalb der zweiten Elektrode 5 neben dem ersten Abschnitt des Elements 10-3. Der Glimmfieck wird für den Rest des Intervalls / in diesem Bereich gehalten.

Es sei darauf hingewiesen, daß am Anfang des Intervalls f, als der »Hoch«-Pegel der Phase-1-Taktspannung wie oben beschrieben an das Element 10-3 angelegt wurde, derselbe »Hoch«-Pegel der Phase-1-Taktspannung auch an das Element !©·! gelegt ^vurdc. (Alle ungradzahligen Elemente sind mit der Phase-1-Taktleitung 15 verbunden). Deshalb kann man nun fragen, warum der Glimmfleck, der sich vorher an einer Stelle gegenüber dem Element 10-2 befand, zu einer Stelle gegenüber dem Element 10-3 wanderte, anstatt sich zu einer Stelle gegenüber dem Element 10-1 zu bewegen. Die Richtungsbevorzugung beruht auf der Asymmetrie der Elektrodenelemente. Der Aufnahmeabschnitt des Elements 10-3 ist der Stelle der stabilen Entladung und des Glimmflecks, der in dem Intervall e auftrat, viel näher, als der erste Abschnitt !2 des Elements 10-1. Es ist für den Glimmfleck viel leichter, am Anfang des Intervalls / die kürzere Distanz zum Bereich neben des

so Aufnahmeabschnitts des Elements 10-3 zu überwinden. Dies liegt insbesondere daran, daß der Zündvorbereitungseffekt mit zunehmendem Abstand vom Glimmfieck sehr stark abnimmt
In Intervall g der F i g. 2 bewegt sich der Glimmfieck zum Bereich gegenüber dem ersten Abschnitt des Elements 10-4. In den Intervallen h bis k wandert der Glimmfleck nacheinander zu Bereichen gegenüber den Elementen 10-5 bis 10-8.
Obwohl es sich bei den Entladungswegen im Schieberegister der F i g. 1 um Wege zwischen der zweiten Elektrode 5 und den einzelnen Elektrodenelementen 10-1 bis 10-8 handelt, sei daran erinnert, daß das sichtbare Glimmen nicht gleichmäßig über die gesamte Länge dieses Entladungsweges auftritt Yielniehr ist das Giimmen in der Nähe der zweiten Elektrode (d. h. der Kathode) konzentriert (daher der wohlbekannte Ausdruck Kathodenglimmen). Das sichtbare Resultat der Arbeitsweise des Schieberegisters der Fig. 1 ist daher ein

Glimmfleck, der sich von Position zu Position längs der linearen zweiten Elektrode 5 bewegt. Die exakte Form des Glimmflecks -vird sich in Abhängigkeit der exakten Form der Elektroden und vom Strom ändern. Bei höherem Strom weicht der Glimmfleck von der Kreisform ab und neigt zu einer Verbreiterung in Richtung des benachb,*nen Elements. Diese Erscheinung wird als Glimmverbreiterung bezeichnet.

F i g. 3 zeigt ein Schieberegister mit zwei Sätzen von Elektrodenelementen auf gegenüberlieg'.Yiden Seiten einer zweiten Elektrode. Man kann sehen, daß es mit dieser Schieberegistergeometrie möglich ist, abwechselnde Elektrodenelemente direkt durch Metallisierung auf dem Substrat ohne Leiterüberkreuzung miteinander zu verbinden. Dies ist nicht möglich mit dem Aufbau der Fig. 1, und deshalb wird das Schieberegister der F i g. 3 überall dort Anwendung finden, wo es erwünscht ist, eine An7piffpyorrirhtiinff mir yerc^hi^rjgngn gleichen Schieberegistern in engem Abstand und parallel zueinander herzustellen. Anschlüsse können an den »Enden« eines jeden Schieberegisters hergestellt werden, ohne daß Leiterüberkreuzungen erforderlich sind.

Das Schieberegister der F i g. 3 ist dazu bestimmt, in eine solche gasgefüllte Umhüllung eingeschlossen zu werden, wie sie unten in Verbindung mit Fig.4 diskutiert wird.

Wie man sieht, umfaßt das Schieberegister der F i g. 3 einen unteren Satz Elektrodenelementen 21, 23, 25 und 27, jedes mit einem Aufnahmeabschnitt (zweiten Abschni'') 41 und einen ersten Abschnitt 31 für eine stabile Entladung, die durch einen Leiter 51 verbunden sind. Ein oberer Satz gleicher Elemente 22,24,26 und 28 ist durch einen Leiter 52 verbunden. Eine Schreibelektrode 55 ist zur Auslösung einer Entladung am linken Ende des Registers vorgesehen.

Die Zeitdarstellungen der F i g. 2, die oben auf das Schieberegister der F i g. 1 bezogen waren, können auch zur Erläuterung der Arbeitsweise des Schieberegisters nach F i g. 3 verwendet werden, da die tatsächliche Arbeitsweise der beiden Schieberegister gleich ist Die in F i g. 2 als Wellenform B dargestellte Phase-1-Taktspannung wird dem unteren Satz von Elementen über den Leiter 51 zugeführt. Die in Fig.2 als Wellenform C dargestellte Phase-2-Taktspannung wird dem oberen Satz von Elementen über den Leiter 52 zugeführt Eine zweite Elektrode 20 wird auf festem Potential gehalten. Ein Schreibimpuls wie er in F i g. 2 als Wellenform A in der Zeitlage c dargestellt ist wird der Schreibelektrode 55 zugeführt, wenn beabsichtigt ist, eine Entladung am linken Ende des Registers aufzulösen.

Die in F i g. 2 dargestellten Taktspannungen der Phase 1 und der Phase 2 sind wie zuvor so ausgewählt daß sie unterhalb des Schwellenwertes des Durchbruchpotentials für eine Entladung zwischen den Elementen 21 bis 27 und der zweiten Elektrode 20 liegt Der Schreibimpuls in dem Zeitintervall c in F i g. 2 ist andererseits ausreichend, um eine Entladung zwischen der Schreibelektrode 55 und der zweiten Elektrode 20 auszulösen. Die so ausgelöste Entladung bleibt während der Dauer des Intervalls c bestehen und führt zu einem Glimmfleck oberhalb der zweiten Elektrode 20 im Bereich gegenüber der Schreibelektrode 55.

Freie Elektronen von der Entladung zwischen der Schreibelektrode 55 und der zweiten Elektrode 20 machen den Bereich zwischen dem Aufnahmeabschnitt 41 des Elements 21 und der zweiten Elektrode 20 zündbereit, so daß am Anfang des Intervalls d, wenn der »Hoch«-Pegel der Phase-1-Taktspannung an das Element 21 angelegt wird, eine Entladung zwischen dem zweiten Abschnitt 41 und der zweiten Elektrode 20 stattfindet. Es sei bemerkt, daß dafür erforderlich ist, daß die Entladung über die zweite Elektrode 20 »springt«. Es besteht jedoch kein großes Hindernis zur Verhinderung dieses Vorgangs. Das gasförmige Medium, welches die Entladung durchspringen muß, umgibt die obere Fläche der zweiten Elektrode 20 vollkommen, was aus der Diskussion der F i g. 4 klar wird.

Die Entladung zwischen dem zweiten Abschnitt 41 des Elements 21 und der zweiten Elektrode 20 ist jedoch nicht stabil. Deshalb zwingen der Strom, die Feldwechselwirkung und das NichtVorhandensein eines Glimmens an der vorherigen Zelle die Entladung, sofort zu einem Weg mit Gleichgewicht zwischen dem ersten Abschnitt 31 des Elements 21 und der zweiten Elektrode 20 zu bringen. Die Entladung bleibt dort für die Dauer des foiervsUs d bestehen und führt zu einem Giimrnfleck oberhalb der zweiten Elektrode 20 gegenüber dem ersten Abschnitt 31.

Am Anfang des Intervalls e geht die Phase-1-Taktspannung an dem Element 21 auf null, und der »Hoch«-Pegel der Phase-2-Taktspannung wird an das Element 22 angelegt Als Folge des Zündvorbereitungseffektes beginnt eine Entladung, die einen neuen Weg zwischen einem zweiten Abschnitt 42 und der zweiten Elektrode 20 einnimmt Dieser Entladungsweg ist jedoch aus denselben Gründen, wie sie im vorhergehenden Absatz bezüglich der Instabilität des Entladungsweges zwischen dem Aufnahmeabschnitt 41 und der zweiten Elektrode 20 aufgeführt worden sind, unstabil. Die Entladung wandert dann unmittelbar weiter, um einen Weg zwischen einem ersten Abschnitt 32 des Elements 22 und der zweiten Elektrode 20 einzunehmen, wenn das Glimmen von der Entladung an der vorhergehenden Zelle erlischt Die Entladung bleibt während der Dauer des Intervalls e an dieser Stelle und ergibt einen Glimmfleck oberhalb der zweiten Elektrode 20 gegenüber dem ersten Abschnitt 32. In aufeinanderfolgenden Intervallen / bis k verschiebt sich der Entladungswert von dem ersten Abschnitt eines Elektrodenelements über momentane Zwischenstops an den zweiten Aufnahmeabschnitten zum nächsten ersten Abschnitt Eine einseitig gerichtete Entladungswanderung wird wie zuvor mit Hilfe der asymmetrischen Elektrodengeometrie erreicht

Der resultierende sichtbare Effekt der einseitig gerichteten Entladungswanderung gleicht demjenigen, der vorher für die Schieberegistergeometrie der F i g. 1 angegeben worden ist Was man beobachtet ist ein Glimmfleck, der sich linear von Position zu Position längs der zweiten Elektrode 20 bewegt wobei jede Position gegenüber einem ersten Abschnitt eines bestimmten Elements der ersten Elektroden liep+-

Die Schieberegister der F i g. 1 und 3 sind- natürlich dazu bestimmt in einer gasförmigen Umgebung betrieben zu werden. F i g. 4 zeigt ein Gasentladungsschieberegister der in F i g. 3 dargestellten Art in einer Gasumhüllung eingeschlossen. Die Figur zeigt einen Querschnitt, wobei man auf die Kanten des Schieberegisters blickt Ein Substrat 60 besteht typischerweise aus Glas oder keramischem Material und bildet den Bodenteil der Umhüllung. Eine Elektrodenmetallisierung 62 ist auf der oberen Fläche des Substrates 60 gebildet Eine obere Umhüllung 61, vorteilhafterweise aus Glas, ist mit dem Substrat verbunden. Zuführungsleitungen 63 und 64 führen durch die Glasumhüllung hindurch, um zwischen dem Schieberegister und äußeren Spannungs-

quellen einen elektrischen Kontakt herzustellen. Die das Substrat 60 und die obere Umhüllung 61 umfassende Umhüllung ist mit einer Gasmischung einer Zusammensetzung und eines Drucks gefüllt, die zur Aufrechterhaltung einer Glimmentladung zwischen Elektroden des Schieberegisters geeignet ist, wenn Spannungen an die Zuführungsleitungen 63 und 64 angelegt werden. Der Gasdruck ist durch den Abstand zwischen den Elektroden und dem gewünschten Bereich der Arbeitsspannungen bestimmt Die Zusammensetzung der gewählten Gasmischung kann einerseits bestimmt sein durch die Farbe und Intensität der gewünschten Anzeige, andererseits durch die gewünschte Durchbruchsspannung und -geschwindigkeit. Eine typische Gasmischung allgemeiner Brauchbarkeit enthält 99% Ne und 1 Vo Ar.

Es ist natürlich nicht notwendig, daß das Substrat aus Glas hergestellt ist. Stattdessen kann es aus irgendeinem anderer, dielektrischer· Material sein, das zur Verbindung mit Glas oder einer anderen durchsichtigen oberen Umhüllung geeignet ist Andererseits braucht das Substrat selbst nicht Teil einer integrierten Umhüllung zu sein, sondern es kann mittels Distanzstücken in einer getrennten Glasumhüllung entsprechend Methoden gehalten werden, die in der Vakuumröhrentechnologie wohlbekannt sind.

Bei der Massenproduktion der Gasentladungsvorrichtungen ist es wichtig, daß angemessene Betriebsspielräume aufrechterhalten werden. Eine kurze Untersuchung zeigt, daß der Abstand zwischen einem Elektrodenelement (z.B. 10-1 in Fig. 1 oder 21 in Fig.3) und deren zweiter Elektrode (z. B. 5 in F i g. 1 oder 20 in F i g. 3) eines planaren Schieberegisters keine hochkritische Abmessung ist Der Zündvorbereitungseffekt in einem solchen Schieberegister ist proportional zur Kopplung der Feldlinien des »zündbereiten« Elementes der ersten Elektrode (d.h. dasjenige, an welches der »Hoch«-Pegel einer Taktspannung am Anfang eines bestimmten Zeitintervalls gerade angelegt wird) mit der Raumladungszone der »Zünder«-Elektrode (d.h. des benachbarten Elementes der ersten Elektrode, dessen Taktspannung am Anfang desselben Zeitintervalls auf null reduziert worden ist). Da die Raumladungszone in der Nähe der zweiten Elektrode am dichtesten konzentriert ist, resultiert eine Vergrößerung des Abstandes zwischen dem »zündbereiten« Element der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode in einer Aufspreizung der Feldlinien von dem »zündbereiten« Element der ersten Elektrode nach außen, so daß ein !größerer Teil des Raumladungsbereichs gegenüber dem Element der ersten Elektrode durch diese Feldlinien eingenommen wird. Diese Wirkung neigt zur Vergrößerung der Kopplung, und somit zur Vergrößerung des Zündvorbereitungseffekts. Gleichzeitig führt der vergrößerte Abstand jedoch zu einer Schwächung der Feldstärke zwischen dem »zündbereiten« Element der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode. Dieser Effekt neigt zu einer Verringerung des resultierenden Kopplungs- und Zündvorbereitungseffekts. Diese beiden Erscheinungen haben somit gegenseitigen Einfluß auf den gesamten Zündvorbereitungseffekt Wenn sie sich auch nicht vollkommen gegenseitig aufheben, so neigen sie dazu, gegeneinander zu wirken, und damit reduzieren sie die Wirkung einer solchen Änderung im Elektrodenabstand beträchtlich. Aus diesem Grund beeinträchtigen Abstandstoleranzen die Arbeitsspielräume nicht besonders.

Es lohnt sich an dieser Stelle, einige Betrachtungen hinsichtlich der an die Gasentladungsschieberegister anzulegenden Taktimpulse zu machen. Die im Zusammenhang mit F :i g. 2 diskutierten Taktimpulse haben einen Tastverhältnis von 50%. Das heißt, jede Phase ist für die gleiche Zeitdauer »an«, für die sie »aus« ist.

5 Obwohl ein Tastverhältnis von 50% ein brauchbarer Wert ist, können natürlich Taktimpulse mit anderen Tastverhältnissen ebenfalls verwendet werden. F i g. 5 zeigt Ausschnitte von Taktimpulsen mit drei verschiedenen Tastverhältnissen. Wellenformen A in F i g. 5 zeigen

ίο einen Taktimpulsausschnitt mit einem Tastverhältnis von 50%, wie es dem in F i g. 2 dargestellten gleich ist. Wellenformen B in F i g. 5 zeigen einen Taktimpulsausschnitt mit einem Tastverhältnis, das größer als 50% ist. Hier überlappen sich die Taktimpulse der Phase 1 und

der Phase 2. Das Überlappen der Taktimpulse macht .-s weniger wahrscheinlich, daß ein Glimmfleck unbeabsichtigterweise ausgelöscht wird, bevor er aufgenommen/und ZUiTi fmChätcü aiii Sciiiciii Weg liegenden Element der ersten Elektrode übertragen werden kann. Ein

übermäßiges Überlappen kann jedoch dazu führen, daß der Glimmfleck an einem bestimmten Element der ersten Elektrode »festklebt«.

Wellenform C in F i g. 5 zeigt einen Taktimpulsausschnitt mit einem Tastverhältnis, das kleiner als 50% ist Hier ergibt sich eine von null verschiedene Zeitverzögerung nach dem Auslöschen eines Taktimpulses einer Phase, bevor der nächste Taktimpuls der anderen Phase angelegt wird. Diese Zeitverzögerung stellt sicher, daß der Glimmfleck nicht »festklebt«. Eine zu große Zeitverzögerung (ein zu kleines Tastverhältnis) andererseits macht es möglich, daß der Gliffimfleck während der Verzögerungszeit vollständig ausgelöscht wird. Wenn dies passiert wird die Entladung beim Auftreten des nächsten Taktimpulses nicht wieder gezündet, da die Amplituden der Taktimpulse beim NichtVorhandensein einer Zündvorbereitungsentladung unterhalb des Durchbruchpotentialschwellenwertes liegea Diese Überlegungen muß man berücksichtigen, wenn man ein geeignetes Tastverhältnis für die Taktimpulse auswählt.

Die Taktfolgefrequenzen hängen von de/ Geschwindigkeit ab, mit welcher der Glimmfleck längs des Schieberegisters übertragen werden soll. Maximale Folgefrequenzen hängen von verschiedenen Faktoren ab, zu denen der Gasdruck und die Gaszusammensetzung, die Amplitude der angelegten Taktspannungen und der Abstand zwischen benachbarten Elektrodenelementen gehören.

Auf Wunsch können Modifikationen an den Schieberegister-Grundgeometrien, wie sie im Zusammenhang mit den F i g. 1 und 3 erläutert worden sind, vorgenommen werden. Beispielsweise zeigt Fig.6 einen Ausschnitt eines Schieberegisters mit modifizierter Geometrie für die zweite Elektrode. Abgesehen von der modifizierten zweiten Elektrode 75 mit deren Winkelabschnitten 76 und 77 ist dieses Schieberegister dem im Zusammenhang mit Fig.3 diskutierten ziemlich gleich. Die Winkelabschnitte 76 und 77 erlauben es einem Glimmfleck, sich weiter an den Seiten der zweiten Elektrode zu den Aufnahmeabschnitten 72 und 73 vorzustrecken, als dies bei der Elektrodengeometrie des Schieberegisters der Fig.3 der Fall ist Somit neigt der Aufbau der Fig.6 dazu, die Glimmentladungskopplung von dem ersten Abschnitt für stabile Entladung zum zweiten Aufnahmeabschnitt optimal zu machen. Der Winkel θ ist

klein genug gewählt, um einen allmählichen Übergang im Abstand zwischen den Elektroden in der Nachbarschaft der Winkelabschnitte 76 und 77 zu erreichen. Dies verhindert eine Instabilität in der Entladungsüber-

tragung dadurch, daß Verschiebungen auf der Arbeitslinie des Bauelementes klein gemacht werden, die auftreten können, wenn die Entladung von einem Elekirod**nelement zum nächsten springt.

Typische Werte linearer Abmessungen sind A = 0,25 mm, B - 0,30 mm bis 038 mm und D «■ 0,41 mm. Es können natürlich andere Geometrien verwendet werden, was sowohl von Gasdruck und Gaszusammensetzung als auch von den gewünschten Betriebseigenschaften abhängt.

Eine andere Art von Modifikationen der hier offenbarten Schieberegisteraufbauten umfaßt den Austausch der Kathoden- und Anodenfunktionen. In den oben angeführten Aufbauten hat die Kathode (zweite Elektrode) mit Ausnahme der F i g. 6 die Form einer einzigen linearen Elektrode. Beim Betrieb dieser Schieberegister bewegte sich der Glimmfleck somit längs dieser einzigen, praktisch linearen Elektrode. In manchen Fällen mag es jedoch erwünscht sein, daß sich die Position des Glimmfleck? zwischen verschiedenen Elektroden bewegt. Ein Weg, auf welchem dieses erreicht werden kann, besteht darin, die Rollen der Kathoden in den im Zusammenhang mit den Fig. 1 und 3 diskutierten Schieberegistern zu vertauschen. Hat man dies getan, so wird die einzige Kathode in jedem dieser Schieberegister zu einer einzigen Anode, und die Elektrodenelemente und Schreibelektroden werden zu Kathodenelementen bzw. Schreibkathoden.

Tatsächlich kann eine solche Vertauschung der Rollen dadurch erreicht werden, daß einfach die Polarität der den verschiedenen Elektroden zugeführten Taktimpulse umgekehrt wird. Dies ist leicht einzusehen, daß, wenn dies getan ist, die Arbeitsweise des modifizierten Schieberegisters der oben diskutierten wirklich analog ist, allerdings mit der Ausnahme, daß der sichtbare Gümmfleck nun in Bereichen oberhalb der verschiedenen Kathoden äuiirili, und nicht oberhalb einer einzigen Kathode, wie zuvor. Würde ein solcher Wechsel vorgenommen, könnte das Schieberegister der Fig.3 beispielsweise verwendet werden, um auf einer ' ^ve der zentralen Anode in abwechselnden Intervalle ...ien direkten Zugriff zum Glimmfleck vorzusehen.

Eine weitere Modifikation der Schieberegistergrundgeometrien ist in F i g. 7 dargestellt. Es ist dort ein kleiner Abschnitt eines Substrats 79 zusammen mit einem ersten Abschnitt 80 einer ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode 81 gezeigt. Die Modifikation hat die Form einer erhabenen dielektrischen Schicht 82, die auf dem Substrat zwischen dem ersten Abschnitt 80 und der zweiten Elektrode 81 gebildet ist Die Funktion dieser dielektrischen Schicht 82 liegt darin, ein Verbrennen der Elektrodenkanten zu verhindern. Die dielektrische Schicht 82 hindert E'ektronen und Ionen daran, sich längs der sehr hohen Feldstärken in der Ebene des Substrats zu bewegen und somit die Kanten der Elektroden zu bombardieren. Da die Elektronen und Ionen nicht längs der Linien höchster Feldstärke fließen können, sind sie darauf beschränkt, sich entlang Feldlinien zu bewegen, die eine Kurve über der dielektrischen Schicht bilden. Diese Linien entsprechen einer kleineren elektrischen Feldstärke. Zudem neigen Feldlinien, die über der dielektrischen Schicht einen gekrümmten Verlauf haben, dazu, auf der Oberfläche der Elektroden anstatt auf den Elektrodenkanten zu enden. Deshalb ist das Elektronen- und Ionenbombardement über eine größere Fläche verteilt, wodurch eine Elektrodenkantenverbrennung klein gemacht wird. Eine typische Dicke für die dielektrische Schicht 82 liegt im Bereich von 25 Mikrometer (senkrecht zur Substratebene).

Eine brauchbare Ausdehnung der früheren Herstellungsverfahren, die insbesondere für den Dickschichtzweck anwendbar ist, ist die Hersteilung von »Inseln«

s zur Isolierung der Leiter (Kathoden, Anooen, Schreibelektroden und Verbindungsschaltungen) vom Substrat. Diese Inseln nehmen typischerweise die Form dielektrischer Dickschichtlagen an, die unter den wirklichen Elektroden liegen. Dieser Aufbau, der in F i g. 8 darge stellt ist, hat den Vorteil, daß eine Kathode 86 und eine Anode 87 von einem Substrat 85 durch dielektrische Schichten 88 und 89 erhöht sind, wodurch die Wahrscheinlichkeit von Kurzschlüssen zwischen Kathode und Anode verringert wird, die auf der Anhäufung zer stäubten Metalls 90 beruht, das sich zwischen den Elek troden anhäuft Außerdem resultiert aus dieser Anordnung ein gleichförmigeres Feld über der Glimmzone zwischen den Elektroden. Diese erhöhte Gleichförmigkeit resultiert aus den abgeschrägten Elektroden (wie in F i g. 8 dargestellt), die unter Verwendung von Dickschichten realisiert werden können. Diese Geometrie und die resultierende Feldform verbessert auch den Arbeitswirkungsgrad; weniger Feldlinien treffen auf das Substrat, und es ergibt sich eine geringere kapazitive Belastung.

Es wird nun in Verbindung mit F i g. 9 eine Treiberschaltung beschrieben, die die Arbeitsspielräume verbessert. F i g. 9 zeigt eine Batterie 90, die mit gesteuerten Spannungsquellen 91 und 92 (Versorgungsspannun- gen e_r\ und ^₂) zusammenwirkt, um Treibanschlüssen 95 und 96 über entsprechende Widerstände R₉ \ und R₉,2, die mit 93 bzw. 94 gekennzeichnet sind, Phase-1- bzw. Phase-2-Ströme ig, ι und i_fj zuzuführen. Weiter ist in F i g. 9 ein gemeinsamer Kathodenwiderstand Rk 98 dargestellt Als resultierende Phase-1- und Phase-2-Spannungen können jene genommen werden, welche in F i g. 2 ais Weiienformen B bzw. Cdargesteilt sind.

Die resultierende Wirkungsweise der Schaltungen der F i g. 3 und 9 werden nun für denjenigen Fall disku tiert, daß die Ausgangsanschiüsse 95,96 und 97 in F i g. 9 auf entsprechende Leiter 51,52 und die zweite Elektrode 20 in F i g. 3 geführt sind. Während eines Zeitintervalls d besteht zwischen der zweiten Elektrode Ή) und dem ersten Abschnitt 31 eine stabile Entladung. Die aufrechterhaltende Spannung kann leicht festgestellt werden als

Vs

+ E-

+ Rk).

Wenn der Phase-2-Takt während des Zeitintervalls e einen positiven Pegel annimmt, wie in F i g. 2 dargestellt, ist die Spannung an dem ersten Abschnitt 32 des Elementes 22 der ersten Elektrode

e_f2 + E -

da die Entladung an dem Elektrodenelement 21 noch nicht aufgehört und diejenige an dem Element 22 noch nicht begonnen hat Sie ist um ip\R?2 höher als Vs.

Wenn jedoch der Durchbruch an dem Elektrodenelement 22 beginnt, wird die Spannung am Element 21 um 4.2ÄX reduziert und fällt dadurch unter die erforderliche Aufrechterhaltungsspannung. Dies bewirkt, daß die Entladung an dem Element 21 aufhört Das Vorhanden sein dieser Signaizustände unterdrückt ferner jede Nei gung der Verschiebung, in umgekehrter Richtung abzulaufen. Taktimpulse mit mehr als zwei Pegeln können nütz-

lieh sein. Beispielsweise kann es erwünscht sein, daß
jedem »Hoch«-Pegel der Taktspannung eine negative
Spannung folgt, um eine Stabilisierung der Verschiebung der Entladung zu unterstützen. Es können auch
Taktspannungen Jiit anderer als Rechteckfonn nützlich
sein.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

20

25

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60

Claims

Patentansprüche:

1. Gasentladungsvorrichtung mit ersten und zweiten Elektroden innerhalb einer Gasatmosphäre, in welcher bei Anlegen elektrischer Signale entgegengesetzter Polarität an die Elektroden eine Gasentladung hervorgerufen wird, dadurch gekennzeichnet,

daß die ersten und zweiten Elektroden auf einer gemeinsamen, ebenen Fläche angeordnet sind,
daß die erste Elektrode aus einer Vielzahl aufeinanderfolgender, zwei Sätze bildender Elemente (10-1, 10-2... iO-n) besteht, wobei die Elemente der ersten Elektrode des einen und des anderen Satzes entlang der zweiten Elektrode abwechseln, und wobei jedes der Elemente einen ersten (12) und zweiten (Ii) Abschnitt aufweist,

daß der erste Abschnitt (12) jedes Elementes der ersten Elektrode nut einem zugeordneten Abschnitt der zweiten Elektrode eine stabile Gasentladung hervorzurufen vermag,

daß der zweite Abschnitt (11) jedes Elementes der ersten Elektrode mit einem zugeordneten Abschnitt der zweiten Elektrode eine instabile Gasentladung hervorzurufen vermag, indem die ersten Abschnitte (12) der Elemente der ersten Elektrode von dem jeweils zugeordneten Abschnitt der zweiten Elektrode einen geringeren Abstand aufweisen als die zweiten Abiohnitte (11) der Elemente der ersten Elektrode, und

daß der erste und zweite Abschnitt jedes Elementes der ersten Elektrode derart angeordnet sind, daß unter geeigneten elektrischen Fddbedingungen die Übertragung einer Gasentladung von dem ersten Abschnitt (12) eines Elementes der ersten Elektrode zu dem zweiten Abschnitt (11) des nächstfolgenden Elementes der ersten Elektrode erfolgt

2. Gasentladungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente der ersten Elektrode längs von Vorsprüngen (6) an der einen Seite der zweiten Elektrode angeordnet sind.

3. Gasentladungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Sätze der Elemente der ersten Elektrode längs gegenüberliegender Seiten der zweiten Elektrode angeordnet sind.

4. Gasentladungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß neben dem zweiten Abschnitt (12) des ersten Elementes der ersten Elektrode eine Schreibelektrode derart angeordnet ist, daß eine Gasentladung zwischen der Schreibelektrode und dem zweiten Abschnitt (12) des ersten Elements der ersten Elektrode eine Gasentladung zwischen diesem Abschnitt und der zweiten Elektrode auslöst.