DE2508393C2 - Gasentladungsanzeigevorrichtung und Verfahren zu ihrem Betrieb - Google Patents

Description

dadurch gekennzeichnet, daß

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8. die Plasmakathode als eine gemeinsame Flächenkathode (5) parallel zur ersten Isolier-Lochmatrix (1) ausgebildet is;

9. die Plasmaanode von einer der der Flächenkathode (5) zugewandten Matrixelektroden, der Hilfsanoden (3), selbst gebildet wird;

10. die Kathode (13) eine eigene Elektrode zwischen der Anode (14) und den der Anode zugewandten Matrixelektroden, den Steuerelektroden (4), ist.

2. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Isolier-Lochmatrix (11) auf ihrer der ersten Isolier-Lochmatrix (1) zugewandten Seite die Kathode (13) trägt, daß die Kathode (13) ein zusammenhängender Metallbelag ist, der entsprechend den Lochzylindern (12) gelocht ist und kurze, jeweils in einen der Lochzylinder (12) hineinragende Ränder (23) enthält, und daß die Anode (14) aus Metallringen besteht, die auf einer den Entladungsraum abschließenden Frontglasplatte (18) angebracht sind, über Leiterbahnen (16) miteinander verbunden sind und jeweils in einen der Lochzylinder(12) hineinragen.

3. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fröntgläsplätte (18) auch noch eine zusammenhängende Dünnschicht-Widerstandsschicht (17) trägt, die sich zwischen den Metallringen (14) und den Leiterbahnen (16) befindet und sie elektrisch miteinander verbindet.

4. Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der

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60 Purchlaßfektor der zweiten Isolier-Lochmafrix (11) größer als 20% ist

5. Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Frontglasplatte (18) und vorzugsweise auch auf den Wandungen der Lochzylinder (12) eine Lumineszenz-Substanz (19) angebracht ist

6. Verfahren zum Betrieb einer Anzeigervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aktivierung einzelner Bildpunkte

1. die Flächenkathode (5) an ein festes Potential gelegt wird;

2. die Hilfsanoden (3) zeitlich nacheinander angesteuert werden, wobei die nicht angesteuerten Hilfsanoden (3) auf dem Potential der Flächenkathode (5) oder auf freischwebendem Potential liegen und die jeweils angesteuerte Hilfsanode (3) auf ein in bezug auf das Potential der Flächenkathode (5) derart positives festes Potential (Zündpotential) angehoben wird, daß die Hilfs-Gleichstrom-Gasentladung zündet;

3. an der Kathode (13) ein Potential liegt das etwa um 40 V negativer ist als das Zündpotential, und das Potential an der Anode (14) um einen solchen Betrag positiver ist als das Potential an der Kathode (13), daß die Potentialdifferenz gerade noch nicht zu einer selbständigen Zündung ausreicht;

4. diejenigen Steuerelektroden (4), die Elektronen aus der Hilfs-Gleichstrom-Gasentladung m die zweite Kammer eintreten lassen, auf ein gegenüber dem Kathodenpotential derart positives Potential gelegt werden, daß die in die zweite Kammer eintretenden Elektronen in die Strecke zwischen der Kathode (13) und der Anode (14) gelangen und dort die Haupt-Gleichstrom-Gasentladung zünden, die

5. bis zu ihrer gezielten Löschung aufrechterhalten bleibt

7. Verfahren zum Betrieb einer Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, insbesondere nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet daß zum Löschen einzelner Bildpunkte

1. an die betreffende Hilfsanode (3) ein gegenüber dem Zündpotential positives Potential (Zugpotential) und

2. an die betreffende Steuerelektrode (4) ein zwischen dem Potential der Kathode (13) und dem Zündpotential liegendes Potential angelegt wird, derart, daß

3. die in der Haupt-Gleichstrom-Gasentladung an der Kathode (13) durch tonenaufprall ausgelö* sten Elektronen der Gasentladung entzogen werden.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Gasentladungsanzeigevorrichtung gemäß dem Oberbegriff des An-Spruchs I. Ein solches Gasentladungsdisplay ist aus der DE-OS 21 37 760 bekannt.

Die zitierte Offenlegungsschrift beschreibt unter anderem auch ein Ausführungsbeispiel, bei dem aus

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einer Gasentladung Elektronen durch selektiv geöffnete Löcher einer Elektrodetimatrix nach vorn in bestimmte Kanäle gezogen werden, in denen sie dann eine Gasentladung auslösen. Die Anordnung ist dabei so getroffen, daß das hintere Plasma zwischen zwei seitlich angeordneten Elektroden quer zur Betrachtungsrichtung brennt, daß die vordere Gasentladung zwischen einer Anode und einem Leiter der Elektrodenmatrix als Kathode gezündet wird und daß das UV-Licht aus der positiven Säule des vorderen Plasma Lumineszenzmaterial zum Leuchten anregt. Ein solcher Aufbau, bei dem die Ladungsträger des rückwärtigen Plasmas gleichsam durch Ventile in die vorderen Entladungsstrecken geschleust werden, kommt mit relativ geringen Zündspannungen für die UV-Licht liefernden Plasmen aus. Nachteilig ist allerdings, daß aus dem großvolumigen Querplasma nur Ladungsträgerströme in die einzelnen Kanäle gelangen, die relativ schwach und zudem ungleichmäßig sind. Deshalb ist die Höhe der Haltespannung recht kritisch, und man muß mit Zündfehlern rechnen. Im übrigen verfügt das Display vor allem dann, wenn rasch bewegte Vorgänge dargestellt werden sollen, noch nicht über eine ausreichende Bildhelligkeit

Diese Mangel werden abgemildert, wenn rna«, wie in der DE-OS 21 57 312 vorgesehen, das hintere Plasma _M zwischen zwei großflächigen Elektroden parafiel zur Betrachtungsrichtung brennen läßt und die in den einzelnen Kanälen erzeugten Gasentladungen speichert Bei dem in der DE-OS 21 57 312 geschilderten Display sind diese Verbesserungen jedoch mit einer äußerst komplizierten Konstruktion erkauft: die Kanäle befinden sich in einem Plattenstapel aus voneinander isolierten Elektroden, wobei zur Darstellung von 2" Bildpunkten π Elektrodenebenen erforderlich sind. Hinzu kommt, daß auch hier die Elektronenausbeute aus dem großvoiumingen Plasma relativ bescheiden ist

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gasentladungsanzeige zu schaffen, die auch bei der Wiedergabe von hochinformativen Bildern mit einer gleichmäßigen, hohen Leuchtkraft darstellt und im übrigen auch einen guten Gesamtwirkungsgrad hat Diese Aufgats wird erfindungsgemäß durch eine Gasentladungsanzeigevorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst

Der Lösungsvorschlag eignet sich vor allem zur Wiedergabe von einmaligen, etwa von einem Computer ausgegebenen Schriftstücken, Zahlen oder Kurven. Eine Grauton-Wiedergabe ist dabei nicfoi notwendig und kann gegebenenfalls durch die Dichte der Bildpunkte bei gleichmäßiger Punkthelligkeit ähnlich wie beim Zeitungsdruck erzeugt werden. Auch die Möglichkeit, eine große Farbskala abzustellen, ist hierbei von untergeordneter Bedeutung, obwohl einzelne wenige Farben von Literesse sein können.

Die Maßnahme, ein keilförmiges Plasma zwischen einer großflächigen Rückkathode und jeweils einer der Matrixelektroden zu unterhalten, gehört zum Gegenstand des älteren deutschen Patents 24 12 869. Sie sorgt dafür, daß ein großer Teil der in der Elektronenquelle vorhandenen Elektronen auch zur Zündung der Hauptentladungen zur Verfugung steht. Die Steuerstruktur ist relativ einfach aufgebaut und überdies von der Hauptentladungsstrecke elektrisch entkoppelt, so daß die einmal gezündeten Hauptplasmen unabhängig von den Spannungen, mit denen die einzelnen (,5 Matrixelektroden zum Einschreiben der übrigen Information beaufschlag' werden, bis zu ihrer gezielten Löschung bestehen bleiben.

40 Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer Anspräche.

Der Lösungsvorschlag soll nun anhand eines in der Figur schematisch dargestellten Ausfuhrungsbeispiels näher erläutert werden.

In der Figur, in der perspektivisch die Elektrodenanordnung dargestellt ist, ist mit 1 eine erste Isolier-Lochmatrix bezeichnet Diese Matrix ist eine Platte, die aus Quarz, Glas, Keramik oder aus einem Kunststoff mit genügend niedrigem Dampfdruck besteht und eine Vielzahl von regelmäßig angeordneten Löchern 2 enthält Ober diese Löcher hinweg führen streifenförmige Elektroden (Hilfsanoden 3), die die Zeilen einer Elektrodenmatrix bilden. Die Hilfsanoden 3 sind auf ihrer Unterlage z. B. durch Drucken, Aufdampfen oder in einer Phototechnik aufgebracht Sie haben die Form von schmalen, ihre Löcher 2 umschließenden Leitungsbändern. Auf der anderen Seite der Lochmatrix t sind in zu den Hilfsanoden 3 senkrecht verlaufende Leiterbahnen (Steuerelektroden 4) in gleicher Weise aufgebracht Diese Steuerelektroden bilden die Spalten der Elektrodenmatrix, in einem Abstand von der Jsolier-Lochmatrix 1. der für eine Glimmentladung fe&sreicht, befindet sich eine massive Kathode (Flächenkathjde 5). Zwischen dieser Kathode und einer der Hilfsanoden 3 wird im Betrieb des Displays eine Gasentladung, die Hilfs-Gleichstrom-Gasentladung gezündet

Zur Ansteuerung einer einzigen Zeile wird das Potential der zugehörigen Hilfsanode 3 um beispielsweise 300 V angehoben. Dann zündet die Hilfs-Gleichstrom-Gasentladung nur zu dieser Zeile hin und bleibt zumindest dort brennen, da die anderen Hilfsanoden auf einem freischwebenden Potential oder auf dem Potential der Flächenkathode 5 liegen. Aus der keilförmigen, zur betreffenden Zeile hin führenden Hilfs-Gleichstrom-Gasentladung können nun die Steuerelektroden 4 auf der anderen Seite der Isolier-Lochmatrix 1 Elektronen herausziehen, und zwar dann, wenn sie ein Steuersignal V mit einem ausreichend positiven Wert erhalten. Dieser Elektronentransport erfolgt dabei für alle Löcher einer Zeile gleichzeitig oder nacheinander, je nach dem, ob die Steuersignale für die betreffende Zeile an alle Steuerelektroden gleichzeitig oder sukzessive gelegt werden.

Die Hilfs-Gleichstrom-Gasentladung wird zeilenweise fortgeschaltet. Dies ist unproblematisch, da die erneute Zündung durch die verbliebene Restionisation aus dem gerade gelöschten Plasma erleichtert wird. Die Gasentladung wird gleichsam weitergereicht und bleibt dabei jeweils auf den Raum zwischen der gemeinsamen Flächenkathode und einer der Hilfsanoden beschränkt.

Die Steuerelektroden 4, die nach Art eines Ventils mit zwei Stellungen wirken, sperren, wenn sie ausreichend negativ vorgespannt sind, die durch die angesteuerte Hilfsanode 3 gelangenden Elektronenströme und lassen sie, ohne ihre Intensität zu modulieren, bei genügend positiver Steuerspannung passieren.

Die so aus der Hilfs-Gleichstrom-Gasentladung durch die Elektrodenmatrix geschleusten Elektronen gelangen nun unmittelbar anschließend in eine nachgeschaltete Haupt-Gleichstroin-Gasentladungsstrecke.

Dazu ist in geringem Abstand von der ersten Isolier-Löchmätrix 1 eine weitere Isolier-Loehmatrix 11 mit Lochzylindern 12 angeordnet, die mit den Löchern 2 fluchten. Die Lochzylinder 12 bilden jeweils eine der parallel geschalteten Entladungsstrecken, wobei die zweite LouTTiatrix ei-e oder auch beide Elektroden der tntladungsstrecke trägt. Im vorliegenden Fall ist die

Lochmatrix 11, und zwar auf ihrer der Lochmatrix 1 zugewandten Seite, mit der Kathode der Entladungsstrecke versehen. Diese Kathode ist ein zusammenhängender Belag 13, der in die einzelnen Lochzylinder 12 jeweils mit kurzen Rändern 23 hineinragt. Auf der ; anderen Stirnseite der Lochmatrix 11 befindet sich eine Frontglasplatte 18, die den gesamten Entladungsraum abschließt. Auf dieser Platte sind jeweils Metallringe 14 angeordnet, die als Anoden der Entladungsstrecke dienen, jeweils in einen der Lochzylinder 12 hineinragen m und durch ebenfalls auf der Frontglasplatle 18 angebrachte, ein Kreuzgitter bildende Leiterbahnen 16 Anodenpotential erhalten.

Wegen der negativen Charakteristik der Gasentladung muß jede einzelne Gasentladungsstrecke einen π gleichgroßen Vorwiderstand aufweisen, der den Entladungsstrom begrenzt. Dieser Vorwiderstand kann kathodenseitig oder anodenseitig eingeschaltet werden. Im vorliegenden Beispiel sind diese Widerstände durch

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siert, die auf die Frontglasplatte 18 beispielsweise in einer Siebdrucktechnik aufgebracht ist und die Metallringe 14 mit den Leiterbahnen 16 elektrisch miteinander verbindet Die Widerstandsschicht 17 wird beispielsweise aus Kohle niedergeschlagen, und zwar nach einer bei .'5 der Widerstandsherstellung üblichen Art aus der Gasphase. Eine andere Möglichkeit besteht in der Verwendung von einem üblichen Widerstandsmaterial, etwa Zermet®, das anstelle von Kohle ebenfalls in üblicher Weise aufgetragen wird. Eine dritte Möglich- jo keit besteht in der Verwendung von Widerstandsspiralen aus einem Material mit größerer Leitfähigkeit, das entweder aufgedampft oder aufgesplittert wird (vgl. hierzu »IEEE Trans.« ED-20 (1973) 1103). In jedem Fall empfiehlt es sich, auf die Frontglasplatte 18 zunächst die Widerstandsschicht und dann die einzelnen Metallringe und Leiterbahnen aufzubringen.

Zur Erhöhung der Helligkeit oder zur Wiedergabe in einer oder mehreren Farben enthält die Frontpldtte 18 über der Widerstandsschicht 17 Lumineszenz-Substanz 19 in Form kleiner Teilschirme. Diese Schirme befinden sich vorzugsweise innerhalb der Metallringe 14, und zwar entweder unmittelbar auf dem Ringmaterial oder auf der Widerstandsschicht; gegebenenfalls sind auch noch die Wände der Lochzylinder 12 mit einer lumineszierenden Schicht versehen.

Bei festem Abstand zwischen der Kathode 13 und der Anode 14 ist in Abhängigkeit vom Gasdruck und dem Durchmesser der Lochzylinder die Potentialdifferenz derart eingestellt, daß eine Zündung gerade noch nicht stattfinden kann. Sie erfolgt erst dann, wenn Elektronen aus der Hilfs-Gleichstrom-Gasentladung in die einzelnen Haupt-Gleichstrom-Entladungsräume eingeschossen werden und das dort vorhandene Gas ionisieren, und brennt dann ununterbrochen so lange weiter, bis sie wieder gezielt gelöscht wird. Die auf diese Weise erzielbare Helligkeit wird lediglich durch die Vorwiderstände, die die Entladungsstärke begrenzen, limitiert. Wichtig für die Entladungscharakteristik der Haupt-Gleichstrom-Gascntladungen :;ind die in die einzelnen Lochzylinder 12 hin'inragenden Ränder 23 der Kathode 13. Diese Ränder werden zweckmäßigerweisc dadurch hergestellt, daß man die Kathode 13 aufdampft und dabei die Lochmatrix 11 rotieren läßt und dabei regelmäßig schwenkt.

Im Betrieb wird das Potential der Kathode 13 derart negativer als das der gerade angesteuerten Hilfsanode 3 gcwäi'ili, JaO bei Vaiiaitun der Sieuereiekirodenpotentiale die Entladung weiterhin zwischen den Elektroden 13 und 14 brennt und nicht etwa auf die Steuerelektroden, die auf keinen Fall belastet werden dürfen, überspringt. Das bedeutet, daß das Sperrpotential an den Steuerelektroden nicht negativer ist als das Potential an der Kathode 13. Normalerweise sollte daher die Differenz zwischen der Ansteuerspannung und der Kathoderjspannung etwa 40 V sein.

Wenn man mit einer Gleichstrom-Gasentladung speichert, sollte die Gasentladung unbedingt auch punktweise gelöscht werden können, damit man beispielsweise eineri falsch eingegebenen Buchstaben korrigieren kann. Bei der vorgeschlagenen Displayausführung läßt sich eine solche Löschung relativ bequem durchführen: Man braucht lediglich diejenigen Elektronen, die aus den Rändern 23 der Kathode 13 durch lonenaufprall herausgelöst werden und die Gasatome in den einzelnen Lochzylindern 12 ionisieren, an ihrem Eintritt in den Entladungsraum zu hindern. Das kann für einen individuellen Bildpunkt dadurch geschehen, daß die betreffende Hilfsanode 3 ein gegenüber ihrem Zündpotential positiveres Potential und die betreffende Steuerelektrode ein negativeres, etwa dem Kathodenpotential entsprechendes Potential erhalten. Bei diesen Spannungsverhältnissen entsteht an der Kathode 13 ein starkes elektrisches Feld, das die durch lonenbeschuß erzeugten Elektronen von den Kathodenrändern wegzieht, so daß das Plasma erlischt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentensprüche;

1. Gasentladungsanzeigevorrichtung zur Darstellung eines aus mehreren Bildpunkten bestehenden Bildes, mit folgenden Merkmalen;

1. das HüJJeninnere wird durch eine Isolier-Lochmatrix in zwei Kammern unterteilt;

2. die Isolier-Lochmatrix ist regelmäßig mit einer der Bndpunktzahl entsprechenden Anzahl von Löchern versehen und trägt auf ihren beiden Seiten jewefls getrennt ansteuerbare Matrixelektroden in Form von metallischen Zeilenbzw. Spaltenleitern;

3. in der ersten Kammer befinden sich eine Plasmakathode und eine Plasmaanode;

4. in der zweiten Kammer befinden sich eine Anode, eine Kathode und zwischen diesen beiden Elektroden eine zweite Isolier-Lochmatrix mit Lochzylindern, die mit den Löchern der ersten IsoBer-Lochmatrix fluchten;

5. in dir ersten Kammer brennt zwischen den Plasmaelektroden eine Hflfs-Gleichstrom-Gasentladung;

6. in der zweiten Kammer liegt zwischen der Anode und der Kathode eine Haltespannung;

7. aus der Hilfs-Gleichstrom-Gasentladung treten, gesteuert durch die Mate «elektroden. Elektronen durch die einzelnen Löcher der ersten Isolier-Lochmatrix in die zweite Kammer und leiten auf der Strecke zwischen der Kathode und der Anode eine Haupt-Gleichstrom-Gasentladutig ein;