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Verfahren zum Betrieb eines Gasentladungs-Bildschirms Die Brfindung
betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Gasentladungs-i3ildschirms, bei dem P,ufrechterhaltungsirechselinpulse
mit Amplituden unterhalb der Brennspannung kontinuierlich zugeführt werden, so daß
nach Anlegen von Zündimpulsen die hierbei adressierten Gasentladungsstrecken infolge
der dadurch entstandenen und weiterhin periodisch erzeugten Wandladungen in ihren
jeweiligen Zündzustand bis zum Einwirken eines Löchssignals gehalten werden.
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Gasentladungs-Bildschirme dieser Art sind an sich bekannt und vielfach
beschrieben, In typischer Weise bestehen derartige Gasentladungs-Bildschirme aus
zwei Glasplatten, die in bestimmten Abstand voneinander gehalten sind und zwischen
sich ein ionisierhares Gasmedium aufweisen. Um eine Matrixansteuerung bereitzustellen,
wodurch jeweils auswählbare Gebiete innerhalb des jonisierbaren Mediums selektiv
ionisiert und damit zum Leuchten angereyt werden können,sind die beiden den Gasentladungsraum
begrenzenden Glasplatten r,lit senkrecht zueinander angeordneten Leitungszügen überzogen.
In typischer Weise trägt dabei eine Glasplatte einen Satz von horizontal parallel
zueinander verlaufenden Leitern, die auf der Innenseite der Glasplatte befestigt
sind. In gleicher Weise ist ein Satz vertikaler Leitungszüge auch auf der Innenseite
der
gegenüberliegenden Glasplatte angeordnet. Wird nun eiiie geeignete
Spannung zwischen einem ausgewählten Leitungszug der Horizontalleiter und einem
ausgewählten Leitungszug der Vertikalleiter angelegt, dann tritt am Kreuzungspunkt
beider Leiter eine Ionisierung des Gasmediums ein, so daß sich eine entsprechende
Lichtabstrahlung einstellt. Die Stellen der Kreuzungspunkte werden nachfolgend allgemein
als Gasentladungstrecken bezeichnet. Werden nun durch die Matrixadressierung Gasentladungsstrecken
in entsprechender Anzahl und Anordnung gezündet, dann läßt sich hiermit eine Zeichendarstellung
durchführen.
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Die Erfindung geht speziell aus von wechselspannungsbetriebenen Gasentladungs-Bildschirmen,
bei denen die auf den Innenflächen der Glasplatten angeordneten Leitungszüge mit
einer dielektrischen Schutzschicht gegenüber dem Gasentladungsraum isoliert sind.
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Dies hat aber zur Folge, daß die einzelnen Gasentladungstrecken bei
ihrer zündung Wandladungen im jeweils zugeordneten dielelitrischen Schutzschicntbereich
erhalten, die zur anschlieenden Löschung einer gezündeten Gasentladungstrecke beitragen.
Um diese Strecken nun wieder zum Zünden zu bringen, kann eine Spannung und gekehrter
Polarität zugeführt werden, die mit Unterstützung der Wandladung wiederum zu einer
Zündung führt. Mit anderen Worten zum Betrieb dieser Wechselspannungsgasentladungs-Bildschirme
bedient man sich zweckmäßigerweise einer Aufrechterhaltunc3swechselspannung, die
nach erfolgter Zündung von Gasentladungstrecken den hiermit erzielten Zündzustand
jeweils beizubehalten vermag. Um in diesen Falle eine Ionisierung in einer ausgewählten
Gasentladungsstrecke herbeizuführen, wird der Åufrechterhaltungswsechselspannung
ein Schreibimpuls überlagert, der die Zündspannung überschreitet. Um eine einmal
gezündete Gasentladung zu löschen, wird im anderen Fall ein Löschimpuls der Aufrechterhaltungswechselspannung
uberlagert.
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Ein wesentlicher Vorteil von Gasentladungs-Bildschirinen dieser Art
besteht in der Tatsache, daß die Gasentladungsstrecken gewissermaßen einen Speichereffekt
besitzen der durch die Ladunysansammlung
an den jeweils isolierten
Leitern während der Ionisation einer ausgewählten Entlacungsstrecke bedingt ist.
Die durch diese angesammelten Ladungen bedingte Spannung ist in ihrem Vorzeichen
entgegengesetzt gerichtet zur Zündspannuna der jeweiligen Gasentladungsstrecke,
so dap> die Suirarte beider Spannun£>en relativ rasch unterhalb der für die
Aufrechterhaltung der Ionisation erforderlichen Spannung absinkt und Lichtabstrahlung
lediglich für einen kurzen Moment, etwa 1/2 ps stattfindet. Der Strom der jedoch
während dieser kurzen Zeitdauer fließt, lagert eine beträchtliche Ladung in den
dielektrischen Schutzschichtbereichen der betroffenen Gasentladungsstrecke ab. Da
der erste nach dern Abklinyen des Schreibimpulses eintretende Aufrechterhaltungspannungsirnuls
der Richtung des Schreibimnulses entgegengesetzt ist und damit der durch die Wandladung
bedingten Spannung gleichgerichtet ist, wird die betroffene Gasentladungsstrecke
erneut ionisiert, da jetzt wiederum ein Uberschreiten der Zündspannung stattfindet.
Da nun der Aufrechterhaltungsimpuls während des zweiten Ionisationsvorgang entgegengesetzt
zur Polarität des Aufrechterhaltungsimpulses während des anfänglichen Schreibvorgangs
ist, wird die in den dielektrischen Schutzschichtbereichen akkumulierte Ladung im
Vorzeichen umgekehrt. Dementsprechend wird der zweite Aufrechterhaltungsspannungsimpuls
nach Abklingen der Schreiboperation mit gleicher Polarität zugeführt, wie sie sich
aus der durch die in den dielektrischen Schutzschichtbereichen akkumulierte Ladung
ergibt, so daß die resultierende Spannung einer Gasentladungsstrecke jetzt wiederum
ausreicht, um eine Ionisation herbeizuführen; dieser Prozeß wiederholt sich mit
wechselnden Vorzeichen bis ein Löschimpuls angelegt wird.
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Es ergibt sich also, daß beim Anlegen eines Schreibimpulses eine anfängliche
Ladung in den dielektrischen Schutzschichtbereichen der betroffenen Gasentladungsstrecke
entsteht, wobei die hierdurch bedingte Spannung ausreichend ist, um im Zusanunenwirken
mit einem entsprechenden Impuls der Aufrechterhaltungs spannung die Gasentladungsstrecke
erneut zum Zünden zu bringen, und zwar fortgesetzt
in jedem Halbzyklus
dieser Aufrechterhaltungswechselspannung, so daß eine kontinuierliche Lichtemission
gewährleistet ist.
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Obgleich die Aufrechterhaltungswechselspannung gleichzeitig allen
Gasentladungsstrecken des Gasentladungs-Bildschirms zugeführt wird, werden verständlicherweise
lediglich die einmal eingeschriebenen Gasentladungsstrecken zur Ionisation und damit
zur Lichtabgabe gebracht; der eingeschriebene Zustand wird damit also aufrechterhalten.
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Zur Erläuterung dieses Effektes mögen folgende Ausführungen dienen.
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Unabhängig von an einer einem Kreuzungspunkt einer Gasentladungsstrecke
angelegten Spannung enthält das in dieser Gasentladungsstrecke enthaltene ionisierbare
Gasmedium im allgemeinen einige freie Elektronen und positive Ionen; zum Begünstigen
dieser Erscheinung können zweckmäßigerweise noch Hilfsentladungen am Rand des Gasentladungs-Bildschirms
vorgesehen werden, die dann einen geeigneten Ionisierungspegel gewährleisten. Wird
nun eine Spannung an den Kreuzungspunkt einer Gasentladungsstrecke wirksam, dann
bildet sich ein elektrisches Feld, in welchem die Elektronen beschleunigt werden
und des öfteren mit neutralen Atomen zusammenstoßen, so daß zusätzliche Elektronen-Ionenpaare
erzeugt werden.
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Bei relativ niedrigen Spannungen ergibt sich ein Gleichgewichtszustand,
bei dem sich ein mäßiger Ionisationspegel einstellt, jedoch noch Ionen durch Rekombination
verlorengehen, und zwar in der Rate wie sie durch Zusammenstöße zwischen Atomen
und Elektronen erzeugt werden. Bei höheren wirksamen Spannungen aber werden Elektron-Ionenpaare
schneller erzeugt als durch die Verluste verlorengehen, wobei die dabei entstehenden
Elektronen wiederum zusätzliche Ionisation herbeiführen, so daß sich eine Lawine
freier Ladungen ergibt. Es dürfte klar sein, daß sowohl die Höhe als auch die Breite
des angelegten Spannungsimpulses an die Gasentladungstrecke zur Bildung der Ionisationslawinenbedingung
beitragen.
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Nähere Einzelheiten zur Erläuterung dieser Betriebsweise lassen sich
nachstehend genannten Publikationen entnehmen. D. L. Bitzer und Slottow, "The Plasma
Display Panel-A Digitally Addressable
Display With Inherent tzIemory",
in Proseedings of the Fall Joint Computer Conference, IEEE, San Francisco, California,
November 1966, Seiten 541-547, und US-Patente 3 499 167, 3 618 017, 3 673 460.
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Eine der Schwierigkeiten, die sich bei Betrieb mit Weceselspannungsgasentladungs-Bildschirmen
ergibt, besteht darin, daß der zulässige Betriebsbereich sehr eng bzw. stark eingeschränkt
ist.
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Der zulässige Betriebsbereich läßt sich als Differenz zwischen minimaler
Aufrechterhaltungsspannung, die erforderlich ist, um die die Aufrechterhaltungsionisation
einer einmal gezündeten Gasentladungsstrecker beizubehalten und der maximalen Aufrechterhaltungsspannung,
die geringer sein muß als die Spannung, die zur Zündung nicht eingeschriebener Gasentladungsstrecken
ausreicht, definieren. Normalerweise endet die Lebensdauer eines Gasentladungs-Bildschirms,
wenn der Betriebsspielraum des Gasentladungs-Bildschirms als Ganzes unterhalb eines
bestimmten Wertes absinkt.
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Wenn also bereits nach Fertigstellen eines-Gasentladungs-Bildschirms
der Betriebsspielraum klein ist, dann kann auch die Lebensdauer dieses Gasentladungs-Bildschirms
unzulässig kurz sein.
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Obgleich sich die Lebensdauer eines Gasentladungs-Bildschirms mit
geringem Betriebs spielraum bis zu einem gewissen Grade verlängern läßt, ist damit
doch ein erhöhter Aufwand verbunden. Um dieser Schwierigkeit zu entgehen, ist gemäß
der USA-Patentschrift 3 573 542 eine Betriebs schaltung bekannt geworden, die aber
sehr kompliziert und außerdem sehr aufwendig ist.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, einen Gasentladungs-Bildschirm
für Wechselspannungsbetrieb bereitzustellen, der unter Vermeidung der oben aufgeführten
Nachteile mit relativ einfachen Maßnahmen zu einem vergrößerten Betriebs spielraum
ohne zusätzlichen Aufwand für die angeschlossenen Treiberschaltungen führt, so daß
sich eine erhöhte Lebensdauer ergibt.
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Die Lösung dieser Aufgabe ist dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs
1 zu entnehmen. Unter Anwendung der erfindungsgemäßen Maßnahmen hat sich gezeigt,
daß sich ein gegenüber bisher wesentlich erhöhter Betriebsspielraum ergibt. Dabei
sind die Frequenzen derart gewählt, daß sich für niedrigere angelegte Spannungen
kein Zünden von Gasentladungsstrecken einstellen kann.
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Es hat sich nun gezeigt, daß in vorteilhafter Weise bei einem Gasentladungs-Bildschirm
mit einer Neongasfüllung, der Spuren von Argon beigemischt sind, und bei einem Gasdruck
zwischen 400 und 800 Torr, vorzugsweise aber 600 Torr, eine Puls frequenz im bereich
zwischen 40 bis 80 kHz mit Anstiegsdauern zwischen 1,8 bis 2,2 jis anwenden lassen,
womit unter sonst gleichen Bedingungen der Detriebsspielraum um 100 % gegenüber
bisher vergrößert wird.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Ausführungsbeispielsbeschreibung anhand der unten aufgeführten Zeichnungen und aus
den PatentansprLichen.
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Es zeigen: IFig. 1 ein Prinzipschaltbild zum Betrieb eines Wechselspannungsgasentladungs-Bildschirms
gemäß der Erfindung; Fig. 2 eine graphische Darstellung mit zusätzlich eingetragenen
empirischen Werten zur Veranschaulichung des Betriebsspielraums des Gasentladungs-Bildschirms;
Fig. 3 eine graphische Darstellung bestehend aus einer Kurvenschar, bei der die
Spannung einer Gasentladungsstrecke in Abhängigkeit von der Zeit dargestellt ist
und die angelegte Spannung als Parameter wirkt;
Fig. 4A eine Kurvenschar,
bei der ebenfalls die Spannung einer Gasentladungsstrecke in Abhängigkeit von der
Zeit dargestellt ist, und mit der angelegten Spannung als Parameter, wobei jedoch
die angelegten Spannungsimpulse eine größere Anstiegsdauer gegenüber der der Fig.
3 zugrundeliegenden besitzen, nämlich 2 Mikrosekunden; Fig. 4B sowohl das Ersatzschaltbild
zum Verständnis der oben angegebenen Kurvenscharen als auch den Verlauf des angelegten
Spannungsimpulses; Fig. 5 eine graphische Darstellung zur Veranschaulichung der
Ladungsübertragungscharakteristiken für einen 33 kHz Aufrechterhaltungs spannungs
impuls im Vergleich zu einem 50 kHz Aufrechterhaltungsspannungsimpuls, jeweils mit
2 Mikrosekunden Anstiegsdauer, in einer Neongas-Atmosphäre bei angenähert 600 Torr
Druck, bei Anwesenheit von Argonspuren, Eine typische Gasentladungs-Bildschirm-Ansteuerschaltung
wie in Fig. 1 gezeigt, besitzt einen Gasentladungs-Bildschirm 1, dessen horizontale
und vertikale Leitungszüge an die Zeilentreiberleitungen R1'RN bzw. an die Spaltungentreiberleitungen
C1-CN angeschlossen sind.
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Es versteht sich, daß die Anzahl der Spalten und Zeilentreiberleitungen
der jeweiligen Anzahl der horizontalen und vertikalen Leitungszüge im Gasentladungs-Bildschirm
1 entsprechen, so daß sich eine Gasentladungszellenmatrix M x N hierdurch in geeigneter
Weise adressieren läßt, indem Schreib- oder Löschimpulse über ausgewählte horizontale
oder vertikale Treiberleitungen zugeführt werden. Wenn auch viele Auswahlverfahren
an sich zur Verfügung ,stehen, so werden jedoch hier speziell Halbauswahl- Schreib-
und
Löschimpulse angewendet. Soll in dem Darstellungsbeispiel nach
Fig. 1 z. B. die Gasentladungszelle am Schnittpunkt der Treiberleitungen R1 und
C1 gezündet werden, dann müßten entsprechend überlagerte Schreibimpulse von der
Schreib/Lischeinrichtung 3 und der Schreib/Löscheinrichtung 5 zugeführt werden,
und zwar gemäß dem hier gewählten Verfahren gegenphasig zur angelegten Aufrechterhaltungswechselspannung,
so daß die effektive Amplitude der in Form von Impulsen angelegten Aufrechterhaltungswechselspannung
für die Dauer dieser Schreibimpulse angehoben wird. Für eine Halbauswahlbetriebsweise
sind wie üblich die außer Phase liegenden Schreibimpulse von gleicher Amplitude.
In gleicher Weise lassen sich, wie an sich ebenfalls bekannt, llalbauswahllöschimpulse,
um 1800 außer Phase liegend, den Aufrechterhaltungsimpulsen zuführen um eine selektive
Löschbetriebsweise zu ermöglichen.
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Wie weiterhin der Darstellung in Fig, 1 zu entnahmen ist, dienen die
Zeilen- und Spalten-Schreiblöschimpulsgeneratoren 3-3N und 5-5N zur Zuführung der
sich überlagernden Schreib-Löschimpulse außer Phase mit den Aufrechterhaltungsspannungsimpulsen
im Ansprechen auf Schreib- und Löschsignale von den Zeilen- und Spaltendecodierern
7 bzw, 9, Aus dem Vorhergehenden versteht sich, daß mit dem Gasentladungs-Bildschirm
die Darstellung alphanumerischer Daten möglich ist, und zwar im Zusammenwirken mit
einem Rechner. Zu diesem Zweck dient der Prozessor 11 zur Steuerung der Zeilen-
und Spaltendecodierer 7 bzw. 9, so daß eine digitale Darstellung in entsprechender
Auswahl erfolgt. Die Art und Weise, auf die die Pulsformerschaltungen 13 und 15
im Zusaimtienwirken mit dem liripulsoszillator 17 zusammenwirken, um die Aufrechterhaltungspannungsimpulse
bereitzustellen, wie es zur Durchführung der Erfindung erforderlich ist, wird anschließend
im einzelnen anhand der Fign.
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2 bis 5 näher erläutert.
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Die in Fig. 2 gebrachte graphische Darstellung, bei der die Aufrechterhaltungsspannung
V in Abhängigkeit von der Frequenz dargestellt
ist, zeigt zwischen
den Kurven V5 MAX und V5 MILi den zum Betrieb erforderlichen Spielraum. VS MAX läßt
sich als die Spannung definieren, oberhalb der anfangs nicht gezündete Gasentladungsstrecken
des Gasentladungs-Bildschirms beginnen in die Zündung zu gelangen; wo hingegen V5
MIN sich als diejenige Spannung definieren läßt, unterhalb derer die Ionisation
bereits gezündete Gasentladungsstrecken nicht weiter aufrechterhalten werden kann;
d.h., eine durch einen Schreibimpuls gezündete Gasentladunsstrek-, ke erlischt wieder
unmittelbar darauf. Da diese Kurven, wie aus eingezeichneten Meßwerten hervorgeht,
einpirisch ermittelt worden sind, liegt hiermit gleichzeitig die experimentelle
Bestätigung dafür vor, daß der Spielraum zum Betrieb des Gasentladungs-Bildschirms
mit steigender Frequenz der Aufrechterhaltungsimpulse eben falls anwächst, wobei
festgestellt werden kann, daß der sich vergrößernde Spielraum hauptsächlich durch
das Ansteigen von V5 MAX bei geringerem Ansteigen von VS MIN bedingt ist. Die eingezeichneten
Meßwerte haben sich bei einer Gasatmosphäre bestehend aus Neon mit einem Anteil
von 0,001 % Argon bei einem Druck von 600 Torr ergeben. Die zum Betrieb von Wechselspannungsgasentladungs-Bildschirmen
erforderliche Überzugs schicht über den zur Bildung der Koordiantenkreuzungspunkt-Gasentladungs
strecken vorgesehenen Leitungszügen in Form einer dielektrischen Schicht, besteht
dabei wie üblich aus Magnesiumoxid. Die lichte Weite des Gasentladungsraums in Entladungsrichtung
beträgt unter dieser Bedingung etwa 0,2 mm. Zur Durchführung der Messungen diente
eine einzige Gasentladungsstrecke, wobei in den Ergebnissen Pluszeichen innerhalb
von Meßpunkten andeuten, daß die entsnrechenden Messungen bei gezündetem benachbarten
Gasentladungsstrecken durchgeführt worden; sind und Kreise mit Punkten hierin deuten
an, daß die jeweils benachbarten Gasentladungsstrecken im Auszustand gewesen sind.
Obgleich die graphische Darstellung nach Fig. 2 die mit einen speziellen Gasentladungs-Bildschirm
erzielten Meßergebnisse wiederspiegelt, sollte doch anerkannt werden, daß der Ilauptzweck
dieser graphischen Darstellung darin besteht, den Ausdehnungstrend des Betriebsspielraums
mit steigender Frequenz zu bestätigen und daß
sich gleichartige
Trends entsprechend unter Anwendung von Gasentladungs-Bildschirmen mit anderen Parapetern
herbeiführen lassen.
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Aus der graphischen Darstellung nach Fig. 3 ist in typischer Weise
die jeweilige Gasdurchbruchsspannung für einen Wechselspannungsgasentladungs-Bildschirm
zu entnehmen, wobei die angelegten Spannungsimpulse keine nennenswerte Anstiegsdauer
aufweisen. Es sei darauf hingewiesen, daß die graphische Darstelluns nac Fio. 3
nicht notwendigerweise maßstabsgereclit gezeichnet ist, sondern lediglich veranschaulichen
soll, wie sich ein lonisierbares Gas unter Steigerung der angelegten Spannungen
verhält. Wunächst zeigt sich eine allgemeine Beziehung, bei der die Ionisation des
Gases und die Durchbruchsspannung hierüber um so eher eintritt, je größer die angelegte
Spannung Va ist, da ja bei der urvenschar Vaden Parameter darstellt und für sehr
kleine Zeiten die oberste Kurve für den höchsten Va-Wert steht. weiterhin zeigt
sich, daß die Kurve für den niedrigsten V -Wert das Auftreten der Gasdurchbruchsspannung
Vg erst auftreten läßt, bis die Spannung etwa für einen Zeitraum von 3 Mikrosekunden
anliegt. Wird andererseits eine Spannung mit dem höchsten hier gezeigten Wert angelegt,
dann zeigt sich die Durchbruchs spannung Vg der Gasentladungsstrecke wesentlich
früher, d.h. bereits etwa nach 2 IAikrosekunden nach Anlegen der Spannung.
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Es sei darauf hingewiesen, daß der in Fig. 2 festgestellt Trend repräsentativ
für angelegte Spannungen ist, die Anstiegs zeiten im Bereich zwischen 1,8 bis 2,2
Mikrosekunden besitzen, wo hingegen die in Fig. 3 gezeigten Durchbruchsspannungscharakteristiken
für Spannungsimpulse mit vernachlässigbaren Anstiegs zeiten gelten.
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Der Sinn, Anstiegszeiten zwischen 1,8 bis 2,2 IIikrosekunden anzuwenden,
wird nachstehend noch im einzelnen erläutert. Es genügt hier lediglich darauf hinzuweisen,
daß der in der Fig. @ festzustellende Trend gleichermaßen für angelegte Spannungsimpulse
gilt, die eine vernachlässigbare Anstiegsdauer aufweisen, wobei jedoch dann der
vergrößerte Betriebsspielraum erst bei Frequen en u¢ 200 kHz, d.h. zwischen etwa
180 bis 220 kHz, auftreten würde
Der csra-hischen Darstellung nach
Fig. 4A liegen wie in Fic. 4B angedeutet, Spannungsimpulse Va zugrunde, die eine
Anstiegszeit von etwa 2 Mikrosekunden hesitzen. Diese kurvenschar zeigt ebenfalls
die Durchbruchsspannungscharakteristiken für eine Mischung von TZon und Argon in
Abhängigkeit von der Zeit für verschiedene Amplituden der angelegten Spannungsiripulse
V als Parameter.
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a Der oben genannten Kurvenschar ist zu entnehmen, daß für Spanzungen
nahe dem Schwellenwert des Gases eine relativ lange Aufbauphase der Entladung erforderlich
ist, so daß jeder eintreten de Ladungsübergang etwa 15 Mikrosekunden nach Anlegen
der Spannung stattfindet. Im einzelen ist zu entnehmen, daß bei einer angelegten
Spannung Va von etwa 110 Volt noch keine Durchbruchsspannung vorliegt. Bei einer
angelegten Spannung Va von 115 Volt beginnt nach etwa 13 Mikrosekunden ein Strom
zu fließen, verbunden mit einem Ladungsübergang; wobei sich für den Wert Vg ein
eingeschwungener Zustand nach Ablauf von 15 i4ikrosekunden einstellt. Offensichtlich
wird dann mit zunehmender angelegter Spannung Va die zum Ladungsaufbau erforderliche
Zeit immer kürzer, so daß sich ein endgültig eingeschwunvener Zustand für Vg jeweils
entsprechend schneller einstellt.
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In Übereinstimmung mit den in der graphischen Darstellung nach Fiq.
2 enthaltenen Resultaten ergibt sich, daß bei Anwendung von Spannungsimpulsen mit
Anstlegsdauern von angenähert 2 Mikrosekunden der Betriebsspielraum bei 35 kHz bereits
verbessert wird, wobei diese Verbesserung sich über 80 kHz hinaus fortsetzt. Spannungsimpulse
innerhalb dieses Frequenzbereiches zeigen Halbperiodendauern, die den in der graphischen
Darstellung nach Fig. 4A ersichtlichen Zeitwerten entsprechen. So ergibt sich aus
der graphischen Darstellung nach Fig. 2, daß ein verbesserter Betriebsspielraum
bei Anwendung von Wechselspannungsimpulsen mit Impulszeiten zwischen etwa 15 und
6 Mikrosekunden erzielt wird.
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Zur Durchführung der Erfindung werden also Wechselspannungsgasentladungs
-Bildschirme
mit Aufrechterhaltungs-Wechselspannungsimpulsen betrieben, deren Frequenzbereich
zwischen 40 und 80 kHz liegt. Wie sich der graphischen Darstellung nach Fig. 4A
entnehmen läßt, werden bei Anlegen von Aufrechterhaltungs-Wechselspannungsimpulsen
innerhalb dieses Frequenzbereichs Gasentladungs-Bildschirme in einem Durchbruchsspannungsbereich
der Kurvenschar betrieben, die in typischer Weise angelegten Durchbruchsspannungen
entsprechen. Mit anderen Worten der Zweck der Erfindung liegt darin, Gasentladungs-Bildschirme
derart zu betreiben, daß die Aufrechterhaltungs-Wechselspannungsimpulse so nah wie
möglich an Punkten maximalen Stroms, bedingt durch Gasionisation, enden. Bei Betrieb
des Gasentladungs-Bildschirms mit Aufrechterhaltungs-Wechselspannungsimpulsen, deren
Dauer und damit Frequenz derart ist, daß sie vor Erreichen des Durchbruchs für geringere
angelegte Spannungen enden, d.h. bei geringeren Aufrechterhaltungsspannungen, ergibt
sich eine virtuelle Anhebung des Durchbruchsspannungs-Schwellenwerts, d.h. der maximalen
Aufrechterhaltungsspannung V5 MAX. So zeigt sich unter Bezugnahme auf die graphische
Darstellung nach Fig, 4A, daß ein 50 kHz Aufrechterhaltungs-Wechselspannungsimpuls
bei etwa 10 Mikrosekunden endet.
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Wie ersichtlich entspricht dies dem Bereich, wo der Stromfluß für
die angelegten Aufrechterhaltungs -Spannungsimpulse mit höheren Werten enden und
noch kein Stromfluß für die geringeren Werte der angelegten Aufrechterhaltungs-Spannungsimpulse
einsetzen konnte. Damit kann nun tatsächlich bei dem geringeren Wert der angelegten
Aufrechterhaltungs-Wechselspannungsimpulse eine Ionisation nicht aufrechterhalten
bleiben.
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Die Art und Weise in der der Betriebs spielraum durch Verwendung von
Frequenzen vergrößert wird, die eine Beendigung der Aufrechterhaltungs-We-hselspannungsimpulse
innerhalb des Durchbruchsgebiets hedingen läßt sich noch deutlicher der graphischen
Darstellung nach Fig. 5 entnehmen. Da Vc der jeweiligen Spannung am Kondensator
C dem Ersatzschaltbild nach Fig. 4B entspricht, stellt die Kurve für 33 kHz eine
Kurve dar, die unter Anwendung der Spannungserte
für die Zeit
15 Mikrosekunden entsteht. Die Spannungswerte auf der Abzisse entsprechen dabei
in etwa der angelegten Spannung. Wie in Fig. 4A ersichtlich tritt beim Zeitpunkt
15 Mikrosekunden ein Ladungsübergang ein, sobald der Schwellenwert überschritten
ist. Jedoch zum Zeitpunkt 10 Mikrosekunden läßt sich eine Ladungsiibergangskurve
ableiten, aus der sich ergibt, daß nur ein yeringer Ladungsübergang auftritt, bis
die Spannung auf etwa 120 Volt angehoben worden ist; was aus Fig. 5 für die 50 kBz-Kurve
noch klarer ersichtlich ist. In dieser Hinsicht wird darauf hingewiesen @ daß der
Betriebsspielraum für die 15 Mikrosekunden (33 kHz)-Kurve innerhalb der Geraden
M1 und 112 liegt. In gleicher Weise ist der Betriebsspielraum für die 10 Mikrosekunden
(50 kz)-Kurve innerhalb der Geraden M3 und M4 gelegen. Diese Geraden entsprechen
dabei jeweils einer Tangente an die beiden Kurven, die eine Steigung mit dem Wert
2 besitzen. Der Steigungswert 2 definiert dabei eingeschwungene Betriebs zustände
wo jeweils ein Ladungsübergang über jeden Betriebs zyklus existiert. Wie aus Fig.
5 bei Anwendung der 10 Mikrosekunden Aufrechterhalungs-Wechselspannungsimpulse,
d.h. des 50 kHz-Signals, ersichtlich, ist der Punkt, an dem ein Ladungsübergang
eintritt (am Schnittpunkt rait M3 entsprechend V5 MAX) beträchtlich erhöht, wo hingegen
der Punkt an dem ein Ladungsübergang endet (am Berührungspunkt mit M4 entsprechend
V5 MIN) lediglich um einen geringen Betrag angehoben istt Dementsprechend ist der
Betriebs spielraum bei Anwendung der höheren Frequenz um etwa 100 % erhöht.
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In der graphischen Darstellung nach Fig. 3 erstreckt sich das Durchbruchsgebiet
in typischer Weise zwischen etwa 2 und 3 Mikrosekunden. Andererseits beträgt die
Frequenz der Aufrechterhaltungs-Wechselspannungsimpulse etwa 25 bis 35 kHz, entsprechend
Impuls dauern zwischen 20 und 14,3 Mikrosekunden. Für die beispielhaften Charakteristiken
wie sie in Fig, 3 gezeigt sind, wobei vernachlässigbare Anstiegsdauer vorliegt,
ergäbe sich eine wirksame Betriebsweise entsprechend den Prinzipien der Erfindung
bei Anwendung von Aufrechterhaltungsimpulsen, die bei etwa 2,5 Mikrosekunden
enden.
Wie analog aus Fig. 4A ersichtlich, trac.en jedoch die Aufrechterhaltungimpulse
geringerer Amplitude nicht zum Durchbruch des ionisierbares Gases bei, da sie bereits
enden, bevor dies eintritt, so daß damit V5 i'lAX beträchtlich erhöht ist. Es ist
aber zu zugeben, daß ein 2,5 Mikrosekundenimpuls einem Aufrechterhaltungssignal
von 200 kHz entspricht, und Wechselspannungs-Aufrechterhaltungsignale bei dieser
Frequenz zur Beibehaltung einer kontinuierlichen Ionisation des Gases beitragen,
d.}i. keine Entionisierung zwischen Zündzustanden zulassen. Es liegt auf der Hand,
daß Wechselspannungs-Aufrechterhaltungsimpulse, die keine Entionisierung zulassen,
nicht angewendet werden können, da unter dieser Bedingung eine einmal ionisierte
Gasentladungstrecke nicht mehr zu löschen ist. Dementsprechend läßt sich der Betrieb
vou Gasentladungs-Bildschirmen mit Aufrechterhaltungsimpulsen die innerhalb des
Gasdurchbruchsgebiets bei maximalem Strom enden gemäß der Erfindung nicht realisieren,
wenn die Aufrechter'altungsimpulse mit geringer oder yar vernachlässigbarer Anstiegsdauer
wirksam sind, da ein solcher Betrieb viel zu hohe Impulsfrequenzen erfordern wurde,
um eine Entionisierung herbeiführen zu können.
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Die soeben beschriebene Schwierigkeit wird überwunden gemäß der Erfindung,
indem die Notwendigkeit zur Anwendung solch noher Frequenzen durch Verwendung von
Impulsen mit relativ langsamer Anstiegszeit umgangen wird. Die Wirkung in der Benutzung
eines Impulses mit langsamen Anstieg liegt in der herabsetzung der Ionisationsrate
und damit in der Ionisationsverzögerung. Durch Ionisationsverzögerung wird das generelle
Ionisationsgebiet und die Gasdurchbruchsspannung zeitlich auf einen Punkt in der
Frequenzskala verschoben, bei dem dann eine Entionisierung zwischen zwei Impulsen
auftreten kann und demgemäß eine optimale Betriebsweise gewährleistet ist.
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Bei Anwendung der Erfindung hat sich gezeiyt, daß Aufrechüerhaltungsimpulse
mit Anstiegszeiten zwischen 1,8 und 2,2 Mikrosekunden in wirksamer Weise die erwünschten
Ergebnisse herbeizuführen vermögen, wobei die Wechselspannungs-Aufrechterhaltungsimpulse
effektiv
innerhalb des Ionisationsgebiets enden, und zwar bei Frequenzen, <?ie eine Entionisierung
der gezündeten Gasentladungsstrecken gestatten. In dieser Hinsicht sei darauf hingewiesen,
daß bei Aufrechterhaltungsimpuls-Anstiegszeiten größer als 2,2 Mikrosekunden die
Ionisation so schwach ist, da£ die Sichtbarkeit der Gasentladung unzulanglich ist.
Bei Anstiegsdauern unterhalb von etwa 1,8 Mikrosekunden tritt der Gasentladungsdurchbruch
wie bereits erwähnt nach einem derart kurzen Zeitintervall ein, daß die erforderliche
Frequenz zur Beendigung der Impulse innerhalb dieses Intervalls viel zu hoch ist,
um eine Entionisierung zuzulassen.
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Obgleich erfindungsgemäß Wechselspannungs-Aufrechterhaltungsimpulse
mit einer Frequenz zwischen 40 kHz und O kHz Anwendung finden sollen dürfte es ohne
weiteres klar sein, daß sich die besseren Resultate am oberen Ende des Frequenzbereichs
erzielen lassen. Dies ergibt sich auch klar aus der grashischen Darstellung nach
Fig. 2, aus der wie gesagt ersichtlich ist, daß der Betriebsspielraum bei 80 kHz
am besten ist. Je nach den spoziellen Betriebsparametern des verwendeten Gasentladungs-Bildschirms,
wie Gasmischung und Gasdruck, sind höhere Frequenzen so lange vorteilhaft, als sich
die Entionisierungsbedingung beibehalten lä£t.
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Für den hier beschriebenen speziellen Gasentladungs-Bildschirm mit
einer Neon/Argon-Gasfüllung hat sich jedenfalls gezeigt, daß die Anwendung von Wechselspannungs-Aufrechterhaltungsimpulsen
mit; Frequenzen von angenähert 80 kHz den optimalen Betriebs spielraum gewährleistet,
wobei auch die Entionisierungsbedingung leicht einzuhalten ist. Wie aus der graphischen
Darstellung nach Fig. 2 weiterhin ersichtlich gestatten Wechselspannungs-Aufrechterhaltungsimpulse
init einer Frequenz von 60 und 70 kHz einen nahezu ebenso guten Betriebsspielraum.
In dieser Hinsicht wird aber darauf hingewesen daß die in Fig. 5 gezeigte 50 kHz
Ladungsübergangs-Charakteristik lediglich zur Verdeutlichung der Verbesserung des
Betriebsspielraums im Vergleich zur 33 kHz-Ladungsübergangs-Charakteristik dient.
Es dürfte klar sein daß die Ladungsübergangs-
Charakteristik für
Wechselspannungs-Aufrechterhaltungsimpulse mit Frequenzen oberhalb von 50 kHz ganz
allgemein den gleichen Verlauf wie diese besitzen, jedoch etwas rechts verschoben
sein müssen.
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Auf alle Fälle ist de prozentuale Verbesserung des Betriebsspielraums
zwischen der 33 kHz-Ladungsübergangs-Charakteristik und der 50 kHz-Ladungsübergangs-Charakteristik
die für dieses Beispiel auft fälligste, wobei sich nicht notwendigerweise die gleiche
prozentuale Verbesserung des Betriebsspielsraum bei Erhöhung der um den gleichen
Betrag oberhalb der 50 kHz-Ladungsüberganas-Charakteristik ergeben würde.
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Gemäß der Erfindung ergibt sich also, daß zum Betrieb eines Wechselspannungsgasentladungs-Bildschirms
Wechselspannungs-Aufrechterhaltungsimpulse mit Frequenzen Anwendung finden, die
zwischen 40 kHz und 80 kHz liegen, wobei die Ir:lpulsanstieszeiten 1,8 bis 2,2 Mikrosekunden
betragen. Der Gasentladungs-Bildschirm enthält eine Mischung von Neon mit einem
Anteil von 0,001 e Argon bei einem Druck von 600 Torr, Zum Betrieb dieses Gasentladungs-Bildschirms
läßt sich eine Prinzipschaltung wie in Fig. 1 gezeigt anwenden, die einen Rechteckimpuls-Oszillator
17 mit komplementären Ausgängen enthält, so daß Impulse mit gleichen Impuls zeiten
jedoch entgegengesetzter Phasenlage abgegeben werden. Hierbei ist sowohl der zwischen
den Zeitpunkten T1 und T2 gelegene positive Impuls als auch der negative Impuls
auf jeweils Erdpotential bezogen. Der Rechteckwellenimpuls-Oszillator 17 erzeugt
Rechteckwellenimpulse mit vernachlässigbaren Impulsanstiegszeiten. Es dürfte klar
sein, daß alle Ausgangsimpulse gleiche Impulsdauer besitzen, wobei diese Impulsdauer
zwischen angenähert 6 bis 12 Mikrosekunden liegt.
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Die in den beiden Impuls-Osziallator-Ausgangsleitungen angeordneten
Impulsformer 13 und 15 beeinflussen dabei jeweils die Rechtechtimpulse derart, daß
die Impulsanstiegszeiten vergrößert werden. Wie bereits oben erwähnt, liegen die
durch die Impulsformer 113 und 15 hervorgerufenen Impulsanstiegszeiten zwischen
etwa 1,8
und 2,2 Mikrosekunden, die natürlich für alle Rechteckimpulse
gleich sind. Obgleich zur besseren Erkläruncf der Schaltungsanordnung nach rig.
1 für die Herbeiführung gleicher Impulsanstiegszeiten getrennte Maßnahmen vorgesehen
sind, dürfte es ohne weiteres klar sein, daß auch ein einziger Impulsgenerator Anwendung
finden könnte, um die Wechselspannungs-Aufrechterhaltungsimpulse bereitzustellen,
die sowohl der gewünschten Frequenz als auch der gewünsche ten Impuls ans tiegs
dauer entsprechen. Weiterhin läßt sich natürlich auch jedes andere geeignete Schreib-
Löschverfahren ohne weiteres anwenden. In dieser Hinsicht wird darauf hingewiesen,
daß die Art und Weise, auf der die Schreib- Löschimpulse den Aufrechterhaltungsimpulsen
überlagert werden, nicht Teil der vorliegenden Erfindung sein soll, da die vorliegende
Erfindung hauptsächlich auf die Maßnahmen gerichtet ist, mit denen Aufrechterhaltungsimpulse
erzeugt und dem Gasentladungs-Bildschirm zugeführt werden.