DE2642473A1

DE2642473A1 - Verfahren zur aussteuerung eines flachen entladungsfeldes

Info

Publication number: DE2642473A1
Application number: DE19762642473
Authority: DE
Inventors: Shigeo Mikoshiba; Shinichi Shinada
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1975-09-22
Filing date: 1976-09-21
Publication date: 1977-03-24
Also published as: US4079370A; NL7610545A; DE2642473C2; JPS5533078B2; JPS5238824A

Description

Patentanwälte: 26424/::

SCHIFF ν. FÜNER STREHL SCHÜBEL-HOPF EBBINGHAUS

MARIAHILFPLATZ 2 & 3, MÖNCHEN 9O POSTADRESSE: POSTFACH 95 O1 6O, D-8OOO MÖNCHEN 95

HITACHI, LTD.

21. September 1976 DA-12 279

Verfahren zur Aussteuerung eines flachen Entladungsfeldes

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Aussteuerung eines flachen Entladungsfeldes, mit dem sich unter Verwendung von Gleichstrom-Gasentladungen Informationen in Form von Ziffern, Buchstaben und Bildern anzeigen lassen, und betrifft insbesondere ein solches Verfahren, das die Durchführung einer Speieherfunktion mit dem flachen Entladungsfeld gestattet.

Es gibt verschiedene herkömmliche flache Entladungsfelder, mit denen sich Speicherfunktionen durchführen lassen, wobei folgende als Typen genannt seien:

1. Das Wechselstrom-Plasmafeld (H.J. Hohen und R.A. Martel, IEEE Trans. Electron Devices, Band ED-18, Nr. 9» Seite 659, 1971);

2. Das Gleichstrom-Speicherfeld mit Widerständen (J. Smith, IEEE Trans. Electron Devices, Band ED-20, Nr. 11, Seite 1103, 1973);

3. Das Gleichstrom-Speicherfeld mit abnormaler Glimmentladung (J. Smith und K.E. Johnson, 1974 Conf. Display Devices and Systems, Seite 110, 1974);

4. Das impulsbetriebene Gasentladungsfeld mit Speicher (G.E. Holz, Symp. Soc. Information Display, Digest Papers,

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Seite 36, 1976| CD. Lusting et al. ₉ Symp» Soc. Information Display, Digest Papers, Ssite 128, 1974); und 5. Das Entladungsfeld mit Elektronenbeschleunigung.

Diese herkömmlichen Verfahren leiden jedoch jeweils unter den im folgenden angegebenen Nachteilen.

Bei dem Verfahrens, das mit dem Entladungsfeld nach Ziffer 1. arbeitet, wird ein® Polarität einer Wandladung zur Durchführung der Speicherfunktion ausgenützt, und es ist schwierigy eine Farbanzeige zu erzeugen« Außerdem verursachen kapazitive Ströme unzulässig groß© Energieverluste.

Bei dem Verfahren nach Ziffer 2_e sind in Serie mit den jeweiligen Entladungs-Anzei ge elementen Ballastwiderstände geschaltet, wobei die Speicherfunktion durch das Differential zwischen der Durchbruchspannung und einer Löschspannung der Gasentladung durchgeführt wird. Infolge der Schwankungen in den Ballastwiderständen ist der Spielraum für die Speicherung unvermeidbar klein_s und die Schaltgeschwindigkeit ist niedrig. Außerdem wird die Lichtausbeute durch die Anwendung eines negativen Glimmlichts verringert» Unterschiede in der Liehtausbeute zwischen der halb angesteuerten und der nicht ange«= steuerten Entladungszelle verschlechtern das Anzeigeverhalten.

Auch das Verfahren nach Ziffer 3. hängt zur Erzielung der Speichereigenschaften vom Unterschied zwischen der Durchbruchspannung und der Löschspannung einer Gasentladung ab, wobei jedoch durch entsprechende Auswahl und Einstellung des Kathodenmaterials und des Entladungsgases die Entladungsspannung auf hohem Potential gehalten wird. Die hohe Entladungsspannung führt zu einem verringerten Wirkungsgrad. Außerdem wird darauf hingewiesen, daß Entladungsspannung und Strom in weiten Grenzen schwanken und die Schaltgesdwindigkeit unzulässig niedrig ist. Auch bei diesem Verfahren ergibt sich unterschiedliche Leuchtdichte zwischen der halb angesteuerten und der nicht angesteuerten EntladungszeHe.

Bei dem Verfahren nach Ziffer 4. hängt die Speichercharakteristik von einem Phänomen ab, gemäß dem sich die Durchbruchspannung eines Impulses mit dem Vorhandensein einer von dem jeweils vorhergehenden Impuls erzeugten Raumladung ändert.

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Die Anwendung der Impulsentladung verringert unvermeidlich den Wirkungsgrad, und der Arbeitsbereich wird schmäler. Außerdem ist zur Durchführung der Impulsentladung ein komplizierterer Aufbau erforderlich.

Das Verfahren gemäß Ziffer 5. verdankt seine Speichereigenschaft einer Steuerung der Raumladung, die dadurch bewirkt wird, daß das Phasendifferential zwischen einem Haupt-Energieimpuls und einem Hilfs-Energieimpuls geändert wird. Bei diesem Verfahren wird jedoch durch die Verwendung der Hilfs-Entladungsenergie ein hoher Energie verlust verursacht und der Wirkungsgrad entsprechend verringert. Außerdem ist ein komplizierter Aufbau erforderlich, und die Energiequelle ist unzweckmäßigen Beschränkungen unterworfen.

Der Erfindung liegt die generelle Aufgabe zugrunde, Nachteile, wie sie bei vergleichbaren Einrichtungen bzw. Verfahren nach dem Stand der Technik bestehen, mindestens teilweise zu beseitigen. Eine speziellere Aufgabe der Erfindung kann darin gesehen werden, die oben erwähnten Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen und ein Verfahren zum Aussteuern eines flachen Entladungsfeldes zu vermitteln, bei dem zur Realisierung der Speicherfunktion oder -charakteristik die Entladung nur entweder in einem Haupt- oder einem Hilfs-Entladungsraum stattfindet.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Matrixfeld aus Entladungszellen, die jeweils eine Anode für die X-Achse, eine Hilfsanode für die Y-Achse und über entsprechende Widerstände in Serie geschaltete jeweilige Kathoden aufweisen, derart betrieben, daß die zwischen der Anode und der zugehörigen Kathode anliegende Spannung umgekehrt werden.

In bevorzugter Ausführung weist ein flaches Entladungsfeld eine Kathode auf, die dazu dient, bei. Versorgung mit einer Entladungsspannung eine Entladung gegenüber einer Anode in einem Haupt-Entladungsraum und bei Versorgung mit einer Hilfs-Entladungsspannung eine Entladung gegenüber einer Hilfsanode in einem Hilf s-Entladungsraum durchzuführen, wobei die Kathode mit einem Widerstand in Serie liegt. Das Verfahren zur Aussteuerung des ebenen Entladungsfeldes kennzeichnet sich dadurch,

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daß einem aus einem solchen flachen Entladungsfeld bestehenden Matrixfeld eine Speicherfunktion oder -charakteristik dadurch erteilt wird, daß durch Anheben der an dem Haupt-Entladungsraum liegenden Spannung und Absenken der an dem Hilfs-Entladungsraum liegenden Spannung die Entladung von dem Hilfs-Entladungsrum in den Haupt-Entladungsraum verschoben wird und daß durch Anheben der an dem Hilfs-Entladungsraum liegenden Spannung und Absenken der an dem Haupt-Entladungsraum liegenden Spannung die Entladung vom Haupt-Entladungsraum zum Hilfs-Entladungsraum verschoben wird.

Die Erfindung wird in der nachstehenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen Figur 1 ein schematisches Schaltbild eines in Form einer

Matrix aufgebauten ebenen Entladungsfeldes zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Aussteuerverfahrens; Figur 2 ein Ersatzschaltbild für eine Entladungsζeile des ebenen Entladungsfeldes nach Figur 1;

Figur 3 ein Diagramm zur Erläuterung der Art und Weise, wie das Entladungsfeld nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ausgesteuert wird;

Figur 4 ein schematisches Schaltbild für eine Aussteuerschaltung;

Figur 5A und 5B schematische Darstellungen zur Erläuterung verschiedener Schaltkreise in der Schaltung nach Figur 4; Figur 6 einen Schnitt durch ein flaches Entladungsfeld, bei dem sich das erfindungsgemäße Aussteuerverfahren anwenden läßt;
Figur 7A bis 7C perspektivische Darstellungen von Teilen des Entladungsfeldes nach Figur 6;

Figur 8 ein Diagramm zur Erläuterung einer statischen Charakteristik des Entladungsfeldes nach Figur 6, wenn dieses nach dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben vird;

Figur 9 und 11 Diagramme zur Darstellung dynamischer Charakteristiken des Entladungsfeldes nach Figur 6 bei Impulsbetrieb;

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Figur 10 eine Aussteuerschaltung, wie sie zur Messung der

Charakteristiken nach Figur 9 und 11 verwendet wird; Figur 12 ein Diagramm mit weiteren Charakteristiken, die unter anderen Bedingungen aufgenommen worden sind als die nach Figur 9 und 11; und

Figur 13 eine Aussteuerschaltung, wie sie zur Messung der Charakteristiken nach Figur 12 verwendet wird.

Figur 1 zeigt den grundsätzlichen Aufbau eines flachen Entladungsfeldes mit einzelnen EntladungszeIlen, von denen eine als Beispiel in Figur 2 gezeigt ist. Die Bauweisen nach Figur 1 und 2 bei denen die Entladungen parallel zur Feldoberfläche auftreten, dienen nur der Erläuterung, ohne die Erfindung zu beschränken.

In Figur 1 und 2 ist mit 1 eine Anode (A) oder X-Elektrode, mit 2 eine Hilfsanode (S) oder Y-Elektrode, mit 3 eine Kathode (K), mit 4 ein Haupt-Entladungsraum, mit 5 ein Hilfs-Entladungsraum, mit 6 ein Matrixfeld, mit 7 ein mit der Kathode 3 in Serie geschalteter Widerstand und mit 8 eine Vorspannungsquelle bezeichnet. Eine Energiequelle 9 für die Hauptentladung wird von der Vorspannungsquelle 8 und einer Hilfs-Energiequelle 9¹ für die Hauptentladung gebildet. In ähnlicher Weise wird eine Energiequelle 10 für den Hilfs-Entladungsraum von der Vorspannungsquelle 8 und einer Hilfs-Energiequelle 10· gebildet. Mit 11 sind externe Widerstände bezeichnet, mit 12 ein Haupt-Entladungsstrom und mit 13 ein Hilfs-Entladungsstrom.

Zum Zwecke der Erläuterung wird im folgenden die Anode 1 als Anzeige-Entladungsanode A, die Hilfsanode 2 als Hilfs-Entladungsanode S, die Kathode 3 als gemeinsame Kathode K und der Hauptentladungsraum 4 als Anzeige-Entladungsraum bezeichnet. Der Wert des Widerstandes 7 wird mit R bezeichnet, die Spannung der Vorspannungsquelle 8 mit Vo, die Spannungen der Energiequellen 9 und 9¹ mit VA bzw.VA¹ und die Spannungen der Energiequellen für die Hilfsentladung 10 und 10· mit VS bzw. VS^f. Die Haupt- und Hilfs-Entladungsströme werden durch IA und IS wiedergegeben.

Da sowohl die Haupt-Anzeigeentladung, die zwischen A und K stattfindet als auch die Hilfs-Anzeigeentladung,die zwischen S

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und K stattfindet, gemeinsam R benützen, besteht die Entladung jeweils nur entweder in dem Anzeige- oder in dem Hilfsraum. Der Arbeitsbereich für die Speicherung ist durch den Unterschied zwischen dem Spannungspaar VA, VS, der die Entladung aus dem Hilfsraum in den Anzeige-Entladungsraum drückt, und dem Spannungspaar VA, VS, der die Entladung aus dem Anzeige-Entladungsraum in den Hilfsraum drängt, d.h. durch den Unterschied in den Entladungs-Verschiebespannungen, gegeben.

Nimmt man, genauer gesagt, gemäß Figur 2 an, daß die HiIfsentladung eingeschaltet ("IS ein") und die Anzeige-Entladung ausgeschaltet ist ("IA aus")» so sind die Spannungen zwischen S und K (V(S-K)) und zwischen A und K (V(A-K)) durch die folgenden Gleichungen gegeben:

V(S-K) = VSm = VS -IS. R; (1)

V(A-K) = VA -IS.R = VA - VS + VSm; (2)

wobei VSm die Spannung zum Aufrechterhalten der Hilfsentladung ist. Der Arbeitspunkt für diese Spannung ist in Figur 3 bei a angegeben.

Nimmt VA zu, während VS konstant gehalten wird, so gelangt V(A-K) zu einer Zeit, während der "IS ein" ist, auf einen Wert der gleich ist der Überschlagsspannung VAbd für die Anzeige, so daß sich die Entladung von S-K nach A-K verschiebt. Die Spannung VA (ein) ist in diesem Moment durch die aus Gleichung (2) abgeleitete folgende Gleichung gegeben?

VA(ein) = VS + (VAbd - VSm). (3)

Der Wert von VA(ein) ist in Figur 3 bei b angezeigt und als Fuktion von VS dargestellt.

Wird die Anzeige-Entladung eingeschaltet, während die Hilfsentladung abgeschaltet wird, so erzielt man folgende Gleichungen unter der Annahme, daß die Spannung zur Aufrechterhaltung der Anzeige-Entladung mit VAm gegeben ist:

V(A-K) = VAm = VA - IA.R; (4)

V(S-K) = VS - IA.R = VS - VA + VAm. (5)

Diese Werte entsprechen den Punkten b bzw. a in Figur 3.

Wird dagegen VA verringert, während VS konstant gehalten wird, so verschiebt sich die Entladung auf den Raum zwischen S und K, wenn V(S-K) gleich VSbd wird, wobei VSbd die Über-

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Schlagsspannung für die Hilfs-Entladung bezeichnet·

In diesem Moment ist der Wert von VA(aus) durch die aus Gleichung (5) abgeleitete folgende Gleichung gegeben:

VA(aus) s Vs - (VSbd - VAm); (6)

was dem Punkt c in Figur 3 entspricht.

VA(aus) ist in Figur 3 als Funktion von VS gezeigt. In Figur 3 ist der mit (a) bezeichnete und durch die Punkte

©-©-©- @ - @ ~ © gegebene Bereich ein bistabiler Bereich, in dem IA und IS in gleicher Weise "ein" und "aus" sein können, während in dem mit (b) bezeichneten und durch die Punkte (7) - (β) - Qj) definierten Bereich "IAein" und '!Saus" sind. In dem mit (c) bezeichneten und durch die Punkte \k) - (5) - Qj) definierten Bereich sind "IA aus¹¹ ttnd *IS ein".·

Nimmt man an, daß die Anzeige- und die Hi If s-Ent ladung mit normalem Glimmlicht arbeiten, so sind VAbd, VAm, VSbd und VSm konstant, so daß die Gleichungen (3) und (6) Gerade mit der Steigung 1 sind, d.h. χ = y.

Dabei ist zu beachten, daß die Gleichungen (3) und (6) die Werte R und I nicht enthalten, so daß die Speicherfunktion nicht von dem Wert von R abhängt.

Der Speicher-Arbeitsbereich M ist hier als Bedingung einer Konstanten VS folgendermaßen definiert:

M = [VA(ein) - VA(aus)]/0,5VA(ein). (7)

Gleichzeitig ergibt sich aus den Gleichungen (3) und (6) folgende Gleichung:

VA(ein) - VA(aus) = (VAbd - VAm) + (VSbd - VSm). (8)

M ist immer positiv, da VAbd >VAn und VSbd >VSm ist. In Figur 3 sind die Werte von VA(ein) und VA(aus) entsprechend der Gleichung (8) auf VAbd, VAm, VSbd bzw.. VSm bezogen.

Da es unter der Annahme, daß die Anzeige- und Hilfs-Räume gleiche Form haben und M eine Funktion von VSbd ist, zur Erzielung einer guten Arbeitsweise des Feldes nicht empfehlenswert ist, VSbd größer zu machen als VAbd, wird M ein Maximum, und Gleichungen (7) und (8) lassen sieb folgendermaßen modifizieren:

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^{M =}

1 + VS/lVAbd - VAmJ '

Da VA(aus) größer ist als Null, erreicht M sein Maximum, das 2 beträgt, wenn VAbd - VAm hinreichend groß ist, d.h. wenn die Entladung genügend dünn und lang ist. Es empfiehlt sich, VSm zu erniedrigen, wenn M zu groß wird.

Im vorstehenden ist der Betrieb beschrieben worden, wenn VA geändert und VS konstant gehalten wird; wie ersichtlich, läßt sich der gleiche Effekt erzielen, wobei in den obigen Gleichungen A und S vertauscht sind, wenn VS geändert und VA konstant gehalten wird. Nimmt man dazu an, daß das Feld am Punkt A in Figur 3 betrieben wird, so wird die Anzeige-Entladung eingeschaltet, wenn VS auf b¹ abgesenkt und VA konstant gehalten wird, während die Anzeige-Entladung ausgeschaltet wird, wenn VS auf c' angehoben wird.

Die Anzeige-Entladung und die Hilfs-Entladung sind zueinander inkompatibel, wie sich aus der folgender Erläuterung ergibt. Nimmt man an, daß beide Entladungen gleichzeitig eingeschaltet sind, so ergeben sich folgende Gleichungen:

VA = VAm + (IA + IS)R (10)

VS = VSm + (IA + IS)R. (11)

Daraus ergibt sich

VA - VAm = VS - VSm. (12)

Gleichung (12) kann nicht existieren, da VA und VS voneinander unabhängige Variable sind, während VAm und VSm konstant sind.

Kurz nach dem Einschalten der Anzeige-Entladung und dem Ausschalten der Hilfs-Entladung ergibt sich durch Einsetzen von Gleichung (6) in Gleichung (5):

V(S-K) = VS - VA(ein) + VAm β

= VSbd - [VA(ein) - VA(aus)]<VSbd. (13)

Daher kann die Hilfs-Entladung nicht mehr eingeschaltet werden.

In ähnlicher Weise ergibt sich kurz nach dem Einschalten der Hilfs-Entladung und Ausschalten der Anzeige-Entladung durch Einsetzen von Gleichung (2) in Gleichung (3):

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V(A-K) = VA(aus) - VS + VSm «

= VAbd - [VA(ein) - VA(aus)]<VAbd. (14)

Daher kann die Anzeige-Entladung nicht mehr eingeschaltet werden.

Zusätzlich zu dem oben beschriebenen Phänomen können IA und IS nicht kleiner werden als die minimalen Ströme IAmin und ISmin zum Aufrechterhalten der Entladungen, die durch die Form der Entladungsröhre und die Art des Füllgases bestimmt werden.

Wird die minimale Versorgungsspannung zur Aufrechterhaltung der Anzeige-Entladung unter Vernachlässigung der Wechselwirkung zwischen der Anzeige- und der Hilfs-Entladung mit VAext und die minimale Ve rs orgungs spannung zur Aufrechterhaltung der Hilfs-Entladung unter Vernachlässigung der genannten Wechselwirkung mit VSext bezeichnet, so ergeben sich die nachstehenden Gleichungen:

VA?VAext s VAm + IAmRj (15)

VS^VSext s VSm + ISmR. (16)

Werden die obigen Gleichungen erfüllt, so wird die Anzeigebzw, die Hilfs-Entladung unabhängig von der jeweils anderen Entladung abgeschaltet. Diese Gleichungen entsprechen dem Bereich (d), der durch die Punkte (T) - (S) - @ - (Jj^) definiert ist, bzw. dem Bereich (e), der durch die Punkte (T) -

(D ~ ® ~ (D definiert ist. VAext und VSext hängen von R ab und schwanken gemäß den Schwankungen von R.

Wie in Figur 1 gezeigt, wird hier ein Feld angenommen, das aus in Matrixform miteinander verbundenen Zellen nach Figur 2 besteht, wobei die Anzeige-Entladungsanodeη horizontal und die Hilfs-Entladungsanoden vertikal liegen.

Es sei angenommen, daß die folgenden Spannungen angelegt werden:

VA¹I + VO = VA»2 + VO = VA'3 + VO 2 VA (>VAext)· (17)

VS«1 + VO = VA^f2 + VO = VS«3 + VO s VS (>VSext). (18) Da die Hilfs-Entladung normalerweise leichter erreicht wird als die Anzeige-Entladung, werden sämtliche Hilfs-Entladungen eingeschaltet, wobei der Arbeitspunkt sämtlicher

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Entladungs-Anzeigeelemente beispielsweise auf den Punkt d nach Figur 3 eingestellt wird, während die Anzeige-Entladungen ausgeschaltet sind.

Es wird nun definiert, daß die in der Zeile m und der Spalte η befindliche Zelle mit (Am, Sn) bezeichnet ist, wobei die Anzeige-Entladungsanode, die Hilfs-Entladungsanode und die gemeinsame Kathode die Symbole nach Figur 1 tragen. Soll die Anzeige-Entladung der Zelle (A2, S2) eingeschaltet, d.h. die Zelle (A2, S2) adressiert werden, so wird VA'2 um aVA angehoben, während VS'2 um λ VS abgesenkt wird. Daher wird der Punkt (A2, S2) in den Punkt g nach Figur 3 verschoben und gelangt in den Bereich "IA ein». Die Zellen (A2, S1), (Α2, S3), die sich im halb-angesteuerten Zustand befinden, werden in den Punkt e verschoben, während die Zellen (Al, S2), (A3, S2), die sich ebenfalls im halb-angesteuerten Zustand befinden, in den Punkt f verschoben werden, so daß in diesen Zellen keine Entladung stattfindet. Die Zellen (A1 , S1), (A1 , S3), (A3, S1) und (A3, S3) bleiben am Punkt d.

Die eingangs unter den Ziffern 2. bis 4. erwähnten herkömmlichen Verfahren haben den gemeinsamen Nachteil, daß sich die Intensität oder Leuchtdichte mit dem Entladungsstrom an den halb-ausgesteuerten Punkten ändert, so daß die Bilder in Richtung parallel zur Elektrode fließen. Erfindungsgemäß wird jedoch im Falle einer Fernsehdarstellung durch die halbe Ansteuerung keine .Änderung im Entladungsstrom verursacht, wenn die Anzeige-Entladungsanoden gemäß Figur 1 horizontal und die Hilfsanoden vertikal liegen, da die eine Halbansteuerung an der Hilfs-Entladungsanode ausgeführt wird.

Für Fernsehzwecke erfolgt die "Haftung" (adhering) für die einzelnen horizontalen Zeilen, die längs den Anzeige-Entladungsanoden verlaufen. Nimmt man an, daß pro Zeile sechs Adressierungen erfolgen, so wird ein Bild mit 6 Bits, d.h. 64 Tonwerten, erhalten. Da nach der vollständigen Adressierung einer Zeile vor Beginn der nächsten Adressierung keine Entladung erforderlich ist, kann VS nach der Adressierung abgesenkt werden, so daß der Arbeitspunkt der betreffenden

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Zelle vom Punkt d zum Punkt h in Figur 2 verschoben wird, wodurch ohne Beeinträchtigung der Entladung Energie gespart wird.

Vor Adressierung der gleichen Zeile muß jedoch der Arbeitspunkt vom Punkt h zum Punkt d zurückgeführt werden. Die Geschwindigkeit dieser Rückführung dürfte in der Größenordnung von einigen MikroSekunden liegen. Dies beruht auf der Tatsache, daß die vorhergehende Zeile, die bereits eingeschaltet worden ist, als "Quelle" oder Trigger wirkt. Für die erste Zeile ist es daher erforderlich, eine Rückstellentladung vorzusehen, die geeignet ist, als eine derartige "Quelle" oder als Trigger zu wirken.

Figur 4 zeigt einen Aufbau für eine Aussteuerschaltung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem die gleichen Elemente wie in Figur 1 mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind. Eine Eingangsklemme 101 dient zur Aufnahme eines Eingangssignals inform eines Analogsignals, etwa des üblichen Fernsehsignals, oder eines codierten Digitalsignals. Ein Codierer 102 dient dazu, die Analog- bzw. Digitalsignale in an die nachgeschalteten Schaltkreise angepaßten Codes zu codieren. In einem Umsetzer 103 wird das Eingangssignal in die Leuchtzeitspanne umgesetzt. Der Umsetzer 103 ist erforderlich, da die Leuchtdichte der Entladungszelle durch die Einschalt-Zeitspanne gegeben ist. Der Umsetzer 103 besteht aus Laufzeitgliedern, deren Verzögerung für die jeweiligen digitalen Eingangssignale (d.h. die Ausgangssignale des Codierers 102) vorbestimmt sind. Insbesondere besteht der Umsetzer 103 aus einer Vielzahl von Laufzeit gliedern, wie etwa Schiebe wider ständen oder Schieberegistern, deren Anzahl von Stufen so gewählt ist, daß die gewünschte Verzögerung erzielt wird.

Der Umsetzer 103 bestimmt also die Zeitfolge der Schaltimpulsspannungen δVA, aVS, die den Zellen an der Anzeige-Entladungsanode bzw. der Hilfsanode zugeführt werden, und führt ein die Zeitfolgen darstellendes Signal einer Aussteuerschaltung 9^W für die Anzeige-Entladungsanoden und einer Aussteuerschaltung 10" für die Hilfs-Entladungsnoden zu.

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Die Aussteuerschaltung 9" umfaßt eine Gleichspannungsquelle mit Spannungen VA'1, VA'2, VA'3 usw. sowie ein Schaltelement, das dazu dient, zu dem von dem Umsetzer 103 bestimmten Zeitpunkt der Gleichspannungsquelle den Wert AVA zu überlagern, während die Aussteuerschaltung 10" eine Gleichspannungsquelle mit Spannungen VS¹I, VS^f2, VS'3 usw. sowie ein Schaltelement umfaßt, das zu einem ebenfalls von dem Umsetzer 103 bestimmten Zeitpunkt den Wert aVS der Gleichspannungsquelle überlagert.

In Figur 5A ist die Aussteuerschaltung 9" für die Anzeige-Entladungsanodeη und in Figur 5B die Aussteuerschaltung 10" für die Hilfs-Entladungsanoden schematisch dargestellt. Dabei haben die GIeichspannungsquelleη 1O4 und 107 Ausgangsspannungen von beispielsweise VA'2 bzw. VS'2, während die Gleichspannungsquellen 105 und 108 Ausgangswerte von δ VA bzw. &VS aufweisen. Mit den Bezugsziffern 106 und 109 sind Schaltelemente bezeichnet, die dazu dienen, bei Empfang eines Signals von dem Umsetzer 103 auf die Gleichspannungsquelle 105 bzw. 108 umzuschalten.

Bei zu einer Matrix zusammengeschalteten Zellen gibt es zwei Arten von Übersprech- oder Einstreustörungen. Bei der ersten Art handelt es sich um eine außergewöhnliche Entladung, die den Entladungsraum nicht durchsetzt. Diese Störung läßt sich durch verstärkte Isolation zwischen den Zellen vermeiden. Die zweite Störung findet statt, wenn gemäß Figur 1 von der Haupt-Energiequelle 9¹ über den Widerstand 11, die Anzeige-Entladungsanode Al der Zelle (A1, S1), die gemeinsame Kathode K11 , die Hilfs-Entladungsanode S1 der Zelle (A2, St) die gemeinsame Kathode K21, den Widerstand 7, die Vorspannungsquelle 8 Strom nach Erde fließt.

In diesem Zustand wirken die Elektroden S1 der Zellen (A1 , S1) und (A2, S1) als Kathoden, so daß eine der Anzeige-Entladungen dieser Zellen einsetzt. Diese Übersprechstörung "tritt auf, wenn die Differenz zwischen VA und VS außerordentlich hoch ist, was dann weniger wahrscheinlich ist, wenn der Anzeige-Entladungsraum und der Hilfs-Entladungsraum gleiche Gestalt haben. Wird die Differenz zwischen VA und VS größer, so fließt

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gleichzeitig gemäß Figur 2 Strom von der Energiequelle 9 über die Anzeige-Entladungsanode 1 , die gemeinsame Kathode 3 und die Hilfs-Entladungsanode 2 zur Energiequelle 10. Dieser Strom bewirkt einen Lichtbogen, da die Hilfs-Entladungsanode als Kathode arbeitet. Die auf derartigen Übersprechstörungen beruhenden Lichtbogen und Beschädigungen des Entladungsfeldes lassen sich dadurch vermeiden, daß in Serie zu den Energiequellen 9¹» 10^f usw. die externen Widerstände 11 eingefügt werden.

Da die Anzeige- und die Hilfs-Entladungen sich gegenseitig triggern, können die in herkömmlichen Anordnungen häufig anzutreffenden Übersprechstörungen, die auf elektrischen Streuladungen aus anderen Entladungsräumen beruhen, erfindungsgemäß kaum auftreten.

Figur 6 zeigt einen Schnitt durch ein flaches Entladungsfeld, bei dem sich das erfindungsgemäße Aussteuerungsverfahren bequem anwenden läßt, während Figuren 7A bis 7C perspektivische Darstellungen wesentlicher Teile des Entladungsfeldes nach Figur 6 sind.

Wie in Figur 1 sind in Figur 6 und 7 mit 1 eine Anzeige-Entladungsanode, mit 2 eine Hilfs-Entladungsanode, mit 3 eine gemeinsame Kathode, mit 4 ein Entladungsraum für die Anzeige, mit 5 ein Hilfs-Entladungsraum und mit 7 ein Widerstand bezeichnet. 14 bezeichnet einen Verbindungsraum, 15 ein auf die Wandung des Anzeige-Entladungsraums 4 aufgebrachtes Fluoreszenzmaterial, 16 eine transparente isolierende Platte, 17 ein isolierendes Substrat, 18 eine isolierende Platte, 19 einen Leiter für die Anzeige-Entladungsanoden 1, 20 ein Deckglas für die Anzeige-Entladungsanoden, 21 einen Leiter für die Kathoden 3 und 22 ein Kathoden-Deckglas.

Die Speicheraussteuerung erfolgt dadurch, daß an das gemäß Figur 1 und 2 geschaltete Feld der Figur 6 Spannung angelegt wird.

In dem. Entladungsfeld nach Figur 6 hat der Anzeige-Entladungsraum 4 eine Breite von 0,25 mm, eine Tiefe von 0,23 mm und eine Länge von 1,5 mm, während der Hilfs-Entladungsraum 5

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eine Breite von 0,25 mm, eine Tiefe von 0,38 mm und eine Länge von 0,8 mm aufweist. Der Verbindungsraum 14 hat einen Durchmesser von 0,3 mm und eine Länge von 0,5 mm. Die Kathode

2 3 besteht aus Nickel und hat eine Oberfläche von 0,2 mm . Als Gas wird Xenon bei einem Druck von 33 Torr verwendet. Die statischen Eigenschaften dieses Entladungsfeldes werden unter Verwendung von Widerstandswerten 1 Mo» 2 Mq bzw. 5 Mn für den Widerstand 7 gemäß Figur 8 gemessen.

In Figur 8 ist der durch die Punkte (£3) - (2f5) - (ij) (JJ) - (2() - (g6) definierte Bereich mit (a) bezeichnet, während der durch die Punkte (2^( - (ij) - (2^) definierte Bereich mit (b) bezeichnet ist. In ähnlicher Weise wird der Bereich (c) durch die Punkte (vf) - (Q - (2?) , der Bereich

(d) durch die Punkte @ - ß) - 67) - (2?) und der Bereich

(e) durch die Punkte @ - (?J) - @ - (^ definiert. Die Bereiche (a) bis (e) nach Figur 8 entsprechen den gleich bezeichneten Bereichen nach Figur 1.

Wie aus Figur 8 ersichtlich, treten in den Werten von VA(ein) und VA(aus) keine wesentlichen Änderungen auf, selbst wenn R von 1 ΜΩ auf 5 Mq erhöht wird. Dies bedeutet, daß Schwankungen in dem Wert von R die Speichereigenschaften nicht wesentlich beeinflussen.

Im Gegensatz dazu ändern sich die Werte von VAext und VSext mit R. Daher macht es bei dem eingangs erwähnten herkömmlichen Verfahren gemäß Ziffer 2. die Schwankung von R schwierig,mit großen Matrixfeldern zu arbeiten. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden dagegen VAext und VSext nicht zur Erzeugung der Speichereigenschaften herangezogen.

Bei der Messung der Kennlinien nach Figur 8 waren die folgenden Bedingungen gegeben:

VÄbd = 700V; VAm = 37OV, VSed = 420V; Vsm = 350V. Daher lassen sich die Gleichungen (3), (6) und (8) folgendermaßen umschreiben:

VA(ein) = VS + 350 V; (3¹)

VA(aus) = VS - 50 V; (6«)

VA(ein) - VA(aus)= 400 V. (8»)

Diese Gleichungen folgen gut den Kurven in Fig. 8.

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Der durch Gleichung (7) gegebene Speicher-Arbeitsbereich M berechnet sich zu 1, da VA(ein) = 800 V und VA(aus) = 400 V ist, wenn R = 1 ΜΩ und VS = 450 V sind. Erfolgt die Entladungs-Umschaltung durch VS, so ist M = 1,2, da VS(ein) = 750 V und VS(aus) = 300 V sind, wenn R = 1 Mn und VA = 700 V betragen.

Im allgemeinen ist ein Speicher-Arbeitsbereich M von 0,5 oder mehr annehmbar. Der obige Wert erfüllt diese Bedingung durchaus. Keine andere Anordnung ist in der Lage, einen derart großen Speicher-Arbeitsbereich von 1,0 oder mehr zu vermitteln.

Bei dem erfindungsgemäßen Aussteuerungsverfahren erscheinen Schwankungen im Widerstandswert von R als Schwankungen im Entladungsstrom. Da die Leuchtdichte eines Fluoreszenzmaterials mit dem Strom linear steigt und dann einen Sättigungswert erreicht, bewirken Schwankungen von R entsprechende Leuchtdichte-Schwankungen, wenn das Entladungsfeld im Bereich geringeren Stromes betrieben wird, während bei Betrieb im Bereich höherer Stromstärke keine wesentlichen LeuchtdichteSchwankungen auftreten. Allerdings würde der letztere Fall gegenüber dem ersteren einen schlechteren Wirkungsgrad haben.

Im folgenden soll eine Erläuterung über die dynamischen Eigenschaften gegeben werden, die das Entladungsfeld bei Umschaltung durch pulsierende Spannungen aufweist.

Figur 9 und 10 zeigen die Beziehung zwischen der Impulsspannung Vp und der Impulsbreite T, wie sie zum Umschalten der Anzeige-Entladung aus - ein erforderlich sind. Um beispielsweise die Anzeige-Entladung mit einem Impuls von 5μ sec einzuschalten, wenn die Hilfsentladung bei VA = 800 V und VS as 500 V besteht, ist eine Impuls spannung von 100 V oder mehr erforderlich. Dabei ist zu beachten, daß sich die Impulsbreite gegenüber VA abrupt ändert, was bedeutet, daß die Umschaltung durch die Impulsbreite nicht allzu stark beeinflußt wird.

Figur 11 zeigt die Beziehung zwischen Vp und VA, wie sie zum Umschalten mittels eines Impulses von 5u see erforderlich sind, wenn in der Schaltung nach Figur 10 VS konstant gehalten wird.

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In Figur 11 dient der Bereich Vp = O zum Umschalten der Anzeige-Entladung aus-ein, während der Bereich Vp = O zum Umschalten der Anzeige-Entladung ein-aus dient. In dem Bereich Vp = O läßt sich die Funktion Vp(VA) für den Bereich von Vp>50 V näherungsweise folgendermaßen angeben:

Vp S-.VAo(ein) - VA + 50 V. (19)

VAo(ein) gibt hier den Wert von VA(ein) an, wenn Vp = O ist. Gleichung (19) zeigt, daß die Spannung bei der Impulsbreite von 5u see größer sein muß als bei Gleichspannung, um die Umschaltung mit einem solchen Impuls zu bewirken.

Andererseits läßt sich im Bereich Vp = O Vp(VA) für den Bereich Jvp]< 50 V folgendermaßen wiedergeben:

Vp^VAo(aus) -VA. (20)

Es ist also keine zusätzliche Spannung erforderlich. Wird jedoch der Punkt (VA, VS) zur Aufrechterhaltung der Entladung gegenüber der Kurve VA(aus) über 50 V einwärts verlagert, so wird es sehr schwierig, die Anzeige-Entladung auszuschalten.

Figur 12 zeigt die Werte von Vp, die zum Umschalten erforderlich sind, wenn in der Schaltung nach Figur 13 VS geändert und VA konstant gehalten wird. Die zum Umschalten benutzte Impulsbreite beträgt wiederum 5μ sec. Der Bereich Vp = dient zum Ausschalten und der Bereich Vp = 0 zum Einschalten der Anzeige-Entladung, so daß diese Bereiche denen nach Figur 11 entsprechen.

Die obige Beschreibung gilt für den Fall, daß zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens das Entladungsfeld nach Figur 6 verwendet wird. Die Erfindung läßt sich jedoch ebenso gut auch bei Verwendung eines Entladungsfeldes durchführen, das im Vergleich zu dem nach Figur 6 mit einem kürzeren Hilfs-Entladungsraum arbeitet, bei dem der Hilfs-Entladungsraum senkrecht zu der transparenten isolierenden Platte 16 angeordnet ist und für die Hilfsentladung mit negativem Glimmlicht gearbeitet wird. Außerdem kann das Fluoreszenzmaterial 15 durch in das Feld eingefüllte Gase wie Neon oder Argon zum Emittieren von sichtbarem Licht ersetzt sein.

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Die vorteilhaften Eigenschaften der oben beschriebenen Erfindung lassen sich folgendermaßen zusammenfassen:

1) Für die Anzeige- und die Hilfs-Entladung zusammen ist nur ein Widerstand erforderlich.

2) Der Speicher-Arbeitsbereich ist im wesentlichen frei von Änderungen im Widerstandswert des Widerstands 7.

3) Es wird eine im wesentliche konstante Intensität oder Leuchtdichte erzielt, selbst wenn Änderungen im Widerstandswert Änderungen im Entladungsstrom bewirken, wenn das Entladungsfeld in einem Bereich betrieben wird, in dem der Entladungsstrom gesättigt ist.

4) Mit Hilfe einer Entladung mit hoher Überschlagspannung, etwa der positiven Säule,läßt sich ein außerordentlich großer Speicher-Arbeitsbereich über 1 erreichen.

5) Bei Benützung der positiven Säule wird ein höherer Leuchtdichte-Wirkungsgrad und gleichzeitig eine geringere Abnahme der Intensität erreicht.

6) Es wird erheblich Leistung gespart, da die eine Entladung aufhört, wenn die andere Entladung einsetzt.

7) Da die Anzeige- und die Hilfsentladung einander wechselweise einleitende Triggerentladungen bilden, ist die Wahrscheinlichkeit geringer, daß Schwankungen in VA(ein) und VA(aus) auftreten.

8) Als Schaltelement kann eine integrierte Schaltung verwendet werden, da die zum Umschalten erforderliche Spannung unabhängig von der Spannung zur Aufrechterhaltung der Entladung genügend klein ist.

9) Eine hohe Schaltgeschwindigkeit unter 5u see läßt sich erzielen und eignet sich für Fernsehzwecke.

10) Da zu den Anzeige-Entladungselementen wahlfreier Zugriff möglich ist, eignet sich die Erfindung zur Darstellung von Daten an Rechner-Ein/Ausgabegeraten.

11) Die Wahrscheinlichkeit einer Beeinflussung durch die Impulsbreite bei Umschaltung mit Hilfe von Impulsen ist geringer.

12) Es tritt keine Änderung in der Leuchtdichte der Anzeige aufgrund von Stromänderungen bei Halbansteuerung auf.

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13) Die Hilfsentladung kann, falls sie nicht erforderlich ist, aufgehoben werden, ohne daß die Anzeige-Entladung beeinträchtigt wird.

14) Beim Einschalten der Hilfsentladung aus dem Zustand, in dem beide Entladungen abgeschaltet sind, kann eine Hilfsentladung der vorhergehenden Stufe als Triggerentladung benützt werden, so daß die Anstiegszeit der eigentlichen Entladung abgekürzt wird.

15) Ähnlich Ziffer 14) läßt sich dann, wenn aus dem Zustand, daß beide Entladungen abgeschaltet sind, die Hilfsentladung eingeschaltet werden soll, die Anstiegszeit dadurch abkürzen, daß eine speziell ausgelegte Triggerentladung für die Hilfsentladung angewandt wird.

16) Der Grauton der Anzeigefarbe läßt sich durch Steuern des Entladungsstroms bzw. der Einschaltdauer der Entladung erzielen.

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Claims

Pate ntansprüche

Verfahren zur Aussteuerung eines flachen Entladungsfeldes, das mehrere gemeinsame Kathodenleiter umfaßt, mehrere Zeilen und Spalten von Kathoden, mehrere jeweils zwischen die Kathoden und die gemeinsamen Kathodenleiter eingeschaltete Widerstände, mehrere in parallelen Spalten angeordnete Elektroden als Anoden, mehrere in parallelen Zeilen angeordnete Elektroden als Hilfsanoden, zwischen den Anoden und den Kathoden vorgesehene Haupt-Entladungsräume, zwischen den Hilfsanoden und den Kathoden vorgesehene Hilfs-Entladungsräume, die Haupt-Entladungsräume mit den Hilfs-Entladungsräumen verbindende Räume sowie ein in den Haupt- und Hilfs-Entladungsräumen hermetisch dicht enthaltenes Gas, dadurch gekennzeichnet, daß

(a) eine zwischen der Kathode und der Anode oder der Hilfsanode liegende erste Gleichspannung erhöht wird und

(b) eine zwischen der Kathode und der Hilfsanode oder der Anode liegende zweite Gleichspannung verringert wird,

um eine in dem Haupt-Entladungsraum erzeugte Hauptentladung mit einer internen Speicherfunktion zu versehen und entweder die Hauptentladung oder eine in dem Hilfs-Entladungsraum erzeugte Hilfsentladung durchzuführen-
2. Verfahren zur Aussteuerung eines flachen Entladungsfeldes mit einer in Matrixform angeordneten Vielzahl von Gasentladungszellen, deren jede eine Kathode umfaßt, ferner eine

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Hilfsanode als Elektrode der X-Achse, eine Anode als Elektrode der Y-Achse, wobei diese Anode seitlich neben der Hilfsanode und gegenüber der Kathode angeordnet ist, ferner einen zwischen der Anode und der Kathode vorhandenen Haupt-Entladungsraum, einen zwischen der Hilfsanode und der Kathode vorhandenen Hilfs-Entladungsraum sowie einen Widerstand, der zwischen die Kathode und die eine Klemme einer mit ihrer anderen Klemme geerdeten Vorspannungsquelle eingeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet , daß

(a) zur Ansteuerung einer Entladungszelle eine Gleichspannung angelegt wird, die größer ist als diejenige Spannung, bei der zwischen der Anode und der Kathode der angesteuerten Entladungszelle die Hauptentladung gebildet wird,

(b) an die haIb-angesteuerte Entladungszelle eine Gleichspannung angelegt wird, die kleiner ist als diejenige Spannung, bei der zwischen der Anode und der Kathode dieser halb-angesteuerten Entladungszelle die Hauptentladung gebildet wird, und

(c) an die nicht angesteuerte Entladungszelle eine Gleichspannung angelegt wird, die kleiner ist als diejenige Spannung, die eine Entladung zwischen der Anode und der Kathode ermöglicht, und größer als diejenige Spannung, die die Entladung zwischen der Anode und der Kathode verhindert, so daß die Hauptentladung eine Speicherfunktion erhält.

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3. Verfahren zur Aussteuerung eines flachen Entladungsfeldes mit einer in Matrixform angeordneten Vielzahl von Gasentladungszellen, deren jede eine Kathode umfaßt, ferner eine Hilfsanode als Elektrode der X-Achse, eine Anode als Elektrode der Y-Achse, wobei diese Anode seitlich neben der Hilfsanode und gegenüber der Kathode angeordnet ist, ferner einen zwischen der Anode und der Kathode vorhandenen Haupt-Entladungsraum, einen zwischen der Hilfsanode und der Kathode vorhandenen Hilfs-Entladungsraum sowie einen Widerstand, der zwischen die Kathode und die eine Klemme einer mit ihrer anderen Klemme geerdeten Vorspannungsquelle eingeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet , daß

(a) zur Ansteuerung einer Entladungszelle eine Gleichspannung angelegt wird, die größer ist als diejenige Spannung, bei der zwischen der Anode und der Kathode der angesteuerten Entladungszelle die Hauptentladung gelöscht wird,

(b) an die nalb-angesteuerte EntladungszeHe eine Gleichspannung angelegt wird, die kleiner ist als diejenige Spannung, bei der zwischen der Anode und der Kathode dieser halb-angesteuerten EntladungszeHe die Hauptentladung gebildet wird, und

(c) an die nicht angesteuerte Entladungszelle eine Gleichspannung angelegt wird, die kleiner ist als diejenige Spannung, die eine Entladung zwischen der Anode und der Kathode ermöglicht, und größer als diejenige Spannung, die die Entladung zwischen der Anode und der Kathode verhindert, so daß die Hauptentladung eine Speicherfunktion erhält. PS/Ug

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