DE2923804A1

DE2923804A1 - Plasma-wiedergabevorrichtung

Info

Publication number: DE2923804A1
Application number: DE19792923804
Authority: DE
Inventors: Martin Robert Biazzo; George Wilmer Dick
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1978-06-12
Filing date: 1979-06-12
Publication date: 1979-12-13
Also published as: JPS551098A; CA1123886A; FR2432191B1; FR2432191A1; GB2029085A; NL7904571A; US4164678A; GB2029085B

Description

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Plasma-Wiedergabevorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1.

Eine Plasma-Wiedergabevorrichtung weist ein Volumen eines ionisierbaren Gases auf, das von einer nichtleitenden, üblicherweise transparenten Hülle umschlossen ist. Alphanumerische Zeichen, Bilder und andere graphische Daten können durch steuerbares Zünden und Löschen von Glimmentladungen an ausgewählten Stellen innerhalb des Wiedergabe-Gases dargestellt werden. Dieses wird durch Erzeugen von elektrischen Feldern innerhalb des Gases mit Hilfe geeignet angeordneter Elektroden oder Leiter bewerkstelligt.

Insbesondere sind hier die sogenannten Wechselstromplasmapanele betroffen, bei denen die Elektroden gegen das Wiedergabe-Gas isoliert sind. Es gibt zwei grundsätzliche Typen solcher Wechselstromplasmapanele, nämlich solche mit Zwilling-Substrat und solche mit Einfachsubstrat. Wie beispielsweise in der US-PS 34 99 167 beschrieben ist, sind beim ersteren Typus die Elektroden innerhalb dielektrischer Schichten eingebettet, die auf zwei gegenüberstehenden richtleitenden Flächen

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oder Substraten, ζ. Β. Glasplatten, angeordnet sind. Zumeist sind die Elektroden auf dem einen Substrat in Zeilen und auf dem anderen Substrat in hierzu senkrecht verlaufenden Spalten angeordnet. Die Überlappungsstellen oder Kreuzpunkte zwischen den Zeilen- und Spaltenelektroden definieren eine Wiedergabenstellen- oder -zellenmatrix. Jede Wiedergabezelle kann individuell zwischen dem Ein- und Aus-Zustand (Lichtemission bzw. Aberregung) ansprechend auf die ihrem Elektrodenpaar zugeführte Spannungen umgeschaltet werden. Weitere Zwillingsubstrat-Elektrodenanordnungen, beispielsweise Vielfachsegment-Zeichen, sind möglich.

Im Gegensatz hierzu haben Wechselstromplasmapanele mit Einzelsubstraten alle Elektroden auf einer einzigen der Oberflächen angeordnet. Wie beispielsweise in der US-PS 39 35 beschrieben ist, können die Elektroden bei unterschiedlichen Niveaus innerhalb der dielektrischen Schicht angeordnet sein, die auf dieser einen Oberfläche gelegen ist. Mit dieser "nichtplanaren" Geometrie, werden Glimmentladungen auf streifende Felder hin erzeugt, die im Gas in dem allgemeinen Bereich sich überlappender isolierter Elektrodenpaare auftreten. Alternativ können (siehe US-PS 38 11 061) Elektroden unterschiedlicher geometrischer Formen bei einem einzigen Niveau oder in einer einzigen Ebene innerhalb des Dielektrikums

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angeordnet sein. Mit dieser "planaren" Geometrie treten Entladungen auf Felder hin auf, die in dem Gas im allgemeinen Bereich benachbarter Elektrodenpaare erscheinen.

Im einzelnen beschreibt die US-PS 38 11 061 ein planares Wechselstromplasmapanel, bei dem die Zeilen- und Spaltenleiter innerhalb der dielektrischen Schicht bei einem oberen und einem unteren Niveau angeordnet sind (die Bezeichnung "Zeile" und "Spalte" ist selbstverständlich willkürlich gewählt) . In Zeilen und Spalten angeordnete leitende Flecken sind in der dielektrischen Schicht bei dem oberen Niveau eingebettet, um eine Wfcdergabezellenanordnung nach Zeilen und Spalten zu erhalten. Adressiersignale, d. h. Schreib- und Löschsignale, die auf jedem Zeilenleiter, beim unteren Niveau, erscheinen, werden zu den darüberliegenden zugeordneten Flecken über im wesentlichen Omsche Wege in Form sogenannter "via's" geliefert. Leider macht die Gegenwart solcher "via's" beim Entwurf des Panels den Herstellungsprozeß wesentlich komplizierter als dieser beispielsweise für nichtplanare Panele erforderlich ist. Zusätzlich geht von der Natur der "via"-Herstellungsschritte die Tendenz aus, den Erhalt gleichförmiger Panel-Eigenschaften zu erschweren.

Das vorstehende Problem wird nun erfindungsgemäß für die Wieder-

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gabevorrichtung der einleitend beschriebenen Art mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruches 1 gelöst.

Die komplizierte und schwierige Situation, die die Gegenwart der leitenden "via's" in den bekannten planaren Wechselstromplasmapanelen begleiten, werden erfindungsgemäß durch eine Beseitigung dieser via's vermieden. Die durch die via's gebildete Funktion wird dabei erfindungsgemäß durch einen Aufbau des Panels derart erreicht, daß eine wesentliche kapazitive Kopplung zwischen jedem Zeilenleiter und einem jeden dessen zugeordneter Flecken erhalten wird. Das heißt, die Impedanz zwischen jedem Zeilenleiter und dessen zugeordneter Flecken ist im wesentlichen kapazitiv. Signale auf den Zeilenleitern werden daher zu den Flecken kapazitiv und nicht mehr wie bisher ohmisch gekoppelt.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung sind zwei Zeilenleiter für jede Wiedergabezellen-Zeile vorgesehen. Die Zeilenleiter sind in einer ersten und einer zweiten Vielzahl angeordnet, wobei die Leiter beider Vielzahlen im wesentlichen parallel zueinander und gegeneinander verschachtelt verlaufen. Signale werden zu den Flecken jeder Wiedergabezelle erfindungsgemäß von je zwei zugeordneten Zeilenleitern, je einem von jeder Vielzahl durchgekoppelt. Die Zeilenleiter jeder Vielzahl sind in Gruppen miteinander verbunden derart, daß eine

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einzelne Wiedergabezellen-Zeile durch Zufuhr geeigneter Signale an zwei Zeilenleitergruppen, je einen von jeder Mehrzahl, adressiert wird. Da die Zeilenadressiersignale Zeilenleitergruppen statt einzelnen Zeilenleitern zugeführt werden, werden Anzahl der äußeren Anschlüsse und die Treiberschaltungen, die für den Panelbetrieb erforderlich sind, minimalisiert.

Nachstehend ist die Erfindung anhand der Zeichnung im einzelnen erläutert; es zeigen:

Fig. 1 und 2 eine Schnittansicht bzw. Draufsicht eines Teils eines bekannten planaren Wechselstromplasmapanels,

Fig. 3 ein Impulsdiagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise der Wiedergabevorrichtung nach Fig. 1 und 2,

Fig. 4 eine Schrägansicht einer Wiedergabezelle eines planaren Wechselstromplasmawiedergabepanels entsprechend einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 5 das Ersatzschaltbild der Wiedergabezelle nach Fig. 4 und

Fig. 6 eine Draufsicht auf eine Ausführungsform eines planaren

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Wechselstromplasmawiedergabepanels entsprechend der Erfindung, in teilweise weggebrochenem Zustand, wobei bei diesem Ausführungsbeispiel eine vorteilhafte ZeI-lenadressieranordnung erfindungsgemäß vorgesehen ist.

Die Fig. 1 und 2 zeigen einen Teil eines planaren Wechselstromplasmawiedergabepanels 10 der in der US-PS 38 11 061 beschriebenen Art. Das Panel weist ein Substrat 11 auf, das eine von einer dielektrisiien Schicht 12 bedeckte 8-Zoll-(= 2O,5 cm)-Glasplatte sein kann. (Die Schraffur der Schicht 12 ist in Fig. 2 der besseren Übersichtlichkeit halber weggelassen worden.) Eine Vielzahl metallischer Spaltenleiter C,, i= 1, 2 ... N sind bei einem oberen Niveau in der Schicht 12 etwas oberhalb des Substrates 11 eingebettet. Metallflecken Pj-/ j = 1» 2 ... M, die in einer Matrix nach Zeilen und Spalten angeordnet sind, sind gleichfalls in der Schicht 12 beim selben Niveau wie die Leiter C. eingebettet. Die Flecken P.. jeder Zeile sind miteinander über "via's" V.. miteinander verbunden, die die Flecken mit dem je zugeordneten metallischen Zeilenleiter R. verbinden. Die Zeilenleiter sind bei einem unteren Niveau in der Schicht 12 eingebettet, und liegen beispielsweise auf dem Substrat 11 auf.

Das Panel 10 weist des weiteren eine Glasdeckplatte 15 auf, die von der soeben beschriebenen Anordnung auf Abstand ge-

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halten und an ihrem Umfang angeschmolzen ist, um einen abgeschlossenen Hohlraum zur Aufnahme eines ionisierbaren Gasvolumens aufzunehmen. Das Gas kann beispielsweise eine Mischung von Neon mit 0,5 % Argon bei 500 Torr (= 666,61 Millibar) sein.

Die einzelnen Bereiche S . in der Nähe jedes Flecken P . sind die Wiedergabezellen, die gleichfalls eine Matrix definieren. Information wird auf dem Panel durch erzeugen individueller Glimmentladungen an ausgewählten Zellen in dem Gas 14 wiedergegeben. Dieses wird erreicht, durch Zufuhr entsprechend zeitlich gesteuerter und geformter Spannungswellenformen an die Flecken P.. (über die Leiter R. und "via's" V..) und die Leiter C., beispielsweise unter der Steuerung eines Digitalrechners (nicht dargestellt). Die Signalleitungsanschlüsse zwischen dem Rechner und den Leitern C. und R. können nach in der Plasmawiedergabetechnik bekannten Methoden hergestellt sein.

Als Beispiel sei die Wiedergabezelle S₁ betrachtet, die den Bereich in der Nähe des Fleckens P₁₁ und des Leiters C₁ umfaßt. Wie durch die Wellenform 21 in Fig. 3 dargestellt, wird eine Entladung an der Zelle S₁₁ angeregt, indem beispielsweise zum Zeitpunkt t.. ein Schreibimpuls WP zwischen Flecken P₁₁ und Leiter C₁ angelegt wird. Dieses erzeugt ein

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elektrisches Feld innerhalb des Gases 14 im Bereich der Zelle S₁₁. Die Größe V des Schreibimpulses WP überschreitet den Mindestwert V, , der zur Ionisation des Gases längs einem oder mehrerer Flußwege in der Nähe der Zelle S₁ erforderlich ist. Die Größe V, wird dabei verschiedentlich als "Durchbruchs"- oder Durchschlags-Spannung bezeichnet. Nach einer sehr kurzen Verzögerung, die als die Ionisationszeit bekannt ist, wird eine Glimmentladung angeregt, die durch einen sehr kurzen, beispielsweise eine MikroSekunden langen Lichtimpuls im sichtbaren Spektrum gekennzeichnet ist. Der Lichtimpuls ist als schmale Spitze in der Wellenform 23 in Fig. 3 dargestellt und tritt kurz nach dem Zeitpunkt t₁ auf.

Der Schreibimpuls WP kann durch Anlegen der Spannungen +V /2 und -V /2 an die Leiter R„ und C₁ erzeugt werden. Die-

WW 11

se beiden "halbauswählenden" Signale werden notwendigerweise allen Zellen S... und S₁ . zugeführt. Da jedoch die beiden Spannungen +V /2 und -V /2 sich im betrachteten Beispiel

Vr V/

nur an der Zelle S^₁ kombinieren, erhält nur diese Zelle einen vollen Schreibimpuls der Größe V , so daß nur an dieser eine Entladung auftritt.

Zusätzlich zu dem Lichtimpuls findet als weitere Begleitung einer Glimmentladung die Erzeugung einer Ladungswolke aus

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Elektronen und positiven Ionen im Bereich der Wiedergabezelle statt. Der Schreibimpuls WP, der weiterhin an der Zelle S ansteht, zieht zumindest einen Teil dieser Elektronen und Ionen zur oberen Wand der dielektrischen Schicht 12 hin. Wie in Fig. 1 und 2 schematisch dargestellt ist, werden die Elektronen in das Gebiet oberhalb des Fleckens P₁₁ und die Ionen in das Gebiet oberhalb des Leiters C₁ gezogen. Wenn der Schreibimpuls WP zum Zeitpunkt t_ aufhört, verbleibt eine Spannung e , die durch diese sogenannte Wandladungsträger erzeugt worden ist, an der Wiedergabezelle gespeichert, wie dieses bei der Wellenform 22 dargestellt ist. Diese Wandspannung spielt eine wichtige Rolle beim nachfolgenden Betrieb des Panels, wie nachstehend noch erörtert wird.

Ein einziger Lichtimpuls von derart kurzer Dauer kann vom menschlichen Auge nicht wahrgenommen werden. Um daher eine Plasmawiedergabezelle als für das Auge dauernd lichtemittierend (Ein-Zustand) erscheinen zu lassen, sind weitere, schnell aufeinanderfolgende Lichtimpulse erforderlich. Diese werden durch ein Stützsignal erzeugt, das jeder Zelle des Panels über deren entsprechendes Zeilen- und Spaltenleiterpaar zugeführt wird. Wie bei der Wellenform 21 dargestellt ist, besteht das Stützsignal beispielsweise aus einer Folge alternierender positiver und negativer Stützimpulse PS bzw. NS, die sich alle T Sekunden wiederholen. Die Größe V dieser Stützimpulse ist für die Erzeugung einer Entladung nicht aus-

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reichend. Sonach bleiben die Zellen, die keinen Schreibimpuls empfangen haben, im kein Licht emittierenden Zustand (Aus-Zustand).

Jedoch ist das elektrische Feld im Gas in der Nähe einer Zelle, die einen Schreibimpuls empfangen hat, im angenommenen Beispiel die Zelle S .., eine überlagerung der Felder als Folge der Stützspannung und der Wandspannung e , die sich vorher an dieser Zelle aufgebaut hat. Der Stützimpuls, der dem Schreibimpuls WP zum Zeitpunkt t_ folgt, ist ein negativer Stützimpuls NS. Sonach kombinieren sich das Wandfeld und das Stützfeld additiv und reichen zusammen aus, um eine zweite Glimmentladung nebst begleitendem Lichtimpuls zu erzeugen, der kurz nach dem Zeitpunkt t, auftritt. Der Ladungsträgerfluß zur Oberfläche der Schicht 12 baut nun eine Wandspannung entgegengesetzten Vorzeichens auf. Das Auftreten des positiven Stützimpulses zum Zeitpunkt t. führt wiederum zu einer Entladung und Wandspannungsumkehr usw. Die Größe der Wandspannung e stabilisiert sich bei einem praktisch konstanten, charakteristischen Wert V , der eine Funktion

von Gaszusammensetzung und Druck, Elektrodengeometrie, Stützspannungsgröße und anderen Parametern ist. Die Wandspannung

kann den Wert V unmittelbar erreichen, d. h. ansprechend m

auf den Impuls WP, oder kann sich, wie bei der Wellenform dargestellt, bis zu V über einen oder mehreren Stützzyklen aufbauen. (Die hauptsächlichen Bestimmungsgrößen sind hier

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die Größe, Breite und der genaue Zeitpunkt des Auftretens des Impulses WP). Die Stützsignalfrequenz kann in der Größenordnung von 50 kHz liegen. Die Lichtimpulse entsprechend der Wellenform 23 werden vom menschlichen Auge zu Gleichlicht verschmolzen, d. h., die Zelle S₁₁ erscheint als dauernd angeregt.

Die Zelle S₁₁ wird in den Aus-Zustand durch Entfernen ihrer Wandladung zurückgeschaltet. Dies wird bewerkstelligt durch Zuführen eines Löschimpulses zu der Zelle, was zum Zeitpunkt t_ erfolge. Dieses geschieht wiederum über halbauswählende Signale, die dem Leiterpaar R₁, C₁ zugeführt werden. Die Größe V des Impulses EP ist ausreichend, um eine Entladung in Verbindung mit der gespeicherten Wandspannung zu erzeugen, wie dieses der folgende positive Stützimpuls PS getan haben würde. Die Wandspannung e beginnt daher ihr Vorzeichen umzukehren. Die Größe und Dauer des Löschimpulses EP sind jedoch so, daß die Wandspannungsumkehr vorzeitig, zum Zeitpunkt t_e , beendigt ist, wenn die Wandspannungsgröße etwa Null ist.

Demgemäß treten keine weitere Entladungen auf, und die Zelle S₁₁ kehrt in den Aus-Zustand zurück. Eine eventuelle Restwandspannung e verschwindet als Folge einer Rekombination der positiven und negativen Ladungsträger und deren Abdiffusion aus der Wiedergabezelle.

Die Herstellung des bekannten Plasmapanels nach Fig. 1 und 2

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erfolgt in verschiedenen Schritten. So werden hierzu typischerweise die Leiter R. zunächst im gewünschten Muster auf der Oberfläche des Substrats 11 unter Verwendung einer Glas/Gold-Fritte aufgebracht. Das Panel wird dann bei hohen Temperaturen zur Aushärtung der Fritte gebrannt.

Ein erster Teil der dielektrischen Schicht 12 mit den Löchern für die via's v. . wird dann erzeugt. Dieses kann auf mindestens zwei Weisen erfolgen. Eine dielektrische Schlämme kann auf das Substrat und die Zeilenleiter unter Zurücklassung von Löchern für die vias im Siebdruck aufgetragen werden. Die Schlämme wird dann gebrannt. Alternativ kann die Schlämme im Siebdruck aufgebracht und gebrannt werden, ohne die Löcher für die via's vorzusehen. Letztere werden dann erzeugt durch Einführen eines Ätzmittels durch entsprechend angeordnete Löcher einer Photolackmaske, die auf dem Dielektrikum erzeugt worden ist. Die Maske wird dann abgezogen.

Mit den nachfolgenden Verfahrensschritten erfolgt die weitere Herstellung, wobei das Panel in jedem Verfahrensschritt zur Härtung des aufgebrachten Materials gebrannt wird. Während dieser Schritte werden die via-Löcher mit Glas/Gold-Fritte gefüllt, die Flecken P. . und die Leiter C, auf dem insoweit aufgebrachten Dielektrikum erzeugt, und der letzte Teil des Dielektrikums aufgebracht. Letzteres wird mit einer oder

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mehreren Oxiddünnschichten bedeckt. Der Hohlraum, in welchem das Gas 14 eingeschlossen ist, wird dann durch Anschmelzen des Randes der Abdeckplatte 15 mit einer Glasloteinschmelzung erzeugt.

Die Forderung, daß ein planares Wechselstromplasmapanel die beschriebenen "via's" hat, macht es schwierig, ein Panel herzustellen, bei dem alle Wiedergabezellen korrekt ausgebildet und gleichförmige Eigenschaften, z. B. gleichförmige Zündspannung, Helligkeit usw., haben. Wenn beispielsweise die via-Löcher nach der ersten der oben erwähnten Methoden erzeugt werden, neigen die öffnungen in der dielektrischen Schlämme dazu, sich beim Brennen des Panels zu schließen. Dieses Problem kann in einem gewissen Ausmaß durch Zusatz eines mineralischen Füllmittels zur Andickung der Schlämme vermieden werden. Dieses verhindert jedoch, daß die Schlämme gleichmäßig verläuft und führt zu einer rauhen dielektrischen Oberfläche. Dieses führt seinerseits zu ungleichförmigen Kapazitäten zwischen den Elektroden des oberen Niveaus und der oberen dielektrischen Oberfläche, was ungleichförmige Wiedergabezelleneigenschaften verursacht.

Der mineralische Füllzusatz dient auch dazu, das Dielektrikum an einem erneuten Aufschmelzen zu hindern, wenn das Panel während der nachfolgenden Herstellungsschritte erneut gebrannt wird. Sonach kann selbst wenn die via-Löcher entsprechend der

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zweiten oben beschriebenen Methode hergestellt werden, d. h. durch Ätzen, eine rauhe dielektrische Oberfläche resultieren. Dieses führt wiederum nicht nur zu ungleichförmigen Kapazitäten, sondern verursacht auch Schwierigkeiten bei der Ätzung der via-Löcher.

Insbesondere \erhindert nämlich die Rauhigkeit des dielektrischen Oberfläche einen guten Kontakt zwischen dieser Oberfläche und der zur Belichtung des Photolackes benutzten Maske. Dieses kann zu Nadellöchern im Photolack führen und auch zu unregelmäßig geformten öffnungen im Photolack. Die Existenz von Nadellöchern bedeutet natürlich, daß das Dielektrikum an unerwünschten Stellen geätzt wird. Darüberhinaus erhöhen die unregelmäßig geformten öffnungen die Möglichkeit, daß der obere Rand einer via zu dicht beim zugeordneten Spaltenleiter des oberen Niveaus erzeugt wird. Dieses erzeugt wiederum ungleichförmige Wiedergabezellenexgenschaften und kann im Extremfall zu einem Flecken/Spaltenleiterkurzschluß führen. Tatsächlich neigt selbst bei richtig geformten öffnungen im Photolack das Ätzmittel dazu, sich unter der Photolackschicht auszubreiten und so die Löcher zu vergrößern, wodurch Anlaß zu den selben Problemen gegeben ist.

Es sind aber noch weitere Komplikationen vorhanden. Beispielsweise, wenn die zur Füllung der via-Löcher benutzte Fritte ge-

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brannt wird, neigt diese dazu, in das Loch einzuschrumpfen. Dieses kann eine ungleichförmige dielektrische Dicke oberhalb der Fleckenelektroden erzeugen, was wiederum zu ungleichförmigen Wiedergabezelleneigenschaften führt. Darüberhinaus erfordert die via-Locherzeugung eine sehr genaue Ausrichtung der verwendeten Siebe und/oder Maske. Dieses trägt weiterhin zur Kompliziertheit und/oder höheren Kosten des Herstellungsverfahrens bei.

Mit der Erfindung wurde nun gefunden, daß ein planares Wechselstromplasmapanel ohne die leitenden vla's, die bei den bekannten Panelen benutzt werden, hergestellt werden kann, wodurch die vorstehend beschriebenen sowie weitere Probleme vermieden werden können. Insbesondere wird das Panel so hergestellt, daß eine wesentliche kapazitive Kopplung zwischen jedem Zeilenleiter und jedem seiner zugeordneten Flecken vorhanden ist. Das heißt, die Impedanz zwischen jedem Zeilenleiter und seinen zugeordneten Flecken ist im wesentlichen kapazitiv. Signale auf den Zeilenleitern werden daher zu den Flecken kapazitiv, und nicht mehr wie bisher ohmisch, gekoppelt.

Fig. 4 zeigt eine teilweise geschnittene Schrägansicht (ohne Abdeckplatte) einer einzelnen Wiedergabezelle S'.. eines planaren Wechselstromplasmapanels entsprechend der Erfindung. Das Panel weist ein Substrat 11' und eine dielektrische

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Schicht 12* auf. Die Wiedergabezelle S' weist einen Fleck P' . in der Nähe des Schnittpunktes der Zeilen- und Spaltenleiter R¹ . und C auf. Die Leiter R¹ . und C und der Fleck P' , entsprechen im allgemeinen den einzelnen Leitern R. und C. und einem einzelnen Flecken P.. des bekannten Panels 10. Es sind jedoch keine vias vorhanden, die den Flecken P-¹ . . mit dem Leiter R¹ . verbinden. Statt dessen werden die Signale auf dem Leiter R' . an den Flecken PV. ., vrie erwähnt kapazitiv gekoppelt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Fleck P¹.. rund. Dieses stellt sicher, daß Entladungen an entsprechenden Stellen an jedem Flecken auftreten, da Entladungen dort auftreten werden, wo der Abstand Flecken/Spaltenleiter am kleinsten ist. Dieses wiederum stellt sicher, daß der selbe Abstand zwischen den Entladungspunkten in jeder Spalte vorhanden ist. Der hier die Grundlage bildende kapazitive Kopplungsmechanismus ist jedoch nicht von der Form des Fleckens abhängig.

Fig. 5 zeigt das Ersatzschaltbild der Zelle S¹.., das dem besseren Verständnis der vorliegenden Prinzipien dient. Jede der Kapazitäten im Ersatzschaltbild stellt die Kapazität zwischen entsprechenden Paaren von Punkten in der Wiedergabezelle dar. So sind
C die Kapazität zwischen den Leitern R'. und C ,

C die Kapazität über die dielektrische Schicht 12' zwischen c *

dem Leiter R¹. und dem Flecken P¹..,

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C , die Kapazität zwischen den Flecken P' . und dem Leiter C₁,

C , die Kapazität zwischen dem Flecken P'^· und der Grenzfläche zwischen dem Dielektrikum 12¹ und dem Gas, C - die Kapazität zwischen dem Leiter C. und der Grenzfläche zwischen Dielektrikum 12' und dem Gas und C die Kapazität über das Gas von der Oberfläche der

gg

Schicht 12' oberhalb des Fleckens P¹.,· zur Oberfläche der Schicht 12 · oberhalb des Leiters C₁₁. Das Ersatzschaltbild enthält auch die Signalquelle SS, beispielsweise die Schreibquelle, zwischen den Zeilen- und Spaltenleitern.

Man sieht, daß für einen Betrieb der Wiedergabezelle S¹.., die keine vias aufweist, im wesentlichen in der selben Weise wie eine Wiedergabezelle des bekannten Panels 10, der vias aufweist, der Spannungsabfall zwischen dem Leiter R¹. und dem Flecken P'j. klein sein muß, weil der Spannungsabfall an den via's V . des Panels 10 klein ist. Sonach muß (siehe Fig. 5) der Wert der Kapazität C groß im Vergleich zu der der Kapazität C ,, parallel zu der Reihenschaltung der Kapazitäten C ₁, C und C _ genommen, sein.

WJL 99 Vr *u

Zu diesem Zweck kann der Wert der Kapazität C entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung durch entsprechende Aus-

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bildung des Zeilenleiters R¹. groß gemacht werden derart, daß der Leiter einen erweiterten Bereich oder Flecken P" . aufweist, der direkt unterhalb dem Fleck P¹.. gelegen ist und beispielsweise die selbe Form wie dieser hat. Typische Werte für die Kapazitäten des Ersatzschaltbildes sind in Fig. 5 angeschrieben. Diese Werte sind Näherungswerte, die sich aufgrund folgender Annahmen ergeben:

Breite der Leiter R¹ . und C₁ = 0,003 Zoll (= 0,0762 mm) , Durchmesser der Flecken P^r. . und P".· = 0,010 Zoll (= 0,254 mm), Breite des Spaltes zwischen dem Leiter C. und dem Fleck P¹.. = 0,003 Zoll (= 0,0762 mm), Gesamtdicke der dielektrischen Schicht 12* = 0,002 Zoll (=0,0508 mm), Abstand zwischen oberem und unterem Elektrodenniveau innerhalb der dielektrischen Schicht 12' = 0,0015 Zoll - (= 0,0381 mm). Die Werte der Kapazitäten C . und C ₂, die sich als Funktion der Größe der gespeicherten Wandladung ändern, sind mit ihrem Maximalwert angegeben. Die Ersatzkapazität des Netzwerks, das die Kapazitäten C ,, C ₁, C _ und C umfaßt, ist im wesentlichen gleich dem Wert der Kapazität C ,,die im angenommenen Beispiel etwa 0,015 pF beträgt. Wie in Fig. 5 dargestellt, ist der Wert der Kapazität C etwa zehn mal größer als der

der Kapazität C ,. Sonach ist das Potential am Flecken P'.. gd 13

im wesentlichen gleich dem des Leiters R¹. (oder des Fleckens P"..). Man sieht also, daß die durch die leitenden via's bei den bekannten planaren Wechselstromplasmapanelen bewirkte

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Funktion, entsprechend der Erfindung auch ohne diese vias bewerkstelligt werden kann.

Mit dem vorliegenden Aufbau ergibt sich ein weiterer Vorteil gegenüber dem Stand der Technik. Glimmentladungen, die an einer eingeschalteten Zelle eines planaren Wechselstromplasmapanels erzeugt werden, neigen dazu, sich von dem Spalt weg auszubreiten, und zwar ansprechend auf jeden Stützimpuls unter Speicherung von Wandladung an der dielektrischen Oberfläche an zunehmend vom Spalt weiter entfernten Stellen, wenn sich die Glimmentladung ausbreitet. Dieser Mechanismus kann in einigen Fällen vorteilhaft sein, siehe die eigene, gleichlaufende US-Anmeldung 759,892 vom 17. 1. 1977. Jedoch ist diese Erscheinung bei Panelen mit Matrixanordnungen nachteilig, weil dabei ein fehlerhaftes Zünden benachbarter, im Aus-Zustand befindlicher Zellen auftreten kann. Vorteilhaft schließt die Gegenwart des fixierten Kondensators C eine solche unerwünschte Glimmentladungsausbreitung aus. Dieses deswegen, weil der Strom fortfährt zwischen den Leitern R¹. und dem Flecken P¹ .. zu fließen, wenn sich die Glimmentladung auszubreiten beginnt, wobei mehr und mehr Ladung am Kondensator C gespeichert wird. Dieses erzeugt einen immer größeren Spannungsabfall an dieser Kapazität. Das Vorzeichen dieses Spannungsabfalls ist so, daß der Spannungsabfall im Gas reduziert wird und daß oberhalb eines gewissen Punktes der Spannungsab-

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fall im Gas nicht mehr ausreicht, um weitere Entladungen, ansprechend auf den jeweils anstehenden Stützimpuls, zuzulassen. Demgemäß hört die Glimmentladungsausbreitung auf. Dieser Mechanismus spielt bei dem bekannten Panel 10 keine Rolle, da die Wandkapazitäten C . und C _, an denen die ganze angesammelte Ladung gespeichert ist, keine Werte haben, die fixiert sind, sondern mit zunehmender Ladungsspeicherung zunehmen. Sonach erhöht sich der Spannungsabfall hierüber nicht und die Glimmentladungsausbreitung ist nicht blockiert.

Fig. 6 zeigt eine Draufsicht, teilweise in weggebrochenem Zustand auf ein planares Wechselstromplasmawiedergabepanel, das entsprechend den hier erörterten Prinzipien aufgebaut ist. Das Panel weist eine 2 χ 8-Matrix aus kapazitiv gekoppelten Wiedergabezellen ähnlich der Zelle S¹.. der Fig. 4 auf. Das Panel weist ein Substrat 111 und eine hierauf angeordnete dielektrische Schicht 112 auf. In letztere sind Spaltenleiter C\ und C- nebst Flecken P' /bis P¹O₀ beim oberen

I Z 11 Zo

Niveau eingebettet. Leiter C- und C- erstrecken sich über den Rand der dielektrischen Schicht 112 herab auf das Substrat 111,.wo sie in größeren Kontakten 121a und 122a endigen.

Vorteilhaft sind die Elektroden und Flecken des unteren Niveaus so angeordnet, daß die Anzahl äußerer Verbindungen

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und der Aufwand an Treiberschaltung minimalisiert sind, die für den Panelbetrieb erforderlich sind. Im einzelnen sind zwei Zeilenleiter für jede Wiedergabezellen-Zeile vorgesehen. Die Zeilenleiter sind in einer ersten und einer zweiten Vielzahl gruppiert, die im wesentlichen parallel zueinander und ineinander verschachtelt verlaufen. Jede Wiedergabezelle hat einen zugeordneten Zeilenleiter aus jeder der beiden Vielzahlen, über denen der Fleck dieser Zelle beim oberen Niveau angeordnet ist.

Sonach weisen die Zeilenleiter eine erste Vielzahl Zeilenleiter R¹It/ R¹OL' ^etc* ^{und eine} zweite Vielzahl Zeilenleiter R¹.. , R' , etc. auf. Der Fleck P^₁ ist beispielsweise oberhalb der Zeilenleiter R'_1T und R¹.. angeordnet. Der Flecken

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für jede Wiedergabezelle beim unteren Niveau, der im allgemeinen dem Fleck P"_t· in Fig. 4 entspricht, ist in zwei Hälften unterteilt, von denen jede Bestandteil eines der beiden zugeordneten Zeilenleiter ist. Dieses ist im unteren, weggebrochenen Teil der Fig. 6 für den Fleck P"₂₁ dargestellt. (Zur Minimalisierung des Spannungsabfalls zwischen den Niveaus, sollte die Gesamtkapazität zwischen jedem Fleck beim oberen Niveau und den beiden zugeordneten Flecken am unteren Niveau wesentlich größer als die Kapazität zwischen diesem oberen Fleck und dem zugeordneten Spaltenleiter sein.)

In dem allgemeinen Fall, in welchem das Wiedergabepanel m χ η

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Zeilen hat, sind die Leiter der ersten Vielzahl in m Gruppen untereinander verbunden, wobei jede Gruppe η untereinander verbundene Leiter aufweist, während die Leiter der zweiten Vielzahl untereinander in η Gruppen verbunden sind, wobei in jeder Gruppe m untereinander verbundene Leiter vorhanden sind, mit m £ 2, η ä 2,- In Fig. 6 sind im einzelnen die Zeilenleiter der ersten Vielzahl miteinander durch die Leiter 141 - 144 in vier Gruppen zu je zwei benachbarten Leitern verbunden. Sonach sind beispielsweise die Zeilenleiter R',_r

und R'~_T durch den Leiter 141 miteinander verbunden. Die vier Gruppen haben je zugeordnete Kontakte 141a - 144a, die sich von den Leitern 141 - 144 nach außen über den Rand der dielektrischen Schicht 112 auf das Substrat 111 erstrecken. Die Zeilenleiter der zweiten Vielzahl sind in zwei Gruppen zu je vier Leiter miteinander verbunden. Die ungeradzahligen Zeilenleiter R¹.. ,R'o usw., die die erste Gruppe umfassen, haben einen zugeordneten Kontakt 131a, der sich vom Leiter 131 wegerstreckt. Die geradzahligen Zeilenleiter R' , R¹. usw., die die zweite Gruppe umfassen, haben einen zugeordneten Kontakt 132, der sich von einem Leiter 132 aus erstreckt.

Bei der Anordnung nach Fig. 6 existiert ein Potentialproblem dahingehend, daß die Leiter 131a und 132a an ihren tiberkreuzungen gegeneinander isoliert werden müssen, siehe beispiels-

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weise die Stelle 151. Dieses Problem kann dadurch überwunden werden, daß der Leiter 132 beim oberen Niveau innerhalb der dielektrischen Schicht 112 (d. h. beim selben Niveau wie die Leiter C' und C' und Flecken P¹^₁ - ^pl->_o) angeordnet wird, während der Leiter 131 beim unteren Niveau angeordnet wird. Signale auf dem Leiter 132 werden dann zu den Zeilenleitern

R' , R' , etc. nach unten durch die dielektrische Schicht 2u 4u

112 gekoppelt. Dieses kann mit Hilfe üblicher leitender vias erfolgen. Alternativ können, wie in Fig. 6 dargestellt ist, Signale auf den Leiter 132 zu den Zeilenleitern R' , R' , etc. kapazitiv gekoppelt werden. Zu diesem Zweck ist der Leiter 132 mit abschließenden Flecken 132b versehen, während ähnliche Flecken 132c direkt unterhalb der Flecken 132b am Ende der Zeilenleiter R'₂ » R¹. , etc. angeordnet sind. Ein einzelner der Flecken 132c ist im oberen linken weggebrochenen Teil in Fig. 6 dargestellt. Die Flecken 132b und 132c und damit die Kapazität zwischen diesen, sollten groß genug gemacht werden, um einen unerwünschten Spannungsabfall im Dielektrikum zu vermeiden, d. h. grob gesprochen solltem die Flecken wenigstens so groß sein, wie das Wiedergabefleckengebiet beim unteren Niveau, das hiervon gespeist wird.

Beim Betrieb wird beispielsweise der halbauswählende Zeilenteil der Schreib- und Löschsignale, der jeder Wiedergabezelle zuzuführen :.st_r den beiden jener Zelle zugeordneten Zeilen-

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leitern zugeführt. Wie vorhin wird der halbauswählende Spaltenteil des Signals dem zugeordneten Spaltenleiter zugeführt. Auf diese Weise erhält nur die voll angesteuerte Zelle ein volles Schreib- oder Löschsignal. Beispielsweise werde ein Schreibsignal der Zelle zugeführt, die den Fleck P^₁ enthält. Hierzu wird ein Impuls der Größe von +V /2 den Kontakten 131a und 141a zugeführt, und ein Impuls der Größe -V /2 dem Kontakt 121a. Die den nichtausgewählten Zellen zugeordnete Leiter werden auf Erdpotential oder einem negativeren Bezugsniveau gehalten. Beachte, daß , weil Zeilenadressiersignale an Gruppen von Zeilenleitern und nicht an einzelne Zeilenleiter geliefert werden, die Anzahl äußerer Anschlüsse und der Betrag an erforderlicher Treberschaltung für den Betrieb des Panels minimalisiert sind. Im allgemeinen erfordert ein Panel mit (m χ η) Zeilen nur (m + n) äußere Anschlüsse und (m + n) Treiber. Von allgemeinem Interesse ist hier die ÜS-PS 39 93 921, die einen ähnlichen Weg für Zwillingssubstrat-Wechselstromplasmapanele beschreibt.

Nachstehend ist eine beispielhafte Herstellungsprozedur für das hier erörterte planare Wechselstromplasmapanel beschrieben. Die Leiter des unteren Niveaus werden auf einem Glassubstrat unter Verwendung einer Glas/Gold-Fritte, beispielsweise der von E. I. DuPont deNemours & Co. unter dem Warenzeichen "Fodel" vertriebenen Fritte, erzeugt. Sodann können die üblichen

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Trocknungs-, Belichtungs-, Entwicklungs- und Brennschritte angewandt werden, die bei der Herstellung des gewünschten Leitungsmusters im allgemeinen befolgt werden.

Sodann wird eine dielektrische Schlämme, beispielsweise I. lectro-Science Labs M4111C, zur Erzeugung eines 1,5 mil ;* 33,1 Mikrometer) dicken Teils des Dielektrikums benutzt. Dt3 Dielektrikum wird in drei Schichten aufgebaut. Es wurde gefunden, daß dieses eine glatte Oberfläche ermöglicht, auf d»-T die Leiter und Flecken des oberen Niveaus erzeugt werden kSr.r.en. Eine erste Schicht wird durch Auf sieben der Schlemme durch ein 200-Maschen-Sieb erzeugt. Die Enden der Leiter werden auf einer Seite freigelassen, um äußere elektrische Anschlüsse hieran zu ermöglichen. Das Panel wird dann bei einer .Spitzentemperatur von 608 ⁰C gebrannt. Die Brenndauer hängt von der Größe des herzustellenden Panels ab. Es wurde gefunden, daß eine Brennzeit von 15 bis 20 Minuten bei der Spitzentemperatur für ein 1,5 Zoll² -Panel {= 38,1mm²) erforderlich »it. Die vorstehenden Aufsieb- und Brennschritte werden zur Bildung einer zweiten Schicht wiederholt. Sodann erfolgt das Aufbringen einer dritten dielektrischen Schicht unter Verwendung eines 325-Maschen-Siebs zur weiteren Sicherstellung einer glatten Oberfläche. Das Panel wird dann wie vorhin gebrannt. Diese dritte Schicht ist etwas weniger lang und οre^t als die beiden vorausgegangenen Schichten, um einen <tlImählicheren Übergang von ihrer Oberfläche auf das Substrat ZM erhalten.

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ORIGINAL INSPECTED

Die Leiter und Flecken des oberen Niveaus werden dann auf dem Dielektrikum wiederum unter Verwendung der Glas/Gold-Fritte erzeugt. Die Leiter werden dabei so hergestellt, daß sie sich über einen Rand des Dielektrikums herab auf das Substrat erstrecken. Der oben erwähnte allmähliche Abfall des Dielektrikum-Randes stellt die Kontinuität des Leiters sicher.

Ein schließlicher 0,4 mil {= 10,16 Mikrometer) dicker Teil des Dielektrikums wird auf den Leitern und Flecken des oberen Niveaus erzeugt, wobei wiederum die Leiterenden für den schließlichen elektrischen Anschluß freigelassen werden. Das zur Herstellung dieser Schicht benutzte Material muß eine Reihe Eigenschaften haben. Es muß eine sehr glatte Oberfläche im Hinblick auf die noch aufzubringende Oxiddünnschicht aufweisen. Außerdem darf sie nicht erweichen, wenn die Glasdeckplatte am Panel angeschmolzen wird. Jedoch darf sie nicht ehe so hohe Brenntemperatur erfordern, daß der bereits gebildete Aufbau erweicht, schmilzt oder verdampft. Ein Material, das alle diese Kriterien erfüllt, ist die Glasur Nr. 9543 der E. Ϊ". DuPont deNemours & Co., die durch ein 200-Maschen-Sieb aufgebracht und 15-20 Minuten lang (für ein 1,5 Zoll²-Panel (=38,1 mm²-Panel)) bei höchstens 590 ⁰C gebrannt wird.

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Sodann wird ein Gaseinfülloch in das Substrat gebohrt und eine 6,0 mil (= 15,24 Mikrometer) Schicht aus Einschmelzglaslot, z. B. Nr. 7555 der Corning Glass Company, am Umfang des Substrates und des Lochs aufgebracht. Eine 1OO nm dicke CeO-Schicht und eine 200 nm dicke MgO-Schicht werden dann nacheinander auf das Panel aufgebracht, beispielsweise durch Elektronenstrahl-Aufdampfung. Sodann wird die oberseitige Abdeckplatte auf das Panel gelegt und ein 2 Zoll (= 5O,4 mm) langes Hohlrohr am Gaseinfülloch angeordnet. Das Panel wird dann 23 Minuten lang bei der Spitzentemperatur gebrannt, um die Abdeckplatte und das Rohr anzuschmelzen.

Schließlich wird das Panel über das Glasrohr mit einer üblichen Neon-Argon-Gasmischung gefüllt und wird das Rohr abgeschmolzen.

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Leerseite

Claims

BLUMBACH · WESER . BERGEN · KRAMER ZWIRNER ■ BREHM

PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UND WIESBADEN

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Patentconsult Radeckestraße 43 8000 München 60 Telefon (089)883603/883604 Tel ex-05-212 313 Telegramme Patentconsuit Patentconsult Sonnenberger Straße 43 6200 Wiesbaden Telefon (06121) 562943/561998 Telex 04-186237 Telegramme Patentconsult

Western Electric Company, Incorporated

New York, N.Y., USA Biazzo 3-14

Plasma-Wiedergabevorrichtung

Patentansprüche

M.) Wiedergabevorrichtung mit

- einem Substrat (11 ') ,

- einer Schicht aus dielektrischem Material C12¹) auf dem Substrat,

- einer ersten und einer zweiten Vielzahl von Leiterbahnen (R¹ . bzw. C.) , die in der dielektrischen Schicht bei einem ersten bzw. zweiten Niveau eingebettet sind, wobei die Leiter der ersten Vielzahl im wesentlichen senkrecht zu denen der zweiten Vielzahl verlaufen,'

- einer Vielzahl leitender Flecken (P' .), von denen jeder

München: R. Kramer Dipl.-Ing. · W. Weser Dipl.-Phys. Dr. rer. nat. · H.P.Brehm Dipl.-Chem. Dr. phil. nat. Wiesbaden: P.G. Blumbach Dipl.-Ing. · P. Bergen Dipl.-Ing. Dr jur. - G. Zv/irner Dipl.-ing. Dipl.-W.-Ing.

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in der dielektrischen Schicht bei dem zweiten Niveau über einem je zugeordneten Leiter der ersten Vielzahl sowie benachbart dem je zugeordneten Leiter der zweiten Vielzahl eingebettet ist,

- einem Wiedergabe-Gasvolumen und

- Mittel zum Halten des Gases benachbart der dielektrischen Schicht,

dadurch gekennzeichnet ,

- daß die Zone zwischen jedem Flecken und dem je zugeordneten Leiter der ersten Vielzahl ausschließlich aus dielektrischem Material aufgebaut ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß

- die Impedanz zwischen jedem Flecken des zweiten Niveaus und dessen zugeordneten Leiter der ersten Vielzahl im wesentlichen kapazitiv ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß

- die Anordnung so getroffen ist, daß die Kapazität zwischen jedem Flecken des zweiten Niveaus und dessen zugeordnetem Leiter der ersten Vielzahl wesentlich größer ist als die Kapazität zwischen diesem Flecken und dessen zugeordnetem Leiter der zweiten Vielzahl.

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4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet , daß jeder Leiter der ersten Vielzahl aufgebaut ist aus

- einer Vielzahl leitender Flecken (P" .) beim ersten Niveau, von denen jeder im wesentlichen die selbe Fläche wie die Flecken des zweiten Niveaus haben und je unterhalb eines Flecken des zweiten Niveaus gelegen sind, und

- Anschlußmitteln für die Flecken des ersten Niveaus.

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