DE3339022C2

DE3339022C2 - Plasmaanzeigevorrichtung

Info

Publication number: DE3339022C2
Application number: DE3339022A
Authority: DE
Inventors: George Wilmer Dick
Original assignee: AT&T Technologies Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1982-10-27
Filing date: 1983-10-27
Publication date: 1993-12-16
Anticipated expiration: 2003-10-28
Also published as: DE3339022A1; CA1212186A; GB8328180D0; FR2535498B1; JPS5994328A; NL8303695A; NL191640C; FR2535498A1; US4554537A; GB2129595B; NL191640B; GB2129595A

Description

Die Erfindung betrifft eine Plasmaanzeigevorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruch 1.

Eine solche Plasmaanzeigevorrichtung ist aus der US-PS 4 164 678 bekannt.

Bekanntlich besitzen Plasmaanzeigevorrichtungen grundsätzlich ein Substrat mit einer darauf befindlich dielektrischen Schicht und eine möglicherweise ebenfalls eine dielektrische Schicht aufweisende Abdeckung, die derart angeordnet ist, daß zwischen dem Substrat und der Abdeckung ein Spalt gebildet wird. In dem Spalt befindet sich luftdicht abgeschlossen ein ionisierbares Gas, beispielsweise Neon mit 0,1% Argon. Eine Anzeige wird dadurch bewerkstelligt, daß in dem Gas örtlich induzierte Glimmentladungen erzeugt werden, indem an ausgewählte Elektroden von in den dielektrischen Schichten eingebetteten Elektrodenfeldern Spannungen angelegt werden.

Bei einer speziellen Ausführungsform einer Plasmaanzeigevorrichtung, die hier als Doppel- oder Zwillingssubstrat-Anzeigevorrichtung bezeichnet werden soll und die beispielsweise in den US-PS 3 989 974 und 4 328 489 beschrieben ist, ist in dem Dielektrikum auf dem Substrat ein erstes Feld paralleler Elektroden eingebettet, während in dem Dielektrikum auf der Abdeckung ein zweites Feld eingebettet ist, dessen Richtung senkrecht auf der Orientierungsrichtung des ersten Feldes steht, so daß an den Kreuzpunkten der beiden Felder Anzeigezellen definiert werden. Eine Anzeige an einer gewünschten Stelle erfolgt dadurch, daß man Schreibimpulse entgegengesetzter Polarität an ausgewählte Elektroden in dem oberen und dem unteren Feld gibt, wobei diese Schreibimpulse ausreichend stark sind, um an dem Kreuzungspunkt der zwei Elektroden ein Plasma zu erzeugen. Dies wiederum verursacht für kurze Zeit eine Glimmentladung an dem Kreuzungspunkt. Die Elektronen und die positiven Ionen des Plamas haben die Neigung, sich an einander gegenüberliegenden Oberflächenabschnitten der dielektrischen Schichten anzusammeln, so daß eine Wandspannung erzeugt wird, die auch dann an der Stelle verbleibt, nachdem die Schreibimpulse verschwunden sind. Man kann also eine neue Glimmentladung an dieser Stelle dadurch erreichen, daß man an die beiden Elektroden sogenannte Erhaltungsimpulse legt, deren Amplitude kleiner ist als die Amplitude der Schreibimpulse, und die anfangs eine entgegengesetzte Polarität besitzen. Die Amplitude der Erhaltungsimpulse reicht nicht aus, ein Zünden des Gases zu verursachen, und mithin glimmen nur solche Stellen, die zuvor geschrieben wurde. Dies ist zurückzuführen auf die Tatsache, daß an der betreffenden Stelle von den Schreibimpulsen eine Wandspannung verblieben ist. Die Erhaltungsimpulse werden in Form eines Wechselstromsignals kontinuierlich angelegt, um bei jedem Polaritätswechsel einen Wechsel der Ladungsansammlung zu verursachen und dadurch die Stelle solange am Glimmen zu halten, bis an die betreffenden Elektroden ein Löschsignal gelegt wird. Das Löschsignal besteht aus Impulsen entgegengesetzter Polarität, die an die beiden Elektroden gelegt werden, und deren Amplitude und Dauer so gewählt ist, daß die Wandspannung an der betreffenden Stelle entfernt wird.

Wenngleich sich die Zwillingssubstrat-Anzeigevorrichtung bewährt hat, so ist sie doch nicht frei von gewissen Nachteilen. Die zum Anlegen der Signale erforderliche Schaltungseinrichtung ist ziemlich kompliziert, da es sich bei dem Erhaltungssignal um ein relativ starkes Signal handelt, welches an sämtliche Elektroden anzulegen ist, das Schreib/Lösch-Signal hingegen ein schwaches Signal ist, welches lediglich zu bestimmten Zeitpunkten an ausgewählten Elektroden zu legen ist, beide Signale jedoch von derselben Schaltung an dieselben Elektroden gelegt werden. Außerdem ist eine sehr genaue Einstellung des Spaltes zwischen den dielektrischen Schichten auf der Abdeckung und dem Substrat notwendig, weil sonst an verschiedenen Stellen Abweichungen der Erhaltungsfelder auftreten, die dazu führen, daß entweder während der Erhaltungsperioden Glimmentladungen auf nichtadressierte Stellen überspringen, oder während der Erhaltungsperioden zuvor adressierte Stellen gelöscht werden. Außerdem erschwert oder verbietet ein Ionenbombardement der Abdeckoberfläche während des Anlegens des Wechselstrom-Erhaltungssignals das Vorsehen von photolumineszenten Phosphoren auf dieser Oberfläche. Solche Leuchtschichten könnten eine Verstärkung der Anzeige bewirken.

Um einige der oben erläuterten Nachteile zu vermeiden, wurde eine Einzelsubstrat-Anzeigevorrichtung für Wechselstrom-Plasmaanzeigen entwickelt (US-PS 4 164 678). Bei diesem Aufbau befinden sich die beiden Elektrodenfelder auf demselben Substrat und sind durch eine dielektrische Schicht voneinander getrennt. Auch hier sind Anzeigezellen an oder in der Nähe von den Kreuzungspunkten der beiden Felder gebildet. Da die Elektroden jedoch auf ein einziges Substrat beschränkt sind, ist der Abstand zwischen Substrat und Abdeckung nicht mehr kritisch. Außerdem kann man auf der Abdeckung Phosphore aufbringen, da auf dieser Oberfläche kein Ionenbombardement stattfindet. Allerdings werden die Schreib/Lösch-Signale und die Erhaltungssignale immer noch praktisch in der gleichen Weise angelegt wie bei der Zwillingssubstrat-Anzeigevorrichtung, so daß die Komplexität der Adressierschaltung nach wie vor gegeben ist.

Ausgehend von einer Plasmaanzeigevorrichtung nach dem auf der vorgenannten US-PS 4 164 678 beruhenden Oberbegriff des Anspruchs 1 liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, diese Plasmaanzeigevorrichtung derart weiterzuentwickeln, daß einerseits bei gleichbleibend einwandfreier Anzeige die Toleranz hinsichtlich des Abstandes der beiden Substrate vergrößert und damit unkritischer wird, andererseits möglicherweise aufgebrachte Leuchtschichten weniger beansprucht werden und außerdem wenigstens teilweise eine Trennung der Schreib-, Lösch- und Aufrechterhaltungsfunktion möglich ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Plasmaanzeigevorrichtung,

Fig. 2 bis 6 Schnittansichten entlang der Linie 2-2 in Fig. 1, die den Betrieb der Plasmaanzeigevorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung veranschaulichen,

Fig. 7 Impulsdiagramme für typische Signale, die beim Betreiben der Plasmaanzeigevorrichtung gemäß dem obigen Ausführungsbeispiel verwendet werden,

Fig. 8 einen Grundriß der Elektrodenanordnung einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Plasmaanzeigevorrichtung,

Fig. 9 eine Schnittansicht der Plasmaanzeigevorrichtung gemäß Fig. 8,

Fig. 10 einen Grundriß einer Elektrodenanordnung für eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Plasmaanzeigevorrichtung,

Fig. 11 eine Schnittansicht der Ausführungsform gemäß Fig. 10,

Fig. 12 ein Impulsdiagramm für typische Signale zum Betreiben der Ausführungsform gemäß Fig. 10 und 11,

Fig. 13 und 14 Schaltungen zum Betreiben der Ausführungsform nach Fig. 1.

Die Zeichnungen sind nicht in jedem Fall maßstabstreu.

Fig. 1 veranschaulicht die grundlegenden Bauteile der Plasmaanzeigevorrichtung. Auf einem ersten transparenten Substrat 10 ist ein erstes Feld von Elektroden angeordnet. Dabei dient die Zeichnung nur zu Anschauungszwecken, in der Praxis ist eine sehr viel größere Anzahl von Elektroden vorgesehen. Das Feld enthält bei dieser Ausführungsform drei Paare von Elektroden Y₁ und Y₂, Y₃ und Y₄, Y₅ und Y₆, die im wesentlichen parallel zueinander verlaufen. An bestimmten Anzeigezellen 31 bis 39 sind die Elektroden der Elektrodenpaare weit genug zusammengeführt, um eine Glimmentladung zu ermöglichen, wie nachstehend erläutert wird. In diesem Beispiel gibt es für jedes Elektrodenpaar drei solche Zellen. Eine Elektrode jedes Paares (Y₁, Y₃, Y₅) ist gemeinsam an eine Schaltungsanordnung angeschlossen, die in diesem Beispiel zwei pnp-Transistoren 11 und 12 sowie einen npn-Transistor 13 enthält, deren Kollektoren parallelgeschaltet sind. Die anderen Elektroden jedes Paares (Y₂, Y₄, Y₆) sind einzeln an eine Adressierschaltung angeschlossen, die im vorliegenden Beispiel einen separaten npn-Transistor (14, 15, 16) für jede Elektrode und ein Paar von Transistoren (17, 18) aufweist, von denen der eine ein pnp-Transistor und der andere ein npn-Transistor ist und die jeweils an jede der Elektroden über Dioden 19 bis 24 angeschaltet, sind.

Über dem ersten Feld ist eine aus dielektrischem Material bestehende Schicht 25 gebildet, wie sie üblicherweise in Plasma-Anzeigevorrichtungen verwendet wird. In dieser Ausführungsform besteht die Schicht aus Bleioxid-Lötglas mit einer Dicke von 10 bis 20 Mikrometer.

Auf einem zweiten transparenten Substrat 26, das auch als Abdeckung der Plasmaanzeigevorrichtung bezeichnet werden kann, ist ein zweites Feld von Elektroden gebildet. Dieses zweite Feld enthält drei im wesentlichen parallel zueinander verlaufende Elektroden X₁, X₂ und X₃, die derart angeordnet sind, daß sie etwa im rechten Winkel bezüglich der Elektroden des ersten Feldes laufen. Jede dieser Elektroden ist an eine Adressierschaltung gekoppelt, welche im vorliegenden Fall individuelle pnp-Transistoren 27, 28 und 29 enthält, die jeweils an eine Elektrode gekoppelt sind. Über den Elektroden des ersten Feldes ist eine weitere dielektrische Schicht 30 gebildet, die im vorliegenden Fall identisch ist mit der ersten dielektrischen Schicht.

Über den beiden dielektrischen Schichten 25 und 30 liegen zusätzliche Schichten 40 bzw. 41, die zum Erzielen einer guten Elektronenemission Dünnschichten aus geeignetem Material sind. Im vorliegenden Fall ist jede Schicht eine Verbundschicht aus einer 100 Nanometer dicken CeO₂-(Ceriumdioxid-) Glimmschicht und einer etwa 150 Nanometer dicken MgO- (Magnesiumoxid-)Schicht. Es sei angemerkt, daß diese Schichten zur Vereinfachung der Darstellung in den anderen Figuren fortgelassen sind.

Die beiden Substrate 10 und 26 sind derart parallel zueinander angeordnet, daß zwischen ihnen ein schmaler Spalt G gebildet wird (siehe Fig. 2 bis 6). Der Abstand zwischen den Substraten in Fig. 1 ist zu Anschauungszwecken stark übertrieben dargestellt. Im vorliegenden Beispiel beträgt die Spaltbreite etwa 125 Mikrometer. Obschon dies in der Zeichnung nicht dargestellt ist, ist die Spaltzone mit üblichen Mitteln abgedichtet, nachdem ein ionisierbares Gas eingefüllt wurde, bei dem es sich hier um Neon mit 0,1% Argon handelt. Die Elektroden der zwei Felder wurden so angeordnet, daß die Elektroden X₁ bis X₃ die Elektroden Y₁ bis Y₆ in den Anzeigezellen 31 bis 39 kreuzen, wo die Elektrodenpaare ausreichend nahe zusammengeführt werden, um eine Glimmentladung aufrechtzuerhalten. Somit enthält jede Kreuzpunktzone ein Paar dicht beabstandeter Elektroden des ersten Feldes und eine dazu orthogonal verlaufende Elektrode des zweiten Feldes.

In der Adressierschaltung sind die Kollektoren jedes Transistors an die entsprechenden Elektroden gekoppelt. Da die Transistoren üblicherweise Bestandteile einer integrierten Schaltung sind, sind die dargestellten Anschlüsse schematischer Natur und sollen bedeuten, daß an dem betreffenden Teil der Schaltung während des Betriebs der Plasmaanzeigevorrichtung ein geeignetes Potential anliegt. Die in der Zeichnung dargestellten Bipolar-Transistoren sind stellvertretend für Schalter, die das Anlegen der jeweiligen Spannungen zu den richtigen Zeitpunkten ermöglichen.

Zusätzliche Bestandteile der Schaltung zum Adressieren der in Fig. 1 gezeigten Plasmaanzeigevorrichtung sind in den Fig. 13 und 14 dargestellt. Insbesondere zeigen die Fig. 13 und 14 Beispiele einer Schaltung zum Umschalten der den X-Elektroden und den Y-Elektroden zugeführten Spannung zwischen einem Schreibimpuls V_w₁ und einem Löschimpuls V_e₁. Die Schaltung nach Fig. 13 enthält zwei npn-Transistoren 60 und 61, von denen jeder mit seinem Kollektor an die Basis eines pnp-Transistors 62 bzw. 63 angeschlossen ist. Die Basis des Transistors 60 ist an einen Anschluß angeschlossen, an welchem ein einen geringen Pegel aufweisender Schreib-Freigabeimpuls V_we bereitgestellt wird, und die Basis des Transistors 61 ist an einen Anschluß angeschlossen, dem die komplementäre Spannung zugeführt wird. Der Emitter des Transistors 62 ist an einen Anschluß 64 angeschlossen, an dem eine konstante Spannung V_w₁ zur Verfügung gestellt wird, während der Emitter des Transistors 63 an einen Anschluß 65 angeschlossen ist, an welchem ein konstanter Löschpegel V_e₁ bereitgestellt wird. Die Kollektoren der Transistoren 62 und 63 sind an den Anschluß OUT gekoppelt, der an die Emitter der Transistoren 27, 28 und 29 in Fig. 1 angeschlossen ist. Somit kann zu geeigneter Zeit ein Schreibimpuls an die Transistoren 27, 28 und 29 gelegt werden, indem an die Basis des Transistors 60 ein Impuls gelegt wird, der diesen Transistor 60 einschaltet. Dies wiederum bewirkt, daß der Transistor 62 leitend wird und die Spannung +V_w₁ am Ausgang OUT erscheint. Zu allen anderen Zeiten erzeugt eine Spannung an der Basis des Transistors 61, welche ihn einschaltet und veranlaßt, daß der Transistor 63 leitet und die Löschspannung V_e₁ an den Ausgang OUT gibt.

Die Schaltung nach Fig. 14 liefert eine Spannung -V_w₁ oder -V_e₁ an den Emitter der Transistoren 14, 15 und 16, und zwar mittels der Transistoren 66, 67, 68 und 69, die eine bezüglich der entsprechenden Transistoren 60, 61, 62, 63 in Fig. 13 entgegengesetzte Polarität aufweisen. Ein Unterschied besteht darin, daß die Spannungen V_we und an die Basen zusätzlicher npn-Transistoren 72 und 73 gelegt werden. Diese Transistoren 72 und 73 sind mit ihren Emittern an die Emitter der pnp-Transistoren 66 und 67 angeschlossen. Zweck der zusätzlichen Transistoren 72 und 73 ist es, die zum Treiben der Emitter der Transistoren 66 und 67 benötigten höheren Ströme mit derselben Polarität von Freigabeimpulsen zu liefern.

Der Betrieb der Plasmaanzeigevorrichtung soll nun unter Bezugnahme auf die in den Fig. 2 bis 6 dargestellten Schnittansichten für unterschiedliche Betriebsphasen erläutert werden. Fig. 7 zeigt den Verlauf typischer Signale, die an die Elektroden gelegt werden.

Für die Zeit zwischen t₀ bis t₄ der in Fig. 7 gezeigten Signalverläufe sei angenommen, daß der Kreuzpunkt, welcher die Elektroden Y₅, Y₆ und X₂ enthält, zuvor (vor T₀) für die Anzeige ausgewählt wurde, und daß die Glimmentladung an allen ausgewählten Kreuzpunkten dadurch aufrechterhalten wird, daß Impulse +V_sus an alle Y-Elektroden gelegt werden. Die Polaritäten der an die Elektroden Y₁, Y₃ und Y₅ und an die Elektroden Y₂, Y₄ und Y₆ angelegten Impulse sind jedoch stets entgegengesetzt, derart, daß die kombinierten Spannungen ausreichen, die Glimmentladung an vorab ausgewählten Stellen aufrechtzuerhalten, daß sie aber nicht ausreichen, irgendwo eine Glimmentladung einzuleiten. Demnach wird im vorliegenden Fall zwischen t₁ und t₂ eine Spannung +V_sus an den Anschluß angelegt, der mit dem Emitter des Transistors 17 gekoppelt ist, während der Transistor durch eine geeignete Spannung an seiner Basis eingeschaltet wurde, so daß ein positiver Erhaltungsimpuls mit etwa 50 Volt an die Elektroden Y₂, Y₄ und Y₆ angelangt. Gleichzeitig wird eine Spannung von -V_sus an den an den Emitter des Transistors 13 gekoppelten Anschluß gelegt, während der Transistor 13 durch eine geeignete Spannung an seiner Basis eingeschaltet wird, so daß eine Spannung von etwa -50 Volt an die Elektroden Y₁, Y₃ und Y₅ gelangt. Dies verursacht eine Glimmentladung in der Anzeigezelle, welche die Elektroden Y₆ und Y₅ enthält (sowie an anderen Stellen), wo sich Ladung als Ergebnis eines noch zu beschreibenden Schreibvorgangs angesammelt hatte. Das den Y-Elektroden zugeführte Signal wird zwischen t₃ und t₄ umgekehrt durch Einschalten des Transistors 18, an dessen Anschluß eine Spannung -V_sus ansteht, sowie durch Einschalten des Transistors 11, an dessen Anschluß eine Spannung +V_sus ansteht. Durch diese Maßnahme erzeugt die angelegte Spannung in Kombination mit der Wandspannung der angesammelten Ladung eine weitere Glimmentladung. Man sieht, daß die an die Elektrode angelegte Spannung etwa der Emitterspannung der Transistoren entspricht. Während dieses Zeitraums sind die an die Elektroden Y₂, Y₄ und Y₆ angeschlossenen Transistoren 14, 15 und 16, der an die Elektroden Y₁, Y₃ und Y₅ angeschlossene Transistor 12 und die an die Elektroden X₁, X₂ und X₃ angeschlossenen Transistoren 27, 28 und 29 sämtlich gesperrt.

Im Zeitpunkt t₄ soll eine Glimmentladung in der Anzeigezelle 35 eingeleitet werden, die die Elektroden X₂, Y₃ und Y₄ enthält, d. h., in dieser Anzeigezelle soll ein Schreibvorgang stattfinden. Hierzu wird eine Spannung +V_w₁ an die Elektrode X₂ gelegt, indem der Transistor 28 eingeschaltet wird, wodurch von dessen Emitter (siehe Fig. 13) eine Spannung +V_w₁ bereitgestellt wird. In diesem Beispiel beträgt diese Spannung etwa 90 Volt. Gleichzeitig gelangt eine Spannung von -V_w1 an die Elektrode Y₄, indem der Transistor 15 eingeschaltet wird, an dessen Emitter eine Spannung -V_w₁ anliegt (siehe Fig. 14). Diese negative Spannung spannt die Dioden 19, 22 und 23 in Sperrichtung vor und entkoppelt damit das Schreibsignal von den nicht-ausgewählten Elektroden Y₂ und Y₆. Die nichtausgewählten Elektroden empfangen weiterhin das normale Erhaltungssignal, welches zu diesem Zeitpunkt auf Null- Potential liegt. Der positive Erhaltungsimpuls, der den Elektroden Y₁, Y₃ und Y₅ zugeführt wird, erstreckt sich außerdem über die Dauer des Schreibimpulses, damit die Auswirkungen negativer Oberflächenladungen an zuvor beschriebenen Stellen über diesen Elektroden (z. B. der Elektrode Y₅) verschwinden. Würden solche Ladungen nicht durch die Erweiterung der Erhaltungsspannung gehalten, könnten sie unerwünschte Entladungen zu der impulsbeaufschlagten Elektrode der Abdeckung verursachen, was zu einem Löschen dieser eingeschalteten Zellen führen würde.

Die Potentialdifferenz zwischen den Elektroden X₂ und Y₄ leitet daher eine Glimmentladung in dem Spalt zwischen diesen Elektroden ein, die kurze Zeit andauert. Wichtiger hierbei als die eigentliche Glimmentladung ist die Tatsache, daß positive Ionen und Elektroden aus dem Gas sich an den Elektroden Y₄ bzw. X₂ als Folge der angelegten Spannung anzusammeln beginnen.

Fig. 2 zeigt den Ladungsaufbau am Ende des Schreibimpulses (t₅). Im Zeitpunkt t₅ verschwinden die Schreibimpulse an den Elektroden X₂ und Y₄, und die Erhaltungsimpulse werden von den Elektroden Y₁, Y₃ und Y₅ entfernt. Jedoch verbleiben die angesammelten Ladungen an den dielektrischen Oberflächen, und zwar mindestens bis zum Zuführen des nächsten Impulses (t₆).

Im Zeitpunkt t₆, wenn sämtliche anderen Transistoren gesperrt sind, wird der Transistor 12 eingeschaltet, und an seinen Anschluß wird eine Spannung +V_w₂ gelegt. Dieser Impuls ist derart geformt, daß seine Amplitude und seine Dauer ausreichen, um die als Ergebnis des vorausgehenden Impulses an der Elektrode X₂ angesammelten Elektronen praktisch ausnahmslos zu dem Bereich des Dielektrikums zu übertragen, der oberhalb der Elektrode Y₃ liegt. In diesem Beispiel beträgt die Spannung etwa 120 Volt und die Impulsdauer etwa 3 bis 4 Mikrosekunden (dies entspricht der Hälfte der Dauer des Schreibimpulses). Wie Fig. 3 zeigt, haben sich also im Zeitpunkt t₇ die Elektronen von der Abdeckung an demjenigen Abschnitt des Dielektrikums gesammelt, der über der Elektrode Y₃ liegt, während die Ionen über der Elektrode Y₄ im wesentlichen an ihrer Stelle verblieben sind. Es existiert nun eine Wandspannung zwischen den Flächenbereichen über den Elektroden Y₃ und Y₄, die zunächst eine Glimmentladung erzeugt, und die ausreichend groß ist, eine Glimmentladung in dem Bereich über den Elektroden Y₃ und Y₄ zu erzeugen, wenn Impulse ausreichend großer Amplitude und gleicher Polarität wie die Ladung (+V_sus und -V_sus) an diese Elektroden Y₃ und Y₄ gelegt werden.

Das normale Erhaltungssignal wird also zwischen t₈ und t₉ ebenso wie in der Zeit zwischen t₁ und t₂ an sämtliche Y- Elektroden gelegt. Dies ruft eine Glimmentladung zwischen Y₃ und Y₄ (auch an der zuvor beschriebenen Stelle mit Y₆ und Y₅), hervor und bewirkt außerdem die Umkehr der Ladungsansammlung im Zeitpunkt t₉, wie Fig. 4 zeigt. Demzufolge ergibt sich eine neue Entladung, wenn die Polarität der angelegten Impulse umgekehrt wird. Das heißt, die Glimmentladung zwischen Y₃ und Y₄ hält an, wenn das Erhaltungssignal angelegt wird, und zwar bis die betreffende Anzeigezelle zwecks Löschung der Entladung ausgewählt wird.

Es sei angenommen, daß im Zeitpunkt t₁₀ die Entladung in der Anzeigezelle mit den Elektroden X₂, Y₃ und Y₄ gelöscht werden soll. Hierzu werden an die beiden Elektroden X₂ und Y₄ Löschimpulse gelegt. Durch Einschalten des Transistors 28 wird an die Elektrode X₂ eine Spannung +V_e₁, welche hier etwa 50 Volt beträgt, gelegt. Wie oben erläutert wurde, liefert die Schaltung nach Fig. 13 die Spannung V_e₁ an die Emitter der Transistoren 27, 28 und 29 zu allen Zeiten mit Ausnahme der Schreibphase. An die Elektrode Y₄ wird durch Einschalten des Transistors 15 ein Impuls -V_e₁ gelegt. Zu diesem Zeitpunkt sind alle übrigen Transistoren gesperrt.

Das Anlegen dieses Impulses bewirkt, daß die Elektronen, die sich über Y₄ angesammelt hatten, auf das Dielektrikum über der Elektrode X₂ übertragen werden, und daß außerdem Ionen aus dem Gas auf die dielektrische Oberfläche oberhalb von Y₄ gezogen werden, ähnlich wie in der oben erläuterten Schreibphase. Allerdings werden Amplitude und Dauer dieses Schreibimpulses so gewählt, daß die Ladungsübertragung nicht zum Abschluß gelangt. Vielmehr sammelt sich im Zeitpunkt t₁₁ eine etwa gleich große Anzahl von Ionen und Elektronen über Y₄, wie Fig. 5 zeigt, so daß die Ladung oberhalb von Y₄ neutralisiert wird. In diesem Beispiel beträgt die Dauer des Impulses etwa 4 Mikrosekunden. Ferner wird ein negativer Erhaltungsimpuls -V_sus an die Elektroden Y₁, Y₃ und Y₅ gelegt, um die positive Ladung über den Elektroden zu halten, die zuvor "beschrieben" wurden und wo ein Löschen nicht erwünscht ist. Andernfalls nämlich könnte eine solche Ladung sich zu einer benachbarten Elektrode (Y₄) entladen, wo gelöscht wird. Als nächstes könnte auf Wunsch ein positiver Impuls im Zeitpunkt t₁₂ an die Elektrode Y₃ (auch an die Elektroden Y₁ und Y₅) gegeben werden, um praktisch alle Elektronen, die sich über X₂ angesammelt haben, auf das Dielektrikum über Y₃ zu ziehen, während eine gleich große Anzahl von Ionen zurückgetrieben werden, um die Ladung über Y₃ zu neutralisieren. Es wurde jedoch festgestellt, daß dieser zusätzliche Löschimpuls nicht notwendig ist. Vielmehr stellt sich die gleiche Neutralisation der Ladung über Y₃ ein, wenn im Zeitpunkt t₁₄ der normale Erhaltungsimpuls an die Elektroden Y₁, Y₃ und Y₅ gelegt wird, wie Fig. 7 zeigt.

Fig. 6 zeigt die Situation kurze Zeit (etwa 1 Mikrosekunde) nach dem Zeitpunkt t₁₄. Die Wandspannung an der dielektrischen Oberfläche reicht nun nicht aus, um eine Glimmentladung zu erzeugen, wenn ein anschließendes Erhaltungssignal angelegt wird, und diese Anzeigezelle ist demnach gelöscht, bis ein neuer Schreibimpuls angelegt wird. Man beachte, daß die Folge der Impulse benachbarte Anzeigezellen, welche die Elektroden Y₅, Y₆ und Y₁, Y₂ enthalten, nicht beeinflußt hat.

Es sei auf verschiedene besondere Merkmale der Plasmaanzeigevorrichtung und des Verfahrens zum Betreiben der Plasmaanzeigevorrichtung hingewiesen. Grundsätzlich umfaßt jeder Schreib- und Löschvorgang zwei Schritte, wobei Ladung auf die X-Elektrode übertragen wird, während Ladung entgegengesetzter Polarität sich an einer Y-Elektrode ansammelt (erster Schritt), und wobei dann die an der X-Elektrode angesammelte Ladung auf die andere Y-Elektrode in der Anzeigezelle übertragen wird (zweiter Schritt). Ist einmal in einer gewünschten Anzeigezelle die Glimmentladung eingeleitet, so wird sie aufrechterhalten, indem lediglich ein Signal an die Y- Elektroden gelegt wird. Somit erfoglt nur eine kurze und einmalige Entladung zwischen den zwei Substraten in einer speziellen Anzeigezelle. Dies gestattet eine größere Toleranz der Spaltbreite zwischen den dielektrischen Schichten auf den Substraten, da die Glimmentladungsanzeige nicht von der Spaltenbreite abhängt. Außerdem ist es möglich, eine photolumineszierende Phosphorschicht (siehe Schicht 60 in Fig. 9) auf dem Abdecksubstrat vorzusehen, da eine solche Schicht keinem ins Gewicht fallenden Ionenbombardement während des Betriebs der Plasmaanzeigevorrichtung ausgesetzt ist. Darüber hinaus sind die Adressier- und Erhaltungsfunktionen im wesentlichen getrennt, obschon noch einige Überlappung existiert. Für die X-Elektroden wird nur die Adressierschaltung benötigt. Bei den Y- Elektroden wird als Adressierschaltung zur Auswahl individueller Elektroden nur eine Schaltung für die Elektroden Y₂, Y₄ und Y₆ benötigt. Während eine Schreib/Lösch-Funktion für die Elektroden Y₁, Y₃ und Y₅ (über den Transistor 12) benötigt wird, so kann diese für sämtliche dieser Elektroden gemeinsam eingesetzt werden. Selbstverständlich ist ein gewisser Grad an Kombination von Adressier- und Erhaltungsschaltung für die Elektroden Y₂, Y₄ und Y₆ notwendig, diese ist jedoch minimal. Zur Erhöhung der Separierung könnte nach Wunsch das gesamte Erhaltungssignal auf die Elektroden Y₁, Y₃ und Y₅ gelegt werden. Eine derartige Anordnung neigt jedoch dazu, daß sich Ladungen auf der oberen Elektrode selbst dann aufbauen, wenn ihr kein Impuls zugeführt wird. Dies ist zurückzuführen auf die hohe Spannung eines solchen einzelnen Erhaltungssignals. Folglich ist es vorzuziehen, die Erhaltungsspannung zwischen den Elektroden jedes Paares aufzuspalten.

Die zum Auswählen der gewünschten Elektroden entsprechend der oben erläuterten Betriebsweise benötigte logische Schaltung ist dem Fachmann bekannt und soll hier nicht näher erläutert werden. Anstelle der in Fig. 1 gezeigten Transistoren können andere Schalter eingesetzt werden, beispielsweise Feldeffekttransistoren.

Obschon bei der Ausführungsform nach Fig. 1 die paarweisen Y-Elektroden relativ großen Abstand voneinander haben und nur in den Anzeigezellen dicht zusammengeführt sind, so können die Elektrodenpaare auch mit gleichförmigem Abstand angeordnet werden, wie in den Fig. 8 und 9 dargestellt ist.

Fig. 8 ist ein Grundriß einer Elektrodenanordnung, während Fig. 9 eine Seitenansicht eines Teils einer Plasmaanzeigevorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung zeigt. Wie Fig. 8 zeigt, verlaufen die Y-Elektroden nun im wesentlichen parallel mit gleichförmigem Abstand, der in diesem Beispiel 0,016 mm beträgt. Die Glimmentladungen zwischen den Elektrodenpaaren werden durch Verwendung von Blockierelektroden 45 auf die Anzeigezellen beschränkt. Die Blockierelektroden 45 befinden sich zwischen jeder X-Elektrode über den Elektrodenpaaren. Wie Fig. 9 zeigt, sind diese Blockierelektroden 45 auf der ersten dielektrischen Schicht 25 über den Y- Elektroden gebildet. Eine zusätzliche dielektrische Schicht 40 wiederum liegt über den Blockierelektroden 45 und besteht aus einem Dünnschichtüberzug aus CeO₂ und MgO, wie er im vorhergehenden Ausführungsbeispiel verwendet wurde. Eine ebenso zusammengesetzte Schicht 41 bedeckt als Überzug die weitere dielektrische Schicht 30.

Die Blockierelektroden 45 begrenzen die seitliche Streuung der Glimmentladung zwischen den Y-Elektroden, so daß die Elektroden parallel angeordnet sein können. Dieses Begrenzen geschieht durch gleichmäßiges kapazitives Koppeln jeder der Blockierelektroden 45 an beide Y-Elektroden in dem darunterliegenden Elektrodenpaar. Da das Potential an der Blockierelektrode 45 demnach eine Funktion der Summe der Potentiale der beiden Elektroden des Elektrodenpaars ist und diese Potentiale gleiches oder entgegengesetztes Vorzeichen während der Erhaltungszyklen besitzen, entsteht an der Oberfläche der zusätzlichen dielektrischen Schicht 40 über den Blockierelektroden 45 im wesentlichen Null-Potential (oder zumindest ein Potential, welches zu klein ist, um eine Entladung aufrechtzuerhalten). Diese Bereiche des Null-Potentials bilden Grenzen für die Glimmentladung. Obschon die Blockierelektroden 45 in Fig. 8 als in vertikaler Richtung segementierte Elektroden dargestellt sind, könnte auch in jeder Spalte zwischen den X-Elektroden eine einzige Elektrode vorgesehen sein.

Für eine weitergehende Separierung der Erhaltungs-Schaltung einerseits und der Schreib/Lösch-Schaltung andererseits kann jeder Anzeigezelle eine vierte Elektrode hinzugefügt werden, wie es aus dem Grundriß in Fig. 10 und der einen Teil einer Plasmaanzeigevorrichtung darstellenden Querschnittansicht in Fig. 11 hervorgeht. Zu Anschauungszwecken ist lediglich ein Abschnitt des Feldes dargestellt, jedoch sind bei einer in der Praxis Anwendung findenden Ausführungsform sehr viele Anzeigezellen vorgesehen. Auch hier enthält das obere Substrat 50 ein Feld von parallelen Elektroden X′₁, X′₂ und X′₃, die in der dielektrischen Schicht 51 auf der Oberfläche eingebettet sind. Bei dieser Ausführungsform jedoch sind die auf dem unteren Substrat 52 ausgebildeten und von der dielektrischen Schicht 53 abgedeckten Elektroden in mehrere Gruppen von drei parallelen Elektroden unterteilt, hier in Gruppen Y′₁, Y′₂, Y′₃ und Y′₄, Y′₅, Y′₆. Bei einem solchen Aufbau kann man ein Erhaltungssignal an zwei der drei Elektroden in jeder Anzeigezelle legen, beispielsweise an die Elektroden Y′₂ und Y′₃ sowie Y′₅ und Y′₆, um die Glimmentladung zwischen diesen Elektroden aufrechtzuerhalten. Die dritte Elektrode, z. B. Y′₁ und Y′₄ läßt sich zusammen mit der entsprechenden X′-Elektrode zur Auswahl der gewünschten Kreuzpunktzone zwecks Einleitung oder Löschung der Glimmentladung durch Übertragung der Ladung zwischen der dritten Elektrode und der X′-Elektrode und einer späteren Übertragung der Ladung von der X′-Elektrode zu einer der anderen Y′-Elektroden in der Anzeigezelle verwenden, wie es im obigen Beispiel der Fall war. Ein dritter Schritt könnte sich an die Übertragung der Ladung von der dritten Elektrode zu der verbleibenden Y′-Elektrode an dem Kreuzpunkt anschließen, um eine ausreichende Wandspannung über den zwei Erhaltungselektroden zu erzeugen. Die Löschung kann in der gleichen Abfolge mit der Zufuhr kleinerer Impulse kürzerer Dauer erfolgen, so daß die Ladung über jeder Elektrode wie im vorhergehenden Beispiel neutralisiert wird. Wiederum können über den Erhaltungselektroden Y′₂ und Y′₃ sowie Y′₅ und Y′₆ Blockierelektroden 54 gebildet werden, die kapazitiv an die Erhaltungselektroden gekoppelt werden, um das Streuen der Glimmentladung in benachbarte Anzeigezellen zu verhindern. Fig. 12 zeigt typische Formen von Spannungen, die an die Elektroden gelegt werden können, um eine Glimmentladung in der Anzeigezelle einzuleiten oder zu löschen, welche die Elektroden X′₁, Y′₁, Y′₂ und Y′₃ enthält.

Claims

1. Wechselstrombetriebene Plasmaanzeigevorrichtung mit folgenden Merkmalen:

a) auf einer Oberfläche eines ersten Substrats (10) ist ein erstes Feld gepaarter Elektroden (Y₁ bis Y₆) angeordnet und mit einer dielektrischen Schicht (25) bedeckt,
b) in einer in Abstand über dem ersten Feld gepaarter Elektroden (Y₁ bis Y₆) befindlichen Ebene ist ein zweites Feld paralleler, zu den gepaarten Elektroden (Y₁ bis Y₆) des ersten Feldes quer verlaufender Elektroden (X₁ bis X₃) angeordnet,
c) im Bereich der Kreuzungsstellen zwischen den gepaarten Elektroden (Y₁ bis Y₆) des ersten Feldes und den Elektroden (X₁ bis X₃) des zweiten Feldes ist in einem Glimmentladungsgas eine Vielzahl von Anzeigezellen (31 bis 39) gebildet, wobei die Einleitung, Aufrechterhaltung und Löschung der Anzeige durch Anlegen von Spannungen an die einzelnen Elektroden erfolgt,

dadurch gekennzeichnet,
daß das zweite Feld von Elektroden (X₁ bis X₃) auf einer der dielektrischen Schicht (25) zugewendeten Seite eines zweiten Substrats (26) angeordnet und mit einer weiteren dielektrischen Schicht (30) bedeckt ist, wobei zwischen den beiden dielektrischen Schichten (25, 30) ein das Glimmentladungsgas enthaltender Zwischenraum gebildet ist,
daß an die gepaarten Elektroden (Y₁ bis Y₆) des ersten Feldes eine erste Spannung (+V_sus) als Aufrechterhaltungsspannung anlegbar ist,
und daß an ausgewählte Elektroden (Y₁ bis Y₆ bzw. X₁ bis X₃) des ersten und zweiten Feldes zweite Spannungen (+Vw₁, +Vw₂) zur Einleitung einer Plasmaentladung bzw. eine zweite Spannung (+Ve₁) zum Löschen einer Plasmaentladung in zugehörigen Anzeigezellen anlegbar sind.

2. Wechselstrombetriebene Plasmaanzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen jedem Paar von Elektroden (Y′₁, Y′₃; Y′₄, Y′₆) des ersten Feldes eine dritte Elektrode (Y′₂, Y′₅) angeordnet ist und daß zwischen je einer Elektrode des ersten und des zweiten Feldes die jeweils zweite Spannung (+Vw₁, +Vw₂ bzw. +Ve₁) und an die verbleibenden Elektroden des ersten Feldes die erste Spannung (+V_sus) anlegbar ist (Fig. 10).

3. Wechselstrombetriebene Plasmaanzeigevorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an die Elektrodenpaare des ersten Feldes Blockierelektroden (45 in Fig. 8, 54 in Fig. 10) kapazitiv gekoppelt sind, die zwischen den einzelnen Anzeigezellen liegen und die Fortpflanzung von Glimmentladungen zwischen ihnen verhindern (Fig. 9, 11).

4. Wechselstrombetriebene Plasmaanzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einleitung einer Glimmentladung mit Hilfe der zweiten Spannung an eine ausgewählten Anzeigezelle ein Spannungsimpuls (+Vw₁) einer Polarität an eine zugehörige Elektrode (X₂) des zweiten Feldes und ein Spannungsimpuls (-Vw₁) entgegengesetzter Polarität an eine zugehörige erste Elektrode (Y₄) des ersten Feldes anlegbar ist, wobei die beiden Spannungsimpulse (+Vw₁, -Vw₁) die Zündung einer Glimmentladung und die Ansammlung von Ladungen entgegengesetzter Polarität an den entsprechenden Stellen der beiden dielektrischen Schichten (25, 30) über den beiden Elektroden (X₂, Y₄) hervorrufen, und daß nach Beendigung der beiden Spannungsimpulse (+Vw₁, -Vw₁) an eine zweite Elektrode (Y₃) des ersten Feldes ein weiterer Spannungsimpuls (+Vw₂) anlegbar ist, der die gleiche Polarität hat wie der zuvor an die Elektrode (X₂) des zweiten Feldes angelegte Spannungsimpuls (+Vw₁) und der ausreichend groß ist, um die im Bereich der Elektrode (X₂) des zweiten Feldes angesammelten Ladungen zu dem Abschnitt der dielektrischen Schicht (25) zu übertragen, der sich über der zweiten Elektrode (Y₃) des ersten Feldes befindet (Fig. 2, 3, 4, 7).