Technischer Bereich
-
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Systeme, die aus
Datenspeicherelementen aufgebaut sind, und insbesondere auf
Einrichtungen zur Adressierung einer Anordnung derartiger
Speicherelemente unter Einsatz eines ionisierbaren Gases,
welches durch eine Wechselstromenergiequelle angeregt wird.
Hintergrund der Erfindung
-
Systeme, die Datenspeicherelemente einsetzen, umfassen
beispielsweise Videokameras und Bildanzeigen. Solche Systeme
setzen eine Adressierungsstruktur ein, die den Speicherelementen
Daten zuführt bzw. diese aus ihnen abruft. Ein System dieses
Typs, auf das ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
insbesondere abzielt, ist eine allgemein einsetzbare flache
Anzeigetafel, deren Speicher- oder Anzeigeelemente
Lichtmusterdaten speichern. Eine flache Anzeigetafel umfaßt mehrere
Anzeigeelemente, die über die Sichtfläche der Anzeigeoberfläche
verteilt sind. Ein Anzeigesystem mit flacher Anzeigetafel ist
wünschenswert, da es zur Erzeugung eines Anzeigebildes nicht
notwendigerweise eine Kathodenstrahlröhre benötigt. Eine
Kathodenstrahlröhre ist wegen ihrer Größe, Zerbrechlichkeit und
der Notwendigkeit einer Hochspannungstreiberschaltung
unerwünscht.
-
Bei einem Typen von Anzeigesystemen mit flacher
Anzeigetafel wird eine Adressierungsstruktur eingesetzt, durch die
direkter Mehrfachbetrieb (Multiplexing) mehrerer in einer
Gruppierung angeordneter Flüssigkristallzellen oder
Anzeigeelemente erreicht wird. Jede dieser Flüssigkristallzellen liegt
zwischen einem Paar elektrischer Leiter, die wahlweise
Auswahlbzw. Nicht-Auswahlspannungssignale an die Flüssigkristallzelle
anlegen, um eine Änderung ihrer optischen Eigenschaften und
damit der Helligkeit des erzeugten Anzeigebildes zu bewirken.
Ein Anzeigesystem dieses Typs wird als "passiv" gekennzeichnet,
da keine "aktive" elektronische Vorrichtung mit der
Flüssigkristallzelle zusammenwirkt, um deren elektro-optische
Eigenschaften zu ändern. Ein solches Anzeigesystem hat an den
Nachteil, daß es nur zur Implementierung mit einer begrenzten
Anzahl adressierbarer Reihen (d.h. bis zu etwa 250)
Videoinformation oder Daten zur Entwicklung eines Anzeigebildes
befähigt ist.
-
Ein Hilfsmittel zur Erhöhung der Anzahl adressierbarer
Datenzeilen in einem Flüssigkristallanzeigesystem besteht in dem
Einsatz einer Adressierungsstruktur, bei der eine separate
elektronische Vorrichtung mit jeder einzelnen
Flüssigkristallzelle zusammenwirkt, um die effektive Nicht-Linearität ihrer
elektro-optischen Reaktion auf die Auswahl- und
Nicht-Auswahlspannungssignale zu erhöhen. Einige der Adressierungstechniken
mit sogenannten "Zweifachanschluß"-Vorrichtungen zeichnen sich
durch die obenbeschriebene Wirkungsweise aus. Obwohl zwar eine
Erhöhung der effektiven Nicht-Linearität eines Anzeigeelementes
eine erweiterte Mehrfachausnutzungsfähigkeit (Multiplexing) in
einer Bilevel-Anzeige ermöglichen kann, bleibt diese Technik mit
vielen Schwierigkeiten beim Erreichen einer Arbeitsweise mit
Grauwertskala verbunden.
-
Die Entwicklung von Anzeigesystemen mit
Flüssigkristallmatrixe, die eine volle Arbeitsweise mit Grauwertskala
aufweisen, hat zum Ziel, eine Adressierungsstruktur
bereitzustellen, die nicht darauf angewiesen ist, die Nicht-Linearitäts-
Funktion aus dem Flüssigkristallmaterial zu beziehen. Eine
Adressierungsstruktur, die eine Matrixe aus elektrisch "aktiven"
Elementen einsetzt, erreicht dieses Ziel, indem sie an jedem
einzelnen Bildelement einen elektronischen Schalter einsetzt,
der von dem Flüssigkristallmaterial getrennt ist. Zur
Entwicklung der erforderlichen Nicht-Linearität und
Anzeigeelementisolierung verwendet die aktive Matrix
Festkörpervorrichtungen
mit zwei oder drei Anschlüssen, die jeder
Flüssigkristallzelle zugeordnet sind. Adressierungsstrukturen, die aus
Vorrichtungen mit zwei Anschlüssen aufgebaut sind, können
verschiedene Diodentypen einsetzen, und Adressierungsstrukturen,
die aus Vorrichtungen mit drei Anschlüssen aufgebaut sind,
können verschiedene Typen von Dünnschichttransistoren (thin film
transistors, TFT) aus unterschiedlichen Halbleitermaterialien
einsetzen.
-
Bei aktiven Matrixen mit zwei oder drei Anschlüssen ergibt
sich u.a. das Problem, daß die sehr große Anzahl von aktiven
Vorrichtungen eine Herstellung der Matrixen in großen Mengen mit
hohem Produktionsertrag sehr erschwert. Ein anderes für TFT-
Vorrichtungen bezeichnendes Problem, besteht in der
Schwierigkeit, Dünnschichttransistoren mit ausreichend hohen
"AUS-Widerständen" (Widerständen im AUS-Zustand). Ein
verhältnismäßig niedriger "AUS-Widerstand" führt zu einem
Anzeigeelement, das die an ihm entwickelte Ladung nicht über den
erforderlichen Zeitraum hinweg halten kann. Ein verhältnismäßig
niedriger "AUS-Widerstand" verringert auch den "AUS-Wider-stands"-
Quotienten, der vorzugsweise über 10&sup6; liegt, um eine zweckmäßige
Arbeitsweise der TFT-Matrix zu unterstützen. TFT-Matrixen setzen
manchmal bei jedem Anzeigeelement einen separaten
Speicherkondensator ein, um die Wirkung eines ungenügend hohen
"AUS-Widerstand" auszugleichen. Der Einsatz von separaten
Speicherkondensatoren steigert jedoch die Komplexität der TFT-
Matrix, in der sie eingebaut sind, und erhöht die
Wahrscheinlichkeit geringerer Produktionserträge. Ein weiteres mögliches
Problem bei einer aktiven Matrix mit Dünnschichttransistoren
besteht darin, daß ein Dünnschichttransistor im Vergleich zu dem
Anzeigeelement verhältnismäßig groß sein kann, da die
Erfordernisse bei "AN"-Strom dazu neigen, die Dimensionen einer
TFT-Vorrichtung zu vergrößern. Dies kann die Lichteffizienz der
Vorrichtung beeinflussen.
-
Eine aus TFT-Vorrichtungen aufgebaute, aktive Matrix ist
imstande, sowohl Schwarzweißbilder wie auch Farbbilder zu
erzeugen. Zur Erzeugung von Farbbildern verwendet die aktive
Matrix einen Farbfilter, der mehrere Gruppen von Flecken in
unterschiedlichen Farben umfaßt, die räumlich nach den
Anzeigeelementen ausgerichtet sind. Eine Gruppe von Anzeigeelementen
mit den nach ihnen ausgerichteten Flecken unterschiedlicher
Farbe definiert daher ein einzelnes Bildpixel.
-
Erste Anzeigensysteme mit Anzeigetafel können auch mit
Anzeigeelementen ausgestattet sein&sub1; die ein ionisierbares Gas
oder Plasma einsetzen, das durch sein Leuchten auf einer
Anzeigeoberfläche leuchtende Gebiete entstehen läßt, deren Farbe
kennzeichnend für das jeweils verwendete Gas ist. Die
leuchtenden Stellen werden wahlweise aktiviert, um so ein Anzeigebild zu
bilden.
-
Bei einem anderen Typen von Anzeigesystemen mit flacher
Anzeigetafel wird ein Plasma zur Erzeugung von Elektronen
eingesetzt, die man nach Beschleunigung auf Phosphor aufprallen
läßt und dadurch einen Leuchtflecken erzeugt. Eine derartige
flache Tafelanzeige hat zwar eine erhöhte Leuchtwerteffizienz,
ihre Herstellung mit großen Anzeigeflächen ist jedoch dann
schwierig und sie erfordert komplexe Treiberschaltungen. Solche
flachen Tafelanzeigen können aus mehreren durch Elektronen
angeregten Phosphoren aufgebaut sein, welche unterschiedliche
Spektralkennzeichen aufweisen, um vielfarbige Bilder zu liefern.
-
Die bei flachen Tafelanzeigen mit Gas-Plasma auftretenden
Probleme sollen angeblich durch den Einsatz von
Gasentladungsanzeigen des Plasmabeuteltypes gemindert werden können. Bei
solchen Anzeigen bewegt sich ein Plasmabeutel, der auf der
Kathodenseite eines Öffnungsisolators erzeugt wird, von einer
Öffnung zur anderen und vollzieht so ein rasterartiges Abtasten.
Die Gasentladungsanzeigen vom Plasmabeuteltyp sind ebenfalls
kompliziert in der Herstellung und neigen zu geringen
Produktionserträgen.
-
Das US-Patent Nr. 4,896,149 von Buzak et al., das auf den
Rechtsnachfolger der vorliegenden Patentanmeldung übertragen
ist, beschreibt eine Adressierungsstruktur, bei der unter
Einsatz eines ionisierbaren gasförmigen Mediums
Datenspeicherelemente adressiert werden, die durch Überlappungsgebiete von
mehreren Spaltenelektroden auf einem ersten Substrat und
mehreren Kanälen auf einem zweiten Substrat definiert sind. Das
erste Substrat wird vom zweiten Substrat durch eine Schicht aus
dielektrischem Material getrennt. Jeder der Kanäle umfaßt eine
Referenzelektrode und eine Reihenelektrode. Die
Referenzelektrode wird geerdet und die Reihenelektrode empfängt
negative Gleichstromimpulssignale zur wahlweisen Ionisierung des
in den Kanälen befindlichen Gases.
-
US 2,847,615 beschreibt eine gasförmige Entladungszelle,
welche ein Paar von Elektroden aufweist, die so angeordnet sind,
daß sie im angeregten Zustand eine Leuchtentladung in der Zelle
bewirken, wobei eine der beiden Elektroden von dem
Entladungsgebiet durch eine Dünnschicht dielektrischen Materials
zur Definition eines Kondensators abgetrennt ist.
Zusammenfassung der Erfindung
-
Die vorliegende Erfindung sieht ein Datenspeichersystem
vor, welches ein analoges Datenspeicherelement und eine
Adressierungsstruktur für das genannte analoge
Datenspeicherelement aufweist, wobei die Adressierungsstruktur ein
ionisierbares gasförmiges Medium beeinhaltet, das mit dem analogen
Datenspeicherelement und einer elektrischen Referenz in
Verbindung steht; und eine Ionisierungsvorrichtung, die zwei
voneinander beabstandete, für den Empfang von Signalen zur
wahlweisen Ionisierung des ionisierbaren gasförmigen Mediums
ausgelegte Elektroden einschließt, zur Bereitstellung einer
unterbrechbaren elektrischen Verbindung zwischen dem
Datenspeicherelement und der elektrischen Referenz, wodurch wahlweise
das analoge Datenspeicherelement adressiert wird, dadurch
gekennzeichnet, daß wenigstens eine der beiden Elektroden mit
einem dielektrischen Material überzogen ist.
-
Die Erfindung sieht ebenfalls ein Anzeigesystem mit einer
Anzeigetafel und einem Datenspeichersystem wie oben beschrieben
vor.
-
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann ein
System vorsehen, bei dem Datenelemente, eingesetzt als Teil
einer Adressierungsstruktur, zur Verwendung kommen, die mit
geringem Kostenaufwand mit hohen Produktionserträgen produziert
werden können.
-
Ausführungsbeispiele der Erfindung können auch eine Methode
vorsehen, bei der unter Einsatz eines ionisierbaren gasförmigen
Mediums ein Datenspeicherelement so adressiert wird, daß Daten
in dieses eingelesen bzw. aus ihm abgerufen werden können.
-
Ausführungsbeispiele der Erfindung sehen desweiteren ein
Anzeigesystem mit flacher Anzeigetafel vor, das zur
Hochgeschwindigkeitsadressierung befähigt ist, ein hohes
Konstrastvermögen aufweist und Speicher- oder Anzeigeelemente aus einem
elektro-optischen Material sowie eine aktive
Adressierungsstruktur hat.
-
Ausführungsbeispiele der Erfindung können auch ein
Anzeigesystem vorsehen, bei welchem ein elektro-optisches
Material mit einem ionisierbaren Gas zusammenwirkt und so
adressierbare Datenspeicherelemente bildet.
-
Ausführungsbeispiele der Erfindung können auch ein
Anzeigesystem mit guten Farb-, Grauwert- und
Leuchtwerteigenschaften vorsehen.
-
Die vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere auf
eine Vorrichtung zur Adressierung von Datenelementen unter
Einsatz eines ionisierbaren Gases, das durch eine
Wechselstromenergiequelle angeregt wird. Ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung umfaßt eine Adressierungsstruktur, die in der flachen
Anzeigetafel eines Hochauflösungsanzeigesystems ein-gesetzt ist,
welches entweder zur Direktansicht oder zur Projektionsanwendung
eingesetzt werden kann. Das Anzeigesystem umfaßt eine
Anzeigetafel mit einer Anzeigeoberfläche, die aus einer
Anordnung von über die ganze Sichtfläche verteilten
Datenspeicher- oder Anzeigeelementen gebildet ist. Jedes der
Anzeigeelemente umfaßt ein lokalisiertes Volumen ionisierbaren
Gases wie Helium, und ein elektro-optisches Material, wie
nematisches Flüssigkristall, die zusammenwirkend extern
erzeugtes Licht modulieren, welches das Gebiet elektro-optischen
Materials, in dem sich das Anzeigeelement befindet, durchdringt.
-
Die Speicherelemente sind in Spalten und Zeilen angeordnet.
Eine Reihe stellt eine Zeile Videoinformation oder -daten dar.
(Die adressierten Informationen werden im folgenden als "Daten"
bezeichnet.) Die Spalten erhalten die Daten und eine
Datentaktabtastschaltung adressiert die Spalten Reihe für Reihe
durch reihenweises Abtasten.
-
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Anzeigetafel
umfaßt ein erstes und ein zweites Substrat, die sich beide
gegenüberliegen und voneinander beabstandet sind. Mehrere
nichtüberlappende elektrische Leiter, die sich im allgemeinen in
einer ersten Richtung entlang der inneren Oberfläche des ersten
Substrates erstrecken, bilden Spaltenelektroden für daran
angelegte Datentreibersignale. Mehrere nichtüberlappende in die
innere Oberfläche des zweiten Substrates einbeschriebene Kanäle
erstrecken sich entlang der inneren Oberfläche in einer
allgemeinen quer zur ersten Richtung verlaufenden Richtung. Die
erste und die zweite Richtung sind vorzugsweise jeweils nach der
vertikalen oder horizontalen Richtung ausgerichtet. Zwei
Reihenenelektroden, von denen zumindest eine mit einer Schicht
dielektrischen Materials überzogen ist, sind elektrisch
voneinander isoliert und verlaufen längs entlang des Inneren
eines jeden Kanals und empfangen negative, phasenverschobene,
zwischen ihnen angewendete Datentaktspannungssignale. Jeder der
Kanäle ist mit ionisierbarem Gas gefüllt.
-
Bei der Anzeigetafel des ersten Ausführungsbeispieles liegt
eine Schicht aus Material mit elektro-optischen Eigenschaften
und eine Schicht aus dielektrischem Material zwischen den
inneren Oberflächen des ersten und zweiten Substrates, wobei die
Schicht aus dielektrischem Material die Kanäle so überzieht, daß
sie eine Barriere zwischen der Schicht aus elektro-optischem
Material und dem ionisierbaren Gas bildet. Die Anzeigeelemente
sind durch die überlappenden Gebiete der Spaltenelektroden und
der Kanäle definiert und erscheinen als Flecken auf dem
Anzeigeschirm. Die Flecken sind vorzugsweise ausreichend klein
und liegen nah genug beieinander, so daß sie für einen
Betrachter unter normalen Sichtbedingungen nicht einzeln zu
erkennen sind.
-
Die Anzeigetafel ist wie oben beschrieben zusammengesetzt,
so daß das ionisierbare Gas für jedes Anzeigeelement als
elektrischer Schalter fungiert, der in Reaktion auf ein
angelegtes Datenabtastspannungssignal zwischen einem leitenden
oder Plasmazustand und einem nichtleitenden oder
nichtionisierten Zustand umschaltet. Die Größe des Datentreibersignales auf
den Spaltenelektroden korrespondiert mit der Leuchtstärke des
Anzeigebildes.
-
Immer wenn sich ein Gebiet mit ionisiertem Gas im leitenden
Zustand befindet, läßt dieses eine Datenspannung mit einer einem
Datentreibersignal entsprechenden Größe sich über dem
Flüssigkristallmaterial entwickeln in einem Gebiet, das räumlich
nach dem Gebiet mit dem ionisierten Gas ausgerichtet ist. Immer
wenn das Gebiet mit nichtionisiertem Gas auf den
nichtionisierten Zustand umschaltet, läßt es das räumlich
ausgerichtete Gebiet aus Flüssigkristallmaterial die
Datenspannung über diesem Gebiet eine Zeit lang halten. Das
ionisierbare Gas dient daher zur Auswahl und Speicherung der Daten
über dem Flüssigkristallmaterial und liefert damit ein
Anzeigesystem mit Grauwertskalafähigkeit.
-
Das Umschalten des ionisierbaren Gases zwischen leitendem
und nichtleitendem Zustand in der Anzeigetafel moduliert die
Lichtübertragung durch ein Anzeigeelement. Die Modulation der
Lichtübertragung hängt ab von der Größe des angewendeten
Datentreibersignales. Ein monochromes oder schwarz-weißes
Anzeigesystem mit Grauwertskalaleuchteigenschaften kann unter
Verwendung einer Anzeigetafel implementiert werden. Ein
Vollfarbanzeigesystem mit steuerbarer Farbintensität kann
dadurch implementiert werden, daß innerhalb des Schwarz-Weiß-
Anzeigesystems ein Farbfilter positioniert wird, der mehrere
Gruppen von Flecken in den drei Grundfarben enthält, die
räumlich mit den Anzeigeelementen ausgerichtet sind. Eine Gruppe
von drei räumlich nach einer Gruppe von Flecken ausgerichteten
Anzeigeelementen stellt daher ein Bildpixel dar, dessen Farbe
bestimmt ist von der relativen Intensität der Flecken in der
Gruppe.
-
Das Treiben von Reihenelektroden, die so zusammengesetzt
sind, daß zumindest eine von ihnen von dem Gas durch eine
dielektrische Beschichtung isoliert ist, verhindert
Überstromaufnahme in bestimmten Gebieten entlang des Kanalverlaufs und
fördert dadurch ein einheitliches Leuchten des ionisierbaren
Gases.
-
Das Anzeigesystem der vorliegenden Erfindung ist dazu in
der Lage, volldynamische Grauwertskalabilder über einen breiten
Bereich von Bildraten zu ergeben und liefert damit eine Anzeige
hoher Qualität. Das Anzeigesystem ist insbesondere deshalb
vorteilhaft, weil sein Aufbau einfach und robust ist und es eine
Adressierung von mindestens 3.000 Datenzeilen bei 60 Hz Bildrate
auf dem Anzeigeschirm ermöglicht.
-
Zusätzliche Gegenstände und Vorteile der vorliegenden
Erfindung werden aus der detaillierten Beschreibung eines
bevorzugten Ausführungsbeispiels ersichtlich, die unter
Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen fortfährt.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
-
Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer
Vorderansicht der Anzeigeoberfläche einer Anzeigetafel und der
zugeordneten Treiberschaltung eines Anzeigesystems als
Ausführung der vorliegenden Erfindung.
-
Fig. 2 ist eine vergrößerte, bruchstückartige isometrische
Ansicht, die die Schichten von Strukturbestandteilen zeigt, die
die Anzeigetafel in Ausführung der vorliegenden Erfindung
entsprechend der linken Seitenansicht in Fig. 1 bilden.
-
Fig. 3 ist eine vergrößerte, bruchstückartige
Vorderansicht, bei der Teile herausgebrochen sind, zur Darstellung von
unterschiedlich tiefen Ansichten vom Inneren der Anzeigetafel
von Fig. 2.
-
Fig. 4. ist eine vergrößerte Schnittansicht entlang der
Linien 4--4 von Fig. 3.
-
Fig. 5 ist eine vergrößerte Schnittansicht entlang der
Linien 5--5 von Fig. 3.
-
Fig. 5A zeigt bevorzugte Wellenformen von
Wechselstromtreiberspannungen A and B, die eine Ionisierung des in den
Kanälen der Anzeigetafel von Fig. 2-5 befindlichen Gases
bewirkt.
-
Fig. 6 ist eine äquivalente Schaltung und zeigt, wie bei
einem Anzeigesystem das Plasma als Schalter wirkt für eine
beispielhafte Reihe, die einen Datenabtastimpuls empfängt, und drei
beispielhafte Datenspalten, die ein Datenantreibersignal
empfangen.
-
Fig. 7 ist eine schematisch Darstellung der verschiedenen
zeitlichen Abhängigkeiten, die die Höchstanzahl von Datenzeilen
bestimmen, die durch ein Anzeigesystem in Ausführung der
vorliegenden Erfindung adressierbar sind.
-
Fig. 8 ist eine graphische Darstellung des
Vergleichsverhältnisses von Datenerfassungszeiten von Neongas und Heliumgas
als Funktion des Stromes, der zwischen den in den Kanälen der
Anzeigetafel der Figuren 2-5 liegenden Elektroden fließt.
-
Fig. 9 ist eine graphische Darstellung der unterschiedlich
große Datenabtastimpulse der Plasmaverfallszeiten für Heliumgas
als eine Funktion des Stromes, der während des Abtastimpulses
zwischen den Elektroden, die innerhalb der Kanäle der
Anzeigetafel der Figuren 2-5 liegen geflossen ist.
-
Figuren 10 A und 10 B sind schematische Darstellungen von
alternativen Möglichkeiten des elektronischen Schaltungsaufbaus
des in Fig. 1 dargestellten Datenantreibers.
Detaillierte Beschreibung des bevorzugten
Ausführungsbeispieles
-
Fig. 1 zeigt ein Anzeigesystem 10 mit flacher Anzeigetafel,
welches die Adressierungsstruktur beinhaltet und unter
Verwendung des Datenspeichersystemes der vorliegenden Erfindung
die Adressierungmethode ausführt. Unter Bezugnahme auf Fig. 1
umfaßt das Flachtafelanzeigesystem 10 eine Anzeigetafel 12 mit
einer Anzeigeoberfläche 14, die ein Muster enthält, das sich aus
einer rechteckigen ebenen Anordnung von nominell identischen
Datenspeicher- oder Anzeigeelementen 16 ergibt, die voneinander
beabstandet sind durch vorgegebene Entfernungen in vertikaler
und horizontaler Richtung. Jedes Anzeigeelement 16 in der
Anordnung stellt die überlappenden Teile von dünnen, schmalen,
in vertikalen Spalten angeordneten Elektroden 18 und länglichen,
schmalen, in horizontalen Reihen angeordneten Kanälen 20 dar.
-
(Die Elektroden 18 werden im folgenden als "Spaltenelektroden
18" bezeichnet.) Die Anzeigeelemente 16 in jeder der Reihen der
Kanäle 20 stellen eine Datenzeile dar.
-
Die Breite der Spaltenelektroden 18 und der Kanäle 20
bestimmen die Abmessungen der rechteckigen Anzeigeelemente 16.
Die Spaltenelektroden 18 sind auf einer Hauptoberfläche eines
ersten elektrisch nichtleitenden, optisch transparenten
Substrates aufgelegt und die Kanäle 20 sind in eine Hauptoberfläche
eines zweiten elektrisch nichtleitenden, optisch-transparenten
Substrates eingeschrieben, wie nachstehend weiter ausgeführt
wird. Fachkräfte werden zu schätzen wissen, daß bei gewissen
Systemen, wie z.B. eine reflektierende Anzeige, entweder des
Direktsichttypes oder des Projektionstypes, es nur erforderlich
wäre, daß eines der Substrate optisch transparent ist.
-
Spaltenelektroden 18 empfangen Datenantreibersignale des
Analogspannungstypes, die an parallelen Ausgangsleitern 22'
durch verschiedene Ausgangsverstärker 22 (Figuren 2-6) eines
Datentreibers oder einer Treibervorrichtung oder einer
Treiberschaltung 24 entstehen, und die Kanäle 20 empfangen vorzugsweise
phasen-verschobene Datenabtassignale vom
Wechselspannungimpulstyp, die an parallelen Paaren der Ausgangsleiter
26' und 27' durch jeweils verschiedene Ausgangsverstärker 26 und
27 (Figuren 2-6) einer Datenabtast- oder Abtastvorrichtung oder
Taktschaltung 28 entstehen. Wie nachstehend beschrieben, sind
die Ausgangsleiter 26' und 27' mit innerhalb der Kanäle 20
befindlichen jeweiligen Reihenelektroden 62 und 30 verbunden.
(Die Elektroden 30 und 62 werden im folgenden als
"Reihenelektroden 30 und 62" bezeichnet.) Es kann wünschenswert
sein, bekannte Techniken wie Mehrfachbetrieb (Multiplexen)
anzuwenden, um die Anzahl der Ausgangsverstärker 26 und 27 zu
reduzieren. Bestimmte Mehrfachbetriebstechniken zur Verminderung
der Anzahl der Reihenelektrodentreiber sind im vorstehend
erwähnten U.S. Patent Nr. 4,896,149 beschrieben.
-
Um ein Bild auf der gesamten Anzeigeoberfläche 14
zusammenzusetzen, setzt das Anzeigesystem 10 eine
Abtaststeuerungsschaltung 32 ein, die die Funktionen seines
Datentreibers 24 und seiner Datenabtastvorrichtung 28 aufeinander
abstimmt, so daß alle Spalten der Anzeigelemente 16 der
Anzeigetafel 12 Reihe für Reihe im Reihenabtastmodus adressiert werden.
Bei der Anzeigetafel 12 können elektro-optische Materialien
unterschiedlichen Types zum Einsatz kommen. Wenn beispielsweise
ein Material eingesetzt wird, das den Polarisierungszustand von
einfallenden Lichtstrahlen 33 verändert, wird die Anzeigetafel
12 zwischen einem Paar von lichtpolarisierenden Filtern 34 und
36 (Fig. 2) positioniert, die in Zusammenwirkung mit der
Anzeigetafel 12 die Leuchtstärke des sie durchdringenden Lichtes
verändern. Bei der Verwendung einer Flüssigkristallstreuzelle
als elektro-optisches Material wären jedoch keine
polarisierenden Filter 34 und 36 erforderlich. Ein Farbfilter
(nicht dargestellt) kann innerhalb der Anzeigetafel 12 liegen
und vielfarbige Bilder steuerbarer Farbintensität entwickeln.
Bei einer Projektionsanzeige kann Farbdarstellung auch durch
Verwendung von drei getrennten monochromen Tafeln 10, von denen
jede eine der Primärfarben steuert, erreicht werden.
-
Unter Bezugnahme auf die Figuren 2-5 beinhaltet die
Anzeigetafel 12 eine Adressierungsstruktur, die ein im
allgemeinen parallel liegendes Paar von Elektrodenstrukturen 40 und
42 einschließt, die durch eine Schicht 44 elektro-optischen
Materials wie nematisches Flüssigkristall, und eine Dünnschicht
46 dielektrischen Materials wie Glas, Mika oder Plastik
voneinander beabstandet sind. Eine Elektrodenstruktur 40 umfaßt
ein dielektrisches Glassubstrat 48, auf dessen innerer
Oberfläche 50 Spaltenelektroden 18 aus optisch transparentem
Indium-Zinn-Oxid aufliegen und ein Streifenmuster bilden.
Angrenzende Paare von Spaltenelektroden 18 sind um eine
Entfernung 52 voneinander beabstandet, was den horizontalen Raum
zwischen den in einer Reihe nächstliegenden Anzeigeelementen 16
festlegt.
-
Die Elektrodenstruktur 42 umfaßt ein dielektrisches
Glassubstrat 54, in dessen innere Oberfläche 56 mehrere Kanäle
20 mit trapezförmigen Querschnitten eingezogen sind. Die Kanäle
20 haben eine Tiefe 58 gemessen von der inneren Oberfläche 56
zum Grundstock 60. Jeder der Kanäle 20 hat ein Paar dünner,
schmaler Nickelelektroden 30 und 62, die entlang des
Grundstockes 60 verlaufen und ein Paar Innenseitenwände 64, die
in der Richtung vom Grundstock 60 weg zur Oberfläche 56 hin
auseinanderlaufen. Mindestens eine der Reihenelektroden 30 und
62 ist mit einer dünnen Schicht 65 (z.B. 1,0 mil) aus
dielektrischem Material wie Glas überzogen. (Die Schicht 65
überzieht in den Figuren nur die Elektrode 62.) Wahlweise
Schichten 65a aus sekundär elektronenaussendendem Material mit
hoher Emissionsfähigkeit wie Magnesiumoxid bedecken die Schicht
65 auf der Elektrode 62 und Elektrode 30, um die Ionisierung des
in den Kanälen 20 befindlichen Gases zu steigern. Als
Alternative hierzu kann die gesamte Oberfläche eines jeden
Kanales 20 mit einer durchgehenden dünnen Schicht aus
dielektrischem Material überzogen sein, wodurch beide
Reihenelektroden 30 und 62 bedeckt werden.
-
Fig. 5A zeigt die bevorzugte Wellenformen A und B der
Wechselstromtreiberspannung, die an die Reihenelektroden 30 und
62 zur Ionisierung des in Kanal 20 befindlichen Gases angelegt
wird. Spannungswellenformen A und B, die bei den jeweiligen
Reihenelektroden 30 und 62 angelegt werden, sind
phasenverschobene, nichtüberlappende, negative
Spannungsimpulsreihen, die zwischen einer 0,0 Volt Referenz und -250 Volt
abwechseln. Die bevorzugte Treiberspannungsanordnung stellt
sicher, daß zu jedem Zeitpunkt wenigstens eine der
Reihenelektroden 30 und 62 die Vergleichsspannung empfängt.
Spannungswellenformen A und B schließen negative Impulse ein, um
sicherzustellen, daß der Zustand hoher Spannung für jede von
ihnen derselbe ist, d.h. daß jede von ihnen die gleiche hohe
Referenzspannung hat. Der Grund für die Verwendung von
Mehrfachimpulsen liegt in der Unwahrscheinlichkeit, daß ein
einzelner Impuls die Ionisierung des ionisierbaren Gases während
einer Reihenabtastung zuverlässig aufrechterhalten kann. Fig. 5A
zeigt vier zwei Mikrosekunden Spannungsimpulse während einer
Reihenabtastperiode, wobei drei der Impulse auf einer und zwei
auf der anderen Wellenform A und B gezeigt sind; und die
Anfangsimpulse der Spannungswellenformen A und B können
negativer sein als der nominelle Wert von -250 Volt, um den
Ionisierungsprozess einzuleiten.
-
Vorzugsweise würde die Dauer des Ionisierungszustandes so
gering wie möglich gehalten werden, entweder durch Verringern
der Impulsbreiten oder durch Vermindern ihrer Anzahl. Wenn eine
der Reihenelektroden 30 und 62 in einem Kanal 20 nicht mit einer
dielektrischen Schicht 65 beschichtet ist (d.h. Elektrode 30 in
dem beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiel), ist es
wünschenswert, daß die unbeschichtete Reihenelektrode den
letzten Impuls der Impulsreihe zur Ionisierung des innerhalb des
Kanals befindlichen Gases empfängt. Dies würde bewirken, daß der
letzte die Ionisierung bewirkende Impuls einen direkten
elektrischen Pfad zum Referenzpotential nach Beendigung des
Ionisierungszustandes bereitstellt.
-
Die Verwendung der dielektrischen Schicht 65 und der
Wechselspannungswellenformen A und B zur Ionisierung des Gases
innerhalb eines Kanales 20 ist aus mehreren Gründen von Vorteil.
Zum ersten bildet die dünne dielektrische Schicht 65 zusammen
mit den Reihenelektroden 30 und 62 und den Spaltenelektroden 18
kleine Kondensatoren, die als Erreger für das ionisierbare Gas
fungieren, so daß sich ein einheitlicheres Leuchten innerhalb
eines Kanals 20 entwickelt. Die kleinen Kondensatoren verhindern
übermäßiges Fließen von Strom in Gebiete mit uneinheitlicher
Verteilung der Widerstände, die durch das in einem Kanal 20
enthaltene Gas erzeugt werden, um Überstromaufnahme in solchen
Gebieten der Uneinheitlichkeit zu verhindern und dadurch das
einheitlicheres Leuchten zu gewährleisten.
-
Zweitens ist die Bestandszeit eines wie vorstehend
beschrieben angeregten ionisierbaren Gases typischerweise größer
als die eines ionisierbaren Gases, das sich in einem Kanal
befindet, der kein dielektrisches Material, das die
Reihenelektroden 30 und 62 überzieht, einschließt.
-
Drittens kann die Verwendung eines ionisierbaren Gases, das
wie vorstehend beschrieben angeregt wird, einen größeren
Betriebstemperaturbereich haben, da eine Quecksilberbeschichtung
der Reihenelektroden nicht notwendig ist. Quecksilber wird als
Beschichtung für die Reihenelektroden verwendet, die nicht von
einer Schicht dielektrischen Materials überzogen sind, um ein
Zerstäuben während der Anregung des ionisierbaren Gases zu
verhindern. Zerstäuben führt zu Kathodenerosion und die
Verwendung von Quecksilber verringert diese Wirkung. Bei
niederen Temperaturen kann die Wirksamkeit der Verwendung von
Quecksilber zur Verhinderung von Zerstäuben jedoch abnehmen.
-
Es ist schätzenswert, daß sowohl mit wie auch ohne die
Verwendung einer kontinuierlichen Dünnschicht aus Magnesiumoxid,
die die dielektrisch beschichtete Elektrode 62 überzieht, ein
Kanal 20 mit ausreichender Ionisierung bereitgestellt werden
könnte, um den Einsatz eines einzelnen
Impulsabtasttreibersignals zuzulassen. (Unter solchen Bedingungen muß
nur die Kathodenschicht mit einer Dünnschicht aus Magnesiumoxid
überzogen werden.) So ein Signal würde abwechselnd an die
Elektroden 30 und 62 angelegt werden, wobei die Elektrode, die
den einzelnen Abtastimpuls nicht empfängt, der mit dem
Referenzpotential verbunden ist. Vorstehend wird davon
ausgegangen, daß ein einzelner Taktimpuls ausreicht, um das Gas zu
ionisieren.
-
Die Reihenelektroden 30 und 62 der Kanäle 20 sind mit
jeweils unterschiedlichen Ausgangsverstärkern 27 und 26 (von
denen einige in den Figuren 2 und 3 gezeigt sind) der
Datenabtastvorrichtung 28 verbunden. Um einen guten Betrieb der
Adressierungsstruktur sicherzustellen, werden die
Reihenelektroden 30 und 62 bevorzugt verbunden mit den entsprechenden
Ausgängen 27' und 26' der Datenabtastvorrichtung 28 auf
gegenüberliegenden Seiten der Anzeigetafel 10, wie in Fig. 4
dargestellt.
-
Die Seitenwände 64 zwischen angrenzenden Kanälen 20
bestimmen eine Mehrzahl von Stützstrukturen 66, deren oberste
Oberflächen 56 die Schicht 46 aus dielektrischem Material
tragen. Benachbarte Kanäle 20 sind voneinander beabstandet um eine
Breite 68 des obersten Teilstückes einer jeden Stützstruktur 66,
wobei diese Breite 68 den vertikalen Raum zwischen den nächsten
benachbarten Anzeigeelementen 16 in einer Spalte festlegen. Die
überlappenden Gebiete 70 der Spaltenelektroden 18 und den
Kanälen 20 bestimmen die Abmessungen des Anzeigeelementes 16,
die in Figuren 2 und 3 mit gestrichelter Linie dargestellt sind.
Figur 3 zeigt mit größerer Deutlichkeit eine Anordnung von
Anzeigeelementen 16 und die dazwischenliegenden vertikalen und
horizontalen Zwischenräume.
-
Die Größe der an die Spaltenelektroden 18 angelegten
Spannung setzt den Abstand 52 zur Unterstützung der Isolierung
von benachbarten Spaltenelektroden 18 fest. Der Abstand 52 ist
typischerweise viel geringer als die Breite der
Spaltenelektroden 18. Die Neigung der Seitenwände 64 zwischen den
benachbarten Kanälen 20 setzen den Abstand 68 fest, der typischerweise
viel geringer ist als die Breite der Kanäle 20. Die Breite der
Spaltenelektroden 18 und die der Kanäle 20 ist typischerweise
dieselbe und ist abhängig von der gewünschten Bildauflösung, die
durch die Anzeigeanwendung festgelegt ist. Es ist wünschenswert,
die Abstände 52 und 68 so gering wie möglich zu halten. In
gegenwärtigen Modellen der Anzeigetafel 12 ist die Kanaltiefe 58
halb so groß wie die Kanalbreite.
-
Aus nachstehend erläuterten Gründen ist jeder der beiden
Kanäle 20 mit einem ionisierbaren Gas gefüllt, vorzugsweise mit
einem, welches Helium beinhaltet. Eine Schicht 46 aus
dielektrischem Material fungiert jedoch als eine
Isolationsbarriere zwischen dem innerhalb des Kanales 20 befindlichen Gas
und der Schicht 44 aus Flüssigkristallmaterial. Das
Nichtvorhandensein der dielektrischen Schicht 46 würde entweder das
Flüssigkristallmaterial in den Kanal 20 fließen lassen oder zur
Verunreinigung des Flüssigkristallmaterials durch das
ionisierbare Gas führen. Aus Anzeigen, die festes oder
eingekapseltes elektro-optisches Material einsetzen, kann jedoch die
dielektrische Schicht 46 weggelassen werden.
-
Die dem Betrieb der Anzeigetafel 12 zugrundeliegenden
Prinzipien sind, daß 1) jedes ihrer Anzeigeelemente 16 als ein
Abtastkondensator fungiert für analoge Spannungsdaten, die an
die Spaltenelektrode 18 als Teil des Anzeigeelementes angelegt
sind und daß 2) das ionisierbare Gas als Abtastschalter
fungiert. Fig. 6 ist eine äquivalente Schaltung, auf die sich die
folgende Erklärung des Betriebes des Anzeigesystems 10 bezieht.
-
Mit Bezug auf Figur 6 kann jedes der Anzeigeelemente 16 der
Anzeigetafel 12 als ein Kondensator 80 (nachstehend
"Kondensatormodell 80") modelliert sein, dessen obere Platte 82 eine
der Spaltenelektroden 18 (Fig. 2) darstellt und dessen untere
Platte 86 die freie Oberfläche 88 (Fig. 2) der Schicht 46 des
dielektrischen Materials darstellt. Das Kondensatormodell 80
stellt die kapazitive Flüssigkristallzelle dar, die aus einem
Überlappungsgebiet einer Spaltenelektrode 18 und eines Kanals 20
gebildet wird. Der hier beschriebene Betrieb des Anzeigesystems
10 bezieht sich auf das Kondensatormodell 80.
-
In Übereinstimmung mit dem Grundverfahren der Adressierung
erfaßt Datentreiber 24 eine erste Zeile von Daten, die diskrete
Abtastungen der zeitlich variierenden Spannung des analogen
Datensignales in einem Zeitinterval vorbestimmter Dauer
darstellt. Die Abtastung der Datensignalgröße zu einem
bestimmten Zeitpunkt innerhalb des Zeitintervals stellt die
Größe der analogen Spannung dar, die an ein Kondensatormodell 80
in einer entsprechenden Spaltenposition der Abtastimpulse
empfangenden Reihenelektroden 30 und 62 angelegt ist.
Datentreiber 24 entwickelt an seinen Ausgangsleitern 22' die
analogen Spannungen, die an Spaltenelektrode 18 angelegt werden.
In Fig. 6 liefern vier als Beispiele dienende Ausgangsverstärker
22 des Datentreibers 24 analoge Spannungen positiver Polarität
mit Bezug auf das elektrische Referenzpotential (d.h. 0,0 Volt
wie in Fig. 5A angeführt) an die jeweiligen Spaltenelektroden
18, an die sie angeschlossen sind. Das Anlegen einer positiven
Spannung an eine Spaltenelektrode 18 induziert auf der freien
Oberfläche 88 (Fig. 2) der Schicht 46 des dielektrischen
Materials eine Spannung, die im wesentlichen der Größe der
angelegten Spannung gleichkommt. Das bewirkt keine Veränderung
in der Potentialdifferenz über dem Kondensatormodell 80 und wird
in Fig. 6 durch eine obere Platte 82 und eine untere Platte 86
mit weißen Oberflächen dargestellt.
-
Zu diesem Zeitpunkt ist das in Kanal 20 befindliche Gas in
einem nichtionisierten Zustand und die an den Platten 82 und 86
der Kondensatormodell 80 entwickelte analoge Spannung ist
positiv hinsichtlich des Spannungspotentiales der
Reihenelektroden 30 und 62 im Kanal. Immer wenn die Abtastvorrichtung
28 die phasenverschobenen, negativen Wechselspannungsimpuls-
Wellenformen A und B auf den jeweiligen innerhalb eines Kanals
20 positionierten Reihenelektroden 30 und 62 entwickelt, nimmt
das Gas in dem Kanal einen ionisierten Zustand an (d.h. es wird
ein Plasma). Der Kanal 20, dessen Reihenelektroden die
Abtastimpuls-Wellenformen A und B empfangen, ist in Fig. 6 mit
dunklen, fetten Linien dargestellt. Unter diesen Bedingungen
fungieren die Reihenelektroden abwechslungsweise als Anode und
Kathode für das innerhalb des Kanals befindliche Gas.
-
Die Elektronen im Plasma neutralisieren die induzierte
positive Spannung an den unteren Platten 86 des
Kondensatormodells 80. Das Kondensatormodell 80 in der abgetastete Reihe
sind mit den an ihnen anliegenden Datenspannungen geladen. Diese
Bedingung ist in Fig. 6 durch obere Platten 82 mit weißen
Oberflächen und untere Platten 86 mit linierten Oberflächen
angezeigt. Nach vollendeter Speicherung der Datenspannungen an
den Kondensatormodell 80 beendet die Datenabtastvorrichtung 28
die negativen Spannungsimpulse der Wellenformen A und B an den
Reihenelektroden 30 und 62 des abgetasteten Kanals 20, wodurch
der Abtastimpuls beendet wird und das Plasma erlischt.
-
Jedes der Reihenelektrodenpaare 30 und 62 eines Kanales 20
wird auf ähnliche Weise abgetastet bis die gesamte
Anzeigenoberfläche 14 gänzlich adressiert ist und speichert dadurch ein
Datenbildfeld. Die Spannung bleibt an jedem der beiden
Kondensatormodelle 80 in der abgetasteten Reihe gespeichert für
einen Zeitraum, der mindestens der Dauer des Bildfeldes
entspricht und ist unabhängig von späteren Veränderungen der
Datenspannung, die an der oberen Platte 82 des
Kondensatormodells 80 anliegt. Die an jedem der beiden Kondensatormodelle
80 gespeicherten Spannung ändert sich in Übereinstimmung mit den
analogen Datenspannungen, die die Anzeigendaten des
nächstfolgenden Bildfeldes darstellen.
-
Bei einem Anzeigesystem 10, dessen Bildfelder ein Format
ohne Zeilensprung aufweisen, haben die an die Spaltenelektroden
18 im nächstfolgenden Bildfeld angelegte Spannungen
entgegengesetzte Polarität. Das Abwechseln zwischen positiver und
negativer Polarität von einem Bildfeld zum nächsten liefert eine
langfristige Netz-Gleichstromspannungskomponente von null, die
typischerweise für den langfristigen Betrieb von
Flüssigkristallmaterialien erforderlich ist. Das
Flüssigkristallmaterial erzeugt die Grauwertskalawirkung als Reaktion
auf den Effektivwert der angelegten analogen Datenspannung. Das
erzeugte Anzeigebild bleibt daher vom Wechseln der Polarität der
analogen Datenspannung unbeeinflußt. Bei einem Anzeigesystem 10,
dessen Bildfelder ein Format mit Zeilensprung aufweisen, haben
die analogen Datenspannungen, die an den Spaltenelektroden 18 in
den nächstfolgenden Bildfeldern anliegen, entgegengesetzte
Polarität, um eine langfristige Netz-
Gleichstromspannungskomponente von null zu erreichen. Jeder
Bildrahmen umfaßt zwei Bildfelder (Halbbildern), von denen jedes
die Hälfte der Anzahl adressierbarer Zeilen beinhaltet.
-
Die oben dargelegte Beschreibung deutet darauf hin, daß das
ionisierbare Gas, das innerhalb eines jeden Kanales 20 enthalten
ist, als elektrischer Schalter 90 fungiert, dessen
Kontaktstellung wechselt zwischen drei Schaltzuständen als eine
Funktion der die Datenabtastvorrichtung 28 angelegten Spannung.
Die Verbindung zwischen den Schaltern 90, in Fig. 6 in offener
Stellung dargestellt, und den Reihenelektroden 30 und 62, die
nicht durch Abtastimpulse getrieben werden, ist unterbrochen.
Dadurch daß kein Abtastpuls vorhanden ist, kann sich das Gas
innerhalb der Kanäle 20 in einem nichtionisierten und somit
nichtleitenden Zustand befinden. Die Schalter 90, in Fig. 6 in
geschlossener Stellung dargestellt, werden abwechselnd mit einem
Pol 90a der Reihenelektrode 30 und einem Pol 90b einer
Reihenelektrode 62 in Übereinstimmung mit Abtast-impuls A und B
(Fig. 5A) verbunden, die an die jeweiligen Reihenelektroden 30
und 62 angelegt wird. Die Wechselstromimpulse der Wellenformen
A und B sind von einer Größe, die bewirkt, daß das Gas innerhalb
des Kanals 20 einen ionisierten und damit leitenden Zustand
einnimmt. Beispielsweise ist der Schalter 90 mit Pol 90a
verbunden, wenn Wellenform A und B bei 0,0 Volt bzw. -250 Volt
liegen. Entsprechend ist Schalter 90 mit Pol 90b verbunden, wenn
Wellenform A und B bei -250 Volt bzw. 0,0 Volt liegen. In Fig.
6 tastet ein Satz von Verstärkern 26 und 27, dargestellt in der
Mitte der drei Sätze von Ausgangsverstärkern 26 und 27 der
Datenabtastvorrichtung 28, eine Reihe von Kondensatormodellen ab
80, um Anzeigendatenspannungen an ihnen aufzubauen und zu
speichern.
-
Um als Schalter zu fungieren, steht das ionisierbare Gas
innerhalb der Kanäle 20 unterhalb der Elektrodenstruktur 40 in
Verbindung mit einer Schicht 46 des dieelektrischen Materials
und bereitet damit einen elektrisch leitenden Pfad von der
Schicht 46 des Materials zur Elektrodenschicht 65 des
dielektrischen Materials, das die Referenzspannung überzieht (d.h. die
eine der Reihenelektroden 30 und 62, die den
Referenzspannungspegel zu einem bestimmten Zeitpunkt empfängt). Das
Plasma in einem Kanal 20, dessen Reihenelektroden Abtastimpulse
empfangen, liefert einen Pfad mit Wechselstromerdung für das
Kondensatormodell 80, das den Anteil des
Flüssigkristallmaterials darstellt, welcher an das Plasma angrenzt. Dies
ermöglicht den Kondensatormodellen 80, die an die
Spaltenelektroden 18 angelegten analogen Datenspannungen abzutasten.
Die Löschung des Plasmas bewirkt die Beseitigung des leitenden
Pfades und ermöglicht es dadurch, die Abtastdaten auf dem
Anzeigeelement zu halten. Die Spannungen bleiben auf der Schicht
44 des Flüssigkristallmaterials gespeichert bis die Spannungen,
die eine neue Datenzeile in einem darauffolgenden Bildfeld
darstellen, sich auf der Schicht 44 entwickeln. Die oben
beschriebene Adressierungsstruktur und -technik liefern an jedes
der Anzeigeelemente 16 Signale mit einem Tastverhältnis von im
wesentlichen 100 %.
-
Fig. 7 ist eine schematische Darstellung der zeitlichen
Abhängigkeiten, die die Anzahl der Datenzeilen begrenzen, die
von dem Anzeigesystem 10 während eines Bildfeldes adressiert
werden können. Bezüglich Fig. 7 benötigt die Beispielsdatenreihe
"n" einen Zeitraum 92 zur Ausbildung des Plasmas nachdem die
Reihenelektroden 30 und 62 des abgetasteten Kanals 20
Abtastimpulse empfangen haben. Die Plasmaausbildungszeit 92 kann
als Faktor für die Einschränkung der Anzahl adressierbarer
Zeilen in einem Bildfeld im wesentlichen ausgeschaltet werden,
indem der Abtastimpuls bereits im voraus während der
vorhergehenden Zeile n-1 eingeleitet wird. Bei einem bevorzugten
Ausführungsbeispiel beträgt die Plasmaausbildungszeit 92 für
Heliumgas nominell 1,0 Mikrosekunden.
-
Die Datenerstellungszeit 96 stellt den Zeitraum dar,
während dem der Datentreiber 24 zwischen den Datenwerten zweier
nebeneinanderliegender Datenzeilen umstellt und an den
Ausgangsverstärkern 22 die analogen Spannungssignale, die an die
Spaltenelektroden 18 angelegt werden, entwickelt. Die
Datenerstellungszeit 96 ist eine Funktion des elektronischen
Schaltkreises, der zur Implementierung des Datentreibers 24
verwendet wird. Es ist möglich eine Datenerstellungszeit 96 von
weniger als 1,0 Mikrosekunden zu erreichen.
-
Die Datenerfassungszeit 98 ist abhängig von der
Leitfähigkeit des ionisierbaren Gases innerhalb der Kanäle 20. Fig. 8 ist
eine graphische Darstellung, die die Datenerfassungzeit 98 als
eine Funktion des Plasmastromes zeigt, der zu jedem Zeitpunkt
zwischen der Referenzreihenelektrode (d.h., die ein 0,0 Volt
Signal erhält) und der Abtastreihenelektrode (d.h., die ein
Wechselstromabtastimpuls erhält) in einem Kanal 20 fließt. Die
Kurven in Fig. 8 stellen die Zeit dar, die ein Anzeigeelement
benötigt, um 90 % der Spannung eines entsprechenden Datenwertes
zu erreichen. Fig. 8 zeigt, daß die durch ein aus Heliumgas
bestehendes Plasma erzeugten Ionen eine kürzere
Datenerfassungszeit 98 als die von Neon aufweisen. Der
Elektronenstrom in einem Plasma fließt von der Kathode zur
Anode, d.h. wechselweise zwischen Reihenelektrode 30 und 62.
-
Bevorzugt ist ein Betriebspunkt mit möglichst geringer
Datenerfassungszeit 98 für positiven Ionenstrom. In dem
speziellen Fall, wie er in Fig. 8 dargestellt ist, kann ein
solcher Betriebspunkt durch die Verwendung von Heliumgas bei
einem Druck von 40 mbar und einen Strom von 7,5 mA erreicht
werden, um eine Datenerfassungzeit 98 von etwa 0,5
Mikrosekunden zu erreichen. Die geringere Datenerfassungszeit 98 bei
der Verwendung von Helium statt Neon liegt in einem leichteren
Ion mit größerer Mobilität begründet. Optimale Druck- und
Stromwerte sind abhängig von der Größe und Form der Kanäle 20.
-
Die Plasmaverfallszeit 94 stellt die Zeit dar, während der
das Plasma in Kanal 20 in einen nichtionisierten Zustand
zurückkehrt nachdem ein Abtastimpuls von Reihenelektrode 62
weggenommen worden ist. Fig. 9 ist ein graphische Darstellung,
die die Plasmaverfallszeit darstellt, jenseits derer ein
Übersprechen von höchstens 3 Prozent als Funktion des Anoden-
/Kathodenstromes in der Anzeigetafel 12 auftritt. Fig. 9 zeigt,
daß die Plasmaverfallszeit 94 als eine Funktion des durch das
Plasma fließenden Stromes zunimmt. Die Größe der an die
Reihenelektroden 30 und 62 angelegten Abtastimpulse bestimmt die
Strommenge, die durch das Plasma fließt. Fig. 9 zeigt auf, daß
eine Verringerung der Plasmaverfallszeiten 94 durch die
Anwendung einer Dauervorspannung von etwa +100 Volt erreicht
werden kann, was unterhalb des Spannungswertes liegt, den die
Aufrechterhaltung des ionisierten Zustandes des Heliumgases
erfordert. Fig. 9 deutet auch an, daß eine Vorspannung von +100
Volt eine ungefähr zehnfache Verminderung der Plasmaverfallszeit
94 im Verhältnis zu einer Vorspannung von null Volt mit sich
bringen würde.
-
Die zur Adressierung einer Datenreihe erforderliche Zeit,
entspricht der Summe aus der Datenerstellungszeit 96, der
Datenerfassungszeit 98 und der Plasmaverfallszeit 94. Die Anzahl der
adressierbaren Reihen während eines Bildfeldes entspricht der
Zeitdauer eines Bildfeldes geteilt durch die für die
Adressierung einer Datenreihe erforderlichen Zeit. Für
Anwendungen ohne Zeilensprung mit einem Vollbildrate (Rahmen) von 60
Hz, liegt die Anzahl der Datenreihen, die das Anzeigesystem 10
zu adressieren imstande zu sein scheint, bei mehr als 9.000
Zeilen, wenn die oben beschriebene einfache Adressierungstechnik
angewendet wird. Es versteht sich, daß die Anzahl der
adressierbaren Datenzeilen nicht dieselbe ist wie die Auflösung
des Anzeigesystems 10. Die Auflösung ist eine Funktion der
Breiten der Kanäle 20 und der Breiten der Spaltenelektroden 18.
-
Die Anwendung der einer Vorionisierungstechnik (priming)
ist vorteilhaft, um die Fähigkeit zur Adressierung einer relativ
großen Anzahl von Reihen in einem Bildrahmen sicherzustellen.
Die Vorionisierung bringt mit sich, daß Ionen zum Initiieren
einer Gasentladung eingebracht werden. Eine Vorionisierung des
Anzeigesystems 10 kann erreicht werden, indem Strom durch einen
Vorionisierungskanal (nicht eingezeichnet) geleitet wird, der
senkrecht an den Kanälen 20 angeordnet ist und in den jeder der
Kanäle 20, entlang einer der Ränder der Anzeigetafel 12 mündet.
Eine Vorionisierung ermöglicht eine Plasmabildung ohne eine
anfängliche statistische Verfallszeit, die andernfalls die
Plasmabildungszeit unvorhersehbar ausdehnen würde.
-
Figuren 10A und 10B zeigen alternative
Schaltungsausführungen für die Datentreiber 24, deren entsprechende
Bestandteile durch identische Bezugskennziffern mit den Zusätzen
"a" bzw. "b" gekennzeichnet sind.
-
Bezüglich Fig. 10A, tastet der Datentreiber 24a das
Datensignal ab und speichert es in einem Pufferspeicher oder
Zeilenspeicher 100 ab. Das Datensignal kann in analoger oder
digitaler Form vorliegen. Zum Speichern eines analogen
Datensignales kann der Pufferspeicher 100 vom ladungsgekoppelten
Bauelementetyp (CCD, charge-compiled-device) oder vom Abtast-
und-Halte-Typ sein, oder zum Speichern eines digitalen
Datensignales kann der Pufferspeicher 100 vom Digitaltyp sein. Die
Vorrichtungen 22 stellen entweder Pufferverstärker oder Digital-
Analog-Wandler dar, und zwar jeweils abhängig davon, ob
Pufferspeicher 100 analoge Spannungen oder digitale Daten hält.
Die Vorrichtungen 22 erlauben die parallele Übertragung von
analogen Spannungen an die Spaltenelektroden 18a. Datentreiber
24a ist befähigt zum Hochgeschwindigkeitsbetrieb, weil CCD- und
Abtast- und Haltekreise die Fähigkeit zur
Hochgeschwindigkeitserfassung haben und die analogen Spannungen können
gleichzeitig parallel zu den Spaltenelektroden 18a übertragen
werden.
-
Bezugnehmend auf Fig. 10B, tastet der Datentreiber 24 das
analoge Datensignal in seriell durch aufeinanderfolgendes Öffnen
und Schließen jeweils immer eines anderen Schalters einer
Schaltergruppe 104 zu einem Zeitpunkt ab. Jeder der Schalter 104
ist mit einem entsprechenden Kondensator 106 verbunden. Die
Kondensatoren 106 sammeln Ladung vom Datensignal, wenn der
Schalter geschlossen ist. Dadurch werden Abtastungen der
analogen Spannung des Datensignales an die Spaltenelektroden 18b
geliefert von einem Ende zum anderen Ende einer Zeile. Ein
Abtasttaktsignal, das an die Steuerelektroden der Schalter 104
angelegt ist, gibt die Abtastrate an. Die Datenerstellungszeit
96 des Schaltkreises von Fig. 10B ist größer als die des
Schaltkreises von Fig. 10A um einen Multiplikationsfaktor, der
gleich der Anzahl der Spaltenelektroden 18b ist.
-
Für einen guten Betrieb des Datentreibers 24b im
Anzeigesystem 10, ist es erforderlich, daß eine Austastzeit von Reihe
zu Reihe größer ist als die Summe der Datenerfassungszeit 98 und
die Plasmaverfallszeit 94.
-
Die Adressierungsstruktur der vorliegenden Erfindung läßt
auch die Verminderung der Treiberanzahl durch die Anwendung von
anderen Techniken zu, die Ähnlichkeit mit der bei den von
Burroughs entwickelten Selbstabtastanzeigen (Self-Scan TM)
eingesetzten Technik haben. Solche Anzeigen setzen eine für den
Betrachter sichtbare Anzeigezelle und eine für ihn nicht zu
sehende Abtastzelle ein. Die Abtastzellen steuern den Zustand
der Anzeigezellen, indem sie aktive Vorionisierungsteilchen in
ein lokalisiertes Gebiet ionisierbaren Gases schicken. In einem
Abtastzellenkanal wird eine Plasmaentladung aufeinanderfolgend
jeweils angrenzend zur Anzeigezelle bewegt und erzeugt
Vorionisierungsteilchen, die die benachbarte Anzeigezelle aktivieren.
-
Auf der Anzeigetafel 12, könnte eine elektrische
Unterteilung des orthogonalen Vorionisierungskanals eine lokalisierte
Ionenquelle bereitstellen, die sich aufeinanderfolgend von einem
Kanal zum nächsten bewegt. Anstatt der oben beschriebenen
Technik, könnte Wandspannungskopplung oder andere bekannte
Techniken zur Implementierung von weiterer Treiberverminderung
eingesetzt werden.
-
Für einigermaßen mit diesem Fachbereich Vertraute wird es
offensichtlich sein, daß viele Veränderungen der Einzelheiten
des oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispieles der
vorliegenden Erfindung möglich sind ohne von den
zugrundeliegenden Prinzipien abweichen zu müssen. Der Umfang der
vorliegenden Erfindung sollte daher nur durch die folgenden Ansprüche
bestimmt werden.