Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Anzeige von Daten mit örtlich begrenzten, elektrischen Gasentladungen.
Vorrichtungen dieser Art sind bereits bekannt gemacht worden, so zum Beispiel durch die amerikanische Patentschrift No. 3 559 190. Gasentladungsanzeigen mit oder ohne Speicherung erfolgen in der Regel auf tafelförmigen Vorrichtungen, was sie für die Darstellung alphanumerischer Zeichen besonders geeignet erscheinen lässt. Eine solche Tafel enthält einen einzigen grossen, gasgefüllten Raum oder ist zellenweise unterteilt. Im Inneren des Raumes befindet sich an der tragenden Vorder- und Rückwand je eine Anordnung paralleler Leiter.
Die eine Leiteranordnung erstreckt sich senkrecht, die andere waagerecht, und jede Kreuzung eines Leiters vorn mit einem Leiter hinten definiert eine für Gasentladungen verwendbare Zelle. Die innerste Hülle des gasgefüllten Raumes ist oft ein Dielektrikum, das die Leiter vom Gase trennt und auf dessen Oberfläche sich während einer Entladung Ladungsträger ansammeln.
Über den Betrieb von Anzeigetafeln mit Gasentladung sei gesagt, dass die ausgewählten Leiter in der Regel mit Wechselspannung beaufschlagt werden. An der Kreuzungsstelle zweier solcher Leiter setzt die Gasentladung ein, wenn das angelegte Potential die Zünd- oder Durchschlagspannung VB der Gasstrecke überschritten hat. Eine einmal gezündete Entladung kann mit einem etwas geringeren Haltepotential aufrecht erhalten werden. Ist ein Dielektrikum vorhanden, so bringen die sich auf der Oberfläche ansammelnden Ladungsträger umgekehrter Polarität die Entladung zum Verlöschen, sobald das wirksame Potential, bestehend aus äusserem Potential und angesammelter Gegenspannung, die Löschgrenze unterschreitet. Bei der nächsten Halbwelle jedoch setzt die Zündung früher ein, da sich die ehemalige Gegenspannung jetzt zum äusseren Potential addiert.
Das vorhandene Dielektrikum mit seinen Ladungsträger Ansammlungen bewirkt somit, dass nach der erstmaligen Zündung Entladungen mit geringerem Haltepotential als üblich aufrecht erhalten werden können. An jeder Stelle mit Entladevorgang wird das Gas in der Hülle zum Leuchten angeregt, wodurch bei durchsichtiger Ausführung der Vorrichtung diese Stellen sichtbar werden.
Das Dielektrikum muss also ein Material sein, das genügend Spannungsfestigkeit hat, um den auftretenden Potentialen zu widerstehen. Es soll durchsichtig oder durchscheinend sein und darf bei der Berührung mit Leitermetall weder bei der Herstellung noch nachher reagieren. Zudem ist ein Ausdehnungskoeffizient erwünscht, der jenem der tragenden Wände möglichst gleich ist. Bei Verwendung von Normalglas als tragendes Element bietet sich als dielektrisches Material mit allen erwünschten Eigenschaften Blei-Borosilikat-Glaslot an mit einem Gehalt von über 75 Nc Bleioxid.
Die praktische Erprobung einer Anzeigetafel. die mit den genannten Matenallen hergestellt worden war, zeigte aber sehr bald Alterungserscheinungen, die auf chemische und physikalische Reaktionen der Glasoberfläche unter den Bedingungen der Gasentladung zurückgeführt werden mussten. Die dem Gas zugewandte Oberfläche des Blei-Borosilikats wurde allmählich zerstört, indem vor allem Zersetzung des Bleioxids auftrat. Die Folge davon waren Änderungen der elektrischen Kennwerte von Zelle zu Zelle je nach Häufigkeit und Dauer der Beanspruchung. Nach einer gewissen Zeit fielen dadurch die Zündspannungen einzelner Zellen ausserhalb des normalen Betriebsbereiches und reduzierten so die Lebensdauer der ganzen Anzeigetafel.
Durch die vorliegende Erfindung wird nun eine Lösung aufgezeigt, welche die beschriebenen Schwierigkeiten vermeidet. Vor allem wird bezweckt, die Zerstörung der Dielektrikumsoberfläche zu vermeiden, um eine längere Lebensdauer der Tafel unter gleichmässigeren Betriebsbedingungen zu erzielen. Demselben Zweck soll auch die Verminderung der Beanspruchung in der Entladung durch Verkleinern der Betriebsspannungen dienen.
Die Erfindung wird anschliessend gestützt auf die beiliegenden Zeichnungen in allen Einzelheiten beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine isometrische Darstellung einer Gasentladungstafel, deren vordere Hälfte zur Erläuterung der Erfindung im Schnitt erscheint,
Fig. 2 eine Draufsicht der Gasentladungstafel von Fig. 1.
In den Zeichnungen und besonders in Fig. 1 ist eine Gasent ladungstafel 21 dargestellt, welche eine Vielzahl einzelner Gaszellen oder durch Kreuzungen vertikaler und horizontaler Erregerleitungen 23A - 23N bzw. 25A - 25N definierte Stellen umfasst. Der Aufbau dieses bevorzugten Ausführungsbeispieles ist zum Zweck besserer Einsichtnahme vergrössert dargestellt - allerdings nicht masstäblich getreu. Die körperlichen Abmessungen der Erfindung hingegen werden in der Folge im einzelnen beschrieben. In der zeichnerischen Darstellung ist der Klarheit halber nur die eigentliche Bildfläche der Anzeigetafel gezeigt. In der Wirklichkeit setzen sich die Erregerleitungen jedoch über die Bildfläche hinaus fort und sind schliesslich an die Quellen der Erregersignale angeschlossen.
Die Tafel 21 enthält in einer dicht verschlossenen Hülle ein Gas, das zum Leuchten gebracht werden kann. wie beispielsweise ein Gemisch von Neon und Argon. Dabei sind die horizontalen und vertikalen Leitergebilde einander gegenüberliegend je auf einer Seite der genannten Hülle und rechtwinklig zueinander angeordnet. Gaszellen innerhalb der Hülle werden wahlweise gezündet oder zum Leuchten gebracht. indem sväh- rend einer Schreiboperation das zugehörige Leiterpaar derart mit Spannung beaufschlagt wird, dass im gasgefüllten Raum die Zünd- oder Durchschlagspannung überschritten wird. Die Steuerspannungen zum Schreiben, Lesen und Löschen bestehen in der bevorzugten Ausführung aus rechteckigen Ahtechsel- spannungssignalen der Art, wie sie in der schweizerischen Patentschrift No. 508 247 beschrieben sind.
Typische Betriebswerte für die Spannungen an einer Gasentladungstafel mit einem Neon-Argon-Gemisch liegen bei 200 Volt zum Schreiben und 140 Volt für Aufrechterhaltung der Entladung. Wenn die Aufladung der Zellenwände sich einmal gebildet hat. dann wird auch die Gasentladung in den Zellen bei kleineren Spannungsamplituden des periodischen Signals aufrechterhalten.
Jede gewählte Zelle kann in einer Löschoperation gelöscht werden, indem zuerst die an der Zelle liegende Spannung auf Null reduziert wird. Dann wird an sie ein Löschimpuls gelegt.
der in Amplitude der letzten Haltespannungsänderung gleich ist, aber umgekehrtes Vorzeichen hat. Nach Beendigung des Löschimpulses wird die Nullspannung noch für eine gegebene Zeitdauer beibehalten. Als Folge selektiver Schreiboperationen kann Information aufgezeichnet und als eine Sequenz aufleuchtender Zellen oder Stellen in der Form alphanumerischer oder graphischer Daten angezeigt werden. Die Anzeige solcher Information kann im Haltebetrieb stets so lange als erwünscht aufrechterhalten werden.
Die Hülle für das Gas der Tafel, die nun beschrieben wird.
besteht aus verhältnismässig dünnen, zerbrechlichen Flächen eines dielektrischen Materials, so dass für die Vorder- und Rückseite ein Paar von Glasplatten 27, 29 als tragende Elemente auf den einander gegenüberstehenden Tafelseiten eingesetzt wird. Für solche Trägerelemente ist einzig erforderlich, dass sie nichtleitend, d. h. gute Isolatoren und für den Zweck der Anzeige im wesentlichen durchsichtig sind. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird gewöhnliches handelsübliches Natron-Kalk-Silikatglas von etwa 6,3 mm Stärke verwendet.
An der Schnittstelle sind auch die Leiteranordnungen 23 und 25 gezeigt, die zwischen den Glasplatten 27. 29 und den zugehörigen dielektrischen Schichten 33, 35 liegen. Die Leiter anordnungen 23, 25 können durch eines einer Anzahl wohlbekannter Verfahren, beispielsweise durch Photo-Ätzung, Niederschlag im Vakuum, Siebdruck, usw. auf die Trägerplatten 27, 29 aufgebracht werden. Zur Bildung dieser Leiter ist durchsichtiges, durchscheinendes oder opakes Material wie Zinnoxid, Gold, Aluminium oder Kupfer verwendbar. Die Leiteranordnungen 23, 25 können auch aus Drähten oder Fäden aus Kupfer, Gold, Silber oder Aluminium oder irgendeinem anderen leitenden Material bestehen. Allerdings sind direkt aufgetragene Leiteranordnungen vorzuziehen, da sie leichter und einheitlicher auf die Platten 27, 29 gebracht und daran befestigt werden können.
In dem Ausführungsbeispiel, das gemäss der vorliegenden Erfindung gebaut worden ist, werden undurchsichtige, geschichtete Leiter aus Chrom-Kupfer-Chrom verwendet. Der mittlere Kupferleiter braucht eine untere Chromschicht zur Haftung auf dem Natron-Kalk-Sili katglas. während die über dem Kupfer liegende Chromschicht diesem Schutz gegen Angriffe durch den Blei-Borosilikat Isolator gewährt und den Isolator gleichzeitig am Kupfer haften lässt.
Die dielektrischen Schichten 33, 35, von denen in Fig. 1 die Schicht 33 im Schnitt gezeigt ist, werden im bevorzugten Ausführungsbeispiel direkt an Ort auf den Leiteranordnungen 23 bzw. 25 gebildet. Diese Schichten bestehen aus anorganischem Material mit einem Ausdehnungskoeffizienten, der möglichst jenem der Trägerplatten gleich ist. Ein bevorzugtes dielektrisches Material bei einem Träger aus Natron-Kalk-Silikatglas ist. wie bereits angedeutet, Blei-Borosilikat-Glaslot, ein Mate rial. das einen grossen Anteil Bleioxid enthält. Zur Herstellung der dielektrischen Schicht wird Blei-Borsilikat als Glasstaub über das Leitergebilde verteilt und die ganze Platte in einen
Ofen gebracht. Unter Überwachung zur Erzielung der geeig neten Schichtdicke wird nun der Glasstaub erweicht und zum
Fliessen gebracht.
Statt dessen kann die dielektrische Schicht auch durch Verdampfen unter Elektronenbeschuss, chemi schen Dampfniederschlag oder ein anderes Verfahren erzeugt werden. Ausser den bereits beschriebenen Eigenschaften sollte die dielektrische Schicht zusätzlich im mikroskopischen Mass stab eine elektrisch homogene Oberfläche aufweisen. Dies bedeutet. dass die Oberfläche frei von Rissen, Blasen, Kristal len. Schmutz. Hautbildung oder anderer Verunreinigung und Unvollkommenheit zu sein hat.
Die Lebensdauer einer Anzeigetafel wird schliesslich ganz erheblich durch die während des Betriebs auftretenden Zerstö rungserscheinungen an der dielektrischen Schicht vermindert.
Als deren Folgen weisen einzelne Gaszellen deutliche Unter schiede in den elektrischen Kennwerten auf. Abhilfe wird im bevorzugten Ausführungsbeispiel dadurch geschaffen, dass zwischen dem Gas und der dielektrischen Schicht eine weitere
Schicht aus widerstandsfähigem, hitzebeständigem Material aufgebaut wird. Solche Materialien sind beispielsweise Alumi niumoxid. Bornitrid und Siliziumnitrid. Die den beiden Flä chen der Tafel entsprechenden Schichten 39, 41 können durch jedes übliche Verfahren wie Verdampfen unter Elektronenbe schuss, Zerstäuben, Sprühen usw. auf die jeweilige dielektri sche Schicht aufgebracht werden.
Eine lange Lebensdauer der Tafel bzw. vernachlässigbare
Unterschiede in den Kennwerten der einzelnen Zellen können auch erzielt werden. indem in einem weiteren Ausführungsbei spiel zwischen das Gas und die Oberfläche der dielektrischen
Schicht eine homoaene Schicht eines Materials, gekennzeichnet durch hohe Sekundärmission. gebracht wird. Zu diesem Zweck wurde das Oxid eines Erdalkalimetalls verwendet, und zwar handelt es sich in der beschriebenen Ausführung um eine
Schicht aus Magnesiumoxid, die gleichzeitig auch sehr wider standsfähig ist. Diese Beschichtung kann ebenfalls durch jedes beliebige, übliche Verfahren verwirklicht werden.
Bei Material, das einen hohen Wirkungsgrad der Sekundär elektronen-Emission besitzt, ist der Erzeugungsmechanismus als Abgabe von Sekundärelektronen aus den das Gas umhüllenden Grenzschichten definiert. Im vorliegenden Fall sind dies die Oberflächen des als Elektrode wirkenden dielektrischen Materials. Die Durchschlagspannung in einer Anzeigetafel mit
Gasentladung wird bestimmt von der Volumionisation des Gases durch Elektronen, beschrieben im Koeffizienten a, und von der Erzeugung von Sekundärelektronen im Gasvolumen und an den begrenzenden Oberflächen bzw. an den Zellen wänden. Bei dem gegebenen Gasgemisch, Druck und Elektrodenabstand ist a eine monoton ansteigende Funktion der Span nung im gewöhnlichen Betriebsbereich einer Anzeigetafel.
Die
Emission von Sekundärelektronen ist durch den Koeffizienten y gekennzeichnet, der sehr stark von dem Oberflächenmaterial und dessen Aufbereitung abhängig sein kann. Der Spannungs durchschlag erfolgt, wenn die nachstehende angenäherte
Beziehung erfüllt ist: y ea d 1 wobei d der Elektrodenabstand ist. Unter Berücksichtigung obiger Gleichung ergibt sich, dass eine Vergrösserung von y ein kleineres a bei Durchschlag zur Folge hat und damit eine geringere Durchschlag- oder Betriebsspannung VB der Anzeigetafel.
Die Oxide der leichteren Erdalkalimetalle Beryllium, Magnesium und Calcium werden infolge ihrer geringeren chemi schen Reaktionsfähigkeit für die Bildung der dielektrischen
Schicht bevorzugt. Sie ändern sich unter der Wirkung der
Zündentladung chemisch nicht. Diese Eigenschaft gewährlei stet auch eine relativ gleichbleibende Sekundärelektronen
Emission unter langdauernder Einwirkung der Gasentladung.
Dadurch bleibt die Betriebsspannung der Tafel praktisch konstant, was einer verlängerten Lebensdauer gleichkommt.
Mittels der Draufsicht in Fig. 2 können gewisse Einzelheiten im Aufbau der vorliegenden Erfindung erklärt werden. Die zwei starren Trägerelemente 27 und 29 sind die beiden äusse ren Platten der Anzeigetafel, für welche im bevorzugten Aus führungsbeispiel etwa 6,3 mm starkes handelsübliches Natron
Kalk-Silikatglas verwendet worden ist. Auf der inneren Ober fläche der Trägerplatten 27 und 29 sind die waagerechten und senkrechten Leiteranordnungen 25 bzw. 23 aufgebracht. Die
Leiterdimensionen und -abstände sind im Interesse der Klar heit offensichtlich vergrössert dargestellt. In einer bevorzugten
Tafelausführung beträgt der Abstand von Leitermitte zu Lei termitte etwa 0,76 mm, die Breite der Chrom-Kupfer-Chrom
Leiter etwa 0,15 mm, während die typische Leiterdicke annä hernd 0,0025 mm ausmacht.
Direkt auf die Leitergebilde 25, 23 sind die dielektrischen r,
Schichten 33 bzw. 35 aufgebracht, die, wie bereits beschriebelì, aus anorganischem Material gebildet sind. Dieses Material hat einen Ausdehnungskoeffizienten, der mit jenem der Trägerele mente 27 und 29 verträglich ist. Ein bevorzugtes dielektrisches
Material zur Verwendung mit den oben beschriebenen Träger platten ist Glaslot wie etwa Blei-Borosilikat-Glas, das einen hohen Gehalt an Bleioxid besitzt. Die dielektrischen Schichten aus nichtleitendem Glas wirken als Isolator in den jeweiligen, durch die zugehörigen Leiteranordnungen gebildeten Kapazi täten.
Blei-Borosilikat-Glas wird auch deshalb verwendet, weil es gut auf anderen Gläsern haftet und eine geringere Erwei chungstemperatur als die Trägerelemente aus Natron-Kalk
Silikatglas aufweist, auf denen es aufgebracht ist. Zudem besitzt das Glaslot eine relativ geringe Viskosität und zeigt gegenüber den Metallen der Leitergebilde, die es überdeckt, ein Mini mum an Wechselwirkung. Die Ausdehnungskennwerte der dielektrischen Schicht müssen jedoch genau jenen der beteilig ten Trägerelemente 27 und 29 angepasst werden, um Wöl bung, Rissbildung und Verzerrung der Unterlage zu vermeiden. Die dielektrischen Schichten können als verzug oder homogener Film besser auf die gesamte Oberfläche der Gas entladungsvorrichtung aufgebracht werden als nur auf die einzelnen, als Zellen zu betrachtenden Entladungsstellen.
Die Dicke der dielektrischen Schicht im bevorzugten Ausführungsbeispiel betrug ungefähr 0,025 mm.
Blei-Borosilikat-Glaslot besitzt die erforderlichen dielektrischen Eigenschaften und den verlangten Ausdehnungskoeffizienten, doch wurde festgestellt, dass unter den auftretenden Betriebsbedingungen die Oberfläche dieses Isolators durch den Einfluss der Entladungen zerstört wurde. Diese Veränderung an der Islatoroberfläche zieht, wie schon erwähnt, eine entsprechende Änderung der elektrischen Kennwerte von Zelle zu Zelle nach sich, wobei die Änderung der Kennwerte jeder Zelle von der vorausgegangenen Beanspruchung abhängt. Zellen, die wiederholt gezündet worden sind, weichen in ihren elektrischen Kennwerten derart ab, dass sie zur Zündung eine höhere Spannung benötigen. Dadurch fallen sie schliesslich ausserhalb des normalen Betriebsbereiches.
In Fig. 2 ist mit den Schichten 39, 41 ein Überzug über den zugehörigen dielektrischen Schichten 33 bzw. 35 dargestellt, der aus widerstandsfähigem Material besteht und unter
Umständen einen hohen y-Wert für Sekundäremission aufweist. Letztere kann bekanntlich mit Oxiden der Erdalkalimetalle erzielt werden, so vorzugsweise mit Magnesiumoxid, das einen hohen Wirkungsgrad der Sekundärelektronen-Emission mit Unempfindlichkeit gegenüber den Entladungen paart.
Gleich der dielektrischen Schicht mit Bezug auf ihre Unterlage müssen auch die neuen Uberzugschichten 39 und 41 gut an der Oberfläche der dielektrischen Schicht haften. Sie sollen unter Herstellungsbedingungen der Tafel, einschliesslich thermischer Behandlung bei hohen Temperaturen und Evakuationsverfahren. stabil bleiben. Bei Verwendung des bereits genannten Magnesiumoxides bestimmt dieses die elektrischen Eigenschaften der Anzeigetafel. Dies erlaubt den Betrieb einer Tafel mit einem bestimmten Gas für die Leuchtentladung bei wesentlich geringeren Spannungen. Magnesiumoxid bedarf nur einer geringen Austrittsarbeit und besitzt zudem bezüglich elektrischer Leitung eine breite verbotene Zone, welch beide Eigenschaften die Emission von Sekundärelektroden unterstützen.
Sowohl ein widerstandsfähiges Material als auch das Oxid eines Erdalkalimetalls kann als Hauptbestandteil der dielektrischen Schicht einer Anzeigetafel verwendet oder, wie im beschriebenen Ausführungsbeispiel, als Überzug auf ein gewöhnliches Glasdielektrikum aufgebracht werden. Dabei kann jedes beliebige Verfahren wie Zerstäuben, Verdampfen, Sprühen usw. der Erzeugung des Überzugs dienen. Bei der Herstellung der dielektrischen Schicht kann also beispielsweise ein widerstandsfähiges Material wie Aluminiumoxid dem Blei
Borosilikat-Glasstaub vor dem Aufheizen beigemischt werden.
Beim Erreichen der Schmelztemperatur steigt das widerstandsfähige Material dank geringerem spezifischem Gewicht an die Oberfläche. Bei der Erzeugung von Überzügen mit widerstandsfähigem Material oder solchem, das die Sekundäremission begünstigt, wie Magnesiumoxid, sind vorzugsweise Schichtdicken von 0,0002 mm erzielt worden.
Oxide der Erdalkalimetalle sind nicht nur geeignete Materialien für Sekundäremission. Das Magnesiumoxid ist beispielsweise gleichzeitig sehr stabil und widerstandsfähig. Seine Reduktion ist schwer herbeizuführen, so dass seine Oberfläche sogar nach lange dauernder Beanspruchung unverändert ist.
Ein Vorteil des Magnesiumoxids ist auch darin zu sehen, dass dessen Schicht nicht vollkommen zu sein braucht, sondern Löcher, Risse usw. aufweisen darf, ohne das Funktionieren der Anzeigetafel im allgemeinen zu beeinträchtigen. In einer Anzeigetafel, die nach den Erkenntnissen der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist, erzeugt die während der Entladungen unter Beschuss durch Ionen, Photonen und metastabilen Atomen stehende Magnesiumoxid-Schicht Sekundärelektronen und erleichtert dadurch den Betrieb der Tafel. Die Verminderung der Betriebsspannung für eine Tafel mit Magnesiumoxid Schicht gegenüber einer solchen ohne diese Schicht erreichte folgende Werte: Zündspannung von 200 Volt (ohne Schicht) auf 175-180 Volt (mit Schicht), Haltespannung von 140 Volt auf 115 Volt. Die letzten Ziffern sind äusserst bemerkenswert.
Die zusätzlichen Schichten mit widerstandsfähigem oder Sekundäremission begünstigendem Material sind im beschriebenen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung auf die gesamte Oberfläche aufgebracht worden. Statt dessen könnte selbstverständlich das Material auch nur stellenweise an den Kreuzungspunkten der Leitergebilde aufgetragen werden. Als Alternative kann aber auch eine dielektrische Glasschicht aufgebaut werden, welche selber die erwünschte Widerstandsfähigkeit und Hitzebeständigkeit aufweist oder durch einen Zusatz an Magnesiumoxid die Sekundäremission begünstigt, wodurch zu dem genannten Zweck ein weiterer. separater Überzug nicht mehr erforderlich wäre.
Ein letzter Parameter der vorliegenden Erfindung betrifft den Gasraum 45 zwischen den zwei einander gegenüberliegenden Seiten dielektrischer und/oder Magnesiumoxid-Schichten.
Der freie Abstand zwischen diesen Schichten ist eine verhältnismässig kritische Grösse, denn die Stärke der Entladungen und allfällige wechselseitige Einwirkungen von Entladungen an benachbarten Stellen sind von ihm abhängig. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel ist ein Abstand der Zellenwände von etwa 0,127 mm eingehalten worden. Wenn nötig, sind zur Wahrung des richtigen Abstandes, der auf der ganzen Tafelfläche der gleiche sein muss, geeignete Haltemittel zu verwenden.
Beim Einfüllen von Gas in die geschaffene Hülle sind Einzelheiten, das Zuschmelzen der Tafel betreffend, oder Herstellungsschritte wie die thermische Nachbehandlung bei hoher Temperatur, das Evakuieren und Wiederauffüllen nicht beschrieben worden, da sie als in Fachkreisen bekannt vorausgesetzt werden können und sie zudem über den Bereich der vorliegenden Erfindung hinausgehen.
The present invention relates to a device for displaying data with localized electrical gas discharges.
Devices of this type have already been made known, for example by the American patent specification no. 3 559 190. Gas discharge displays with or without storage are usually made on panel-shaped devices, which makes them appear particularly suitable for displaying alphanumeric characters. Such a table contains a single large, gas-filled space or is divided into cells. Inside the room there is an arrangement of parallel conductors on the load-bearing front and rear walls.
One conductor arrangement extends vertically, the other horizontally, and each intersection of a conductor at the front with a conductor at the rear defines a cell which can be used for gas discharges. The innermost shell of the gas-filled space is often a dielectric that separates the conductors from the gas and on the surface of which charge carriers accumulate during a discharge.
Regarding the operation of display boards with gas discharge, it should be said that the selected conductors are usually supplied with alternating voltage. At the intersection of two such conductors, the gas discharge begins when the applied potential has exceeded the ignition or breakdown voltage VB of the gas path. Once a discharge has been ignited, it can be maintained with a slightly lower holding potential. If there is a dielectric, the charge carriers of opposite polarity that accumulate on the surface cause the discharge to be extinguished as soon as the effective potential, consisting of the external potential and accumulated counter voltage, falls below the extinction limit. With the next half-wave, however, the ignition starts earlier because the former counter voltage is now added to the external potential.
The existing dielectric with its accumulations of charge carriers has the effect that after the initial ignition, discharges with a lower holding potential than usual can be maintained. At every point with the discharge process, the gas in the envelope is excited to glow, which means that these points become visible when the device is transparent.
The dielectric must therefore be a material that has sufficient dielectric strength to withstand the potentials that occur. It should be transparent or translucent and must not react when it comes into contact with conductor metal, either during manufacture or afterwards. In addition, a coefficient of expansion that is as similar as possible to that of the load-bearing walls is desirable. When using normal glass as the load-bearing element, the dielectric material with all the desired properties is lead borosilicate glass solder with a lead oxide content of more than 75 Nc.
The practical testing of a display board. which had been manufactured with the materials mentioned, but very soon showed signs of aging, which had to be attributed to chemical and physical reactions of the glass surface under the conditions of gas discharge. The surface of the lead borosilicate facing the gas was gradually destroyed, in that, in particular, decomposition of the lead oxide occurred. This resulted in changes in the electrical characteristics from cell to cell, depending on the frequency and duration of exposure. After a certain time, the ignition voltages of individual cells fell outside the normal operating range and thus reduced the service life of the entire display panel.
The present invention now shows a solution which avoids the difficulties described. The main aim is to avoid the destruction of the dielectric surface in order to achieve a longer service life of the board under more uniform operating conditions. The same purpose should also serve the reduction of the stress in the discharge by reducing the operating voltages.
The invention will then be described in detail based on the accompanying drawings. Show it:
1 shows an isometric representation of a gas discharge panel, the front half of which appears in section to explain the invention,
FIG. 2 is a plan view of the gas discharge panel of FIG. 1.
In the drawings and particularly in FIG. 1, a gas discharge panel 21 is shown which comprises a plurality of individual gas cells or locations defined by intersections of vertical and horizontal excitation lines 23A-23N or 25A-25N. The structure of this preferred exemplary embodiment is shown enlarged for the purpose of better inspection - but not true to scale. The physical dimensions of the invention, however, are described in detail below. For the sake of clarity, only the actual image area of the display panel is shown in the drawing. In reality, however, the excitation lines continue beyond the image area and are ultimately connected to the sources of the excitation signals.
The panel 21 contains a gas in a tightly sealed envelope which can be made to glow. such as a mixture of neon and argon. The horizontal and vertical conductor structures are arranged opposite one another, each on one side of the said shell and at right angles to one another. Gas cells inside the envelope are either ignited or lit. by applying voltage to the associated conductor pair during a write operation in such a way that the ignition or breakdown voltage is exceeded in the gas-filled space. In the preferred embodiment, the control voltages for writing, reading and erasing consist of rectangular Ahtechsel- voltage signals of the type described in Swiss patent specification no. 508 247 are described.
Typical operating values for the voltages on a gas discharge board with a neon-argon mixture are 200 volts for writing and 140 volts for maintaining the discharge. Once the charge on the cell walls has built up. then the gas discharge in the cells is also maintained at lower voltage amplitudes of the periodic signal.
Each selected cell can be erased in an erase operation by first reducing the voltage across the cell to zero. Then an erase pulse is applied to them.
which is the same in amplitude as the last change in holding voltage, but has the opposite sign. After the termination of the erase pulse, the zero voltage is maintained for a given period of time. As a result of selective write operations, information can be recorded and displayed as a sequence of illuminated cells or locations in the form of alphanumeric or graphical data. The display of such information can always be maintained for as long as desired in the hold mode.
The envelope for the gas of the panel, which will now be described.
consists of relatively thin, fragile surfaces of a dielectric material, so that a pair of glass plates 27, 29 are used as supporting elements on the opposite sides of the panel for the front and back. The only requirement for such support elements is that they are non-conductive, i.e. H. are good insulators and are essentially transparent for display purposes. In the preferred embodiment, common, commercially available soda-lime-silicate glass about 6.3 mm thick is used.
The conductor arrangements 23 and 25, which lie between the glass plates 27, 29 and the associated dielectric layers 33, 35, are also shown at the interface. The conductor assemblies 23,25 can be applied to the carrier plates 27,29 by any of a number of well known methods such as photo-etching, vacuum deposition, screen printing, etc. Transparent, translucent, or opaque materials such as tin oxide, gold, aluminum, or copper can be used to form these conductors. The conductor arrangements 23, 25 can also consist of wires or threads made of copper, gold, silver or aluminum or any other conductive material. However, direct-on conductor assemblies are preferred because they can be more easily and more uniformly brought onto and attached to the panels 27, 29.
In the embodiment that has been built in accordance with the present invention, opaque, layered conductors made of chrome-copper-chrome are used. The middle copper conductor needs a lower chrome layer to adhere to the soda-lime-silica glass. while the chrome layer overlying the copper provides protection against attacks by the lead borosilicate insulator and at the same time allows the insulator to adhere to the copper.
The dielectric layers 33, 35, of which the layer 33 is shown in section in FIG. 1, are formed in the preferred exemplary embodiment directly on the conductor arrangements 23 and 25, respectively. These layers consist of inorganic material with a coefficient of expansion that is as close as possible to that of the carrier plates. A preferred dielectric material for a carrier made of soda-lime-silicate glass is. as already indicated, lead borosilicate glass solder, a material. which contains a large proportion of lead oxide. For the production of the dielectric layer, lead-borosilicate is distributed as glass dust over the conductor structure and the entire plate in one
Oven brought. The glass dust is now softened while monitoring to achieve the appropriate layer thickness and
Flow brought.
Instead, the dielectric layer can also be produced by evaporation with electron bombardment, chemical vapor deposition or another method. In addition to the properties already described, the dielectric layer should also have an electrically homogeneous surface on a microscopic scale. This means. that the surface is free of cracks, bubbles, crystals. Dirt. Skin formation or other contamination and imperfection.
Ultimately, the service life of a display panel is considerably reduced by the destruction phenomena that occur on the dielectric layer during operation.
As a result, individual gas cells show significant differences in their electrical parameters. In the preferred exemplary embodiment, a remedy is provided by placing another layer between the gas and the dielectric layer
Layer made of tough, heat-resistant material is built up. Such materials are, for example, aluminum oxide. Boron nitride and silicon nitride. The layers 39, 41 corresponding to the two surfaces of the board can be applied to the respective dielectric layer by any conventional method such as evaporation with electron bombardment, atomization, spraying, etc.
A long life of the board or negligible
Differences in the characteristic values of the individual cells can also be achieved. by in a further Ausführungsbei play between the gas and the surface of the dielectric
Layer a homogeneous layer of a material, characterized by high secondary emissions. is brought. The oxide of an alkaline earth metal was used for this purpose, and in the embodiment described it is one
Layer of magnesium oxide, which is also very resistant at the same time. This coating can also be achieved by any conventional method.
In the case of material that has a high degree of efficiency in terms of secondary electron emission, the generation mechanism is defined as the release of secondary electrons from the boundary layers surrounding the gas. In the present case, these are the surfaces of the dielectric material acting as an electrode. The breakdown voltage in a display board with
Gas discharge is determined by the volume ionization of the gas by electrons, described in the coefficient a, and by the generation of secondary electrons in the gas volume and on the bounding surfaces or on the cell walls. Given the gas mixture, pressure and electrode spacing, a is a monotonically increasing function of the voltage in the normal operating range of a display panel.
The
Emission of secondary electrons is characterized by the coefficient y, which can be very dependent on the surface material and its preparation. The voltage breakdown occurs when the following approximates
The relationship is fulfilled: y ea d 1 where d is the electrode spacing. Taking the above equation into account, it follows that an increase in y results in a smaller a in the event of a breakdown and thus a lower breakdown voltage or operating voltage VB of the display panel.
The oxides of the lighter alkaline earth metals beryllium, magnesium and calcium are due to their lower chemical reactivity rule for the formation of the dielectric
Layer preferred. They change under the effect of
Ignition discharge chemically not. This property also guarantees a relatively constant secondary electrons
Emission under long-term exposure to gas discharge.
As a result, the operating voltage of the panel remains practically constant, which means an extended service life.
By means of the plan view in FIG. 2, certain details in the construction of the present invention can be explained. The two rigid support elements 27 and 29 are the two outer plates of the display panel, for which in the preferred exemplary embodiment about 6.3 mm thick commercially available soda
Lime-silicate glass has been used. On the inner upper surface of the carrier plates 27 and 29, the horizontal and vertical conductor arrangements 25 and 23 are applied. The
Conductor dimensions and spacing are obviously shown enlarged for the sake of clarity. In a preferred
In the panel version, the distance from the center of the conductor to the center of the conductor is about 0.76 mm, the width of the chrome-copper-chrome
Head about 0.15 mm, while the typical conductor thickness is approximately 0.0025 mm.
Directly on the conductor structures 25, 23 are the dielectric r,
Layers 33 and 35 applied which, as already described, are formed from inorganic material. This material has a coefficient of expansion that is 27 and 29 compatible with that of the support elements. A preferred dielectric
Material for use with the carrier plates described above is glass solder such as lead borosilicate glass, which has a high content of lead oxide. The dielectric layers made of non-conductive glass act as an insulator in the respective capacities formed by the associated conductor arrangements.
Lead borosilicate glass is also used because it adheres well to other glasses and has a lower softening temperature than the carrier elements made of soda lime
Has silicate glass on which it is applied. In addition, the glass solder has a relatively low viscosity and shows a minimum of interaction with the metals of the conductor structure that it covers. The expansion characteristics of the dielectric layer must, however, be matched precisely to those of the carrier elements 27 and 29 involved in order to avoid warping, cracking and distortion of the substrate. The dielectric layers can be applied better as a warped or homogeneous film to the entire surface of the gas discharge device than only to the individual discharge points, which are to be regarded as cells.
The thickness of the dielectric layer in the preferred embodiment was approximately 0.025 mm.
Lead borosilicate glass solder has the required dielectric properties and the required coefficient of expansion, but it was found that the surface of this insulator was destroyed by the influence of the discharges under the operating conditions that occurred. As already mentioned, this change in the isolator surface results in a corresponding change in the electrical characteristics from cell to cell, the change in the characteristics of each cell depending on the previous stress. Cells that have been repeatedly ignited differ in their electrical characteristics in such a way that they require a higher voltage for ignition. As a result, they eventually fall outside of the normal operating range.
In Fig. 2 is shown with the layers 39, 41 a coating over the associated dielectric layers 33 and 35, which consists of resistant material and below
May have a high y-value for secondary emission. The latter can be achieved, as is known, with oxides of the alkaline earth metals, preferably with magnesium oxide, which combines a high degree of efficiency of the secondary electron emission with insensitivity to the discharges.
Like the dielectric layer with respect to its base, the new coating layers 39 and 41 must also adhere well to the surface of the dielectric layer. They should be under manufacturing conditions of the panel, including thermal treatment at high temperatures and evacuation processes. to stay stable. When using the aforementioned magnesium oxide, this determines the electrical properties of the display panel. This allows a panel to be operated with a specific gas for the luminous discharge at significantly lower voltages. Magnesium oxide only needs a low work function and also has a broad forbidden zone with regard to electrical conduction, both of which support the emission of secondary electrodes.
Both a resistant material and the oxide of an alkaline earth metal can be used as the main component of the dielectric layer of a display panel or, as in the exemplary embodiment described, can be applied as a coating to an ordinary glass dielectric. Any desired method, such as atomization, vaporization, spraying, etc., can be used to produce the coating. In the production of the dielectric layer, for example, a resistant material such as aluminum oxide can be used for lead
Borosilicate glass dust can be added before heating.
When the melting temperature is reached, the resistant material rises to the surface thanks to its lower specific weight. When producing coatings with a resistant material or one that favors secondary emissions, such as magnesium oxide, layer thicknesses of 0.0002 mm have preferably been achieved.
Alkaline earth metal oxides are not only suitable materials for secondary emissions. Magnesium oxide, for example, is very stable and resistant at the same time. Its reduction is difficult to bring about, so that its surface remains unchanged even after long-term use.
One advantage of magnesium oxide can also be seen in the fact that its layer does not have to be perfect, but may have holes, cracks, etc., without affecting the functioning of the display panel in general. In a display panel constructed in accordance with the findings of the present invention, the magnesium oxide layer, which is under attack by ions, photons and metastable atoms during the discharges, generates secondary electrons and thereby facilitates the operation of the panel. The reduction in the operating voltage for a board with a magnesium oxide layer compared to one without this layer reached the following values: ignition voltage from 200 volts (without layer) to 175-180 volts (with layer), holding voltage from 140 volts to 115 volts. The last few digits are extremely remarkable.
The additional layers with resistant or secondary emission-promoting material have been applied to the entire surface in the described embodiment of the present invention. Instead, of course, the material could also be applied only in places at the crossing points of the conductor structures. As an alternative, however, a dielectric glass layer can also be built up, which itself has the desired resistance and heat resistance or, by adding magnesium oxide, promotes the secondary emission, which leads to an additional emission for the stated purpose. separate coating would no longer be required.
A final parameter of the present invention relates to the gas space 45 between the two opposite sides of dielectric and / or magnesium oxide layers.
The free distance between these layers is a relatively critical variable, because the strength of the discharges and any reciprocal effects of discharges at neighboring points are dependent on it. In the preferred embodiment, a distance between the cell walls of about 0.127 mm has been maintained. If necessary, suitable holding devices are to be used to maintain the correct distance, which must be the same over the entire surface of the board.
When filling gas in the created envelope, details concerning the melting of the panel, or manufacturing steps such as thermal post-treatment at high temperature, evacuation and refilling have not been described, since they can be assumed to be known in the art and they also cover the area go beyond the present invention.