DE2136134B2 - Gasentladungsfeld - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Gasentladungsfeld mit einer ionisierbaren Gasfüllung in einem Entladungsraum, der von einem Paar sich gegenüberstehender Ladungsspeicherflächen aus dielektrischem Material gebildet wird, mit einer Vielzahl paralleler Elektroden auf den dem Gasentladungsraum abgekehrten Seiten der Ladungsspeicherflächen, wobei die Elektroden auf der einen Ladungsspeicherfläche transversal in bezug zu den Elektroden auf der anderen Fläche angeordnet sind, und mit einer Schicht aus mindestens einem Oxyd von Al, Ti, Zr, Hf oder Si auf jeder Ladungsspeicherfläche.

Solche Gasentladungsfelder dienen zur Darstellung von Daten, Zahk*n, Buchstaben, Fernsehbildern, Radarbildern, Binärwörtern usw.

Ein Gasentladungsfeld mit einer ionisierbaren Gasfüllung in einem Entladungsraum, der von einem Paar sich gegenüberstehender Ladungsspeicherflächen aus dielektrischem Material gebildet wird, mit einer Vielzahl paralleler Elektroden auf dem den Gasentladungsraum abgekehrten Seiten der Ladungsspeicherflächen, wobei die Elektroden auf der einen Ladungsspeicherfläche transversal in bezug zu den Elektroden auf der anderen Fläche angeordnet sind, ist aus der DT-OS 19 48 476 bekannt.

Bei anderen bekannten Gasentladungsfeldern (D. L Bitzer und H. G. Slot tow »The Plasma Display Panel — A Digitally Adressable Display With Inherent Memory«, According of the Fall Joint Computer Conference, IEEE, San Francisco, California, Nov. 1966, S. 541—547) sind die Entladungseinheiten zusätzlich durch körperliche Strukturen, wie durch Zellen oder öffnungen in perforierten Glasplatten und dergleichen begrenzt In jedem Fall, mit oder ohne begrenzende ₍,₅ Strukturen, werden Ladungen (Elektronen, Ionen) nach Ionisierung des Gases in einer ausgewählten Entladungseinheit, wenn geeignete periodische Betriebspotentiale an die Elektroden angelegt werden, erzeugt, auf den Ladungsspeicherflächen an bestimmten festgelegten Orten gesammelt, bauen ein elektrisches Feld auf, das dem elektrischen Feld entgegengesetzt ist, welches sie hervorgerufen hat, so daß die Entladung für die restliche Halbperiode beendet ist und tragen zum Zünden einer Entladung bei der folgenden entgegengesetzten Halbperiode der angelegten Spannung bei; solche Ladungen bilden, wenn sie gespeichert werden, ein elektrisches Gedächtnis.

So verhüten die Ladungsspeicherflächen den Durchgang leitender Ströme von den Elektroden zum gasförmigen Medium und dienen als Sammeloberflächen für ionisierte Ladungen des gasförmigen Mediums (Elektronen, Ionen) während der aufeinanderfolgenden Halbperioden der Betriebsspannungen. Solche Ladungen sammeln sich erst auf einem elementaren oder diskreten dielektrischen Oberflächengebiet und dann auf einem gegenüberliegenden elementaren oder diskreten dielektrischen Oberflächengebiet bei aufeinanderfolgenden Halbperioden und bilden das elektrische Gedächtnis.

Die Elektroden können orthogonal zueinander angeordnet sein (aber auch jede andere Konfiguration der Elektroden kann verwendet werden), um eine Vielzahl von sich gegenüberliegenden Paaren von Ladungsspeichergebieten auf den Ladungsspeicherflächen festzulegen. So ist bei einer Elektrodenmatrix mit //-Zeilen und C-Spalten die Zahl der elementaren Entladungsvolumina das Produkt HxCvnd die Zahl der elementaren und diskreten Gebiete beträgt das Doppelte der Zahl der elem^ntraren Ladungsvolumina.

Das Gas muß sichtbares Licht erzeugen, wenn Sichtanzeige erwünscht ist und muß während der Entladung reichlich Ladung (Ionen und Elektronen) liefern. In einem Gasentladungsfeld, wie es in der U S-PS 34 99167 beschrieben ist, reichen Gasdruck und elektrisches Feld aus, die bei der Entladung entstandenen Ladungen in den elementaren Gasvolumina zwischen gegenüberstehenden Paaren elementarer dielektrischer Gebiete innerhalb des Umfangs solcher Gebiete zu begrenzen, ohne daß körperliche Strukturen erforderlich sind. Dabei können Photonen, die bei der Entladung in einem elementaren Gasvolumen gebildet werden, den Entladungsraum frei passieren und auf Oberflächengebiete der Ladungsspeicherflächen, die von den ausgewählten diskreten Volumina entfernt sind, auftreffen. Diese Oberflächengebiete, auf die die Photonen aufschlagen, senden dadurch Elektronen aus und schaffen in anderen und noch entfernter liegenden elementaren Volumina die Voraussetzungen für Gasentladungen bei einem gleichbleibenden angelegten Potential.

Mit Bezug auf die Gedächtnisfunktion eines gegebenen Gasentladungsfeldes hängt der zulässige Abstand zwischen den Ladungsspeicherflächen u.a. von der Frequenz der Wechselspannung ab, wobei der Abstand bei höheren Frequenzen größer sein kann.

Während bekannte Gaseniladungsvorrichtungen extern angeordnete Elektroden zur Auslösung einer Gasentladung aufweisen, wobei dies als »elektrodenlose Entladung« bezeichnet wird, sind jedoch die Frequenzen und Abstände des Entladungsvolumens sowie die Betriebsdrücke so bemessen, daß zwar Entladungen in dem Gasmedium ausgelöst werden, die Entladungen jedoch unwirksam sind oder zur Ladungsbildung und Speicherung, wie es bei der vorliegenden Erfindung erforderlich ist, nicht ausreichen.

Der Ausdruck »Speichergewinn« ist hierin definiert

S. G.=

worin Vf die Größe der angelegten Spannung, bei welcher eine Entladung in einem diskreten, in den entsprechenden entladungsbereiten Zustand gebrachten Gasvolumen, das durch gemeinsame Gebiete sich Oberkreuzender Elektroden begrenzt ist, ausgelöst wird, und Vs die Größe der niedrigsten angelegten periodifchen Brennspannung, die zum Aufrechterhalten einer einmal gezündeten Entladung ausreicht, bedeuten. Die gespeicherten Ladungen resultieren in einem elektrischen Feld, das dem Feld, das durch die angelegte Spannung erzeugt ist und welches sie hervorgerufen hat, entgegengesetzt ist und bewirkt daher die Beendigung der Ionisation in dem elementaren Gasvolumen zwischen den sich gegenüberstehenden Gebieten der dielektrischen Oberfläche. Der Ausdruck »Aufrechterhalten« bedeutet die Erzeugung einer Folge von kurzzeitigen Entladungen, eine Entladung für jede Halbperiode der angelegten Brennspannung, nachdem das elementare Gasvolumen gezündet worden ist, um die aufeinanderfolgende Speicherung von Ladungen an Paaren gegenüberstehender diskreter Gebiete auf den Ladungsspeicherflächen aufrechtzuerhalten. Der Ausdruck Spannung, wie er im folgenden gebraucht wird, umfaßt jede Spannung, die zum Betreiben des Feldes erforderlich ist, einschließlich Zünd- und Brennspannungen sowie irgendwelche andere Spannungen zur Handhabung der Entladung.

Um die Stabilität oder Gleichmäßigkeit der Spannung als Funktion der Betriebszeit des Gasentladungsfeldes zu erhöhen und zu verbessern, ist bereits vorgeschlagen worden (DT-OS 21 35 889), auf die Ladungsspeicherflächen des dielektrischen Materials eine Schicht mindestens eines Oxyds von der Gruppe Aluminium, Titan, Zirkon, Hafnium und Silizium aufzubringen. Nach dem älteren Vorschlag wird dabei wie folgt verfahren: Es wurde eine Schicht Aluminiumoxyd (Al₂O₃) in verhältnismäßig gleichmäßiger Dicke von etwa 1000 Ä auf die Ladungsspeicherflächen von zwei gehärteten Schichten aus dielektrischem Material aufgebracht; jede dielektrische Schicht war vorher auf mit den Elektroden versehenen Glassubstraten aufgebracht und gehärtet worden.

Das Aluminiumoxyd war mittels der Elektronenstrahlverdampfungstechnik aufgebracht worden. Die dielektrischen Schichten waren ein Bleiborsilikat, bestehend aus 73,3 Gew.-% PbO, 13,4 Gew.-% B₂O₃ und 13,3 Gew.-% SiO₂. Die Glassubstrate waren aus Soda-Kalkglas folgender Zusammensetzung: 73 Gew.-% SiO₂, 13 Gew.-% Na₂O, 10 Gew.-% CaO, 3 Gew.-% MgO, 1 Gew.-^v/o Al₂O₃ und kleine Mengen (weniger als 1%) Fe₂O₃, K₂O, As₂O₁ und Cr₂O₃. Die Elektroden waren aus Hanovia-Gold.

Die beiden Glassubstrate waren miteinander heiß verschmolzen worden (unter Verwendung eines Standard-Verschmelzglases), so daß sie ein Gasentladungsfeld mit offenen Zellen bildeten. Nach Evakuierung wurde das Feld mit einem inerten ionisierbaren Gas, bestehend zu 99,9 Atom-% aus Neon und zu 0,1 Atom-% aus Argon, gefüllt. Nach Alterung des Feldes über 50 Stunden, während der die dynamische Brennspannung auf etwa +18 Volt anstieg, verflachte sich die Spannung mit einer Änderung von nur —2 Volt über die nächsten 500 Stunden Feldbetriebszeit Die Höhe der dynamischen Brennspannung nach Alterung war etwa 225 Volt).

Die Vorteile bestehen vor allem darin, daß sich die Betriebsspannungen des Gasentladungsfeldes über eine gegebene Feldbetriebszeit nicht merklich ändern oder schwanken, wodurch die Wirksamkeit und die Lebensdauer des Gasentladungsfeides verbessert wird.

Wird im Gegensatz hierzu keine Oxydschicht auf die Ladungsspeicherflächen aufgebracht, so erforderte die Alterung etwa 100 Stunden, bevor sich die dynamische Brennspannung bei einer Höhe von etwa 140 Volt verflachte.

Dies zeigt, daß die Alterungszeit des so hergestellten Gasentladungsfeldes wesentlich vermindert wird, wenn eine Oxydschicht auf die elektrischen Schichten aufgebracht wird

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, die Feldbetriebsspannungen für eine gegebene Feldbetriebszeit wesentlich zu vermindern und außerdem zu stabilisieren.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Schicht von mindestens einem Oxyd von Al, Ti, Zr, Hf oder Si mit einer zweiten Schicht aus Bleioxyd versehen ist, wobei beide Schichten in einer Gesamtmenge aufgebracht sind, die ausreicht, die Feldbetriebsspannungen für eine gegebene Feldbetriebszeit wesentlich zu vermindern und zu stabilisieren.

Werden so mindestens zwei Oxydschichten auf die dielektrischen Ladungsspeicherflächen aufgebracht, so wird die Alterungszeit wesentlich verkürzt, und zusätzlich wird die Höhe der dynamischen Brennspannung erheblich vermindert.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird jede der beiden Oxydschichten auf der dielektrischen Ladungsspeicherfläche in einer Dicke von mindestens 100 A ,το Schicht mit einem Bereich von 100 Ä bis ein Mikron (10 000 A pro Schicht) aufgebracht.

Dabii wird mindestens eine der Oxydschichten direkt auf die Ladungsspeicherfläche des dielektrischen Materials aufgebracht. Mindestens eine der Oxydschichten kann in situ auf der Ladungsspeicherfläche gebildet werden, z. B. durch Aufbringen des elementaren Metalls oder Metalloids (oder einer Quelle davon) auf das dielektrische Material und anschließendes Oxidieren. Ein solches in-situ-Verfahren umfaßt das Aufbringen des geschmolzenen Metalls oder Metalloids auf die Ladungsspeicherfläche und Oxidieren der Schmelze während sie sich abkühlt. Ein anderes in-situ-Verfahren besteht im Aufbringen einer Quelle für das Metall oder das Metalloid auf die Oberfläche. Beispiele für solche oxidierbaren Quellen sind Minerale und/oder Verbindüngen, die das Element enthalten, insbesondeie Organometall- oder Organometalloid-Verbindungen, welche durch Wärme schnell zersetzt oder pyrolisiert werden.

!ede Oxydschicht (oder eine Quelle davon) wird auf irgendeine bekannte Weise aufgebracht, z. B. durch Dampfabscheidung, Vakuumabscheidung, Aufsprühen einer Mischung oder Lösung des suspendierten Oxyds auf die Oberfläche oder Aufsprühen einer Lösung des Oxyds und Verdampfen der Flüssigkeit, Trockenaufsprühen des Oxyds auf die Oberfläche, Elektronenstrahlverdampfung, mittels Plasmabrenner und/oder Lichtbogenversprühen und/oder Abscheiden und Kathodenstrahlzerstäubungstechnik.

Jedes ausgewählte Oxyd wird auf die dielektrische Oberfläche als sehr dünner Film oder sehr dünne Schicht aufgebracht oder auf ihr gebildet Die Dicke und Menge beider Oxydfilme oder Schichten ist ausreichend, um die Betriebsspannungen als eine Funktion der Feldbetriebszeit wesentlich zu vermindern und merklich zu stabilisieren. Die beiden Oxydschichten können in einer Gesamtdicke und in einer Menge aufgebracht werden, die ausreicht, die Feldbetriebsspannungen synergetisch zu vermindern, & h. eine Feldbetriebsspan- ι ο nung zu schaffen, die kleiner ist als die Betriebsspannung jeder einzelnen Schicht

Bei der Herstellung eines Gasentladungsfeldes wird das dielektrische Material meist auf die Oberfläche eines tragenden Glassubstrates oder eine Grundlage, auf welche die Elektroden- oder Leiter-Elemente vorher aufgebracht sind, aufgetragen und gehärtet Das Glassubstrat kann irgendein geeignetes Glas sein, z. B. ein Soda-Kalk-Glas. Zwei Glassubstraie mit Elektroden und gehärteten Dielektrikum werden dann in geeigneter Weise unter Bildung eines Feldes heiß miteinander verschmolzen.

Jede Oxydschicht kann auf die Ladungsspeicherfläche des gehärteten Dielektrikums aufgebracht werden, bevor das Feld heiß verschmolzen wird.

Es hat sich gezeigt daß abhängig von den bestimmten Oxydschichten und Kombinationen davon die Anwendung der Erfindung besonders günstig über gegebene Feldbetriebszeitperioden ist Beste Ergebnisse werden nach geeigneter Alterung des Feldes erreicht, wobei die erforderliche Dauer der Alterung eine Funktion der verwendeten Oxyde ist Feldalterung ist definiert als die angefallene Gesamtbetriebszeit des Feldes.

Das folgende Beispiel veranschaulicht eine besonders gute Ausführungsform der Erfindung.

Die Herstellung des Feldes wurde wie im Beispiel des älteren Vorschlages (DT-OS 21 35 889) beschrieben vorgenommen, und zwar unter Verwendung einer ersten Schicht aus Aluminiumoxyd mit einer Dicke von 1000 A und einer zweiten Schicht über der ersten Schicht aus Bleioxyd mit einer Dicke von 1000 Ä. Nach 30stündiger Alterung des Feldes, während welcher sich die dynamische Brennspannung um etwa —4 Volt verminderte, verflachte sich die Spannung ohne wesentliche Änderung über die nächsten 530 Stunden Feldbetriebszeit. Die Höhe der dynamischen Bremispannung nach Alterung betrug etwa 115 Volt und hat sich synergetisch vermindert, wie ein Vergleich mit dem Beispiel des älteren Vorschlags und mit dem folgenden Beispiel zeigt, indem nur eine Bleioxydschicht allein aufgebracht ist:

Die Herstellung des Feldes wurde wie beschrieben durchgeführt unter Verwendung einer Bleioxydschicht mit einer Dicke von lOOOÄ anstelle einer Aluminiumoxydschicht. Nach drei Stunden Alterung des Feldes, während der die dynamische Brennspannung auf etwa + 10 Volt stieg, verflachte sich die Spannung mit einer Änderung von nur +4 Volt während der nächsten 570 Stunden Feldbetriebszeit. Die Höhe der dynamischen Brennspannung nach Alterung betrug etwa 145 Volt.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Gasentladungsfeld mit einer ionisierbaren Gasfüllung in einem Entladungsraum, der von einem Paar sich gegenüberstehender I^adungsspeicherflächen aus dielektrischem Material gebildet wird, mit einer Vielzahl paralleler Elektroden auf den dem Gasentladungsraum abgekehrten Seiten der Ladungsspeicherflächen, wobei die Elektroden auf der einen Ladungsspeicherfläche transversal in bezug zu den Elektroden auf der anderen Fläche angeordnet sind, und mit einer Schicht von mindestens einem Oxyd von Al, Tl, Zr, Hf oder Si auf jeder Ladungsspeicherfläche, dadurch gekennzeichnet, daß diese Schicht mit einer zweiten Schicht aus Bleioxyd versehen ist, wobei beide Schichten in einer Gesamtmenge aufgebracht sind, die ausreicht, die Feldbetriebsspannungen für eine gegebene Feldbetriebszeit wesentlich zu vermindern und zu stabilisieren.

2. Gasentladungsfeld nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke jeder Schicht auf jeder Ladungsspeicherfläche mindestens lOOÄ beträgt

3. Gasentladungsfeld nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke jeder Oxydschicht zwischen 100 und 10 000 Ä liegt.