DE3339022A1

DE3339022A1 - Gasplasma-anzeigevorrichtung

Info

Publication number: DE3339022A1
Application number: DE19833339022
Authority: DE
Inventors: George Wilmer 19608 Sinking Spring Pa. Dick
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1982-10-27
Filing date: 1983-10-27
Publication date: 1984-05-10
Anticipated expiration: 2003-10-28
Also published as: CA1212186A; FR2535498B1; FR2535498A1; JPS5994328A; NL8303695A; US4554537A; GB2129595B; GB8328180D0; GB2129595A; NL191640C; DE3339022C2; NL191640B

Description

Beschreibung

Gasplasma-Anzeigevorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Anzeigevorrichtung, insbesondere eine wechselstrombetriebene Plasma-Anzeigetafel.

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

In einer speziellen Ausführungsform einer Plasma-Anzeigetafel, die hier als Doppel- oder Zwillingssubstrattafel be-

zeichnet werden soll, ist in dem Dielektrikum auf dem Substrat ein erstes Feld paralleler Elektroden eingebettet, während in dem Dielektrikum auf der Abdeckung ein zweites Feld eingebettet ist, dessen Richtung senkrecht auf der Orientierungsrichtung des ersten Feldes steht, so daß an den Kreuzpunkten der beiden Felder Anzeigestellen (auch: Anzeigepunkte) definiert werden. Eine Anzeige an einer gewünschten Stelle erfolgt dadurch, daß man Schreibimpulse entgegengesetzter Polaritäten auf ausgewählte Elektroden in dem oberen und dem unteren Feld gibt, wobei diese Schreibimpulse ausreichend stark sind, um an dem Kreuzungspunkt der zwei Elektroden ein Plasma zu erzeugen. Dies wiederum verursacht für kurze Zeit eine Glimmentladung an dem Kreuzungspunkt. Die Elektronen und die positiven Ionen des Plasmas haben die Neigung, sich an einander gegenüberliegenden Oberflächenabschnitten der dielektrischen Schichten anzusammeln, so daß eine Wandspannung erzeugt wird, die auch dann an der Stelle verbleibt, nachdem die Schreibimpulse verschwunden sind. Man kann also eine neue Glimmentladung an dieser Stelle dadurch erreichen, daß man an die beiden Elektroden sogenannte Erhaltungsimpulse legt, deren Amplituden kleiner sind als die Amplituden der Schreibimpulse, und die anfangs eine entgegengesetzte Polarität besitzen. Die Amplitude der Erhaltungsimpulse reicht nicht aus, einen "Durchbruch" des Gases zu

verursachen/ und mithin glimmen nur solche Stellen, die zuvor "geschrieben" wurden- und dies ist zurückzuführen auf die Tatsache, daß an der betreffenden Stelle von den Schreibimpulsen eine Wandspannung verblieben ist. Die Erhaltungsimpulse werden in Form eines Wechselstromsignals kontinuierlich angelegt, um bei jedem Polaritätswechsel einen Wechsel der Ladungsansammlung zu verursachen und dadurch die Stelle solange am Glimmen zu halten, bis an die betreffenden Elektroden ein Löschsignal gelegt wird. Das Löschsignal besteht aus Impulsen entgegengesetzter Polarität, die an die beiden Elektroden gelegt werden, jedoch sind Amplitude oder Dauer der Impulse so gewählt, daß die Wandspannung an der betreffenden Stelle entfernt wird.

Wenngleich sich die Zwillingssubstratplatte bewährt hat, so ist sie doch nicht frei von gewissen Nachteilen. Die zum Anlegen der Signale erforderliche Schaltungseinrichtung ist ziemlich kompliziert, da es sich bei dem Erhaltungssignal um ein relativ starkes Stromsignal handelt, welches an sämtliche Elektroden anzulegen ist, das Schreib/Lösch-Signal hingegen ein schwaches Stromsignal ist, welches lediglich zu bestimmten Zeitpunkten an ausgewählte Elektroden zu legen ist, beide Signale jedoch von derselben Schaltung an dieselben Elektroden gelegt werden. Außerdem ist eine sehr genaue Einstellung des Spalts zwischen den dielektri-

sehen Schichten auf der Abdeckung und dem Substrat notwendig, weil sonst an verschiedenen Stellen Abweichungen der Erhaltungsfelder auftreten, die dazu führen, daß entweder während der Erhaltungsperioden Glimmentladungen auf nichtadressierte Stellen überspringen, oder, während der Erhaltungsperioden zuvor adressierte Stellen gelöscht werden. Außerdem erschwert oder verbietet ein Ionenbombardement der Abdeckungsoberfläche während des Anlegens des Wechselstrom-Erhaltungssignals das Vorsehen von photolumineszenten Phosphoren auf dieser Oberfläche. Dieses Material könnte eine Verstärkung der Anzeige bewirken. Im Hinblick auf spezielle Merkmale der Zwillingssubstratplatten sei beispielsweise auf die US-Patentschriften 39 89 974 und 43 28 489 verwiesen.

Um einige der oben erläuterten Nachteile zu vermeiden, wurde eine "Einzelsubstratplatte" für Wechselstrom-Plasmaanzeigevorrichtungen vorgeschlagen. Bei diesem Aufbau befinden sich die beiden Felder auf demselben Substrat, und sie sind durch eine dielektrische Schicht voneinander getrennt. Auch hier sind Anzeigestellen an oder in der Nähe von den Kreuzungspunkten der beiden Felder gebildet. Da die Elektroden jedoch auf ein einziges Substrat beschränkt sind, ist der Abstand zwischen Substrat und Abdeckung nicht mehr kritisch, und außerdem kann man auf der Abdeckung Phosphoreaufbringen,

da auf dieser Oberfläche kein Ionenbombardement stattfindet (vgl. z. B. die US-PS 41 64 678). Allerdings werden die Schreib/Lösch-Signale und die Erhaltungssignale immer noch praktisch in der gleichen Weise angelegt wie bei der Zwillingssubstratplatte/ so daß die Komplexität der Adressierschaltung nach wie vor gegeben ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Plasma-Anzeigevorrichtung sowie ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Vorrichtung anzugeben, die bzw. das die Vorteile einer Einzelsubstratstruktur in einer Doppelsubstratstruktur erzielt und eine wesentliche Trennung von Schreib/Lösch-Funktion einerseits und Erhaltungsfunktion andererseits ermöglicht.

Hinsichtlich der Vorrichtung wird diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die Elektrodenpaare des ersten Feldes zumindest an den Kreuzpunktzonen mit Abstand voneinander angeordnet, so daß eine Glimmentladung an der Oberfläche der dielektrischen Schicht zwischen den Elektroden jedes Elektrodenpaares aufrechterhalten werden kann. An die Elektroden des ersten und des zweiten Feldes wird selektiv eine Spannung angelegt, um Elektrodenpaare für die Einleitung und die Löschung einer Glimmentladung in gewünschten

Kreuzpunktzonen auszuwählen. Eine weitere Spannung wird an die Elektroden des ersten Feldes nur aus dem Grund gelegt, um eine Glimmentladung zwischen den für die Glimmentladung ausgewählten Elektroden an der gewünschten Kreuzpunktzone aufrechtzuerhalten.

Hinsichtlich des Verfahrens wird die obige Aufgabe durch die im Anspruch 4 angegebenen Merkmale gelöst. Das Auswählen einer gewünschten Kreuzpunktzone zum Zwecke einer Anzeige erfolgt also dadurch, daß ein Impuls der einen Polarität an eine ausgewählte Elektrode des zweiten Feldes gelegt wird, während ein Impuls der entgegengesetzten Polarität an eine ausgewählte erste Elektrode des ersten Feldes an der gewünschten Kreuzpunktzone gelegt wird, wobei dieser Impuls ausreichend stark ist, um eine Nettoansammlung von Ladungen entgegengesetzter Polaritäten an den Abschnitten der dielektrischen Schichten über den beiden Elektroden zu bewirken. Dann wird an die andere Elektrode des ersten Feldes an der entsprechenden Kreuzpunktstelle ein Impuls gelegt, der dieselbe Polarität hat wie der zuvor an die Elektrode in dem zweiten Feld angelegte Impuls. Dieser Impuls ist ausreichend stark, um die über der Elektrode des zweiten Feldes angesammelten Ladungen zu übertragen auf denjenigen Abschnitt der dielektrischen Schicht, der über der anderen Elektrode des ersten Feldes liegt. Dies führt dazu, daß über

den beiden Elektroden des ersten Feldes eine Ladungsansammlung erfolgt, die ausreichend groß ist, um zwischen den Elektroden eine Glimmentladung zu erzeugen, die aufrechterhalten werden kann, durch an die beiden Elektroden des ersten Feldes angelegte Wechselstromsignale entgegengesetzter Polarität.

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

Fig. 1 eine teilweise auseinandergezogene perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung,

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

Fig. 7 Impulsdiagramme, die typische Formen von Signalen veranschaulichen, die beim Betreiben der Anzeigevorrichtung gemäß dem obigen Ausführungsbeispiel verwendet werden,

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

Fig- 9 eine Schnittansicht der Anzeigevorrichtung gemäß Fig. 8,

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

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

Fig. 12 ein Impulsdiagramm, welches typische Signalformen zum Betreiben der Ausführungsform gemäß Fig. 10 und 11 veranschaulicht, und

Fig. 13 und 14 Schaltungsskizzen eines Teils der zum Betreiben der Ausführungsform nach Fig. 1 verwendeten Schaltung.

Die Zeichnungen sind nicht in jedem Fall maßstabstreu.

Fig. 1 veranschaulicht die grundlegenden Bauteile der Anzeigevorrichtung. Auf einem ersten transparenten Substrat 10 ist ein erstes Feld von Elektroden angeordnet. (Es versteht sich, daß die Zeichnung nur zu Anschauungszwecken dient und daß in der Praxis eine sehr viel größere Anzahl von Elektro-

den vorgesehen ist.) Das Feld enthält bei dieser Ausführungsform drei Paare von Elektroden (Y^ und Y₃, Y₃ und Y₄, Y₅ und Y,), die im wesentlichen parallel zueinander verlaufen. An bestimmten Anzeigezonen 31.bis 39 sind die Elektroden der Elektrodenpaare weit genug zusammengeführt, um eine Glimmentladung zu ermöglichen, wie nachstehend erläutert wird. In diesem Beispiel gibt es für jedes Elektrodenpaä^ drei solche Zonen. Eine Elektrode jedes Paares (Y^, Y_, Y₅) ist gemeinsam an eine Schaltungsanordnung angeschlossen, die in diesem Beispiel zwei pnp-Transistoren 11 und 12 sowie einen npn-Transistor 13 enthält, deren Kollektoren parallelgeschaltet sind. Die anderen Elektroden jedes Paares (Y^, Y., Y,) sind einzeln an eine geeignete Adressierschaltung angeschlossen, die im vorliegenden Beispiel einen separaten npn-Transistor (14, 15, 16) für jede Elektrode und ein Paar von Transistoren (17, 18) aufweist, von denen der eine ein pnp-Transistor und der andere ein npn-Transistor ist und die jeweils an jede der Elektroden und parallel bezüglich der Einzeltransistoren (14, 15, 16) · geschaltet sind, wie aus der Zeichnung hervorgeht. Zwischen jedem der Transistoren des Transistorpaares (17 und 18) und die Elektroden (Y₂, Y-. und Y.) sind einzelne Dioden 19 bis 24 geschaltet.

Über dem ersten Feld ist eine erste aus dielektrischem

Material bestehende Schicht 25 gebildet, wie sie üblicherweise in Plasma-Anzeigevorrichtungen verwendet wird. In dieser Ausführungsform besteht die Schicht aus Lötbleioxid-Glas mit einer Dicke von 10 bis 20 Mikrometer.

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

Über den dielektrischen Schichten 25 und 30 liegen zusätzliche Schichten 40 bzw. 41, die zum Erzielen einer guten Elektronenemission Dünnschichten aus geeignetem Material sind. Im vorliegenden Fall ist jede Schicht eine Verbundschicht aus einer 100 Nanometer dicken CeO₃-(Ceriumdioxid-) Glimmschicht und einer etwa 150 Nanometer dicken MgO-

Magnesiumoxid-)Schicht. Es sei angemerkt, daß diese Schichten zur Vereinfachung der Darstellung in den anderen Figuren fortgelassen sind.

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

In der Adressierschaltung sind die Kollektoren jedes Transistors an die entsprechenden Elektroden gekoppelt, während die Emitter und Basen jedes Transistors Anschlüsse

aufweisen. Da die Transistoren üblicherweise Bestandteile einer integrierten Schaltung sind, sind die dargestellten Anschlüsse schematischer Natur und sollen bedeuten, daß an dem betreffenden Teil der Schaltung während des Betriebs der Vorrichtung ein geeignetes Potential anliegt. Die in der Zeichnung dargestellten Bipolar-Transistoren stellvertretend für Schalter sind, die das Anlegen des geeigneten Potentials zu den richtigen Zeitpunkten ermöglichen.

Zusätzliche Bestandteile der Schaltung zum Adressieren der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung sind in den Fig. 13 und 14 dargestellt. Insbesondere zeigen die Fig. 13 und 14 Beispiele einer Schaltung zum Umschalten des den X-Elektroden und den Y-Elektroden zugeführten Potentials zwischen einem Schreibimpuls V und einem Löschimpuls V . Die Schaltung nach Fig. 13 enthält zwei npn-Transistoren 60 und 61, von denen jeder mit seinem Kollektor an die Basis eines pnp-Transistors 62 bzw. 63 angeschlossen ist. Die Basis des Transistors 60 ist an einen Anschluß angeschlossen, an welchem ein einen geringen Pegel aufweisender Schreib-Freigabeimpuls V bereitgestellt wird, und die Basis des Transistors 61 ist an einen Anschluß angeschlossen, dem die komplementäre Spannung V zugeführt wird. Der Emitter des Transistors 62 ist an einen Anschluß 64 angeschlossen, an dem ein konstantes Potential V zur Verfügung gestellt

^W1

wird, während der Emitter des Transistors 63 an einen Anschluß 65 angeschlossen ist, an welchem ein konstanter Löschpegel V bereitgestellt wird. Die Kollektoren der

^e1
Transistoren 62 und 63 sind an den Ans'chluß OUT gekoppelt, der an die Emitter der Transistoren 27, 28 und 29 in Fig. 1 angeschlossen ist. Somit kann zu geeigneter Zeit ein Schreibimpuls an die Transistoren 27, 28 und 29 gelegt werden, indem an die Basis des Transistors 60 ein Impuls gelegt wird, der diesen Transistor einschaltet. Dies wiederum verursacht, daß der Transistor 62 leitend wird und das Potential +V am Anschluß 64 an dem Ausgang erscheint. Zu allen anderen Zeiten erzeugt V ein Potential an der Basis des Transistors 61, welches den Transistor einschaltet und veranlaßt, daß der Transistor 63 leitet und das Löschpotential V vom Anschluß 65 an den Ausgang OUT gibt. ^e1

Die Schaltung nach Fig. 14 liefert ein Potential -V oder -V an die Emitter der Transistoren 14, 15 und 16, und

zwar mittels Transistoren 66, 67, 68 und 69, die eine bezüglich der entsprechenden Transistoren (60, 61, 62, 63) in Fig. 13 entgegengesetzte Polarität aufweisen. Ein Unterschied besteht darin, daß die Potentiale V und V an die Basen zusätzlicher npn-Transistoren 72 und 73 gelegt werden. Diese Transistoren sind mit ihren Emittern an die Emitter der pnp-Transistoren 66 und 67 angeschlossen. Zweck der

zusätzlichen Transistoren ist es, die zum Treiben der Emitter der Transistoren 66 und 67 benötigten höheren Ströme mit derselben Polarität von Freigabeimpulsen zu liefern.

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

Für die Zeit zwischen t_ bis t. der in Fig. 7 gezeigten Signalverläufe sei angenommen, daß der Kreuzpunkt, welcher die Elektroden Y_g, Y_g und X₂ enthält, zuvor (vor t~) für die Anzeige ausgewählt wurde, und daß die Glimmentladung an allen ausgewählten Kreuzpunkten dadurch aufrechterhalten wird, daß Impulse mit der Amplitude +V an alle Y-Elektroden gelegt werden. Die Polaritäten der an die Elektroden Y₁, Y_ und Y₁. und an die Elektroden Y₃, Y. und Y, angelegt werden, sind nicht stets entgegengesetzt, sie sind vielmehr derart gewählt, daß die kombinierten Potentiale ausreichen, die Glimmentladung an vorab ausgewählten Stellen aufrechtzuerhalten, daß sie aber nicht ausreichen, irgendwo eine Glimmentladung einzuleiten. Demnach wird im vorliegenden Fall zwischen t. und t„ eine Spannung +V an den Anschluß

Iz sus

angelegt, der mit dem Emitter des Transistors 17 gekoppelt

ist, während der Transistor durch ein geeignetes Potential an seiner Basis geöffnet wurde, so daß ein positiver Erhaltungsimpuls mit etwa 50 Volt an die Elektroden Y₂, Y₄ und Y_c gelangt. Gleichzeitig wird eine Spannung von -V an den an den Emitter des Transistors 13 gekoppelten Anschluß gelegt, während der Transistor durch ein geeignetes Potential an seiner Basis geöffnet wird, so daß ein Potential von etwa -50 Volt an die Elektroden Y₁, Y₃ und Y₅ gelangt. Dies verursacht eine Glimmentladung in der Kreuzpunktzone, welche die Elektroden Y_ß und Y₅ enthält (sowie an anderen Stellen), wo sich Ladung als Ergebnis eines noch zu beschreibenden Schreibvorgangs angesammelt hatte. Das den Y-Elektroden zugeführte Signal wird zwischen t_ und t. umgekehrt durch Öffnen des Transistors 18, an dessen Anschluß eine Spannung -V ansteht, sowie durch Öffnen des Transistors 11, an dessen Anschluß eine Spannung +V ansteht. Durch diese Maßnahme erzeugt das angelegte Potential in Kombination mit der Wandspannung der angesammelten Ladung eine weitere Glimmentladung. Man sieht, daß das an die Elektrode angelegte Potential etwa der Emitterspannung der Transistoren entspricht. Während dieses Zeitraums sind die an die Elektroden Y₂, Y₄ und Y_g angeschlossenen Transistoren 14, 15 und 16, der an die Elektroden Y-, Y₃ und Y^ angeschlossene Transistor 12 und die an die Elektroden X-, X» und X₃ angeschlossenen Transistoren 27, 28 und 29 sämt-

lieh gesperrt.

Im Zeitpunkt t. soll eine Glimmentladung in der Kreuzpunktzone eingeleitet werden, die die Elektroden X~, Y₃ und Y. enthält, d. h.: An dieser Stelle soll ein Schreibvorgang stattfinden. Hierzu wird eine Spannung +V an die Elektrode

^W1 X_ gelegt, indem der Transistor 28 geöffnet wird, wodurch

von dessen Emitter (siehe Fig. 13) ein Potential +V be-

^W1 reitgestellt wird. In diesem Beispiel beträgt das Potential

etwa 90 Volt. Gleichzeitig gelangt eine Spannung von -V an die Elektrode Y., indem der Transistor 15 geöffnet wird, an dessen Emitter ein Potential -V anliegt (siehe Fig. 14).

^W1 Dieses negative Potential spannt die Dioden 19, 22 und 23 in Sperrichtung vor und entkoppelt damit das Schreibsignal von den nicht-ausgewählten Elektroden Y₃ und Y_fi. Die nichtausgewählten Elektroden empfangen weiterhin das normaler Erhaltungssignal, welches zu diesem Zeitpunkt auf dem Null-Potential liegt. Der positive Erhaltungsimpuls, der den Elektroden Y₁, Y-. und Y₅ zugeführt wird, erstreckt sich außerdem über die Dauer des Schreibimpulses, damit die Auswirkungen negativer Oberflächenladungen an zuvor beschriebenen Stellen über diesen Elektroden (z. B. der Elektrode Yc) verschwinden. Würden solche Ladungen nicht durch die Erweiterung der Erhaltungsspannung gehalten, könnten sie unerwünschte Entladungen zu der impulsbeaufschlagten Elektrode

der Abdeckung verursachen, was zu einem Löschen dieser "eingeschalteten" Zellen führen würde.

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

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

Im Zeitpunkt t_ß, wenn sämtliche anderen Transistoren gesperrt sind, wird der Transistor 12 geöffnet, und an seinen Anschluß wird ein Potential +V_w gelegt. Dieser Impuls ist derart geformt, daß seine Amplitude und seine Dauer ausreichen, um die als Ergebnis des vorausgehenden Impulses an der Elektrode X„ angesammelten Elektronen im wesent-

lichen ausnahmslos zu dem Bereich des Dielektrikums zu übertragen, der oberhalb der Elektrode Y-. liegt. In diesem Beispiel beträgt das Potential etwa 120 Volt, die Impulsdauer beträgt etwa 3 bis 4 Mikrosekunden (dies entspricht der Hälfte der Dauer des Schreibimpulses). Wie Fig. 3 zeigt, haben sich also im Zeitpunkt t_ die^ Elektronen von der Abdeckung an demjenigen Abschnitt des Dielektrikums gesammelt, der über der Elektrode Y₃ liegt, während die Ionen über der Elektrode Y. im wesentlichen an ihrer Stelle verblieben sind. Es existiert nun eine Wandspannung zwischen den Flächenbereichen über den Elektroden Y-. und Y., die zunächst eine Glimmentladung erzeugt, und die ausreichend groß ist, eine Glimmentladung in dem Bereich über den Elektroden Y_ und Y. zu erzeugen, wenn Impulse ausreichend großer Amplitude und gleicher Polarität wie die Ladung (+V und -V ) an diese Elektroden gelegt werden.

Das normale Erhaltungssignal wird also zwischen t„ und t_g ebenso wie in der Zeit zwischen t.. und t~ an sämtliche Y-Elektroden gelegt. Dies ruft eine Glimmentladung zwischen Y-, und Y- (auch an der zuvor beschriebenen Stelle mit Y_c und Y₅), hervor und bewirkt außerdem die Umkehr der Ladungsansammlung im Zeitpunkt t_g, wie Fig. 4 zeigt. Demzufolge ergibt sich eine neue Entladung, wenn die Polarität

der angelegten Impulse umgekehrt wird. D. h., die Glimmentladung zwischen Y₃ und Y₄ hält an, wenn das Erhaltungssignal angelegt wird, und zwar bis die betreffende Stelle swecks Löschung der Entladung ausgewählt wird.

Es sei angenommen, daß im Zeitpunkt t_1Q die Entladung in der Kreuzpunktζone mit den Elektroden X₂/ Y₃ und Y₄ gelöscht werden soll. Hierzu werden an die beiden Elektroden X₂ und Y₄ Löschimpulse gelegt. Durch öffnen des Transistors 28 wird an die Elektrode X₀ ein Potential +V , welches hier

ι e.,

etwa 50 Volt beträgt, gelegt. Wie oben erläutert wurde, liefert die Schaltung nach Fig. 13 das Potential V an die

^e1 Emitter der Transistoren 27, 28 und 29 zu allen Zeiten mit Ausnahme der Schreibphase. An die Elektrode Y₄ wird durch öffnen des Transistors 15, der gemäß Fig. 14 an'seinem Emitter das Potential -V empfängt, ein Impuls -V gelegt. Zu diesem Zeitpunkt sind alle übrigen Transistoren gesperrt.

Das Anlegen dieses Impulses bewirkt, daß die Elektronen, die sich über Y₄ angesammelt hatten, auf das Dielektrikum über der Elektrode X₂ übertragen werden, und daß außerdem Ionen aus dem Gas auf die dielektrische Oberfläche oberhalb von Y₄ gezogen werden, ähnlich wie es in der oben erläuterten Schreibphase vonstatten geht. Allerdings werden

Amplitude und Dauer dieses Schreibimpulses so gewählt, daß die Ladungsübertragung nicht zum Abschluß gelangt. Vielmehr sammelt sich im Zeitpunkt t... eine etwa gleich große Anzahl von Ionen und Elektronen über Y., wie Fig. 5 zeigt, so daß die Ladung oberhalb von Y. neutralisiert wird. In diesem Beispiel beträgt die Dauer des Impulses etwa 4 Mikrosekunden. Ferner wird ein negativer Erha1tungsimpuIs -V an die Elektroden Y.., Y₃ und Y₅ gelegt, um die positive Ladung über den Elektroden zu halten, die zuvor "beschrieben" wurden und wo ein Löschen nicht erwünscht ist. Andernfalls nämlich könnte eine solche Ladung sich zu einer benachbarten Elektrode (Y₄) entladen, wo gelöscht wird. Als nächstes könnte auf Wunsch ein positiver Impuls im Zeitpunkt t₁₂ an die Elektrode Y₃ (auch an die Elektroden Y₁ und Y₅) gegeben werden, um praktisch alle Elektronen, die sich über X„ angesammelt haben, auf das Dielektrikum über Y zu ziehen, während eine gleich große Anzahl von Ionen zurückgetrieben werden, um die Ladung über Y₃ zu neutralisieren. Es wurde jedoch festgestellt, daß dieser zusätzliche Löschimpuls nicht notwendig ist. Vielmehr stellt sich die gleiche Neutralisation der Ladung über Y₃ ein, wenn im Zeitpunkt t.^ der normale Erha1tungsimpuls an die Elektroden Y₁, Y₃ und Y₅ gelegt wird, wie Fig. 7 zeigt.

Fig. 6 zeigt die Situation kurze Zeit (etwa 1 Mikrosekunde)

nach dem Zeitpunkt t..,. Die Wandspannung an der dielektrisehen Oberfläche reicht nun nicht aus, um eine Glimmentladung zu erzeugen, wenn ein anschließendes Erhaltungssignal angelegt wird, und diese Kreuzpunktzone ist demnach gelöscht, bis ein neuer Schreibimpuls angelegt wird. Man beachte, daß die Folge der Impulse benachbarte Stellen, welche die Elektroden Y₁., Y_fi und Y₁, Y„ enthalten, nicht beeinflußt hat.

Es sei auf verschiedene besondere Merkmale der Vorrichtung und des Verfahrens zum Betreiben der Vorrichtung hingewiesen. Grundsätzlich umfaßt jeder Schreib- und Löschvorgang zwei Schritte, wobei Ladung auf die X-Elektrode übertragen wird, während Ladung entgegengesetzter Polarität sich an einer Y-Elektrode ansammelt (erster Schritt), und wobei dann die an der X-Elektrode angesammelte Ladung auf die andere Y-Elektrode in der Kreuzpunktzone übertragen wird (zweiter Schritt). Ist einmal an einem gewünschten Kreuzpunkt die Glimmentladung eingeleitet, so wird sie aufrechterhalten, indem lediglich ein Signal an die Y-Elektroden gelegt wird. Somit erfolgt nur eine kurze und einmalige Entladung zwischen den zwei Substraten an einer speziellen Kreuzpunktzone. Dies gestattet eine größere Toleranz der Spaltbreite zwischen den dielektrischen Schichten auf den Substraten, da die Glimmentladungs-

Anzeige nicht von der Spaltbreite abhängt. Außerdem ist es möglich, eine photolumineszierende Phosphorschicht (siehe Schicht 60 in Fig. 9) auf dem Abdeckungssubstrat vorzusehen, da eine solche Schicht keinem ins Gewicht fallenden Ionenbombardement während des Betriebs der Anzeigevorrichtung ausgesetzt ist. Darüber hinaus sind die Adressier- und Erhaltungsfunktionen im wesentlichen getrennt, obschon noch einige Überlappung existiert. Für die X-Elektroden wird nur die Adressierschaltung benötigt. Bei den Y-Elektroden wird als Adressierschaltung zur Auswahl individueller Elektroden nur eine Schaltung für die Elektroden Y_, Y. und Y, benötigt. Während eine Schreib/Lösch-Funktion für die Elektroden Y., Y₃ und Y₅ (über den Transistor 12) benötigt wird, so kann diese für sämtliche dieser Elektroden gemeinsam eingesetzt werden. Selbstverständlich ist ein gewisser Grad an Kombination von Adressier- und Erhaltungsschaltung für die Elektroden Y~, Y. und Y, notwendig, diese ist jedoch minimal. Zur Erhöhung der Separierung könnte nach Wunsch das gesamte Erhaltungssignal auf die Elektroden Y₁, Y₃ und Y₅ gelegt werden. Eine derartige Anordnung neigt jedoch dazu, daß sich Ladungen auf der oberen Elektrode selbst dann aufbauen, wenn ihr kein Impuls zugeführt wird. Dies ist zurückzuführen auf die hohe Spannung eines solchen einzelnen Erhaltungssignals. Folglich ist es vorzuziehen, die Erhaltungsspannung zwischen

den Elektroden jedes Paares aufzuspalten.

Die zum Auswählen der gewünschten Elektroden entsprechend der oben erläuterten Betriebsweise benötigte logische Schaltung dürfte dem Fachmann grundsätzlich bekannt sein und soll hier nicht näher erläutert werden. Es sei nochmals darauf hingewiesen/ daß die in der in Fig. 1 gezeigten Adressierschaltung verwendeten Transistoren lediglich Anschauungsbeispiele sind, und daß in der tatsächlichen Ausführung andere Schalter eingesetzt werden können, beispielsweise Feldeffekttransistoren.

Obschon bei der Ausführungsform nach Fig. 1 die paarweisen Y-Elektroden relativ großen Abstand (etwa lOOOOstel Zoll) voneinander haben und nur in den Anzeigezonen dicht zusammengeführt sind (etwa 4000stel Zoll), so können die Elektrodenpaare auch mit gleichförmigem Abstand angeordnet werden, wie in den Fig. 8 und 9 dargestellt ist.

Fig. 8 ist ein Grundriß einer Elektrodenanordnung, während Fig. 9 eine Seitenansicht eines Teils einer Anzeigetafel gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung zeigt. Gleiche Teile wie in Fig. 1 sind mit entsprechenden Bezugszeichen versehen. Wie Fig. 8 zeigt, verlaufen die Y-Elektroden nun im wesentlichen parallel mit gleichförmigem Ab-

stand, der in diesem Beispiel 4000stel Zoll (0,1016 mm) beträgt. Die Glimmentladungen zwischen den Elektrodenpaaren werden durch Verwendung von Blockierelektroden 45 auf die Kreuzpunktzonen beschränkt. Die Blockierelektroden 45 befinden sich zwischen jeder X-Elektrode über den Elektrodenpaaren. Wie Fig. 9 zeigt, sind diese Blockierelektroden auf der dielektrischen Schicht 25 über den Y-Elektroden gebildet. Die dielektrische Schicht 40 wiederum liegt über den Blockierelektroden und besteht aus einem Dünnschichtüberzug aus CeO₂ und MgO, wie es im vorhergehenden Ausführungsbeispiel verwendet wurde. Derselbe Überzug ist als Schicht 41 über der Abdeckungs-Dielektrikumschicht gezeigt.

Die Blockierelektroden begrenzen die seitliche Streuung der Glimmentladung zwischen den Y-Elektroden, so daß die Elektroden parallel angeordnet sein können. Dieses Begrenzen geschieht durch gleichmäßiges kapazitives Koppeln jeder Blockierelektrode an beide Y-Elektroden in dem darunterliegenden Elektrodenpaar.. Da das Potential an der Blockierelektrode demnach eine Funktion der Summe der Potentiale der beiden Elektroden des Elektrodenpaars ist und diese Potentiale gleiches oder entgegengesetztes Vorzeichen während der Erhaltungszyklen besitzen, entsteht an der Oberfläche des Dielektrikums 40 über den Blockierelektroden im

wesentlichen Null-Potential (oder zumindest ein Potential, welches zu klein ist, um eine Entladung aufrechtzuerhalten) Diese Bereiche des Null-Potentials bilden Grenzen für die Glimmentladung. Obschon die Blockierelektroden in Fig. 8 als in vertikaler Richtung segmentierte Elektroden dargestellt sind, könnte auch in jeder Spalte zwischen den X-Elektroden eine einzige Elektrode vorgesehen sein.

Für eine weitergehende Separierung der Erhaltungs-Schaltung einerseits und der Schreib/Lösch-Schaltung andererseits kann jeder Kreuzpunktzone eine vierte Elektrode hinzugefügt werden, wie es aus dem Grundriß in Fig. 10 und der einen Teil einer Anzeigevorrichtung darstellenden Querschnittansicht in Fig. 11 hervorgeht. Zu Anschauungszwecken ist lediglich ein Abschnitt des Feldes dargestellt, jedoch sind bei einer in der Praxis Anwendung findenden Ausführungsform sehr viele Anzeigestellen vorgesehen. Auch hier enthält das obere Substrat 50 ein Feld von parallelen Elektroden X^, X'₂ und X'₃, die in der dielektrischen Schicht 51 auf der Oberfläche eingebettet sind. Bei dieser Ausführungsform jedoch sind die auf dem unteren Substrat 52 ausgebildeten und von der dielektrischen Schicht 53 abgedeckten Elektroden in mehrere Gruppen von drei parallelen Elektroden unterteilt, hier in Gruppen Y'«, ^Y'₂' ^Y*3 ^und Y'₄, ^Y'c/ Y'g. Bei einem solchen Aufbau kann man ein Er-

haltungssignal an zwei der drei Elektroden in jeder Kreuzpunktzone legen, beispielsweise an die Elektroden Y' und Y' sowie Y¹^ und Y' , um die Glimmentladung zwischen diesen Elektroden zu erzeugen. Die dritte Elektrode, z. B. Y' und Y' läßt sich zusammen mit der entsprechenden X'-Elektrode zur Auswahl der gewünschten Kreuzpunktzone zwecks Einleitung oder Löschung der Glimmentladung durch Übertragung der Ladung zwischen der dritten Elektrode und der X'-Elektrode und einer späteren Übertragung der Ladung von der X'-Elektrode zu einer der anderen Y¹-Elektroden in der Kreuzpunktzone verwenden, wie es im obigen Beispiel der Fall war. Ein dritter Schritt könnte sich an die Übertragung der Ladung von der dritten Elektrode zu der verbleibenden Y'-Elektrode an dem Kreuzpunkt anschließen, um eine ausreichende Wandspannung über den zwei Erhaltungselektroden zu erzeugen. Die Löschung kann in der gleichen Abfolge mit der Zufuhr kleinerer Impulse kürzerer Dauer erfolgen, so daß die Ladung über jeder Elektrode wie im vorhergehenden Beispiel neutralisiert wird. Wiederum können über den Erhaltungselektroden Y¹, und Y' sowie Y'₅ und Y' Blockierelektroden 54 gebildet werden, die kapazitiv an die Erhaltungselektroden gekoppelt werden, um das Streuen der Glimmentladung in benachbarte Kreuzpunktzonen zu verhindern. Fig. 12 zeigt typische Formen von Spannungen, die an die

Elektroden gelegt werden können, um eine Glimmentladung an dem Kreuzpunkt einzuleiten oder zu löschen, welcher die Elektroden X^, Y^, Y'₂ und Y" enthält.

Claims

Patentansprüche

.'· Anzeigevorrichtung, mit folgenden Merkmalen:

- auf einer Seite eines ersten Substrats (10) ist eine erste dielektrische Schicht (25) gebildet,

- ein zweites Substrat (26), auf dessen einer Seite eine zweite dielektrische Schicht (30) gebildet ist, ist bezüglich des ersten Substrats derart angeordnet, daß ein Spalt (G) gebildet wird, der zwischen der ersten und der zweiten dielektrischen Schicht ein Glimmentladungsgas einschließt,

- auf der Oberfläche des einen Substrats ist innerhalb der ersten dielektrischen Schicht ein erstes Feld (Y^-Yg)

zu Paaren gehöriger Elektroden gebildet, entlang derer mehrere Kreuzpunkt-Anzeiqezonen vorgesehen sind, in denen Glimmentladungen getragen werden können, und

- es ist eine Einrichtung (11, 12, 17, 18) vorgesehen, die an die Elektroden des ersten Feldes eine erste Spannung

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legt, um Glimmentladungen zwischen den Elektrodenpaaren in ausgewählten Anzeigezonen lediglich aufrechtzuerhalten,
dadurch gekennzeichne-t , daß

- auf der Seite des zweiten Substrats innerhalb der zweiten dielektrischen Schicht ein zweites Feld (X₁-X-) von einzelnen Elektroden gebildet ist, die derart angeordnet sind, daß mit den Anzeigezonen des ersten Feldes von paarweise angeordneten Elektroden Kreuzpunkte gebildet werden, und

- daß eine Einrichtung (12, 14, 15, 16, 27, 28, 29) an das erste und das zweite Feld eine zweite Spannung legt, die größer ist als die erste Spannung, um in ausgewählten Kreuzpunkt-Anzeigezonen Glimmentladungen einzuleiten und zu löschen.
2. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet , daß zwischen jedem Paar von Elektroden in dem ersten Feld eine dritte Elektrode (Y-J¹, Yr¹) angeordnet ist, und daß das zweite Feld derart angeordnet ist, daß bei jeder Anzeigezone vier Elektroden umfassende Kreuzpunkte mit dem ersten Feld gebildet werden, so daß das Anlegen der zweiten Spannung zwischen eine Elektrode sowohl des ersten als auch des zweiten Feldes an ausgewählten Kreuzpunkten eine

Glimmentladung einleitet oder auslöscht und das Anlegen der ersten Spannung an die verbleibenden Elektroden des ersten Feldes eine in-Gang-gesetzte Glimmentladung aufrechterhält .
3. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß an die Elektrodenpaare in dem ersten Feld kapazitiv zusätzliche Elektroden (54, Fig. 10) gekoppelt sind, mit denen Glimmentladungen aufrechterhalten werden können, und die zwischen Anzeigezonen liegen, um die Fortpflanzung von Glimmentladungen zwischen Anzeigezonen zu verhindern.
4. Verfahren zum Betreiben einer Anzeigevorrichtung, die ein erstes Feld von Elektroden mit mehreren auf einer Seite eines ersten Substrats ausgebildeten und von einer ersten dielektrischen Schicht bedeckten Elektrodenpaaren, ein zweites Feld von Elektroden, die auf einer Seite eines zweiten Substrats gebildet und von einer zweiten dielektrischen Schicht bedeckt sind, und ein ionisierbares Gas aufweist, welches sich in einem Spalt befindet, der zwischen den dielektrischen Schichten der Substrate gebildet ist, welche derart angeordnet sind, daß die Elektroden der beiden Felder Kreuzpunktzonen bilden, die jeweils mindestens zwei Elektroden des ersten Feldes und eine Elektrode des

zweiten Feldes umfassen,

dadurch gekennzeichnet , daß eine gewünschte Kreuzpunktzone für die Anzeige folgendermaßen ausgewählt wird:

- in der gewünschten Kreuzpunktzone wird ein Impuls einer Polarität an eine ausgewählte Elektrode des zweiten Feldes und ein Impuls der entgegengesetzten Polarität an eine ausgewählte erste Elektrode des ersten Feldes gelegt, wobei die Impulsstärke ausreicht, eine Nettoakkumulation von Ladungen entgegengesetzter Polarität an den dielektrischen Schichten über den beiden Elektroden hervorzurufen, und

- an eine zweite Elektrode des ersten Feldes in der gewünschten Kreuzpunktzone wird ein Impuls gelegt, der die gleiche Polarität hat wie der vorher an die'Elektrode des zweiten Feldes gelegte Impuls, und der ausreichend groß ist, um die über der Elektrode des zweiten Feldes angesammelten Ladungen zu dem Abschnitt der dielektrischen Schicht über der zweiten Elektrode zu übertragen.
5. Verfahren nach Anspruch 4,

dadurch gekennzeichnet , daß jede Kreuzpunktzone in dem ersten Feld nur ein Paar von Elektroden aufweist, und daß die Übertragung von Ladung zu der zweiten Elektrode zwischen den dielektrischen

Abschnitten über dem Elektrodenpaar ein Potential entstehen läßt, das ausreichend groß ist, um eine Glimmentladung zu bewirken.
6. Verfahren nach Anspruch 5,

dadurch gekennzeichnet , daß die Glimmentladung dadurch aufrechterhalten wird, daß an jede Elektrode des Elektrodenpaars ein Wechselstromsignal gelegt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 4,

dadurch gekennzeichnet , daß jede Kreuzpunktzone mindestens eine dritte Elektrode in dem ersten Feld aufweist, und daß sich an die Ladungsübertragung zu der zweiten Elektrode das Anlegen eines Impulses an die dritte Elektrode anschließt, wobei der Impuls die gleiche Polarität hat wie der zuvor an die erste Elektrode des ersten Feldes angelegte Impuls, und die Impulsstärke ausreicht, die über der ersten Elektrode auf dem dielektrischen Abschnitt angesammelten Ladungen zu dem über der dritten Elektrode zu übertragen, was dazu führt, daß zwischen den dielektrischen Abschnitten über der zweiten und der dritten Elektrode ein Potential gebildet wird, das für eine Glimmentladung ausreicht.
8. Verfahren nach Anspruch 7,

dadurch gekennzeichnet , daß die Glimmentladung dadurch aufrechterhalten wird, daß an die zweite und die dritte Elektrode in jeder Kreuzpunktzone ein Wechselstromsignal angelegt wird.