Schaltungsanordnung zur Ansteuerung von Matrixbauelementen

Abstract

 In einer Schaltungsanordnung zur Ansteuerung von Matrixbauelementen mit n Zeilenelektroden und m Spaltenelektroden sind für jede Zeilen- und/oder Spaltenelektrode jeweils zwei Zuleitungen vorgesehen. Zwischen jeder Zuleitung und der zugehörigen Elektrode befindet sich ein Kondensator. Jeweils

bzw.

dieser Zuleitungen werden mit einem gemeinsamen Eingang verbunden. Die Zahl der Eingänge beträgt vorzugsweise 2 (

+

).

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Ansteuerung von Matrixbauelementen mit n Zeilenelektroden und m Spaltenelektroden, wobei n = m sein kann sowie zwei Verwendungsmöglichkeiten einer solchen Anordnung.

[0002] Gasentladungen besitzen eine definierte Zündschwelle, die durch die Zündspannung gegeben ist. Aufgrund dieser Zündschwelle lassen sich einfache Gasentladungsmatrizen aufbauen, z.B. die AC-Plasma-Panels.

[0003] Die Matrix besteht aus zwei Glasplatten, die mit parallel verlaufenden Leiterbahnen versehen sind. Die beiden Glasplatten werden in geringem Abstand von ca. 50 bis 100 _/um so zueinander montiert, daß die darauf vorhandenen Elektrodenbahnen gekreuzt zueinander verlaufen und somit die Zeilen und Spalten einer Matrix bilden. Der Zwischenraum wird mit einem Gas gefüllt, das eine möglichst niedrige Zündspannung besitzt, im allgemeinen mit Neon + 0,1 Argon. Der Druck beträgt einige 100 mbar. Jeder Kreuzungspunkt stellt ein Element der Matrix dar, an dem durch Ansteuerung der zugehörigen Zeilen- und Spaltenelektrode eine Gasentladung gezündet werden kann. Legt man z.B. an die Zeilenelektrode die halbe Zündspannung ⁺ U_Z/2 und an die Spaltenelektrode -U_z/2, während alle nicht angesteuerten Elektroden auf Erdpotential liegen, so tritt nur am Kreuzungspunkt der angesteuerten Elektroden die volle Zündspannung U_z auf, so daß dort eine Gasentladung eingeleitet wird. An allen anderen Kreuzungspunkten längs der angesteuerten Elektroden liegt nur die halbe Zündspannung U_z/2, die wegen der definierten Zündschwelle zur Einleitung einer Zündung nicht ausreicht. Allgemein treten hier die Selektionsgrade 1 (Vollselektion), 1/2 (Halbselektion) und 0 (keine Spannung an den zugehörigen Elektroden) auf.

[0004] Bei dieser Anordnung benötigt man zur Zündung einer Entladung an einem beliebigen Element einer aus n² Elementen bestehenden quadratischen Matrix mit 2 n Elektroden 2 n Zuleitungen. Da jede Zuleitung ihren eigenen Schaltkreis benötigt, wird der Schaltungsaufwand bei großen Matrizen sehr hoch.

[0005] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, durch eine geeignete Anordnung den Schaltungsaufwand erheblich zu reduzieren.

[0006] Es hat sich nun gezeigt, daß sich diese Aufgabe mit einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art lösen läßt, in der für jede Zeilen- und/oder Spaltenelektrode zwei Zuleitungen vorgesehen sind, welche jeweils einen Kondensator enthalten und

bzw.

dieser Zuleitungen mit einem gemeinsamen Eingang verbunden sind. Vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Anordnung sind in den Unteransprüchen 2 bis 11 erläutert, während Ansprüche 12 und 13 zwei Verwendungsmöglichkeiten betreffen.

[0007] Die Erfindung wird anhand beiliegender Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen

Figur 1 eine mögliche Ansteuerung am Beispiel einer 9 x 9 Matrix;

Figur 2 eine Ersatzschaltung für eine einzelne Elektrodenleitung;

Figur 3 eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung am Beispiel einer 9 x 9 Matrix;

Figur 4 dieselbe Schaltungsanordnung am Beispiel einer Matrixhälfte mit n = 1024 Elektroden;

Figur 5 eine weitere Ausführungsform, bei der die Kapazitäten in integrierter Form gebildet sind und

Figuren 6 und 7 in perspektivischer Darstellung die Anordnung der Elektroden zur integrierten Erzeugung der Kapazitäten.

[0008] Figur 1 zeigt am Beispiel einer Matrix bestehend aus n = 9 Zeilen- und m = 9 Spaltenelektroden, wie der externe Schaltungsaufwand reduziert werden kann. Die erfindungsgemäße Lösung ist auch anwendbar, wenn n # m und n und m keine Quadratzahlen sind.

[0009] Die Vollselektion eines beliebigen Elements erfolgt erfindungsgemäß nicht über zwei, sondern vier Zuleitungen, wobei jede Zuleitung vor jeder Elektrodenleitung Kondensatoren C₁ und C₂ enthält.

[0010] Die erfindungsgemäße Anordnung beruht auf dem Prinzip der kapazitiven Spannungsteilung, die durch die Kondensatoren C₁ und C₂ bewirkt wird. Jede Elektrodenleitung bildet gegenüber ihren Nachbarn und gegenüber den dazu gekreuzt verlaufenden Gegenelektroden eine Kapazität C₃, die bei der Ansteuerung aufgeladen werden muß.

[0011] Da bei der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform alle Elemente über vier Zuleitungen angesteuert werden, sind entsprechend 2 (

+

), d.h. bei n = m = 9 lediglich 12 Eingänge vorhanden. Ferner ist die Ansteuerung sowohl der Zeilen- als auch der Spaltenelektroden gleichartig aufgebaut. Wenn davon ausgegangen wird, daß die benachbarten

= 3 Zeilenelektroden und

= 3 Spaltenelektroden jeweils eine Gruppe bilden, so sind in der Figur 1 auf der rechten Seite der Zeilenelektroden sowie auf der unteren Seite der Spaltenelektroden jeweils die ersten Zuleitungen aller drei Gruppen beim Eingang Nr. 1 zusammengefaßt. Ebenfalls sind alle zweiten Zuleitungen aller Gruppen mit dem Eingang Nr. 2 und alle dritten Zuleitungen mit dem Eingang Nr. 3 verbunden. Auf der gegenüberliegenden Seite der Matrix werden alle drei Zuleitungen innerhalb einer Gruppe zu einem gemeinsamen Eingang geführt.

[0012] Figur 2 gibt die Ersatzschaltung für eine einzelne Elektrodenleitung wieder. Werden an den Kapazitäten C₁ und C₂ die Spannungen U₁ und U₂ angelegt, so ist für C_l = C₂ = C die an C₃ liegende Spannung

Nun können die Spannungen je nach Selektionsgrad U_l und/oder U₂ = U_Z/2 oder gleich 0 sein. Für U₁ = U₂ = U_Z/2 folgt

für C»C₃: U₃ = U_z/2 Für U₁ oder U₂ = 0 folgt

für C»C₃: U'₃ = U_z/4

[0013] Daraus folgt: U'₃ ⁼ U₃/^2.

[0014] Die volle Zündspannung U_z wird nur erreicht, wenn alle vier, die Lage eines Einzelelementes definierenden Zuleitungen angesteuert werden. Jetzt treten aber die Selektionsgrade.1,3/4, 1/2,1/4 und 0 auf. Dennoch ist die Selektion eines beliebigen Einzelelements wegen der relativ scharf definierten Zündschwelle möglich. Zur Zündung an einem Element ist mindestens die Zündspannung U_z erforderlich, während bei 3/4 U_z noch keine Zündung auftritt. Damit sind zur Ansteuerung einer quadratischen Matrix mit n^2-Elementen nur 4 x

Zuleitungen erforderlich. Für eine Matrix mit (1024) Elementen bedeutet dies, daß nur 4 x 32 = 128 anstatt 2 x 1024 = 2048 Zuleitungen nötig sind.

[0015] Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist in Figur 3 dargestellt, wiederum am Beispiel einer Matrix mit 3⁴ = 81 Elementen. Während im Beispiel nach Figur 1 jeweils Gruppen von drei Elektroden (allgemein

bzw.

Elektroden) an jeweils einer Seite jeder Matrixhälfte parallel geschaltet waren, werden diese hier so permutiert, daß bei Selektion einer bestimmten Elektrodenleitung (an beiden Kondensatoren liegt U_z/2) an keiner weiteren Elektrode der gleichen Gruppe Spannung anliegt. Es ist eine große Anzahl solcher Permutationen möglich, die diesen Zweck erfüllt. Mit dieser Anordnung wird vermieden, daß bei Vollselektion eines beliebigen Elements ein Nachbarelement 3/4 selektiert ist. Sonst besteht die Möglichkeit, daß ein 3/4 selektiertes Element die Gasentladung eines vollselektierten Elements übernimmt, wenn die Brennspannung der Entladung U_Br ≤ 3/4 U_z ist.

[0016] Bei dieser Ausführungsform werden auf der einen Seite der Elektroden jeweils die ersten, die zweiten und die dritten Zuleitungen aller drei Gruppen mit einem gemeinsamen Eingang verbunden. Auf der anderen Seite kann wie in Figur 3 gezeigt, in der ersten Gruppe die Zuleitung Nr. 1 mit dem Eingang Nr. 1, die Zuleitung Nr. 2 mit dem Eingang Nr. 2 und die Zuleitung Nr. 3 mit dem Eingang Nr. 3, in der zweiten Gruppe die Zuleitung Nr. 1 mit dem Eingang Nr. 2, die Zuleitung Nr. 2 mit dem Eingang Nr. 3 und die Zuleitung Nr. 3 mit dem Eingang Nr. 1 und in der dritten Gruppe die Zuleitung Nr. 1 mit dem Eingang Nr. 3, die Zuleitung Nr. 2 mit dem Eingang Nr. 2 und die Zuleitung Nr. 3 mit dem Eingang Nr. 1 verbunden sein.

[0017] In Figur 4 wird in einer Matrixhälfte für 1024 Elektroden diese Schaltung schematisch dargestellt. 1024 Elektroden bilden 32 Gruppen, die jeweils gestrichelt eingerahmt sind. Nur die ersten zwei und die letzten zwei Gruppen werden in der Zeichnung erläutert. Die senkrechten Linien stellen die Eingänge 1 bis 32 dar. In jeder Gruppe sind jeweils die ersten fünf und die letzten fünf Elektroden gezeichnet.

[0018] Die Kondensatoren C₁ und C₂ können in beliebiger Weise außen an die Leiterbahnen der Matrix angeschlossen werden. Erfindungsgemäß ist es jedoch auch möglich, die Kondensatoren bei der Herstellung der Matrix und der Zuleitungen in einem Arbeitsgang zu erzeugen. Eine solche Ausführungsform wird in Figur 5 schematisch dargestellt. Auf dem Substrat 1, z.B. aus Glas, werden die Zuleitungen 2 aufgebracht, z.B. mit Hilfe des photolithographischen Verfahrens. Sie bilden gleichzeitig die äußeren "Platten" der Kondensatoren C_l und C₂. Darauf wird eine ca. 1 bis 2 _/um dicke Isolierschicht 3 aufgebracht, z.B. durch Sputtern von Si0₂ in an sich bekannter Weise. Aus dieser Schicht werden auf photolithographischem Weg Kontaktierungsfenster 4 herausgeätzt. Auf der Schicht 3 werden schließlich die Elektrodenbahnen 5 und die Eingänge 6 hergestellt. Die Elektrodenbahnen 5 bilden gleichzeitig die inneren "Platten" der Kondensatoren C_l und C₂. Beim Betrieb der Anordnung, z.B. als Plasma-Panel, ist noch eine Isolierschicht 7 erforderlich. Damit ist eine der beiden Matrixhälften nach Figur 3 fertiggestellt. Die Herstellung der anderen Hälfte geschieht in der gleichen Weise.

[0019] Figur 6 zeigt nochmals schematisch in perspektivischer Darstellung die Anordnung der Zuleitungen 2 und Elektrode 5 zur Erzeugung der Kapazitäten C_l und C₂. Dabei überlappen sich die Zuleitungen 2 mit der Elektrode 5, wobei sich im Überlappungsbereich zwischen den Elektroden und Zuleitungen die Isolierschicht befindet und somit die Kondensatoren C₁ und C₂ gebildet werden. Die Größe der Kapazitäten wird durch die Größe der Überlappung eingestellt. Bei dieser Ausführungsform weisen die Zuleitungen und die Elektrode die gleiche Breite auf. Die Endbereiche der Zuleitungen 2 sind parallel derart über die Endbereiche der jeweiligen Elektrode 5 geführt, daß über der Mitte der Elektrode zwischen den Enden der Zuleitungen 2 ein Spalt entsteht.

[0020] Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform zur Erzeugung der Kapazitäten C₁ und C₂ wird in Figur 7 dargestellt. Die Elektrode 5 ist wie im Beispiel nach Figur 6 aufgebaut. Die Breite der Zuleitungen 2 ist geringer als die Hälfte der Elektrodenbreite. Die Größe von C_l und C₂ wird durch die Länge der Zuleitungen 2 und damit wiederum durch die Größe der Überlappung mit der Elektrode 5 eingestellt.

[0021] Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung kann wie oben erläutert zur Ansteuerung von AC-Plasma-Panels herangezogen werden. Die Verwendung zur Ansteuerung von Elektretspeichern ist ebenfalls möglich. Solche Elektretspeicher sind bekannt und in der DE-OS 26 27 249 beschrieben.

Ansprüche

1. Schaltungsanordnung zur Ansteuerung von Matrixbauelementen mit n Zeilenelektroden und m Spaltenelektroden, wobei n = m sein kann, dadurch gekennzeichnet, daß für jede Zeilen-und/oder Spaltenelektrode zwei Zuleitungen vorgesehen sind, welche jeweils einen Kondensator enthalten und daß

bzw.

dieser Zuleitungen mit einem gemeinsamen Eingang verbunden sind.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Eingänge 2 (

+

beträgt.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuerung der Zeilen- bzw. Spaltenelektroden gleichartig aufgebaut ist.

4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche llis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die benachbarten

Zeilenelektroden bzw.

Spaltenelektroden jeweils eine Gruppe bilden und daß auf der einen Seite der Elektroden jeweils alle ersten, alle zweiten, ... und alle

- bzw.

-ten Zuleitungen der Gruppen mit einem gemeinsamen Eingang verbunden sind.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf der gegenüberliegenden Seite der Elektroden die Ansteuerung so ausgeführt ist, daß einem vollselektierten Element kein 3/4-selektiertes Element benachbart ist.

6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf der gegenüberliegenden Seite der Elektroden alle

bzw.

Zuleitungen innerhalb einer Gruppe mit einem gemeinsamen Eingang verbunden sind.

7. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf der gegenüberliegenden Seite der Elektroden in der ersten Gruppe die Zuleitung Nr. 1 mit dem Eingang Nr. 1, die Zuleitung Nr. 2 mit dem Eingang Nr. 2, ... die Zuleitung Nr./n bzw.

mit dem Eingang Nr.

bzw.

;

in der zweiten Gruppe die Zuleitung Nr. 1 mit dem Eingang Nr. 2, die Zuleitung Nr. 2 mit dem Eingang Nr. 3, ... die Zuleitung Nr.

bzw.

mit dem Eingang Nr.

bzw.

und die Zuleitung Nr.

bzw.

mit dem Eingang Nr. 1;

in der dritten Gruppe die Zuleitung Nr. 1 mit dem Eingang Nr. 3, die Zuleitung Nr. 2 mit dem Eingang Nr. 4, ... die Zuleitung Nr.

bzw.

mit dem Eingang Nr.

bzw.

, die Zuleitung Nr.yn-1 mit dem Eingang Nr. 1, die Zuleitung Nr.

bzw.

mit dem Eingang Nr. 2 usw...

und in der

-ten bzw.

-ten Gruppe die Zuleitung Nr. 1 mit dem Eingang Nr.

bzw.

, die Zuleitung Nr. 2 mit dem Eingang Nr. 1, die Zuleitung Nr. 3 mit dem Eingang Nr. 2, ... die Zuleitung Nr.

bzw.

mit dem Eingang Nr.

bzw.

verbunden sind.

8. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatoren unmittelbar vor den Elektroden angebracht sind.

9. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatoren gebildet werden, indem die Elektroden sich teilweise mit den Zuleitungen überlappen, wobei sich im Überlappungsbereich zwischen den Elektroden und Zuleitungen die Isolierschicht befindet.

10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden und die zugehörigen Zuleitungen die gleiche Breite aufweisen und daß die Endbereiche der Zuleitungen parallel derart über die Endbereiche der jeweiligen Elektrode geführt sind, daß über der Mitte der Elektrode zwischen den Enden der beiden Zuleitungen ein Spalt entsteht.

11. Schaltungsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Zuleitung weniger als die Hälfte der Breite der jeweiligen Elektrode beträgt und daß die Zuleitungen parallel derart längs über die Elektrode geführt sind, daß über der Mitte längs der Elektrode zwischen den Zuleitungen ein Spalt entsteht.

12. Verwendung der Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 zur Ansteuerung von Plasma-Panels.

13. Verwendung der Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 zur Ansteuerung von Elektretspeichern.

Zeichnung