DE2328849A1

DE2328849A1 - Sicht- und bildtafel

Info

Publication number: DE2328849A1
Application number: DE2328849A
Authority: DE
Inventors: Shigeru Hayakawa; Fumio Hosomi; Kiyotaka Wasa
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1972-06-02
Filing date: 1973-06-01
Publication date: 1973-12-20
Also published as: US3875442A; FR2186727B1; CA976260A; FR2186727A1; GB1433256A; DE2328849B2

Description

M 3276

Matsushita Electric Industrial Co.,Ltd., Kadoma, Osaka, Japan

Sicht- und Bildtafel

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sicht- und Bildtafel und insbesondere einen grossen flachen Fernsehbildschirm mit einer Niederspannungskathodenlumineszenzmatrix in einem Gasplasma.

Für ein Bildwiedergabesystem ist es erwünscht, einen grossen flachen Bildschirm mit hoher Auflösung zur Verfügung zu haben. Obgleich einige kleinformatige flache Sichtanordnungen mit LED- (Leuchtdioden) Matrizes oder als Elektrolumineszenz-Matrizes ausgeführt worden sind, ist es bisher sehr schwer gewesen, ein Sichtgerät in Form einer grossen flachen Tafel zu konstruieren. Ein Grund hierfür ist die sehr hohe Leistungsaufnahme einer derartigen Anordnung.

Es ist also ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine neuartige kathodenlumineszente Bildtafel mit geringem Leistungsumsatz anzugeben.

309851/0931

Ein weiteres Ziel derErfindung ist es, eine neuartige kathodenlumineszente Bildtafel für die Zahlenwiedergabe mit geringem Leistungsumsatz anzugeben·

Ein arideres Ziel der Erfindung ist es, eine neuartige kathodenlumineszente Matrixanordnung für einen grossen flachen Fernsehbildschirm bei geringem Leistungsumsatz anzugeben.

Diese Ziele lassen sich erreichen durch eine Bildtafel mit einer gasdichten Umhüllung, zwei flachen Elektroden, die innerhalb der gasdichten Umhüllung parallel zueinander angeordnet sind, wobei eine von ihnen eine Kaltkathode und die andere eine Anode ist. Insbesondere handelt es sich bei der einen Elektrode um eine Kaltkathode in Form einer Metallplatte und bei der anderen um eine Anode in Form eines Metallgitters. Weiterhin ist vorgesehen, eine kathodenlumineszente Platte aus einer durchsichtigen, mit einer Leuchtstoffschicht versehenen Elektrode, die hinter der Anode angeordnet ist.

Die Erfindung wird nun im Detail anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben.

Fig. 1 ist eine Schnittansicht einer Bildtafel nach der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 ist eine schematische Darstellung einer abgeänderten Form einer Bildtaf.el nach der vorliegenden Erfindung, die für die Zahlendarstellung gedacht ist;

Fig. 3 ist eine Schnittansicht eines Bildelements einer Bildtafel nach der vorliegenden Erfindung;

Fig. 4 ist ein Diagramm, das die Betriebseigenschaften einer flachen Bildtafel nach der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 5 ist eine schematische Darstellung einer Bildtafel nach der vorliegenden Erfindung;

3098 5 1/0931

die Pig. 6 bis 11 sind schematische Darstellungen von verschieo.enen Elektroden für eine Bildtafel nach der vorliegenden Erfindung.

Gem. Fig. 1 weist eine.Bildtafel 10 nach der vorliegenden Erfindung eine gasdichte Umhüllung 1, zwei flache Hauptelektroden 2 und 3, die parallel zueinander in der gasdichten Umhüllung 1 angeordnet sind, sowie eine kathodenluminesaente Platte 4 auf. Eine der Hauptelektroden, die Elektrode 2, ist eine Kaltkathode in Form einer Metallplatte, während die andere Elektrode, die Elektrode 3* eine Anode in Form eines Metallgi&ers ist. Die kathodenlumineszente Platte 4 besteht aus einer durchsichtigen Glasplatte 7, einer durchsichtigen Elektrode 5 auf der Glasplatte 7, und einer auf die durchsichtige Elektrode 5 aufgebrachten Leuchtstoffschicht 6. Die Leuchtstoffschicht 6 befindet sich hinter der Anode 3> wie in Fig. 1 gezeigt.

Die Leuchtstoffschicht 6 besteht bspw. aus Zinkoxid, das sich mit Elektronen niedriger Energie erregen lässt. Materialien, für die Elektroden 2 und 3 sind bspw. Nickel, Molybdän, Wolfram, Tfcan, Aluminium usw.. Für die durchsichtige Elektrode 5 lassen sich bspw. Zinnoxid, Titanoxid, Indiumoxid usw. verwenden. Die gasdichte Umhüllung 1 enthält ein ionisierbares Medium wie bspw. Wasserstoff, Helium, Krypton, Neon, Argon, Stickstoff bzw. Mischungen derselben unter einem Druck von 10~ bis Ip Torr.

In Betrieb wird zwischen den Hauptelektroden 2 und 3 unter einer aus einer Quelle 8 bezogenen Spannung V. eine Kaltkathoden-Glimmentladung aufrechterhalten. Typische Werte für V_d liegen zwischen 200 und 300 Volt. Die Leuchtstoffschicht 6 liegt in einem Gasplasma, das aus den Öffnungen der Gitteranode 3 austritt. Ohne den Vorspannungskreis 9 zwischen der Anode 5 und der durchsichtigen Elektrode 5 ist die Leuchtstoffschicht 6 von einer Ionenhülle umgeben und negativ gegenüber dem Potential des umgebenden Plasmas vorgespannt. Infolge dieser negativen Vorspannung können die

309851/0931

Elektronen im Gasplasma durch die Abstossung die Oberfläche der Leuchtstoffschicht 6 nicht erreichen. Die Leuchtstoffschicht 6 wird also nur sehr schwach erregt.

Durch Anlegen eines Vorspannungskreises 9 in Form einer externen Batterie von 10 bis 20 Volt, die über die Anode 3> und die durchsichtige Elektrode 5 gelegt wird (vergl. Fig. 1), um die durchsichtige Elektrode gegenüber dem umgebenden Plasma positiv vorzus pannen., flies st ein Elektronenstrom I , von etwa 1 mA/cm , was etwa 50 bis 70 % des Entladungsstroms zwischen den Hauptelektroden 2 und 3 ausmacht, durch die Leuchtstoffschicht 6 in die durchsichtige Elektrode 5* wobei die Leuchtstoffschicht 6 erregt wird und Licht ausstrahlt. Ist die Leuchtstoffschicht 6 dünn genüg, um das Licht hindurchzulassen, lässt sich auf der Rückseite der Leuchtstoffschicht 6 eine grüne Kathodenlumineszenz mit einer Helligkeit von'etwa 50 fL ( ) sehen. Diese Helligkeit

lässt sich über den Elektronenstrom leicht steuern, indem man die Spannung E^ des Vorspannungskreises 9 ändert. Da die Elektronen im Gasplasma aus der Entladungszone gleichmässig ausdiffundieren, ist die Elektronenstromdichte an der Oberfläche der Leuchtstoffschicht 6 über die Schicht im wesentlichen gleichmässig. Folglich lässt sich eine grosse flache kathodenlumineszente Tafel bzw. eine Ltichttafel gleichmässiger Helligkeit erstellen.

Aus der Sichttafel nach der vorliegenden Erfindung lässt sich eine Zahlenwiedergabetafel durch Abänderung der durchsichtigen Elektrode 5 ableiten. Nach der Fig. 2 wiest eine Zahlenwiedergabetafel 20 nach der vorliegenden Erfindung eine gegenüber der der Tafel K modifizierte durchsichtige Elektrode 12 auf. Die durchsichtige Elektrode 12 besteht aus sieben Segmenten, die gegeneinander isoliert sind und zur Zahlendarstellung dienen. Im Betrieb wird zwischen den Hauptelektroden - ähnlich Fig. 1 - eine Kaltkathoden-Glimmentladung aufrechterhalten und eine positive Vorspannung von 10 bis 20 an jedes Segment der durchsichtigen Elektrode angelegt, um ein Zahlenmilster abzubilden. Ebenso ein-

309851/0931

fach lässt sich eine Buchstaben- oder Zeichenwiedergabetafel erstellen, indem man das Muster der durchsichtigen Elektrode entsprechend ändert.

Weiterhin lässt sich durch Modifizieren der Anode 3 und der durchsichtigen Elektrode 5 der Fig. 1 ein flacher Fernsehbildschirm nach Art einer kathodenlumineszenten XY-»Matrix aufbauen. Wie in Fig. 3 dargestellt, besteht ein Bildelement der XY-Matrix 30 nach der vorliegenden Erfindung aus einer flachen Kaltkathode 2, drei parallelen Anodendrähten IJ, die gegeneinander isoliert sind, und einer durchsichtigen Streifenelektrode Ihx.Die Anodendrähte 13 bestehen aus einem mittleren Draht 13y und zwei Seitendrähten. Die Streifenelektrode l4x und die Anodendrähte I3 schneiden einander. Der Durchmesser der Anodendrähte 13 ist bspw. 0,3 mm. Die Anodendrähte I3 sind von der Kathode 2 in einem Abstand von bspw. 10 ram und von der Streifenelektrode lh χ in einem Abstand von 1 mm angeordnet. Im Betrieb wird zwischen der Kathode 2 und dem mittleren Draht 13y eine Kaltkathoden-Glimmentladung aufrechterhalten. Wenn man die Streifenelektrode lh aus dem externen Vorspannungskreis 9 mit einer positiven Vorspannung versieht, wird die Leuchtstoffschicht 6 erregt, und auf der Vorderseite 11 der Glasplatte läs& sich entlang der Streifenelektrode grünes Licht sehen.

Spannt man die beiden Seitendrähte I3 gegenüber dem mittleren Anodendraht 13y mit einerSpannung V aus einer externen Batterie 15 negativ vor (vergl. Fig. 3)* können die Elektronen im Entladungsbereich sich von der .mittleren Anade 13y wegbewegen und verursachen am Schnittpunkt der mittleren Anode 13y und der Streifenelektrode l4x einen hellen grünen Punkt. Dieser Punkt dient als Bildelement; sein Durchmesser beträgt bspw. 0,5 mm. Die Grosse des Farbpunktes nimmt mit zunehmender negativer Vorspannung V ab; vergl. die Kurve I7 in Fig. 4. Vorzugsweise hält man die negative Vorspannung V zwischen -30 und -50 Volt. Legt man zwischen den mittleren Anodendraht 13y und die Streifenelektrode Ihx eine Impulsspannung, ist die Helligkeit des Farbpunktes (BiId-

309851 /0931

elementes) innerhalb bestimmter Spannungsgrenzen der Impulsamplitude und der Impulsbreite proportional. Beim Impulsbetrieb ist die Ansprechdauer der Lumineszenz kürzer als 5 Mikrosekunden.

Ein solches Bildelement lässt sich zum Aufbau eines flachen Fernsehbildschirms aus einer kathodenlumineszenten Matrixanordnung verwenden. Die Fig. 5 zeigt einen flachen Bildschirm 50 nach der vorliegenden Erfindung; er weist auf eine Vielzahl von Streifenelektroden 14, die gegeneinander isoliert sind, und eine Vielzahl von parallelen Metall-Anodendrähten 13* die gegeneinander isoliert an einem Isolierrahmen 18 befestigt sind. Die Streifenelektroden 14 und die Anodendrähte 13 schneiden einander, um eine kathodenlumineszente XY-Matrixanordnung zu bilden; die

Bildelemente liegen an den Schnittpunkten der Streifenelektroden l4x und der Anodendrähte 13y· Im Betrieb entsprechen die Anodendrähte und die Streifenelektroden der Vertikalelektrode (Y-Richtung) bzw. der Horizontalelektrode (X-Richtung). Sämtliche Anodendrähte sind bis kurz unterhalb der Überschlagsspannung zwischen den Anodendrähten und der Kathodenplatte 2 vorgespannt. Bei einer Überschlagsspannung von bspw. 240 Volt zwischen Anodendrähten und Kathodenplatte sind die Anodendrähte gegen die Kathodenplatte mit 220 Volt vorgespannt, d.h. mit 20 Volt weniger als die Überschlagsspannung .

Um die XY-Matrix zeilenweise abzutasten, wird ein positiver Vertikalablenkimpuls nacheinander auf die Anodendrähte 13 gegeben, und die Anodendrähte werden mit der Horizontalablenkperiode abgetastet. Die Amplitude des Vertikalablenkimpulses beträgt bspw. 40 Volt. Hierbei entsteht an den Anoden 13 eine Glimmentladung. Legt man einen positiven Horizontalablenkimpuls von bspw. 10 bis 20 Volt mit videomodulierter Amplitude oder Breite synchron mit dem Vertikalablenksignal nacheinander an die Streifenelektroden 14, erscheinen auf dem Bildschirm zahlreiche grüne Lichtpunkte, die dem Videosignal entsprechen. Mit Hilfe einer solchen Tafel lässt sich also ein» flacher einfarbiger Fernsehbildschirm leicht erstellen.

309851/0931

Bei dem flachen Bildschirm nach der vorliegenden Erfindung, bei dem die Ablenkimpulsspannung niedrig, d.h. 10 bis 4o Volt ist, lassen sich vorteilhaft Pestkörperschaltkreise für die Ablenkschaltung verwenden. Da weiterhin die nicht vertikal angesteuerten Anoden gegen die vertikal angesteueite Anode negativ vorgespannt sind, tritt kaum eine gegenseitige Beeinflussung zwischen den vertikalen Spalten auf. Da weiterhin die nicht horizontal angesteuerten Streifenelektroden infolge der Ionenhülle gegenüber der horizontal angesteuerten Streifenelektrode ebenfalls negativ vorgespannt sind, tritt auch kaum eine gegenseitige Beeinflussung zwischen den horizontalen Zeilen auf. Da bei Niederspannungserregung die Leistungsausbeute von ZnO ein Prozent oder mehr beträgt, lässt sich der flache Fernsehbildschirm der vorliegenden Erfindung bei geringem Leistungsverbrauch in fast jeder Grosse herstellen. Die folgende Tabelle zeigt den Leistungsumsatz für verschiedene Grossen von Fernsehbildschirmen nach der vorliegenden Erfindung.

.Leistungsumsatz eines kathodenlumineszenten flachen Bildschirms

Grosse / \	Zahl der Bild	Leucht	Leistungsverbrauct	0,4	4
(cm)	punkte + -,\	3,	1 (Watt)	1	18,5
12 χ 15	240 χ 300	17,	stoff 2) Gasentladung Gesamt	2	72
25 χ 35	500 χ 700	70	6	3	161
50 x 70	1000 χ 1400	158	5
75 x 105	I5OO χ 2100

⁺l) Bildpunktgrösse 0,5 χ 0,5 mm; Helligkeit 50 fL ⁺2) Ausbeute 1 %

Aus der Tabelle ist ersichtlich, dass selbst bei einem Flachschirm mit einer Diagonale von 50 inch (124 cm) der Leistungsverbrauch noch unter 200 W liegt. Der Betrieb bei niedrigen Spannungen und der geringe Leistungsverbrauch sind für die Unter· haltungselektronik ausserordentlich vorteilhaft.

309851 /0931

Wie ersichtlich, lassen sich an der Konstruktion der Anode, der Kathode und der kathodenlumineszenten Plätte verschiedene Modifikationen durchführen, ohne den Grundgedanken der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Die Fig. 6 zeigt verschiedene Beispiele für ein Anodengitter 3 nach Fig. 1, d.h. einen Streifenaufbau 19, einen Punktaufbau 21 und einen Netzaufbau 22o.

Die Fig. J bis 10 zeigen verschiedene Beispiele für Modifikationen an den Hauptelektroden der Fig. 1. Fig. 7 zeigt eine hohle Kathode anstelle einer Kathodenplatte 2 der Fig. 1, um den Ionisationswirkungsgrad zwischen den Hauptelektroden zu erhöhen und eine Streuung bzw. den Verlust von Elektronen in einer Gasentladung im Zwischenraum der Hauptelektroden zu verhindern. Die Fig. 8 zeigt einen weiteren Aufbau für die Hauptelektroden, bei dem die Anode und die Kathode aus einer Vielzahl paralleler Metalldrähte bestehen, die in der gleichen Ebene liegen, um die Dicke der Sichttafel zu verringern. Die Fig. 9 und 10 zeigen modifizierte Ausführungen der Hauptelektroden nach Fig. 8, die eingesetzt werden können, um den Wirkungsgrad der Ionisierung zwischen den Hauptelektroden und eine Elektronenstreuung bzw. einen Elektronenverlust in einer Gasentladung im Raum zwisehen den Elektroden zu verhindern. In Fig. 9 bestehen die modifizierten Hauptelektroden aus einer Plattenkathode 2 mit einer Vielzahl paralleler Nuten und einer Vielzahl von Anodendrähten, die in den Nuten liegen. In Fig. 10 ist an der Rückseite der modifizierten Hauptelektroden 2J der Fig. 8 eine zusätzliche Gitterelektrode 27> vorgesehen, die von einer externen Batterie V negativ vorgespannt wird, um eine Streuung und den Verlust von Elektronen hinter den Hauptelektroden zu verhindern.

Die Fig. 11 zeigt eine modifizierte kathodenlumineszente Tafel 24 für einen Farbfernsehbildschirm, mit durchsichtigen Streifenelektroden 25, 26 und 27, die jeweils mit einer anderen Art Leuchtstoff überzogen sind, und einer Schwarzschicht 28 mit Isoliereigenschaften zwischen den Streifenelektroden. Diese

309851/09 3 1

Leuchtstoffschichten strahlen Licht der drei Primärfarben aus. Weiterhin lässt die modifizierte kathocienlumineszente Tafel 24 sich anstelle der kathodenlumineszenten Tafel in Fig. 5 verwenden. Die Schwarzschicht 28 deckt fast das gesamte aus der Entladung zwischen den Hauptelektroden stammende Licht ab. Einer der Anodendrähte und die drei Streifenelektroden 25, 26, 27 bilden ein Bildelement. Wenn man die Stromdichten der drei Streifenelektroden jeweils mit einem der drei Farbvideosignale moduliert, entsteht ein flacher Farbfernsehbildschirm.

Die Erfindung ist in der obigen Beschreibung in ihren Einzelheiten dargestellt. Die neuartige Sichttafel nach der vorliegenden Erfindung erlaubt die Herstellung nicht nur von Sichtelementen für die Zahlen- und Zeichendarstellung, sondern auch von grossen flachen Bildschirmen mit hoher Auflösung, niedrigen Betriebsspannungen und geringem Leistungsverbrauch.

- Patentansprüche -

309851/0931

Claims

Patentansprüche

/l.) Bildtafel mit einer gasdichten Umhüllung, zwei flachen Hauptelektroden, die parallel zueinander in der gasdichten Umhüllung angeordnet sind, wobei eine der beiden flachen Elektroden eine Kaltkathode und die andere eine Anode ist und letztere in Form eines Metallgitters vorliegt, und mit einer kathodenlumineszenten Platte, die hinter der Anode angeordnet ist und besteht aus einer durchsichtigen Glasplatte, einer auf der Glasplatte ausgebildeten durchsichtigen Elektrode und einer auf die durchsichtige Elektrode aufgebrachten Leuchtstoff schicht, die sich auf der Rückseite der Anode befindet.
2. Bildtafel nach Anspruch 1, bei der die durchsichtige Elektrode aus sieben gegeneinander isolierten und zu einem Zahlenrnuster angeordneten Segmenten besteht, so dass sich Zahlen darstellen lassen.
3. Bildtafel nach Anspruch 1, bei der die durchsichtige Elektrode aus einer Vielzahl paralleler und gegeneinander isolierter Streifenelektroden, und die Anode aus einer Vielzahl gegeneinander isolierter paralleler Drähte besteht, wobei Streifenelektroden und Anodendrähte einander kreuzen, um eine kathocenlumineszente XY-Bildwiedergabematrix auszubilden, deren Bildelemente jeweils eine aus der Vielzahl von StFeifenelektroden und jeweils drei aus der Vielzahl von Anodendrähten bilden, die jeweils in Form eines mittleren Anodendrahts und von zwei

309851/0931

Seitendrähten vorliegen, wobei die beiden Seitendrähte gegen den mittleren Anodendraht negativ vorgespannt sind.
4. Bildtafel nach Anspruch 1, bei der die durchsichtige Elektrode aus einer Vielzahl paralleler und gegeneinander isolierter Streifenelektroden, und die Anode aus einer "Vielzahl gegeneinander isolierter paralleler Metalldrähte besteht und die Streifenelektroden und die Anodendrähte sich kreuzen, um eine kathodenlumineszente XY-Bildwiedergabematrix auszubilden, wobei die Anodendrähte und die Streifenelektroden den Vertikal- bzw. Horizontalablenkelektroden der kathodenlumineszenten XY-Matrix entsprechen und sämtliche Anodendrähte gegen die Kathode mit einer Spannung positiv vorgespannt sind, die geringfügig unter der Überschlagspannung zwiachen den Anodendrähten und der Kathode liegt, und wobei man einen positiven Vertikalablenkimpuls nacheinander an die Anodendrähte und einen positiven Horizontalablenkimpuls, • der nach Amplitude oder Impulsbreite mit einem Videosignal moduliert ist, nacheinander und synchron mit dem Vertikalablenkimpuls signal an die Streifenelektroden legt.
5. Bildtafel nach Anspruch 4, bei der die Vielzahl von Streifenelektroden abwechselnd mit drei Arten Leuchtstoff überzogen sind, die Licht der drei Primärfarben ausstrahlen, urn ein Farbfernsehsignal darzustellen.

C1./Br.

309851/0931

Leerseite