DE2619139A1

DE2619139A1 - Einrichtung zur ansteuerung einer anzeigevorrichtung und verfahren zur ansteuerung

Info

Publication number: DE2619139A1
Application number: DE19762619139
Authority: DE
Inventors: Anton Knoll; Peter Dipl Ing Marten
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1976-04-30
Filing date: 1976-04-30
Publication date: 1977-11-17

Description

"Einrichtung zur Ansteuerung einer Anzeige-
vorrichtung und Verfahren zur Ansteuerung" Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Ansteuerung einer Anzeigevorrichtung, vorzugsweise eines Flachbildschirmes mit einer aus Zeilen und Spalten bestehenden Matrix, in deren Knotenpunkten Schaltzellen angeordnet sind.
Es ist bekannt, Anzeigevorrichtungen dieser Art durch sogenannte Plasma-Displays zu realisieren, welche als Schaltzellen Gasentladungsröhren aufweisen. An diese Röhren wird eine Spannung angelegt, welche knapp unterhalb der Ziindspannung liegt. Zur Ansteuerung wird ein zusätzlicher Spannungsimpuls auf die entsprechende Röhre gegeben, wodurch kurzzeitig die Zündspannung überschritten wird. Allerdings ist die Zündspannung dieser Röhren relativ hoch, so daß sich daraus wieder andere Probleme ergeben.
Weiterhin sind für solche Anwendungszwecke Flüssigkristallanordnungen (LCD) oder auch Lumineszenzdioden (LED) bekannt. Diese haben aber keinen exakten Schwellwert im Sinne einer definierten Zündspannung. Ihre Kennlinien sind nicht scharf ausgeprägt, so daß die bei x-y-Eoordinatenadressierung üblicherweise auftretende Ubersprechdämpfung od von 50 % Bereits Schwierigkeiten verursacht. Unter Übersprechdämfung kann das Verhältnis der Spannungspegel nicht adressierter gegenüber adressierter Zellen verstanden werden.
U x 0 @d = Ux + Uy * 100 [%] wobei Ux und Uy die Spannungspegel der Zeile bzw. Spalte sind, in y deren Schnittpunkt die anzusteuernde Zelle liegt.
Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Ansteuerung einer Anzeigevorrichtung anzugeben, bei der lediglich geringe Spannungen zum Betrieb der Schalt zellen erforderlich sind und die sich weiter durch eine hohe, vorzugsweise eine gegen unendlich gehende Sbersprechdämpfung auszeichnet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jede der Schalt zellen Mittel zur Erzeugung eines elektrostatischen Querfeldes enthält, durch welches Ladungsträger eine im wesentlichen parallel zur Ebene der Anzeigevorrichtung gerichtete Beschleunigung erfahren und daß auf beiden Seiten der Schalt zellen Mittel zur Erzeugung eines elektrostatischen Längsfeldes vorgesehen sind, durch welches Ladungsträger eine im wesentlichen senkrecht zur Ebene der Anzeigevorrichtung gerichtete Beschleunigung erfahren.
Die Schaltzelle befindet sich zwischen einer Elektronenquelle, z. B. einer Photokathode und einer Absaugelektrode (Anode E2).
Die Absaugelektrode muß derart ausgebildet sein, daß die beschleunigten Elektronen durch die Anode hindurchfließen und dann z. B. auf ein Verstärkerelement, etwa auf einen Elektronenvervielfacher auftreffen können. Der Schaltzustand der Zelle bestimmt, ob Elektronen zum Verstärkerelement gelangen oder nicht, womit die Adressierfunktion der Zelle erfüllt ist. Die im Verstärker befindlichen Elektronen können nun vervielfacht und beschleunigt werden und z. B. zur Anregung eines Leuchtphosphors benutzt werden.
Die Schaltzelle ist vorzugsweise in Form eines Plattenkondensators mit planparallelen Elektroden E1 und EK aufgebaut, wobei EK gleichzeitig mit Kathode kontaktiert ist (Figur 1).
Bei Betrieb der Photokathode im Grenzwellenbereich ist die Austrittsgeschwindigkeit g0 der Elektronen sehr klein; innerhalb der von Maxwell angegebenen Verteilung. Es wird hier mit einem mittleren Austrittspotential Po - 1 eV gerechnet. Diese Elektronen werden hauptsächlich nur durch zwei elektrostatische Felder beeinflußt.
1. Dem Feld Ex, d. h. dem Feld zwischen den Selektorelektroden E1 und EK, horizontal wirkend, querbeschleunigend infolge Potential 1 - 2. Dem Feld Ev, d. h. dem Feld zwischen Absaugelektrode E2 und Elektroden E1 und EK, vertikal wirkend, längsbeschleunigend infolge Potential #2, -bzw. #2 -Den qualitativen Feldverlauf zeigt Figur 2.
Die angenäherten Bahnkurven der Elektronen innerhalb des Selektionsgebietes können durch die Geschwindigkeitskomponenten vx und vy beschrieben werden. Durch entsprechende Formgebung (Hineinragen der Elektroden E1 und EK in den Selektorraum) kann die notwendige Winkelauslenkung a min und somit der Potentialunterschied ç #K zum Vermeiden von Elektronenaustritt (Selektion "Nein", Zelle gesperrt) klein gehalten werden. a min muß auch bei größter auftretender Längsbeschleunigung, d. h. #2 - #K -- Max. erreicht werden (Figur 3).
Der Tangens der Winkelauslenkung ist bei planparallelen Platten 1 E tan α # vx = 1 D vv 2 E y Die Feldstärken sind aus den Ladungspotentialen und der Geometrie der Zelle zu ermitteln.
Ex # #1 - #K a Ey # #2 - #K h wobei #1, #K, #2 zeitabhängige Größen sind.
Die Selektion (Adressierung)muß nun folgendermaßen erfolgen: 1. Die ausgewählte Zelle gibt die Elektronen durch die Offnung A frei (Ja-Selektion).
2. Die nicht ausgewählten Zellen lassen ihre Elektronen nicht frei (Nein-Selektion).
zu 1. Zelle selektiert: (Figur 4) Die Größen der zeitlich abhängigen Potentiale sind 91(t) -damit werden Ex und vx = 0 Es findet keine Quer-(x)-Auslenkung statt. Das Potential 9, ç kann durch die Öffnung A durchgreifen und die Elektronen in Richtung Elektrode E2 ziehen (Figur 4).
Folge: Es stehen Elektronen zur Weiterverarbeitung zur Verfügung (Ja-Selektion).
Schwankungen im Absaugpotential 2 - ç könnten Schwankungen der Elektronenausbeute bewirken. Durch den Betrieb im Sättigungsstromgebiet (keine Raumladung, alle emittierten Elektronen werden abgesaugt) kann dieser Effekt unterdrückt werden. Nach Schottky-Langnuir gilt bei planparallelen Elektroden für das Mindestabsaugpotential: mit 5K . Kathodenstromdichte der Photoelektronen.
SK sei mit 10-10[###] angesetzt, damit ausreichender Abstand zur thermischen Eigenemission Stherm der Kathode (z. 3. Casium-Antimon-Kathode: Stherm # 10-14[###] besteht.
Bei h - 10 mm ergibt sich für das mindestnotwendige Absaugpotential (#2 - #K) min # 27 mV. Es wird im weiteren #2 -mit 50 mV angesetzt. Ist diese Forderung erfüllt, so ist die Elektronenausbeute jeder selektierten Zelle gleich. Lediglich das Auftreten unterschiedlicher Feldstärken läßt die Ausbeute unwesentlich schwanken (Schottkyeffekt).
Zu 2. Zelle nicht selektiert: (Figur 2) Bedingung #1 # #K Jetzt bildet sich zwischen E1 und EK ein Querfeld aus. Die Elektronen werden dementsprechend ausgelenkt. Feldverlauf entsprechend Figur 2. Die Auslenkung soll so erfolgen, daß alle zur Verfiigung stehenden Elektronen von der Kathodenoberfläche auf eine der beiden Elektroden treffen, wo sie ungehindert abfließen können. Entsprechend Figur 3 ist der mindestnotwendige Selektionswinkel zur vollständigen Adressierung (Nein-Selektion): (tan α)min = ####### v0 = mittlere Anfangsgeschwindigkeit bei Austritt aus der Kathode oder in Feldgrößen ausgedrückt: = Anlaufpotential, entsprechend Austrittsgaschwindigkeit v0 (mit 1 eV angesetzt) Durch die Geometrie der Zelle wird (tan α)min = ##### und entsprechend Abmessungen nach Figur 3 - #K)min = 0,015(#2 - #K + - 0,015(0,05 + 1) # 0,015V Diese Größe entspricht dem Minsestpotentialunterschied, der zum Ja-Nein-Unterscheidungsvermögen einer Zelle notwendig ist.
Für den Betrieb der Schaltzelle müssen also folgende Voraussetzungen gelten: Mindestspannungsstufe zur Ja-Nein-Entscheidung: #1 - #K # 15,0 mV Mindestabsaugpotential: #2 - #K # 50 mV Aufgrund der Eigenschaften der Zelle bieten sich zwei Adressierverfahren an: 8) Digitales Verfahren ohne Leistungstreiber mit direkter TTL-Logik-Ansteuerung.
b) Analoges Verfahren mit Hilfe von Treppenspannung # 10,0 VSS, wobei die Spalten nicht dynamisch angesteuert werden, sondern nur mit statischen Vorspannungen betrieben werden. Dieses Verfahren bietet die Vorteile der Selbstabtastung (selfscanning) und erspart ca. 50 0% Ansteueraufwand.
a) Digitales Verfahren Wegen der geringen Adressierspannung #1 - #K lassen sich die Zellen im Spalten-Zeilenbetrieb (Zeilenspannung #K, Spaltenspannung #1) mit digitalen Schaltungen und TTL-Pegeln (High # 3 V, Low # # 0,3 V) direkt ansteuern, zumal die Treiberströme einer Zeile oder Spalte nur gering sind.
I # n * SK * AK # 0,5 * 10-7[A] mit SK = Stromdichte der Kathode (# 10-10 ###) AK = Emissionsfläche der Kathode (# 1 mm²) n = Anzahl der Zellen Je Zeile oder Spalte (z. B. 500) Es ist sinnvoll, die Adressierspannung #1 - #K dem zur Verfügung stehenden TTL-Spannungshub anzupassen. Bei Erhöhung des Absaugpotentials #2 - #K auf z. B. 5 V ergibt sich: Uy - Ux = #1 - #K # 90,0 mV Die Wahrheitstabelle der Zelle bei TTL-Ansteuerung zeigt die Exclusive-NOR-Verknüpfung: Spalte Zeile Selektion Uy Ux Fall 1 H H Ja H = High; UH # 3 V Fall 2 H L Nein L = Low; UL # 0,3 V Fall 3 L H Nein Fall 4 L L Ja Fall 4 ist doppeldeutig zu Fall 1 und nicht erwünscht.
Diese Doppeldeutigkeit entspricht der Eigenschaft der Zelle, bei Koinziden die Selektion "Ja" zu ergeben, gleichgültig ob die Pegel L oder H sind. Durch geeignete statische Vorspannung z. B. der Zeilen kann dieser Effekt vermieden werden (Figur 6).
Jetzt ergibt sich die Zeilenspannung UZ in Abhängigkeit von Vorspannung UV und Zeilentreiberspannung Ux zu (U + UV) . R (U sei UZ = ## (UV sei UH) UX + UH 2 Für UX = UL wird UZ # 1,5 V (Zeile nicht selektiert) und für Ux = UH wird UZ # 3,0 V (Zeile selektiert). Ist die Zeile selektiert, so erfolgt die Auswahl der Zellen über die Spaltenspannung Uy . UH. Wird diese Sapnnungsinformation mittels Schieberegister einstellig nacheinander, z. B. von links nach rechts, an alle Spalten gelegt, so erfolgt auch die Selektion der Zellen der gewählten Zeile in gleicher Weise. Zur Erläuterung ist der Impulsplan in Figur 7 dargestellt.
Ein Blockschaltbild des digitalen Verfahrens ist in Figur 8 wiedergegeben.
b) Analoges Verfahren nach dem Selbstabtastprinzip Weil das Ja-Nein-Unterscheidungspotential U E #1 - #K der Zelle ca. 15,OmV beträgt, werden die Zellen gleicher Spalten an jeweils gleiche Spannungsabgriffe einer Spannungskaskade gelegt, wobei sich die Spannungsstufen von Spalte zu Spalte um ca. 15,0 mV unterscheiden. Die Gesamtspannung der Kaskade beträgt somit UK = n . #U # 7,5 V, mit n = Spaltenzabl (z. B.
500). Diese Spannungen sind statisch und z. B. von links nach rechts steigend. Wird nun an eine Zeile die dynanische Treppenspannung der Amplitude UK, bestehend aus n-Spannungstreppen der Amplituden AU, gelegt, so wird für alle Zellen dieser Zeile nacheinander der Koinzidenzfall Ux D i (Ja-Selektion) von links y nach rechts durchlaufen. Ist der Amplitudenanstieg der Treppen zeitlinear, so werden auch die Selektionen der Zellen in zeitlich konstantem Abstand (lineare Abtastgeschwindigkeit) erfolgen.
Die Treppenspannung wird durch einen Zähler mit nachgeschaltetem Digital-Analog-Wandler erzeugt.
Weil die Spalten keine Ansteuerlogik benötigen, selektieren sich die Zellen nur über die Spannungssignale der Zeile, womit das Selbstabtastprinzip erfüllt ist.
Vorteile sind: 1. Keine Spalten-Ansteuerung; Reduzierung des Ansteueraufwandes um ca. 50 %.
2. Kleine Treiberströme, wegen der relativ kleinen Spannungssprunge, AU # 15,0 mV je Treppe, sind die Ladeströme, die bei kapazitiver Last auftreten, gering.
Beispiel: Würde die Abtastzeit 2 einer ganzen Zeile mit n - 500 Zellen etwa 50/us betragen (Fernsehnorm), so wäre die Einschaltdauer TD. jeder Zelle 100 ns. Die Schaltzeit T5 der Selektionsspannung (Anstiegszeit) sollte aber klein gegen TD sein, z. B.
10 ns. Der erforderliche Ladestrom wäre demnach: # CL * #U mit CL # 1000 pF TS ix s 1,5 mk Ein Blockschaltbild des analogen Verfahrens ist in Figur 9 wiedergegeben.
Das relativ unkritische Äbsaugpotentisl #2 - - #K wird durch den Spannungsabfall UD einer Ge-Diode realisiert.
#2 - #K # UD

Claims

Patentansprüche 5 Einrichtung zur Ansteuerung einer Anzeigevorrichtung, vorzugsweise eines Flachbildschirmes mit einer aus Zeilen und Spalten bestehenden Matrix, in deren Knotenpunkten Schaltzellen angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Schaltzellen Mittel zur Erzeugung eines elektrostatischen uerfeldes enthält, durch welches Ladungsträger eine im wesentlichen parallel zur Ebene der Anzeigevorrichtung gerichtete Beschleunigung erfahren und daß auf beiden Seiten der Schalt zellen Mittel zur Erzeugung eines elektrostatischen Längsfeldes vorgesehen sind, durch welches Ladungsträger eine im wesentlichen senkrecht zur Ebene der Anzeigevorrichtung gerichtete Beschleunigung erfahren.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine in geringem Abstand von den Eingängen der Schalt zellen angeordnete flächenhafte Kathode und eine in geringem Abstand von den Ausgängen der Schalt zellen angeordnete flächenhafte Anode vorgesehen ist und daß die Kathode, die Matrix und die Anode etwa deckungsgleich übereinander angeordnet sind.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Kathode und Anode eine solche Spannung anliegt, daß durch die Schaltzelle ein Sättigungsstrom fließt.
4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltzelle in Form eines Ablenkkondensators ausgebildet ist, der eine Kapazität von wenigen pf maximal aufweist.
5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ablenkkondensator aus zwei Ablenkplatten besteht, die im wesentlichen senkrecht zur Ebene der Anzeigevorrichtung ausgerichtet sind.
6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Ausgänge der Schaltzellen Blenden vorgesehen sind, die mit den Ablenkplatten verbunden sind.
7. Verfahren zur Ansteuerung einer Anzeigevorrichtung unter Verwendung einer Einrichtung gemäß einen der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Schaltzellen derart angesteuert wird, daß ein der Ansteuerspannung entsprechendes Querfeld aufgebaut wird und daß ein solches Querfeld ausgebildet wird, daß ein der Ansteuerspannung entsprechender Anteil des Ladungsträgerstromes in der Schaltzelle ausgeblendet wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß an die Zeilen und Spalten der Matrix Steuerspannungen Ux, Uy angelegt werden und daß zur Selektion einer vorgegebenen Schaltzelle an die zugehörige Spalte und Zeile die Steuerspannungen Ux M Uy an alle übrigen Spalten und Zeilen die Steuerspannungen Ux g Uy gelegt werden.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei digitaler Ansteuerung zur Vermeidung von Doppeldeutigkeit bei Koinzidenz der Pegel L oder II an die Zeilen oder Spalten eine Vorspannung gelegt wird.