DE2640632C3 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kathodenstrahlröhre für Anzeigevorrichiungen, die einen ein breit aufgefächertes Strahlbündel erzeugenden Elektronenstrahlerzeuger, einen Leuchtschirm und ein zwischen dem Elektronenstrahlerzeuger und dem Leuchtschirm angeordnetes Steuersystem besitzt, das aus hinlereinanderliegenden Elektroden besteht, die in Abhängigkeit von der an sie angelegten Spannung den Durchgang von Elektronen sperren oder freigeben.

Bei einer bekannten Kathodenstrahlröhre dieser Art (DE-OS 15 89 818) besteht das Steuersystem aus einem Stapel von Lochrasterplatten, die quer zur Bewegungsrichtung der Elektronen so angeordnet sind, daß die Löcher der einzelnen Platten miteinander zur Deckung Apmmen Und somit Dürchgangskanäje für die Elektronen bilden« jede der dünnen Platten ist einseitig mit dnem metallischen Überzug versehen, der durch einen »chmaien, die Kontuf eines jeweils mit Hilfe der betreffenden Elektrode darzustellenden Zeichens nachbildenden, nichtleitendem Streifen in zwei elektrisch voneinander isolierte leitende Bereiche unterteilt ist.

von denen somit der eine die Form des darzustellenden Symbols besitzt, während der andere als »Hintergrund« die übrige Fläche der Elektrode bedeckt

Dieser Elektrodenstapel ist in etwa auf halbem Wege zwischen der Elektronenkanone und dem Leuchtschirm in der Kathodenstrahlröhre angeordnet, wobei alle die einzelnen Symbole darstellenden Bereiche der verschiedenen Elektroden miteinander verbunden und über einen einzigen gemeinsamen Leiter von außen her mit einem Potential belegbar sind, das im Vergleich zum Potential des breit aufgefächerten Elektronenstrahlbündels positiv ist, so daß alle diese Bereiche für die Elektronen durchlässig sind. Die Hintergrundbereiche der verschiedenen Elektroden sind jeweils über einen gesonderten Anschluß von außen her zugänglich und werden je nach Bedarf mit Spannungen angesteuert, die diese Hintergrundsbereiche für Elektronen entweder durchlässig oder undurchlässig machen. Zur Wiedergabe eines auf einer einzelnen Elektrode dargestellten Symbols wird der Hintergrundsbereich der betreffenden Elektrode mit einem Sperrpotential belegt, während die Hintergrundsbereiche aller anderen Elektroden mit einem Durchlaßpotential angesteuert sind. Auf diese Weise ist dann der gesamte Stapel nur in dem dem gewünschten Symbol entsprechenden Flächenbereich für Elektronen durchlässig, so daß es zu einer Abbildung \xs betreffenden Symbols auf dem Leuchtschirm kommt.

Eine solche Anordnung weist jedoch eine ganze Reihe von Nachteilen auf. So muß bereits vor Fertigung einer solchen Kathodenstrahlröhre die Anzahl und die genaue Form der mit ihr darzustellenden Symbole festgelegt werden, da diese Symbole in die Elektroden der Kathodenstrahlröhre eingeätzt werden und eine nachträgliche Änderung nicht mehr möglich ist. Auch muß für jedes darzustellende Symbol eine eigene Elektrode vorgesehen werden, wodurch der Anzahl der mit einer solchen Kathodenstrahlröhre darstellbaren Symbole sehr enge Grenzen gese".t sind, da einerseits jede der eingebauten Elektroden einen eigenen, nach außen führenden Anschluß aufweisen muß und andererseits die Energiedichle des zum Leuchtschirm gelangen den Elektronenbündels und somit die Helligkeit der dargestellten Symbole mit zunehmender Dicke des ElektrodenstapcK sehr stark abnimmt.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Kathodenstrahlröhre der eingangs beschriebenen Art so weiterzubilden, daß sie bei möglichst einfachem Aufbau und insbesondere einer möglichst kleinen Zahl von nach außen führenden Anschlüssen die frei wählbare Darstellung einer möglichst großen Zahl von verschiedenen Symbolen ermöglicht.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor. daß das Steuersystem aus zwei in der Nähe des Leuchtschirms angeordneten Netzelektroden, die jeweils in individuell anwählbare, streifenförmige Segmente unterteilt sind, besteht, und daß die Segmente der einen Elektrode die Segmente der anderen Elektrode überkreuzen.

Bei dieser erfindungsgemäßen Anordnung besteht also das Steuersystem unabhängig Von der Zahl der darzustellenden Symbole immer nur aus zwei Elektroden, deren Unterteilung in Voneinander elektrisch isolierte, stfeifenförffiige! Segmente nach einem rein abstrakten Schema so erfolgt, daß zwischen den Segmenten der einen Elektrode Und defi Segmenten der anderen Elektrode eine mehr oder weriiser ßroße Zahl

von regelmäßig angeordneten Überkreuzungsbereicjien entsteht, die in Form von Rasterelementen die für die Symboldarstellung zur Verfugung stehende Fläche Überdecken. Belegt man ein Segment der einen Elektrode und ein Segment der anderen Elektrode gleichzeitig mit einer gegenüber dem aufgefächerten Elektronenstrahlbündel positiven Spannung, so wird die erfindungsgemäße Elektrodenanordnung genau in dem Überkreuzungsbereich dieser beiden Segmer.ie für die Elektronen durchlässig, so daß auf dem unmittelbar dahinterliegenden Leuchtschirm ein diesem Überkreuzungsbereich entsprechender Leuchtfleck entsteht. Durch geeignete, zeitlich gestaffelte Anwah! von Segmentpaaren können aufgrund der Nachleuchteigenschaften des Leuchtschirms praktisch beliebige Symbole dargestellt werden, deren genaue Formgebung und Schärfe lediglich von der Zahl und Größe der vorgegebenen Oberkreuzungsbereiche, d. h. Rasterpunkte, abhängt.

Auf diese Weise wird erreicht, daß mit standardisierten Aüzeigeröhren die verschiedensten Symbole dargestellt werden können, ohne daß bei der 'Herstellung dieser Röhren Zahl und Art der Symbole bereits festgelegt werden müßten. Auch ist die Zahl der nach außen zu führenden Anschlüsse nicht mehr proportional zur Zahl der darzustellenden Symbole, da beispielsweise mit 10 + 10 Segmenten, d. h. mit 20 Ansteueranschlüssen 100 Rasterpunkte erzeugt werden können, die die Realisierung einer nahezu unbeschränkt großen Zahl von Symbolen ermöglichen.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung ist darin zu sehen, daß die Elektronen auch bei einer sehr großen Anzahl von darzustellenden Symbolen nur durch zwei Elektroden hindurchtreten müssen, um zum Leuchtschirm zu gelangen. Der Energieverlust, den die Elektronen hierbei erleiden, ist gering im Vergleich zur bekannten Röhre, so daß mit relativ niedrigen Beschleunigungsspannungen eine sehr große Helligkeit der dargestellten Symbole er/ielbar ist.

Zv-ar \i aus de^r DE-OS 24 12 869 eine Gasentla- ·ιο dungsröhre für eine Anzeigevorrichtung bekannt, bei der eine vielfach regelmäßig gelochte Isolierplatte auf ihren beiden Seiten jeweils eine Elektrode trägt, die so in Metall-Leiterbahnen aufgeteilt ist, daß es /u cner matrixartigen Überkreu/ung mit der gegenüberliegen- 4Ί den F.lek'.rode kommt. Den auf dci vom Leuchtschirm abgewandten Seite der Isolierplatte angebrachten Leiterbahnen liegt eine Flächenkathode gegenüber, die praktisch die gleiche Größe wie die Isolierplatte aufweist. Im Betrieb wirkt diese Anordnung bei vs entsprechender Ansteuerung wie eine Vielzahl von raslerfömig angeordneten Elektronenquellen, die einzeln zur Emission eines im weiteren Verlauf zu beschleunigenden Elektronenstrahls angeregt werden können. Abgesehen davon, daß es sich hierbei um eine v> vom Erfindungsgegenstand völlig verschiedene Anordnung handelt, ergibt sich hier auch der Nachteil, daß es mit einer Flächenkathode äußerst schwierig ist. über längere Betriebszeiten hinweg eine über die gesamte Fläche gleichmäßige Emissionsdichte und somit Rasterpunkthelligkeil sicherzustellen. Auch hat das Zünden Und Löschen der fadenförmigen Glimmentladungen eine relativ hohe Zeitkonstante. Demgegenüber besitzt der Erfindungsgegenstand wegen der extrem niedrigen Zeitkonslante praktisch Völlig uneingeschränkte Zu-¹ gnffsmöglichkeiten zu jedem einzelnen Rasterpunkt,

Auch bei der in der ,HE-OS 16 39 029 beschriebenen VakuunvAnzeigeröhre ist eine Vielzahl Von voneinander räumlich getrenn;en Elektronenquellen vorgesehen, die von einer gemeinsamen Kathode und einer unmittelbar über dieser Kathode angeordneten und mit relativ weit auseinanderliegenden Durchtrittsöffnungen versehenen Isolationsplaite gebildet werden. Für jede dieser Elektronenquellen ist zwischen der Kathode und der zugehörigen Öffnung in der Isolationsplatte eine einzelne gitterförmige Steuerelektrode angeordnet, die je nach Ansteuerpottntial den Durchtritt der aus der Kathode austretenden Elektronen für eine Beschleunigung durch die Öffnung in der Isolationsplatte hindurch zu einem Leuchtschirm hin freigibt oder sperrt. Jede dieser Steuerelektroden muß einen einzeln nach außen geführten Anschluß aufweisen und individuell angesteuert werden. Ein wesentliches Problem bei einer derartigen Ansteueranordnung besteht in den Streu- und Obersprecheffekten des Eldctronenstroms aus einer Elektronenquelle auf die einer benachbarten Elektronenquelle zugeordnete Leuchtschicht.

Vorteilhafte Weiterbildungen d': Erfindungsgegen-Standes sind in den Unteransprücher niedergelegt.

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt

I ig. 1 eine Schnittansicht einer Kathodenstrahlrohre für eine Anzeigevorrichtung und

Fig. 2 einen Teil dieser Kathodenstrahlröhre im Detail.

Wie in der Zeichnung dargestellt ist. besitzt eint Kathodenstrahlröhre 1 für eine Anzeigeanordnung einen ein breit aufgefächertes Strahlenbündel erzeugenden Elektronenstrahlerzeuger 2 an dem einen Ende und einen Leuchtschirm 3 am anderen Ende. Der Elektronenstrahlerzeuger 2 erzeugt im eingeschalteten Zustand ein breit aufgefächertes Elektronenstrahlbündel 6. Solche Elektronenstrahlerzeuger 2 sind beispielsweise aus herkömmlichen Speicherröhren bekannt und werden daher im folgenden nicht im einzelnen beschrieben. Der Elektronenstrahlerzeuger 2 besteht aus einer Kathode 23, einem Gitter 4 und einer Anode 5. Das Strahlenbündel 6 fällt auf zwei segmentierte N'itzelektroden 7 und 8. Die beiden segmentierten Net/elektroden 7 und 8 sind im einzelnen in der F i g. 2 dargestellt; sie sind so gezeichnet, wie sie aus der Richtung des Leuchtschirms 3 gesehen werden und es ist zu erkennen, daß beide aus Segmenten in der Gestalt von parallelen Streifen bestehen. Die segmentierte Netzelektrode 8 besteht aus fünf vertikalen Segmenten 9. Spalten genannt, die elektrisch voneinander isoliert sind; jedes der Segmente ist mit einem getrennten elektrischen Anschluß 10 ausgestattet. Die segmentierte Net/elektrode 7 besteht aus sieben horizontalen Segmenten 11. Reihen genannt (die der Klarheit halber in gestrichelten Linien dargestellt sind), welche ebenfalls elektrisch voneinander und von den Segmenten 9 der anderen Elektrode 8 isoliert sind, jedes .Segment 11 ist mit einem elektrischen Anschluß 12 versehen.

Jedes Segment besieht aus einem einen elektrisch leitenden Abschnitt bildenden Net/, das beispielsweise aus feinen sich k 'zusenden Drtihtcn bestehen kunn. Ein Teil dieser netzähnlichen Struktur ist an der linken oberen Ecke der Fig.2 dargestellt. Das Neu erlaubt den Elektronen durch die Maschen hiiHliirch/iitrcicn: der Durchgang von Elektronen wird durch das nn einem bestimmten Segment anliegende Potential gesteuert. Das Netz weist tyjjjschenveise etwa 2(X) Maschen pro Zentimeter auf. Elektronen, die durch beide segiueuticr te Netzelektroden 7 und 8 hmdurehtretcni er/engen ein helles sichtbares Bild, wenn sie auf den Leuchtschirm J

auftreffen. Es ist nicht nötig, daß beide scgmcntierte Netzelektroden aus einem Netz mit der gleichen Maschenweite hergestellt sind. Zur Erzielung einer möglichst hellen Anzeige kann es sogar vorteilhaft sein, wenn die segmentierte Elektrode 7 eine größere Maschenweite oder ein höheres Dufchlaßverhällnis aufweist.

Jedes Segment ist mit einer getrennten elektrischen Leitung versehen, die durch den Kolben der Kathodenstrahlröhre 1 hindurchtrilt, so daß jedes Segment lö getrennt adressierbar bzw. ansteuerbar ist. Die Leitungen können entweder durch den Sockel 13 der Kathodenstrahlröhre 1 zusammen mit den Leitungen für den Elektronenstrahlerzeuger 2 nach außen geführt werden oder sie können durch eine abgedichtete '⁵ Verbindung 14 zwischen dem Körper der Kathodenstrahlröhre 1 und dem Leuchtschirm 3 hindurchgeführt sein.

Wie es bei Kathodenstrahlröhren üblich ist, ist eine kegelförmige Elektrode 15 vorgesehen, die in der Praxis gewöhnlich aus einer Graphit- oder Aluminiumbeschichtung an der Innenseite der Röhrenwand besteht.

Eine netzförmige Sammelelektrode 16 ist nahe benachbart zur Nctzelektrode 7 an deren dem Elektrodenstrahlerzeuger 2 zugewandten Seite angeordnet. Sie ist etwa einen Millimeter von der Netzelektrode 7 beabstandet und die beiden Netzelektroden 7 oder 8 weisen in etwa den gleichen Abstand auf. Jede Netzelektrode 7 oder 8 ist auf ihrer eigenen Tragplatte befestigt. Die Tragplalten sind nicht dargestellt; jede von ihnen besteht aus einer undurchsichtigen Platte mit Öffnungen, die der Gestalt der 7u stützenden Segmente entsprechen. Die Tragplatten bieten nicht nur eine mechanische Unterstützung für die Segmente, sondern verhindern auch, daß Elektronen zwischen den verschiedenen benachbarten Segmenten hindurchtreten, die zusammen die ganze segmentierte Netzelektrode bilden. Die Segmente sind passenderweise an der entsprechenden Tragplatte mittels eines elektrisch isolierenden Klebers befestigt, der entlang des Umfangrandes der Segmente angebracht ist.

im Betrieb wird die Kathode 2j auf υ volt genalten, die Anode 5 auf + 100 Volt, die kegelförmige Elektrode 15 auf + 10 Volt und die Sammelelektrode 16 auf +10 Volt. Diese Werte gelten nur ungefähr und können eine geringe Nachstellung für einzelne Anzeigeeinheiten erfordern. Der Anschluß des Leuchtschirms 3 wird auf einer Spannung von etwa + 10 Kilovolt gehalten.

Wenn die elektrischen Anschlüsse 10 bzw. 12 zu den Reihen 9 bzw. Spalten 11 der segmentierten Netzelektroden 7 und 8 jeweils auf Kathodenpotential (d. h. 0 Volt) oder bezüglich dieses Kathodenpotentials ein paar Volt negativ gehalten werden, bleibt der Leuchtschirm 3 dunkel, da ihn keine Elektronen aus dem Elektronenstrahlerzeuger 2 erreichen. Auch wenn eine Reihe 11 um einige Volt positiv gegenüber dem Kathodenpotential gemacht wird, bleibt der Leuchtschirm dunkel, solange die Spalten 9 auf Kathodenpotential verbleiben; wird jedoch sowohl eine Reihe als auch eine Spalte auf eine positive Spannung von einigen Volt bezüglich der Kathode 23 gebracht, dann erscheint eine helle Räche auf dem Leuchtschirm 3, die dem Oberkreuzungsbereich der betreffenden Reihe mit der entsprechenden Spalte entspricht

Typische Zahlenwerte sind beispielsweise —2 Voit an der Netzelektrode 8 und 0 Volt an der Netzelektrode 7, um die Unterbrechung des Elektronenstrahls, d. h. einen dunklen Anzeigebereich zu erhatten-, +3 Volt an der Netzelcktrodc 8 und +5 Volt an der Netzclektrode 7 erzeugen dagegen einen hellen Bereich.

Durch rasche periodische Ansteuerung' der Spalten (beispielsweise mit einigen 100 Hz) und durch posiiivc pulsierende Ansteuerung der entsprechenden Reihen wird ein Muster von hellen Bereichen auf dem Leuchtschirm 3 erzeugt; durch Auswahl der richtigen Reihen Und Spalten werden alphanumerische Zeichen wiedergegeben^

Treiberschaltungen, die die zur Erzeugung eines bestimmten Zeichens erforderlichen Signale erzeugen, sind bekannt und leicht verfügbar, da solche Schallungen auch dazu verwendet werden, bestimmte Arten von Anordnungen lichtemittierender Dioden anzusteuern. Der tatsächlich für die Reihen und Spalten erforderliche Pegel der Treibersignale kann leicht gefunden werden, sie sind jedoch typischerweise wie oben angegeben. Der Wert hängt teilweise von der Teilung h?w Ηργ Maschenweite der Netzelektroden seihst ab. und wie vorstehend schon erwähnt, kann die Maschenweite einer segmentierten Netzelektrode von der der anderen abweichen.

Wie bereits erwähnt, ist die an der Sammelelektrode 16 anliegende Spannung etwa + 10 Volt bezüglich des Kathodenpotentials und dies bedeutet eine Abweichung von der üblichen Praxis bei Kathodenstrahlröhren: wenn, wie beispielsweise bei Speicherröhren, eine Sammelelektrode vorgesehen ist, dann liegt an dieser üblicherweise eine Spannung in der Größenordnung von + 100 Volt odei mehr. Es hat sich jedoch gezeigt, daß durch Anlegen einer viel geringeren Spannung die Gesamtlänge der Kathodenstrahlröhre 1 beträchtlich, und zwar auf etwa die Hälfte des vorher erforderlichen Wertes vermindert werden kann. Typischerweise ist für eine Kathodenstrahlröhre gemäß der Erfindung mit einer Länge von etwa 7.5 cm eine Anzeigefläche auf dem Leuchtschirm 3 von etwa 7,5 cm im Quadrat möglich. Es wird angenommen, daß diese Verminderung der Länge deshalb erzielbar ist, weil das niedrige Potential von etwa + 10 Volt an der Sammelclektrode 16 dem Elektronenkegel die Möglichkeit bietet, sich in einem stärkeren Maüe auseinanderzuspreizen: auch scheint ein Raumladungsbereich in der Nachbarschaft der Sammelelektrode 16 gebildet zu werden. Die Elektronen bewegen sich an diesem Puntk verhältnismäßig lansam und es wird angenommen, daß sie aus dem Raumladungsbereich durch die entsprechend angesteuerten Abschnitte der segmentierten Netzelektroden 7 und 8 abgezogen und durch das Potential von ungefähr 10 Kilovolt auf den Leuchtschirm 3 ' m beschleunigt werden.

Unabhängig davon, ob die vorstehende theoretische Erklärung richtig ist, ermöglicht die Verwendung der niedrigen Spannung, daß die Kathodenstrahlröhre 1 sehr kompakt gebaut werden kann. Der Wert von + 10 Volt gilt ungefähr; in gewisser Hinsicht ist ein Wert von + 8 Volt optimal; die Sammelelektrode 16 kann jedoch bei Spannungen zwischen 0 und +15 Volt mit sehr günstigen Ergebnissen betrieben werden.

Es hat sich gezeigt, daß die Verwendung der niedrigen Spannung zu einer linearen Beziehung zwischen der Spannung am Beschleunigungsgitter des Elektronenstrahlerzeugers und der Helligkeit der Anzeige, gemessen durch den Leuchtschirmstrom führt Diese Eigenschaft ist bei der Zusammenstellung und Angleichung von Kathodenstrahlröhren nützlich.

Es wurde auch gefanden, daß die Anzeige gegen äußere Magnetfelder weniger empfindlich ist; dies führt

dazu, daß eine geringere Abschir'rhurig erforderlich isl und daß solliil Einsparungen bei der konstruktion möglich sind.

Mit einer effindungsgeriiäßen Kathodenstrahlröhre ist es möglich, sehr helle Anzeigen zu erzielen« tvobei

das dargestellte 'Zeichen ehtsprecliehd dcir Erfordcrnisseh ieiehl verändert werden kann. I3ei Verwendung einer größeren Anzahl von Spalten und Zeilen können kompliziertere Zeichen dargestellt werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche: Δ,ίλ A

1. Kathodenstrahlröhre für Anzeigevorrichtungen, die einen ein breit aufgefächertes Strahlbündel erzeugenden Elektronenstrahlerzeuger, einen Leuchtschirm und ein zwischen dem Elektronenstrahlerzeuger und dem Leuchtschirm angeordnetes Steuersystem besitzt, das aus hintereinanderliegenden Elektroden besteht, die in Abhängigkeit von der an sie angelegten Spannung den Durchgang von Elektronen sperren oder freigeben, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuersystem aus zwei in der Nähe des Leuchtschirms (3) angeordneten Netzelektroden (7, 8), die jeweils in individuell anwählbare, streifenförmige Segmente (9, 11) unterteilt sind, besteht, und daß die Segmente (9) der einen Elektrode (8) die Segmente (11) der anderen Elektrode (7) überkreuzen.

2. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die streifenförmigen Segmente (9. 11) eifier jeden Netzelektrode VJ, 8) jeweils zueinander parallel verlaufen.

3. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die streifenförmigen Segmente (9,11) der beiden Netzelektroden (7, S) im rechten Winkel kreuzen.

4. Kathodenstrahlröhre nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Elekironenstahlerzeuger (2) nähere Netzelektrode (7) aus einem Netz größerer Maschenweite und größerer Transparenz hergestellt ist als die dem Leuchtschirm (3) näherliegende Netzelektrode (8).

5. Kathodenstrahlröhre na-.h einem der vorhergehenden Ansprüche, d„dr.rch gekennzeichnet, daß zwischen dem Elektronenstra. erzeuger (2) und der ihm näheren Netzelektrode (7) eine netzförmige Sammelelektrode (16) angeordnet ist, an die im Betrieb eine Spannung im Bereich von 0 Volt bis + 15 Volt bezüglich des Kathodenpotentials ange legt ist.

6. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung an der Sammelelektrode (16) + 10 Volt beträgt.