DE2902852C2

DE2902852C2 - Flache Elektronenstrahl-Bildwiedergaberöhre

Info

Publication number: DE2902852C2
Application number: DE2902852A
Authority: DE
Inventors: Werner Dr.rer.nat. 6900 Heidelberg Veith
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Nokia Deutschland GmbH
Priority date: 1979-01-25
Filing date: 1979-01-25
Publication date: 1983-04-07
Also published as: US4437044A; DE2902852A1

Description

feld eine Parabelbahn beschreibt und in der Einschußebene wieder scharf abgebildet wird, ist an sich seit langem bekannt; vergl. hierzu die DE-PS 12 77 451. Die dort beschriebene, für eine Puls-Code-Modulation vorgesehene Codierröhre dient allerding nicht zur optischen Darstellung; die Patentschrift befaßt sich dementsprechend auch nicht mit den Problemen einer Matrixadressierung.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer Ansprüche.

Der Lösungsvorschlag soll nun in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert werden. In den Figuren sind einander entsprechende Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigt

F i g. 1 im Seitenschnitt den prinzipiellen Aufbau einer Bildwiedergaberöhre nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung und

Fig.2 die durch einen strichpunktierten Kreis umschlossene Einzelheit der F i g. 1 in einer detaillierten Darstellung.

Die Zeichnung ist der Übersicht halber sehr schematisch gehalten; für ein Verständnis der Erfindung nicht unbedingt erforderliche Einzelteile, beispielsweise die elektrischen Zuleitungen oder Halterungen, sind nicht eingezeichnet.

Die dargestellte Bildwiedergaberöhre enthält ein Gefäß 1 mit einer Vorderwand 2 und einer Rückwand 3. Die Vorderwand 2 trägt auf ihrer Innenseite eine durch Elektronen aktivierbare Leuchtstoffschicht 4 und darüber eine Nachbeschleunigungsanode 6. Die Rückwand ist auf ihrer Innenseite mit einer flächigen Rückwandelektrode 7 versehen. Das Innere des Gefäßes 1 wird durch eine Steuerplatte 8, die sich parallel zu den Gefäßwänden 2 und 3 erstreckt, in eine hintere sowie eine vordere Kammer unterteilt (Strahlführungsraum 9, Nachbeschleunigungsraum 11), Die Steuerplatte 8 besteht aus einem Substrat 12, das auf seinen beiden Seiten jeweils zueinander parallele streifenförmige Elektroden trägt. Die dem Strahlführungsraum 9 zugewandten Elektroden (Zeilenleiter 13) stehen senkrecht auf den dem Nachbeschleunigungsraum 11 zugewandeten Elektroden (Spaltenleiter 14). Die gesamte Steuerstruktur ist an den Kreuzungspunkten der durch die Zeilen- und Spaltenleiter gebildeten Elektrodenmatrix gelocht (Steuerplattenöffnungen 16). Im Strahlführungsraum 9 befindet sich — in einer zu den Wänden 2, 3 parallelen Ebene — ein Gitter 18, das als Strahlführungsanode fungiert. Am Rand der Bildwiedergaberöhre und etwa in der Ebene des Gitters 18 ist eine Elektronenquelle 19 angeordnet.

Diese Elektronenquelle enthält eine streifenförmige, parallel zu den Zeilenleitern 13 verlaufende Emissionskathode 21 sowie eine Zuganode 22. Die Ziiganode 22 steht im vorliegenden Fall mit dem Gitter 18 in elektrisch leitender Verbindung. Die Elektronenquelle 19 ist insgesamt so ausgebildet, daß sie einen Flachstrahl mit einem Winkel von 45 Grad gegen die Rückwandelektrode 7 in den Strahlführungsraum 9 einschließen kann.

Die Potentiale der einzelnen Elektroden können folgendermaßen eingestellt sein:
Geht man von dem Potential der Emissionskathode 21 als Bezugspotential (»OVoU«) aus, so liegen die Zuganode 22 und das Gitter 18 auf einem positiven Potential von beispielsweise +100 Volt Die Rückwandelektrode 7 und die nicht angesteuerten Zeilenleiter 13 befinden sich auf dem gleichen negativen, sägezahnförmig modulierten Potential. Die Spannung am angesteuerten Zeilenleiter (»Nutzzeile«) wird jeweils auf O Volt oder einen geringen positiven Wert angehoben. Bei diesen Potentialverhältnissen schwingt der in den Strahlführungsraum 9 eingeführte Flachstrahl periodisch zwischen der Rückwandelektrode 7 und den Zeilenleitern 13 hin und her, wobei er die Ebene der Gitterelektrode mehrmals schneidet, bis er in der Nähe des angesteuerten Zeilenleiters seine wellenförmige Bahn verläßt und mit geringer Energie senkrecht aus κι den angesteuerten Zeilenleiter auftrifft.

Die genannten Spannungen sind 'nicht die einzig möglichen. So könnte man von den nicht angesteuerten Zeilenleitern die zwischen Elektronenquelle und angesteuertem Zeilenleiter gelegenen Leiter und/oder die υ jenseits davon liegenden Leiter auch an ein festes negatives Potential legen. Erhalten die bereits abgetasteten Zeilen ein Festpotential, so wären die Strahlschwingungen zwar nicht mehr symmetrisch, aber hierauf kommt es im vorliegenden Zusammenhang auch nicht an. Und sollen die noch nicht angesteuerten Zeilenleiter fest vorgespannt werden, so ist darauf zu achten, daß der ausgelenkte Elektronenstrahl nach wie vor unter einem Winkel von wenigstens angenähert 90 Grad und möglichst energiearm auf den angesteuerr > ten Zeilenleiter gelangt. Denn nur dann lassen sich die Elektronen mit relativ geringen Spannungshüben an den Spaltenleitungen sauber steuern.

Das Strahlführungssystem ist so auszulegen, daß der Strahl an seinen verschiedenen Auslenkungsorten 3c möglichst die gleiche Phasenlage hat, damit das bei der Zeilenfortschaltung mitwandernde Umlenkfeld den Flachstrahl stets in gleicher Weise zur angesteuerten Zeile hin auslenkt. Dabei empfiehlt es sich, die Bahn so zu bemessen, daß der Strahl auf der Höhe des jeweils angesteuerten Zeilenleiters gerade zu der Rückwandelektrode 7 hin gerichtete Schwingung beendet und die Ebene des Gitters 18 schneidet.

Um diese Phasenbedingung zu erfüllen, geht man am besten folgendermaßen vor. Hat die Bildwiedergaberöhre π Zeilenleiter (»Zeilen«), so werden diese η Zeilen in k gleichstarke Gruppen unterteilt (in der Figur ist die /-te Zeile der /ten Gruppe mit 13Λ bezeichnet). Die statischen Potentiale des Strahlführungsraums werden so gewählt, daß die Strahlbahn eine Wellenlänge erhält, bei der die angestrebte Phasenlage für die erste Zeile einer jeden Zeilenleitergruppe gegeben ist. Im einfachsten Fall hat dann der Flachstrahl — bei schrägem Einschuß gegen die Strahlführungsanode — auf der Höhe einer jeden Zeile 13/; 2j — 1 Halbwellen durchlaufen. Damit die Phasenbedingung auch bei den übrigen Zeilen eingehalten bleibt, wird nun die Wellenlänge der schwingenden Strahlbahn in geeigneter Weise variiert: Bewegt man sich bei der Zeilenabtastung von der Elektronenquelle fort, so ist die Wellenlänge in jeder Gruppe von Zeile zu Zeile zu vergrößern; bei umgekehrter Abtastrichtung ist die Wellenlänge entsprechend zu verringern. In beiden Fällen ergibt sich eine sägezahnförmige Modulation. Zum leichteren Verständnis sind in der Figur drei bo Strahlbahnbeispiele eingetragen (Kurven 23, 24 und 26, die jeweils den Nutzzeilen 13³i, 13³ ₃ und 13⁴, zugeordnet sind).

Bei der Festlegung der maximalen Schwingungszahl des Flachstrahls ist folgendes zu beachten. Wächst diese b5 Größe, so werden einerseits die Auslenkungsmaxima kleiner, so daß der Strahlführungsraum und damit die gesamte Röhre immer flacher werden kann. Für den Idealfall parabelförmiger Halbwellen ergibt eine einfa-

ehe Rechnung, daß das Verhältnis zwischen der vom Elektronenstrahl zurückgelegten Distanz zum Hub seiner Schwingungen den Wert 2 m hat (m = Anzahl der Halbwellen). Andererseits wird mit wachsender Schwingungszahl der Anteil der Elektronen, die durch Aufprall auf die Strahlführungsanode oder durch Fokussierungsfehler verlorengehen, immer größer, mit der Folge, daß der Wirkungsgrad sinkt und der längs der Spalten vorhandene Kontrastgradient ausgeprägter wird und dementsprechend eher Kompensationsmaßnahmen verlangt. Demnach sollte der Elektronenstrahl nicht mehr als die von der gewünschten Bautiefe her unbedingt erforderliche Höchstzahl an Halbwellen erhalten. Ist das Verhältnis von Röhren-Höhe zu Röhrentiefe nicht so kritisch, so könnte man auch mit einer einzigen Halbwelle arbeiten. In diesem Fall braucht die Potentialebene zwischen der Rückwandelektrode und dem Zeilenleitern nicht durch eine spezielle Elektrode realisiert zu werden, denn hier reicht ein homogenes Querfeld im gesamten Strahlführungs- ^r> raum aus.

Die Erfindung ist nicht auf das geschilderte Ausführungsbeispiel beschränkt. Abgesehen von den bereits erwähnten Variationsmöglichkeiten der Spannungsverhältnisse besteht auch in konstruktiver Hin-

iii sieht noch ein erheblicher Spielraum. So könnte man etwa die Zeilenleiter statt mit einer Vielzahl von Löchern mit einem einzigen Längsspalt versehen. Im übrigen ließe sich die Leitermatrix auch in Form einer Steuerscheibe realisieren, wie sie bereits für das eingangs beschriebene Gasentladungspanel der DE-OS 24 12 869 entwickelt worden ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Flache Elektronenstrahl-Bildwiedergaberöhre einschließlich zugehöriger Betriebsschaltung, wobei die Bildwiedergaberöhre die folgenden Merkmale aufweist:

a) die Bildwiedergaberöhre befindet sich in einem evakuierten Gefäß mit einer Vorderwand (2) und einer dazu parallelen Rückwand (3),

b) die Vorderwand (2) trägt auf ihrer Innenseite eine Leuchtstoffschicht (4) und eine flächige Nachbeschleunigungsanode (6),

c) die Rückwand (3) trägt auf ihrer Innenseite eine Rächige Rückwandelektrode (7),

d) zwischen Vorderwand (2) und Rückwand (3) ist in einer zu diesen Winden (2, 3) parallelen Ebene eine Schar von zueinander parallelen langgestreckten Zeilenleitern (13) angeordnet,

e) die Zeilenleiter (13) unterteilen das Gefäßinnere in eine hintere Kammer, den Strahlführungsraum (9), und in eine vordere Kammer, den Nachbeschleunigungsraum (11),

f) in der Nähe eines der äußeren Zeilenleiter (13) ist eine Elektronenquelle (19) angeordnet, die mindestens eine Emissionskathode (21) und eine Zuganode (22) enthält und so ausgebildet ist, daß sie mindestens einen Elektronenstrahl senkrecht zur Richtung der einzelnen Zeilenleiter (13) in den Strahlführungsraum (9) abgibt,

g) im Strahlführungsraum (9) befindet sich eine zur Ebene der Zeilenleiter (13) parallele Äquipotentialfläche, deren Potential höher ist als das der Rückwandelektrode (7).

und deren Betriebsschaltung folgendermaßen aufgebaut ist:

h) der Elektronenstrahl (23, 24, 26) wird so moduliert, daß er sich im Strahlführungsraum (9) auf einer wellenförmigen Bahn bewegt,

i) nebeneinanderliegende Zeilenleiter (13) werden durch Anlegen eines höheren Potentials nacheinander angesteuert,

k) auf der Höhe des angesteuerten Zeilenleiters (13) wird der Elektronenstrahl (23, 24, 26) nach vorn in den Nachbeschleunigungsraum (11) ausgelenkt,

I) diese Auslenkung erfolgt jeweils an gleichphasigen Orten auf der wellenförmigen Bahn des Elektronenstrahls,

gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

55

m) die Elektronenquelle (19) erzeugt einen einzigen Elektronenstrahl (23, 24, 26) mit einem flachen streifenförmigen Querschnitt, dessen Breitseite in der die Zeilenleiter (13) enthaltenden Ebene verläuft und sich über die ganze Länge der einzelnen Zeilenleiter (13) erstreckt,

n) die im Strahlführungsraum (9) befindliche Äquipotentialfläche wird vom Elektronenstrahl (23,24,26) mindestens einmal durchsetzt,

o) die Wellenlänge der Elektronenstrahlbahn wird durch Anlegen einer sägezahnartigen Modulationsspannung an wenigstens der Rückwandelektrode (7) oder der Zuganode (22) in der Art variiert, daß der ausgelenkte Elektronenstrahl für jeweils eine Gruppe von nebeneinanderliegenden Zeilenleitern (13) die gleiche Anzahl an Halbwellen durchlaufen hat und wenigstens angenähert senkrecht auf den gerade angesteuerten Zeilenleiter (13) trifft,

p) im Nachbeschleunigungsraum (11) ist eine Schar von zueinander parallelen und zu den Zeilenleitern (13) senkrechten langgestreckten Spakenleitern (14) angeordnet, die jeweils mit öffnungen versehen sind, so daß die Elektronen durch diese Öffnungen zur Nachbeschleunigungsanode (6) gelangen können,

q) sämtliche Spaltenleiter (14) erhalten während der Ansteuerung eines Zeilenleiters (13) eine bestimmte Signalspannung, so daß sie die ausgelenkten Elektronen entsprechend der betreffenden Zeileninformation sperren oder passieren lassen.

2. Röhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückwandelektrode (7) einteilig ausgebildet ist oder aus einer Anzahl von zu den Zeilenleitern (13) parallelen Streifen besteht.

3. Röhre nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektronenstrahl (23, 24, 26) von der Elektronenquelle (19) unter einem Winkel von 45° gegen die Rückwandelektrode (7) abgegeben wird.

4. Röhre nach Anspruch 1, bei der die Äquipotentialfläche durch eine in dieser Fläche liegende Elektrode (18) erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß diese Elektrode (18) mit der Zuganode (22) elektrisch leitend verbunden ist.

5. Röhre nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückwandelektrode (7) und die nicht angesteuerten Zeilenleiter (13) auf dem gleichen, gegenüber dem Potential der Emissionskathode (21) negativen Potential liegen und daß der angesteuerte Zeilenleiter (13) auf das Potential der Emissionskathode (21) oder auf einen etwas positiveren Wert angehoben wird.

ö. Röhre nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß von den nicht angesteuerten Zeilenleitern diejenigen Zeilenleiter, die zwischen der Elektronenquelle (19) und dem angesteuerten Zeilenleiter liegen, und/oder die übrigen Zeilerleiter auf einem festen negativen Potential liegen

7. Röhre nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektronenstrahl (23, 24, 26) höchstens zwischen fünf und zehn insbesondere höchstens zwischen sechs und acht Halbwellen durchläuft.

8. Röhre nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der die Äquipotentialfläche durch eine in dieser Fläche liegende Elektrode (18) erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß diese Elektrode (18) als eine in sich zusammenhängende, mit Durchbrüchen versehene Struktur, insbesondere als ein Gitter ausgebildet ist.

9. Röhre nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeilenleiter jeweils mit einer Vielzahl von äquidistanten Elektronenstrahldurchtrittsöffnungen versehen sind.

10. Röhre nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeilenleiter (13) jeweils mit einer einzigen, sich über die gesamte Zeilenleiterlänge erstreckenden Elektronenstrahl-

durchtrittsöffnung in Form eines Spaltes versehen sind.

Die Erfindung betrifft eine Röhre gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine solche Anzeigevorrichtung wird beispielsweise in der DE-OS 26 38 308 beschrieben.

Unter der Vielzahl der bisher diskutierten Konzepte für einen flachen Bildschirm scheint eine BikJwiede. gaberöhre aui Gasentladungsbasis die besten Erfolgsaussichten zu haben. Dies gilt zumindest dann, wenn farbige, bewegte Bilder dargestellt werden sollen. Besonders vielversprechend ist dabei eine Ausführung mit folgendem Aufbau: Eine gasgefüllte Hülle wird durch eine Steuerstruktur in einen hinteren und einen vorderen Raum unterteilt. Die Steuerstruktur besteht aus gelochten Zeilenleitern und gelochten Spaltenleitern. Die Zeilenleiter liegen einer von der Hüllenrückseite getragenen Flächenkathode gegenüLer, während die Spalienieiter der Hüllenvorderseite zugewandt sind, die ihrerseits mit einem Leuchtschirm und einer Nachbeschleunigungsanode versehen ist.

Der Abstand zwischen den Spaltenleitern und der Nachbeschleunigungsanode ist so klein, daß auch bei Potentialdifferenzen von einigen kV noch keine Gasentladung hervorgerufen wird. Im Betrieb brennt zwischen der Flächenkathode und der gerade angesteuerten Zeile eine — etwa keilförmige — Gasentladung. Dabei erhalten die Spaltenleiter Signalspannungen, die die Elektronen der Gasentladung entweder sperren oder durch die öffnungen der Steuerstruktur in den vorderen Raum ziehen. Dort werden die Elektronen beschleunigt, prallen auf den Leuchtschirm und erzeugen am Auftreffort einen Leuchtfleck. Eine mehr ins einzelne gehende Darstellung dieser Wirkungsweise ist in der DE-OS 24 12 869 zu finden. Mit dem geschilderten Anzeigeprinzip lassen sich bereits farbige Fernsehbilder mit einer recht ansprechenden optischen Qualität erzeugen, die bisher gebauten Bildwiedergaberöhren arbeiten allerdings noch nicht besonders zuverlässig, und zwar vor allem deshalb, weil die mit der Gasfüllung zusammenhängenden Probleme (Kathodensputtern, Gasdruckschwankungen, Durchzündgefahr bei den erforderlichen hohen Nachbeschleunigungsspannungen) noch nicht zufriedenstellend gelöst sind.

Die genannten Schwierigkeiten entfallen, wenn man als Elektronenquelle keine Gasentladung, sondern eine herkömmliche Kathode verwendet, wie dies beispielsweise bei der Bildwiedergaberöhre der eingangs zitierten DE-OS 26 38 308 der Fall ist. Bei dieser Ausführung gibt eine zeilenparallel erstreckte Kathode eine Vielzahl von punktförmigen Elektronenstrahlen ab — die Anzahl der Strahlen entspricht der Spaltenzahl der Bildmatrix. Im Strahlführungsraum werden die einzelnen Strahlen auf Bahnen gehalten, auf denen die Elektronen zeilenparallel verlaufende Drähte abwechselnd links und rechts umrunden. Im Rahmen dieses Vorschlages läßt sich eine zeilensequente Adressierung dadurch realisieren, daß man den nebeneinanderlaufenden Elektronenstrahlen, die Zeile für Zeile nach vorne ausgelenkt werden, die zugehörige Zeileninformation durch Modulation der Elektronenquelle aufprägt. Dabei könnte die Elektronenquelle auch so ausgeführt sein, daß sie statt einer Reihe von modulierten Punktstrahlen einen punktweise modulierten Flachstrahl liefert, wie es aus der DE-OS 28 19 195 in Verbindung mit der US-PS 40 31 427 bekannt ist

Ein solches System bietet eine Reihe von Vorteilen: Die Kathode ist kleinflächig, es kann also nur eine geringe Wärmemenge abgestrahlt und wenig Kathodenmaterial verdampft werden. Hinzu kommt eine sehr geringe Bautiefe, denn die Anzahl der von den Elektronen auszuführenden Schwingungen entspricht der Zeilenzahl; dementsprechend hat der Schwingungshub — ein Maß für die Tiefe des Strahlführungsraums — ίο einen ähnlichen Wert wie der Zeilensibstand. Diesen Vorzügen steht allerding ein gewichtiger Nachteil gegenüber. Die verwendete »Slalom«-Fokussierung (Proc. IRE, Nov. 1957, S. 1517 bis 1522) verlangt eine besonders exakte Dimensionierung, die insbesondere bei Anzeigen mit einem feinen Bildpunktraster und einer entsprechend filigranen Konstruktion die Fertigung erheblich belastet. Eine überschlägige Rechnung zeigt, daß normalformatige Fernsehschirme nur mit unvertretbar hohem Aufwand hergestellt werden könnten.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Bildwiedergaberöhre nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so abzuwandeln, daß sie einen konstruktiv einfacheren Aufbau erhält und vor allem auch bei einer eytrem dichten Bildpunktmatrix keine besonderen Herstellungsprobleme auftreten. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 angegebene Bildwiedergaberöhre gelöst.

Die vorgeschlagene Röhre zeichnet sich vor allem durch folgende Eigenschaften aus.

Die Information für die gerade abgetasteten Zeilenleiter wird den Elektronen nicht bereits in der Elektronenquelle, sondern erst nach der Auslenkung aus der hinteren, als Strahlführungsraum fungierenden Kammer mitgeteilt. Diese Verschiebung ermöglicht die Verwendung eines einzigen Flachstrahls, der sich bekanntlich elektronenoptisch recht bequem handhaben läßt und außerdem nur ein Strahlerzeugungssystem benötigt.

Der Flachstrahl erfährt keine klassische Slalomfokussierung. im Strahlführungsraum soll nämlich keine wellige Äquipotentialfläche entstehen, auf der sich die Elektronen zu bewegen haben, sondern eine Potentialebene erzeugt werden, die ein reines Querfeld liefert und von den Elektronen auf ihrer wellenförmigen Bahn periodisch durchsetzt wird. Bei einer solchen Strahlführung braucht die Fokussierung nicht besonders präzise zu sein und kann die Elektronenquelle relativ hohe Stromstärken abgeben. Ist die Potentialebene durch eine Elektrode (»Strahlführungsanode«) realisiert, so so wird diese Elektrode nur relativ wenig Elektronen abfangen, wenn man ihr einen hohen Durchlaßfaktor gibt und sie etwa in Form eines feinen Gitters ausführt; überdies ließe sich der Elektronenverlust auch ohne weiteres dadurch kompensieren, daß man mit zunehmendem Elektronenweg den Kathodenstrom entsprechend erhöht. Durch die erfindungsgemäß vorgeschriebene Sägezahnmodulation der Bahnwellenlänge wird sichergestellt, daß sich der Flachstrahl an jedem Auslenkungsort in derselben Phase seines w;IIenförmigen Weges befindet und somit stets in gleicher Weise ausgelenkt wird. Die im Strahlengang hinter den Zeilenleitern befindlichen Spaltenleiter sorgen dafür, daß die Elektronen gebündelt und senkrecht in die vordere Kammer, den Nachbeschleunigungsraum, eines treten; dadurch entstehen auf dem Leuchtschirm sehr feine Leuchtflecke.

Die Tatsache, daß ein zwischen zwei Kondensatorplatten schräg eingeschossener Flachstrahl im Gegen-