DE3026608A1

DE3026608A1 - Panel type colour display device - has photodiode layer as light source between line and space conductors forming control matrix

Info

Publication number: DE3026608A1
Application number: DE19803026608
Authority: DE
Inventors: Hinrich Dipl.-Phys. Dr. 8032 Gräfelfing Heynisch
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1980-07-14
Filing date: 1980-07-14
Publication date: 1982-10-21

Abstract

The panel type picture display device, showing a coloured image has a transparent front plate (1) separated by a frame (3) from a rear plate (2) with a vacuum tight space between. The inside of the front plate carries phosphorus strips (4) and strip anodes (6). The vertical rear plate consists of horizontal glass fibres (8) attached to each other and has a multiple cathode layer (9) inside the space. The other side carries a control matrix with line and space conductors (11,12) with a layer (13) between them formed by multiple photodiodes, forming a light source. This photocathode layer has emission surfaces occurring at the crossing points of the line and space conductors. The excitation light can be infra red radiation. In an alternative design, the control matrix is between the photo cathode layer and the rear plate.

Description

FlachbildröhreFlat screen tube

Die Erfindung bezieht sich auf eine Flachbildröhre gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein derartiges Display wird in der DE-OS 23 06 823 beschrieben.The invention relates to a flat panel tube according to the preamble of claim 1. Such a display is described in DE-OS 23 06 823.

Bei der Entwicklung eines flachen Bildschirms, die seit Jahren mit großem Nachdruck betrieben wird, hat man bisher die wohl besten Resultate mit Plasmapanels erzielt. Besonders aussichtsreich erscheint dabei ein Displaykonzept, bei dem eine Gasentladung als Elektronenquelle dient, aus der Elektronen durch ausgewählte Löcher einer Steuermatrix gezogen, nachbeschleunigt und schließlich auf einen Leuchtschirm geschickt werden (DE-OS 24 12 869). Ein solcher Paneltyp liefert bereits heute Fernsehbilder in einer durchaus akzeptablen Qualität, hat aber noch keine ausreichende Lebensdauer und verlangt überdies einen nicht unbeträchtlichen Herstellungsaufwand. Die Lebensdauer wird durch plasmabedingte Phänomene (Gasaufzehrung, Kathodensputtern, Kurzschlußneigung, Untergrundshelligkeit) begrenzt, gegen die man noch kein sicheres Mittel gefunden hat;.und die Fertigung wird vor allem durch die Steuerplatte belastet, die hochgenau durchbrochen und abgestützt werden muß.In developing a flat screen that has been using for years is operated with great emphasis, one has so far probably the best results with plasma panels achieved. A display concept in which one Gas discharge serves as the electron source, from which electrons pass through selected holes a control matrix, accelerated and finally on a luminescent screen be sent (DE-OS 24 12 869). Such a panel type already delivers television images today in an entirely acceptable quality, but does not yet have a sufficient lifespan and moreover requires a not inconsiderable manufacturing effort. The lifespan is caused by plasma-related phenomena (gas consumption, cathode sputtering, tendency to short-circuit, Background brightness), against which no sure remedy has yet been found has;. and the production is mainly burdened by the control plate, which is highly accurate must be broken through and supported.

Die mit der Gasentladung zusammenhängenden Schwierigkeiten entfallen, wenn man als Elektronenquelle eine seitlich angeordnete, streifenförmige Kathode herkömmlicher Art verwendet und den Elektronenstrahl durch elektronenoptische Mittel über die Anzeigefläche führt und an ausgewählten Stellen nach vorne zum Leuchtschirm hin auslenkt;vergl. hierzu beispielsweise die DE-OS 26 38 308, die eine sog. "Slalom"-Fokussierung vorschlägt, oder die ältere Patentanmeldung P 29 02 852 , in der ein Flachstrahl durch eine reine Querfeldablenkung auf einer wellenförmigen Bahn gehalten wird. Bei der Slalom-Technik benötigt man allerdings ebenfalls einen komplizierten Aufbau mit äußerst filigranen Strukturen, und die Querfeldvariante, die von der Theorie her auf eine exakte Strahlführung nicht angewiesen ist, steht noch ganz am Anfang der Entwicklung.The difficulties associated with gas discharge are eliminated, if the electron source is a laterally arranged, strip-shaped cathode conventionally used and the electron beam by electron optical means over the display area and at selected points to the front of the fluorescent screen deflects towards; cf. for example, DE-OS 26 38 308, which has a so-called "slalom" focus suggests, or the earlier patent application P 29 02 852, in which a flat jet is kept on a wave-shaped path by a pure transverse field deflection. The slalom technique, however, also requires a complicated structure with extremely filigree structures, and the cross-field variant, which is based on the theory is not dependent on an exact beam guidance is still at the very beginning development.

Eine weitere Alternative zur Gasentladung, der man sich in den letzten Jahren bereits mehrmals zugewandt hatte, ist der Bildschirm mit einer Fotokathode als Elektronenquelle. Die in dieser Richtung bisher angestellten Uberlegungen gingen in der Regel davon aus, daß eine großflächig emittierende Fotokathode ein Elektronenreservoir schafft, aus dem Elektronen durch ausgewählte Löcher einer Steuermatrix abgesaugt werden, anschließend einen Vervielfacher passieren und schließlich auf einen Phosphor auftreffen. Auch dieser Displaytyp, der in der eingangs zitierten Offenlegungsschrift ausführlich abgehandelt wird, ist vergleichsweise aufwendig konstruiert. Hinzukommt, daß die ganzflächig bestrahlte und stromdurchflossene Fotokathode eine erhebliche Energie verbraucht, ohne dabei leuchtkräftige, gleichmäßige Bilder liefern zu können. Dies liegt vor allem daran, daß die Fotokathode nicht über lastet werden darf und außerdem die einzelnen Elektronenstrahlen in den Vervielfachern eine Verstärkung erhalten, deren Größe sich nicht genau festlegen läßt.Another alternative to gas discharge that one has seen in the past Years ago had already turned several times, the screen is with a photocathode as an electron source. The considerations made so far in this direction went usually assumes that a photocathode emitting over a large area is an electron reservoir creates, from which electrons are sucked through selected holes in a control matrix then pass through a multiplier and finally to a phosphor hit. Also this type of display, the one in the laid-open specification cited at the beginning is dealt with in detail, is constructed in a comparatively complex manner. Come in addition, that the photocathode irradiated over its entire surface and through which current flows one Consumes considerable energy without delivering bright, uniform images to be able to. This is mainly due to the fact that the photocathode are not overloaded and also the individual electron beams in the multipliers an amplification received, the size of which cannot be precisely determined.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Display der eingangs genannten Art so abzuwandeln, daß es schnell bewegte Bilder mit einer annehmbaren optischen Qualität darstellen kann, dabei relativ wenig Energie verbraucht und zudem einen einfachen, robusten Aufbau hat. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Display mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.The invention is based on the object of a display of the initially called type so that it is fast moving pictures with an acceptable can represent optical quality while consuming relatively little energy and moreover has a simple, robust structure. According to the invention, this object is achieved by a Display with the features of claim 1 solved.

Dem Lösungsvorschlag liegen folgende Überlegungen zugrunde. Steuert man statt des Elektronenstroms das Anregungslicht für die Fotokathode, so braucht die Kathode zu einer bestimmten Zeit nur an ausgewählten Matrixelementen und nicht etwa auf ganzer Fläche Elektronen abzugeben. Das bedeutet, daß man der Fotokathode punktweise Elektronenstrahlen hoher Intensität entnehmen kann, ohne sie zu überlasten, und dabei auch noch mit einer insgesamt relativ geringen Belichtungsleistung auskommt; überschlägige Rechnungen haben ergeben, daß Fotokathoden mit einer Quantenausbeute, wie sie derzeit erreicht werden kann, keine zusätzliche Elektronenvervielfachung mehr benötigen. Als weiterer Vorteil kommt hinzu, daß der Vakuumraum frei ist von komplizierten, stützbedürftigen Bauteilen.The proposed solution is based on the following considerations. Controls instead of the electron current, the excitation light for the photocathode is needed the cathode at a certain time only on selected matrix elements and not to emit electrons over the entire surface. That means that you can use the photocathode can pick up high-intensity electron beams point by point without overloading them, and at the same time manages with an overall relatively low exposure power; Rough calculations have shown that photocathodes with a quantum yield as it can currently be achieved, no additional electron multiplication need more. Another advantage is that the vacuum space is free from complicated components in need of support.

Das vorgeschlagene Display läßt sich in mehreren Varianten realisieren. So können die Fotokathode undloder die Fotodiode entweder als eine großflächige, durchgehende Schicht ausgeführt sein oder aber aus einer Vielzahl von einzelnen Elementen bestehen, die jeweils den Kreuzungspunkten zwischen den Spalten- und den Zeilenleitern der Steuermatrix zugeordnet sind. Davon abgesehen hat man auch die Wahl, die Steuermatrix entweder zwischen der Fotokathode und der Rückplatte zu plazieren oder aber hinter der Rückplatte, also außerhalb der Vakuumkammer, anzuordnen. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand zusätzlicher Ansprüche.The proposed display can be implemented in several variants. The photocathode and / or the photodiode can either be used as a large-area, continuous layer or a multitude of individual layers Elements exist, each of which is the intersection between the column and the Row conductors are assigned to the control matrix. That being said, you also have those Choice to place the control matrix between either the photocathode and the backplate or behind the back plate, i.e. outside the vacuum chamber. Further advantageous refinements and developments of the invention are also the subject matter of Expectations.

Der Lösungsvorschlag soll nun anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert werden. In den Figuren sind einander entsprechende Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigen: Fig. 1 in einem Seitenschnitt ein erstes Ausführungsbeispiel und Fig. 2 in der gleichen Darstellungsweise wie bei Fig. 1 ein weiteres Ausführungsbeispiel.The proposed solution will now be based on preferred exemplary embodiments will be explained in more detail with reference to the accompanying drawing. In the figures Corresponding parts are provided with the same reference numerals. Show it: FIG. 1 shows a first exemplary embodiment in a side section and FIG. 2 shows the same Representation as in Fig. 1, a further embodiment.

Die Zeichnung ist der Übersicht halber sehr schematisch gehalten. Für ein Verständnis der Erfindung nicht unbedingt erforderliche Einzelteile eines Displays, beispielsweise elektrische Zuleitungen, sind weggelassen.The drawing is kept very schematic for the sake of clarity. Individual parts of a not absolutely necessary for an understanding of the invention Displays, for example electrical leads, are omitted.

Die Flachbildröhre der Fig. 1, die als Bildschirm für ein Farb-Fernsehgerät vorgesehen ist, besteht im wesentlichen aus folgenden Teilen: Zwei zueinander parallele, transparente Trägerplatten (Vorderplatte 1, Rückplatte 2) sind über einen Rahmen 3 vakuumdicht miteinander verbunden.The flat panel tube of FIG. 1, which is used as a screen for a color television set is provided, consists essentially of the following parts: Two to each other parallel, transparent carrier plates (front plate 1, back plate 2) are over a frame 3 connected to one another in a vacuum-tight manner.

Die Vorderplatte, beispielsweise eine wenige mm dicke Glasplatte, trägt auf ihrer Rückseite zueinander parallele Phosphorstreifen 4 und auf jedem dieser Streifen eine ebenfalls strefenförmige Anode 6.'Jeder dritte Phosphorstreifen hat die gleiche Farbe, er ist also entweder rot oder blau oder grain.The front plate, for example a glass plate a few mm thick, carries on its rear side parallel phosphor strips 4 and on each this strip also has a strip-shaped anode 6. 'Every third phosphor strip has the same color, so it is either red or blue or grain.

(Die farbigen Bilder werden bekanntlich aus drei Grundfarben aufgebaut.) Sämtliche Anoden, die Phosphorstreifen einer Farbe zugeordnet sind, laufen auf einen gemeinsamen Anschluß 7, der die Vakuumhülle zwischen Rahmen und Vorderplatte durchtritt.(As is well known, the colored pictures are made up of three basic colors.) All anodes that are assigned to a color phosphor strip run on one common connection 7, which passes through the vacuum envelope between the frame and the front panel.

Die Rückplatte 2 besteht aus einer Vielzahl von zueinander parallelen, senkrecht zur Plattenebene verlaufenden Glasfasern 8, die zusammengeschmolzen sind.The back plate 2 consists of a large number of mutually parallel, glass fibers 8 which run perpendicular to the plane of the plate and are fused together.

Die Vorderseite der Rückplatte ist mit einem Raster aus Fotokathoden überzogen (Multikathodenschicht 9).The front of the backplate has a grid of photocathodes coated (multicathode layer 9).

Die einzelnen Fotokathoden könnten den folgenden Schichtenaufbau haben: Auf der Rückplatte befindet sich ein Haftbelag, vorzugsweise Si02, der eine GaAlAs-Schutzschicht trägt. Dieser Schicht folgt eine stark p-dotierte GaAs-Einkristall-Schicht, deren Oberfläche mit Cäsium und Sauerstoff belegt ist. Wie eine solche Fotokathode, die eine hohe Quatenausbeute im nahen Infrarot hat, hergestellt werden kann, geht aus dem Beitrag von S. Weber zur NTG-Tagung "Fortschritte bei Elektronenröhren und Displays", Garmisch-Partenkirchen, 21.-23.05.80 hervor (NTG-Fachberichte Band 71, 1980, S. 136-139).The individual photocathodes could have the following layer structure: On the back plate there is an adhesive coating, preferably SiO2, which has a GaAlAs protective layer wearing. This layer is followed by a heavily p-doped GaAs single crystal layer, whose Surface is covered with cesium and oxygen. Like such a photocathode that has a high quaternary yield in the near infrared, can be produced goes out S. Weber's contribution to the NTG conference "Advances in Electron Tubes and Displays", Garmisch-Partenkirchen, May 21-23, 1980 (NTG-Fachberichte Volume 71, 1980, p. 136-139).

Die Rückseite der Rückplatte 2 ist mit einer Steuermatrix versehen. Diese Matrix wird aus Zeilenleitern 11 und Spaltenleitern 12 sowie einer zwischengeordneten Multidiodenschicht 13 gebildet. Die Multidiodenschicht setzt sich aus einzelnen Fotodioden zusammen, die jeweils in einem der Leiterkreuzungspunkte plaziert sind und unter Spannung eine auf die Fotokathode abgestitnte Strahlung abgeben. Bei einer Gallium-Arsenid-Fotokathode der von S. Weber untersuchten Art empfiehlt es sich, Fotodioden aus GaAs zu verwenden.The back of the back plate 2 is provided with a control matrix. This matrix is made up of row conductors 11 and column conductors 12 and an intermediate one Multi-diode layer 13 is formed. The multi-diode layer is made up of individual ones Photodiodes together, each placed in one of the conductor crossing points and when energized, emit radiation tuned to the photocathode. At a Gallium arsenide photocathode of the type investigated by S. Weber is recommended To use photodiodes made of GaAs.

Der Rahmen 3, vorzugsweise ebenfalls ein Glasteil, ist mit den beiden Platten über eine Glaslotverbindung fixiert. Er hat ein Profil, das die Wegstrecke zwischen den beiden Substraten 1,2 längs der Rahmenoberfläche verlängert und dadurch die Hochspannungsfestigkeit erhöht. Die Röhre sollte mit Potentialunterschieden von mehreren kVsbis zu etwa 25 kV,arbeiten, weil man dann auf erprobte, leistungsfähige Leuchtstoffe für alle drei Farben zurückgreifen kann - 25 kV ist z.B. der typische Wert für die klassische Kathodenstrahlröhre.The frame 3, preferably also a glass part, is with the two Plates fixed with a soldered glass connection. He has a profile that covers the distance between the two substrates 1,2 along the frame surface and thereby extended the high voltage strength increases. The tube should have potential differences from several kVs up to around 25 kV, because you are then working on tried-and-tested, powerful ones Phosphors for all three colors can be used - 25 kV, for example, is the typical one Value for the classic cathode ray tube.

Das Display arbeitet folgendermaßen: Die Steuermatrix wird zeilensequentiell adressiert; d.h. die Zeilen werden nacheinander abgetastet,und während eine Zeile geschaltet ist, erhalten sämtliche Spaltenleiter parallele Signalspannungen entsprechend den drei Farbauszügen der Zeileninformation. Die auf die MatrixeIektroden gegebenen Spannungen bewirken, daß die Multidiodenschicht an ausgewählten Punkten Lichtblitze abgibt, die in den Lichtleitern der Rückplatte entlanglaufen, auf die Multikathodenschicht treffen und dort an entsprechenden Orten Elektronenstrahlen in Vorwärtsrichtung auslösen.The display works as follows: The control matrix becomes line sequential addressed; i.e. the lines are scanned one after the other, and during one line is switched, all column conductors receive parallel signal voltages accordingly the three color separations of the line information. The ones placed on the matrix electrodes Stresses cause the multi-diode layer to be selected Points Emits flashes of light that run along the light guides of the back plate onto the Meet the multicathode layer and electron beams there at the appropriate locations release in forward direction.

Diese Strahlen, die nun die Farbinformation einer bestimmten Zeile tragen, werden - durch eine geeignet synchronisierte Ansteuerung der Anodenanschlüsse - auf den richtigen Phosphorstreifen gelenkt und erzeugen dort Leuchtflecken.These rays, which are now the color information of a certain line - by appropriately synchronized control of the anode connections - directed to the correct phosphor strip and create light spots there.

Die in Fig. 2 dargestellte Ausführung unterscheidet sich vom Beispiel der Fig. 1 vor allen Dingen in der Plazierung der Steuermatrix und in der Abstandstechnik für die beiden Platten. Auf der Rückseite der Vorderplatte sind Vertiefungen eingeätzt, derart, daß ein umlaufender Rahmen sowie zueinander parallele Stege 1:3 verbleiben. Auf dem Boden jeder dieser Vertiefungen sind jeweils drei Anoden und drei Phosphorstreifen entlanggeführt. Die Rückplatte trägt auf 8 cht~erzeuzind Licht erzeugende ihrer Vorderseite eine / Steuermatrix und darüber die Multikathodenschicht. Die beiden Platten sind miteinander verlötet; sie bestehen in der Regel aus Glas oder reinem SiO2.The embodiment shown in Fig. 2 differs from the example 1 above all in the placement of the control matrix and in the spacing technique for the two plates. There are indentations etched into the back of the front panel, in such a way that a circumferential frame and webs 1: 3 parallel to one another remain. At the bottom of each of these wells are three anodes and three phosphor strips led along. The back plate carries on 8 cht ~ erzeuzind its light-generating Front a / control matrix and above the multicathode layer. The two Plates are soldered together; they are usually made of glass or pure SiO2.

Die beiden dargestellten Ausfühhrngsformenhaben ihre spezifischen Vorteile. Befindet sich die Steuermatrix hinter der Rückplatte, so enthält der Vakuumraum nur noch (quesi-)homogene Schichten, die ihre Funktionen über lange Betriebszeiten hinweg ohne Beeinträchtigungen erfüllen können und außerdem eine nur geringe Anzahl von elektrischen DurchfUhrungen durch die Vakuumhülle benötigen; sollte die Steuermatrix einmal ausfallen , so läßt sie sich bequem austauschen. Ist dagegen die Steuermatrix in der Vakuumkammer untergebracht, so erhält die Röhre eine sehr kompakte Bauform und wird relativ unempfindlich gegen äußere Einwirkungen; zudem ist der Wirkungsgrad auch ohne besondere Lichtbündelungsmaßnahmen hoch.The two embodiments shown have their own specifics Advantages. If the control matrix is behind the backplate, it contains the vacuum space only (quesi-) homogeneous layers that function over long periods of operation without impairment and only a small number need of electrical feed-throughs through the vacuum envelope; should the Tax matrix once fail, it can be easily exchanged. On the other hand, is the tax matrix housed in the vacuum chamber, the tube has a very compact design and becomes relatively insensitive to external influences; also is the efficiency high even without special light bundling measures.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die detailliert geschilderten Ausführungsbeispiele. So kann man die vorgeschlagene Röhre auch dann mit Vorteil einsetzen, wenn eine geringere Informationsmenge als beim Fernsehen zu verarbeiten ist. Darüber hinaus hat man auch in konstruktiver Hinsicht noch einen großen Gestaltungsspielraum. Das gilt insb. für die Phosphorverteilung auf der Vorderplatte und die Organisation der Steuermatrix bei der Farbdarstellung.The invention is not limited to those described in detail Embodiments. So you can use the proposed tube with advantage used when processing a smaller amount of information than when processing television is. In addition, you still have a lot of design leeway in terms of construction. This applies in particular to the phosphorus distribution on the front panel and the organization the control matrix for the color display.

10 Patentansprüche 2 Figuren10 claims 2 figures

Claims

Patent claims such as flat-panel tubes with a) an evacuated envelope made of two parallel carrier plates connected by a frame (Front lath, back plate), b) an anode and one that can be excited by electrons Phosphor layer on the inside of the faceplate, c) a photocathode layer on the inside of the back plate, d) a light source to excite the photocathode layer on the side facing away from the anode, e) a line composed of individually controllable and column conductors formed control matrix, wherein all row conductors and all column conductors each lie in a plane parallel to the plane of the plate, d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that f) the light source is a photodiode layer (13) and g) the control matrix on the same side of the photocathode layer (9) as the light source is arranged, with its row conductor (11) on the one hand and its column conductor (12) on the other hand, enclose the photodiode layer (13) between them.

2. Tube according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the photocathode layer (9) has a continuous emission surface.

3. Tube according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the photocathode layer (13) in each case before the crossing points of the line conductors (11) has an emission surface with the column conductors (12).

4. Tube according to one of claims 1 to 3, d a d u r c h g e k e n It is noted that the photodiode layer (1 3) has a continuous emission surface Has.

5. Tube according to one of claims 1 to 4, d a d u r c h g e k n n show that the photodiode layerf in each case in the crossing points of the Row conductor (11) with the column conductors (12) has an emission surface.

6. Tube according to one of claims 1 to 5, d a d u r c h g e k e n n show that the excitation light is not visible and esp.

lies in the infrared.

7. Tube according to one of claims 1 to 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that, nlayer (9) is the control matrix between the photocathode / and the back plate (2) is arranged

8. Tube according to one of claims 1 to 6, d u r c h e k e n n n z e i c h n e t that the control matrix is on the outside the back plate (2) made of a transparent material is located.

9. Pipes according to claim 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h ne t that the transparent back plate (2) consists of mutually parallel, perpendicular to the plane of the plate running light guides, esp.

Consists of glass fibers (8).

10. Tube according to one of claims 1 to 9, for displaying colored, Pictures made up of three basic colors, d u r g e k e n n z e i c h n e t that the anode and the phosphor layer are made up of parallel strips consist, with every third anode strip (6) on a common electrical Connection S 7), every third luminous sealing strip ie the same basic color and the electrically interconnected anode strips (6) each have the same color Luminous layer strips / are assigned.