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Gasentladungsanzeiqevorrichtunq
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Die Erfindung betrifft eine Gasentladungsanzeigevorrich tung nach
dem Oberbegriff des Anspruches 1. Ein derartiger Flachbildschirm wird in der DE-OS
29 26 364 beschrieben Das vorbekannte Display arbeitet nach folgendem Prinzip: Aus
einer hinteren Kammer werden Elektronen, die aus einer Gasentladung entstehen, durch
selektiv geöffnete Löcher einer Elektrodenmatrix in eine vordere Kammer gezogen,
dort nachbeschleunigt und schließlich auf einen Leuchtschirm gelenkt. Die Information
wird der Elektrodenmatrix zeilensequentiell eingeschrieben.
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Bei dieser Funktionsweise wird stillschweigend vorausgesetzt, daß
die Plasmaelektronen nur die selektierte Zeile (Nutzzeile) beaufschlagen, während
die nicht ausgewählten Zeilen keinen Elektronenstrom ziehen. Denn wenn man durch
das Positiv-Schalten einer Spalte ein Loch auf einer bestimmten Zeile öffnet, dürfen
nicht auch noch andere Zeilen auf dem Leuchtschirm ein Signal erhalten. Diese Forderung
ist quantitativ relativ streng. Ist nämlich ein geringfügiger Durchlaß bei anderen
Zeilen als der angeschalteten vorhanden, so integriert sich der damit verbundene
Untergrund über alle Zeilen. Zur Einhaltung eines Kontrastverhältnisses von 128
(7 bit) muß -die Helligkeit der Nutzzeile bei einem 600-Zeilen-Bild mit der über
alle 600 Zeilen integrierten Resthelligkeit verglichen werden; das kommt einem mittleren
Kontrastverhältnis von 600 x 128 = 76800 gleich.
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Die Entladung ließe sich ohne weiteres auf die gerade angesteuerte
Zeile begrenzen, wenn man von der Plasmakatode jeweils nur einen der Nutzzeile direkt
gegenüberliegenden Streifen emittieren ließe. Dann kommt aber eine Stromstärke,
das heißt eine Bildhelligkeit, zustande, die um einige Größenordnungen zu klein
ausfällt.
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Die Darstellung gewinnt an Leuchtkraft, wenn die Gasentladung, wie
dies in der DE-PS 24 12 869 oder der DE-OS 26 43 915 bereits diskutiert worden ist,
von einer relativ großen Katodenfläche ausgeht. In der Praxis hat sich dabei gezeigt,
daß die Nutzzeile durchaus den gesamten Strom erhält, daß aber der ganze Raum zwischen
der Katode und der Zeilenebene von dem Plasma ausgefüllt wird. So ist die Stromdichte
auf der Katode über deren ganze Breite fast konstant, und die positive Säule ist
keineswegs auf den Bereich der getasteten Zeilenleiter beschränkt.
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Dementsprechend gelangen beim Positiv-Schalten einer Spalte auch auf
die Nachbarzeilen der Nutzzeile Elektronen. Es sind dies relativ schnelle Elektronen,
die die Potentialbarrieren überwinden können - die nicht selektierten Zeilen liegen
an einer um einige 10 V negativeren Spannung als die selektierte - und dann den
Untergrund aufhellen.
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Zur Beseitigung dieses Störeffektes wurden bereits mehrere Vorschläge
gemacht. So erwog man, die Zeilen der Elektrodenmatrix nur noch zum Steuern heranzuziehen
und das Plasma zwischen einer großflächigen Katode und einer Anodenzeile einer vorgelagerten
Zeilenleiterebene oder zwischen einem von mehreren Katodenstreifen und einem vorgelagerten
Anodengitter brennen zu lassen (DE-OSen 29 37 252 und 29 26 402). Auf diesem Wege
läßt sich die Bildqualität erheblich verbessern, allerdings unter Inkaufnahme eines
nicht unbeträchtlichen Mehraufwandes, zumal die Zahl der Anschlüsse recht hoch ist.
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Der Schaltungs- und Kontaktierungsaufwand läßt sich in Grenzen halten,
wenn man statt dessen die Katode in bestimmten Abständen mit zeilenparallel vorspringenden
Rippen versieht (DE-OS 29 16 368) oder aber gemäß der eingangs zitierten Offenlegungsschrift
in den Gasentladungsraum ein (Draht- oder Blech-) Gitter aus ineinandergreifenden
Kammelektroden einführt und zwischen diesen beiden Elektroden eine Wechselspannung
anlegt. In beiden Fallen ist jedoch, wie sich herausgestellt hat, der Fokussiereffekt
nicht allzu ausgeprägt; nach wie vor überdeckt die positive Säule jeweils mehrere
nebeneinanderliegende Zeilen, so daß es sehr schnellen Elektronen noch immer gelingt,
die Steuerplatte außerhalb der Nutzzeile zu passieren.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem flachen Bildschirm
mit getrennter Elektronenerzeugung und -nachbeschleunigung dem Plasma mit einfachen
Mitteln eine saubere Keilform mit möglichst breiter Basis zu geben.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Gasentlasungsanzeigevorrichtung
mit dem Merkmal des Patentanspruches 1 gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind
Gegenstand zusätzlicher Ansprüche.
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Der Lösungsvorschlag soll nun an Hand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert werden. In den Figuren
sind einander entsprechende Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen; Teile, die
nicht unbedingt zum Verständnis der Erfindung beitragen, sind dabei weggelassen.
Es zeigen: Fig. 1 in einer teilweise weggebrochenen, sehr schematisch gehaltenen
Perspektivansicht den Gasentladungsraum eines erfindungsgemäßen Displays und
Fig.
2 die Fig. 1 im Qerschnitt, mit eingezeichneten Potentiallinien und Elektronenpfaden.
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Der Gasentladungsraum der Fig. 1 - er ist mit der Bezugsziffer 10
bezeichnet - wird nach vorn durch eine Ebene aus zueinander parallelen Zeilenleitern
9 und nach hinten durch eine großflächige, zu der Zeilenleiterebene parallelen Katode
1 begrenzt. Zwischen beide Ebenen sind bandförmige Fokussierelektroden 2 bis 8 eingeführt,
die parallel zu den Zeilenleitern 9 verlaufen und in zwei Gruppen elektrisch miteinander
verbunden sind. Die Gruppierung ist so getroffen, daß die geradzahligen Leiter 2,
4, 6 und 8 - sie sind in der Figur mit plus gekennzeichnet -eine erste Gruppe bilden
und die ungeradzahligen Elektroden 3, 5 und 7, bei denen in der Figur ein minus
steht, zu einer zweiten Gruppe zusammengefaßt sind. Die Breitseiten b der bandförmigen
Fokussierelektroden verlaufen dabei orthogonal zur Zeilenleiterebene. Im Ausführungsbeispiel
liegen an den beiden Elektrodengruppen -85 V bzw. -163 V. An der Katode 1 liegen
-255 V, an der Nutzzeile 0 V und an den nichtgetasteten Zeilen -50 V.
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Im Betrieb der Anzeige werden die Zeilenleiter 9 nacheinander getastet,
und während einer jeden Zeilentastzeit erhalten die (nicht dargestellten) Spaltenleiter,
die mit den Zeilenleitern eine Elektrodenmatrix bilden, die zugehörigen Informationssignale.
Und beim Fortschalten der Zeilen werden die Spannungen (-85 V und -163 V) an den
beiden Fokussierelektrodengruppen periodisch vertauscht.
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Die Umschaltung erfolgt stets so, daß die der jeweiligen Nutzzeile
am nächsten benachbarte Fokussierelektrode auf dem positiveren Potential (-85 V)
liegt. Liegen beispielsweise benachbarte Fokussierelektroden 12 mm auseinander und
beträgt der Zeilenabstand 0,5 mm, so bleibt die Spannungsphase bei den Fokussierelektroden
2 x 12 = 24 Zeilenfortschalttakte erhalten, bevor sie umgeschaltet
wird.
Werden, wie dies bei Fernsehbildschirmen normalerweise der Fall ist, die Zeilen
jeweils 64 us lang getastet, so ist der Schalttakt für die Spannungen an den Fokussierelektroden
24 x 64 . 10 6 5 = 1,56 ms lang.
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Aus Fig. 2 geht hervor, welche Potential- und Stromverhältnisse im
Gasentladungsraum herrschen, wenn die Gasentladung zu einer bestimmten Zeile (9')
hin brennt. Der Einfachheit halber sind dabei die beiden äußeren Fokussierelektroden
2 und 8 weggelassen, um die Darstellung nicht mit untypischen Feldverläufen zu belasten.
Der Figur entnimmt man, daß die Nutzzeile 9' zwischen den Elektroden 3 und 4, und
zwar näher an der Elektrode 4, liegt.
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Dementsprechend liegen die geradzahligen Elektroden auf dem positiveren
Potential von -85 V und die ungeradzahligen Elektroden an der negativeren Spannung
von -163 V.
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Die Figur zeigt, daß in einem Großteil des von den Elektroden 3 und
5 definierten Raumes praktisch auf ganzer Höhe Querfelder herrschen, die Elektronen
aus der Katode zur Nutzzeile hin ablenken. Es entsteht ein Keil, dessen Flanken
etwa durch die Elektronenbahnen A und B charakterisiert werden kann. Diese Kurven
bedeuten aber keine scharfe Abgrenzung; so können auch Elektronen aus Katodenbereichen
jenseits der Elektrode 5 noch auf die Zeile 9' gezogen werden, wie dies durch Kurve
C angedeutet ist.
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Im Raum zwischen den Elektroden 5 und 7, in dem kein Strom fließt,
ist die Feldkonfiguration wesentlich anders. Besonders charakteristisch sind die
ausgeprägten Spitzen der Äquipotentiallinien -85 V und -100 V. Vereinzelte Elektronen,
die sich aus der Katode lösen, treffen entweder auf eine weitentfernte Zeile oder
auf eine relativ positive Fokussierelektrode (Kurven D und E). Hieran ändert sich
im Grunde auch nichts, wenn eine Zeile (9") auf gleiches Potential wie die Nutzzeile
9' angehoben wird. Das bedeutet, daß man die Zeilen ohne weiteres mit einem sogenannten
self scan"-Verfahren fortschreiten
kann, bei dem jede n-te Zeile
zusammengeschaltet ist. Unter den gegebenen Spannungsbedingungen kann von allen
gleichzeitig getasteten Zeilen nur diejenige das Plasma zünden, bei der die Zündung
durch eine Restionisation aus der vorangegangenen Gasentladung erleichtert wird.
Die Möglichkeit, einen self-scan-Betrieb durchzuführen, ist besonders wertvoll,
denn wenn auch nur jede dreißigste Zeile elektrisch zusammengeführt würde, so wäre
bei 600 Zeilen die Zeilenanschlußzahl bereits um den Faktor 20 kleiner.
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Spannungen und Dimensionierungen der einzelnen Elektroden können in
weiten Grenzen variieren. Bei der konkreten Ausführung sollte man sich von folgenden
Überlegungen leiten lassen: Die positivere Spannung für die Fokussierelektroden
darf nicht so positiv werden, daß das Potentialgefälle zur Zeile hin gestört wird
und die Entladung zur Fokussierelektrode statt zur Nutzzeile brennt. Sie kann aber
durchaus etwas positiver als das Potential der nicht ungesteuerten Zeilen sein.
Bei einer Spannungsdifferenz von beispielsweise 10 V wird nahezu der gesamte Fell
strom von den positiveren Fokussierelektroden abgefangen, so daß der Bildhintergrund
besonders dunkel wird. Im übrigen ist es nicht in jedem Fall erforderlich, die positiveren
Fokussierelektroden an eine vorgegebene Spannung zu legen; auch wenn man die Potentiale
dieser Elektroden schwimmen läßt, so stellen sich vielfach von alleine brauchbare
Werte ein.
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Das Potential der anderen Fokussierelektrodengruppe sollte so negativ
wie möglich sein, um die Potentiallinien möglichst stark zu krümmen. Aber auch hier
gibt es einen Grenzwert, denn wenn man sich der Katodenspannung zu stark nähert,
könnte das Plasma statt von der Katode von den Fokussierelektroden ausgehen.
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Die Spannung der nicht angesteuerten Zeilen sollte möglichst negativ
sein, denn die Keilform des Plasmas wird auch von dem Potential unterschied zwischen
Nutzzeile und Nachbarzeilen beeinflußt. Bei relativ großen Spannungsdifferenzen
ist der Hub zwischen Brennen und Nachbrennen größer, das heißt, die Entladung schreitet
dann von Zeile zu Zeile sicherer fort.
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Spannungen und Gasfüllung sollten so aufeinander abgestimmt sein,
daß eine normale bis schwach anomale Entladung brennt. Versuche haben nämlich gezeigt,
daß eine stark anomale Entladung die Zündbereitschaft in dem sie umgebenden Gas
fördert und somit die Fokussierwirkung beeinträchtigen kann. Unabhängig davon sollte
man stets ein Gas wählen, dessen Brennspannung deutlich unter der Zündspannung liegt.
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Der Abstand zwischen benachbarten Fokussierelektroden kann um so größer
werden, je länger die Fokussierungsstrecke ist, also je höher man den Gasentladungsraum
macht. Einige Beispiele: Beträgt die Höhe des Raumes (h) 2,0 cm, so sollten die
Fokussierelektroden zwischen 10 und 16 mm voneinander beabstandet sein. Bei h-Werten
von 2t5 und 3,0 cm empfehlen sich Elektrodenabstände von 12 bis 20 mm bzw. 15 bis
24 mm. In allen drei Fällen haben die Fokussierelektroden typischerweise eine Breite
d, die knapp halb so groß wie die Raumhöhe h ist; die Elektroden liegen dabei näher
an der Katode als an der Zeilenleiterebene. Nimmt man als Gasfüllung Wasserstoff,
so sollte der Druck bei h-Werten von 2,0 bzw. 2,5 cm ein Torr betragen und bei h
= 3,0 cm bei 0,8 Torr liegen.
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6 Patentansprüche 2 Figuren