DE3339696A1 - Bildwiedergabevorrichtung mit flachem bildschirm - Google Patents

Description

• Bildwiedergabevorrichtung mit flachem Bildschirm
• Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 und arbeitet nach folgendem Prinzip: In einem rückwärtigen Raum der mit Hochvacuum gefüllten Umhüllung werden aus Heizdrähten Elektronen in den betreffenden Raum geschleudert, treffen zu einem Teil auf die Öffnungen, die die einzelnen Elektrodensysteme an ihrer Rückseite bilden, werden beim Vorhandensein eines elektrischen Sperrfeldes zwischen Katode und Steuergitter in den Heizungsraum zurückgedrängt oder gelangen bei Nichtvorhandensein eines Sperrfeldes in den Beschleunigungsraum zwischen Steuergitter und Anode, in dem die Elektronen durch ein starkes elektrisches Feld auf hohe Geschwindigkeiten gebracht werden, auf der Leuchtschicht mit hoher Energie aufprallen und zur Anodenspannungsquelle hin abfließen.
• Werden nun die Katoden einer Reihe und die Steuergitter der darauf senkrecht liegenden Reihe jeweils miteinander verbunergibt sich eine Matrix aus n Steuergittcrleltungen und N Katodenleitungen, die n x N Bildpunkte bilden und die an den entsprechenden Matrixleitungen durch entsprechende Spannungen, wie sie in Anspruch 1 aufgeführt sind, einzeln ausgewählt und nacheinander eingeschaltet werden, so daß sich ein Raster aus einer Anzahl zeilenförmig geschriebener Punkte ergibt. Das Prinzip der Helligkeitsregelung ist aus den Angaben zur teuerschaltung in Anspruch 1 klar erkennbar.
• Ähnliche Vorrichtungen flacher Bildschirme sind aus DF ru38139 A 1, DE 3236294 A 1 und DT 2=16757 bekannt und arbeiten mit Gasentladungseinrichtungen. Den Gasentladungseinrichtungen gemeinsam sind jedoch eine zu große Trägheit durch langsam ablaufende Zündvorgänge und Probleme in der Helligkeitseinstellung, die nur durch komplizierte Vorrichtungen teilweise gelöst wurden.
• Es sind auch flache Anzeigevorrichtungen mit Hochvacuum versehener Umhüllung bekannt, die eine Flächenheizung als Katode in der Nähe einer durchsichtigen Frontscheibe und eine Matrix aus durchlässigen Gittern und festen, mit Leuchtschichten versehenen Anoden enthält. Ein bestimmtes Segment wird hier so eingeschaltet, daß die dazu gehörenden sich kreuzenden Gitter- und Anodenleitungen beide auf Anodenspannungspotential gelegt werden. Wenn nur eine von den beiden Elektroden keine Anodenspannung erhält, bleibt das Segment dunkel. Die nach diesem Prinzip arbeitenden Anzeigen sind für Fernsehanwendungen jedoch nicht geeignet, da die Umschaltung der Bild?unkte, die in einer Zeitspanne von r0 aTanosekunden erfolgen muß, sich nicht mit höheren Spannungswerten, wie sie für Speisung der Anoden erforderlich ist, mit vertretbarem Aufwand erzeugen läßt; außerdem sind die kapazitiven verluste durch die großen Flächen der Anoden sehr groß und darüberhinaus sind durch die offene Struktur dieser Vorrichtung gegenseitige peldbeeinflussungen an den Elektroden nicht zu vermeiden.
• Die Erfindung legt nun die Aufgabe zugrunde, einen flachen Bildschirm zu schaffen, der für Fernsehanwenclungen geeignet ist.
• Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung werden die bei den Gasentladungsvorrichtungen genannten Probleme in Bezug auf chaltträgheit und schwierige Helligkeitsregelung dadurch gelöst, daß Elektronen nicht erst durch Funkenstrecken erzeugt werden müssen, sondern daß sie ständig von einer gemeinsamen Heizung aus in die geöffneten Räume der Elektrodensysteme zwischen Katode und teuergitter eintreten und dort beim Vorhandensein eines Sperrfeldes zurückgedrängt werden oder anderenfalls in den Beschleunigungsraum gelangen. Dieser Steuervorgang kann mit hohen Umschaltfrequenzen erfolgen und durch eine variable Steuerspannung kann eine Helligkeitsregelung vorgenommen werden. Gegenseitige Beeinflussungen der Elektroden, die zu Überstrahlungseffekten führen, sind dadurch ausgeschlossen, daß die Elektrodensysteme voneinander isoliert angeordnet sind. Des weiteren sind keine hohen, schnell zu schalten- den Steuerspannungen notwendig. Die in einem Bereich von 10 V erforderlichen Schaltspannungen für Katoden und Steuergitter sind mit vertretbarem Schaltungsaufwand erzeugbar und können direkt aus integrierten Schaltungen stammen, so daß die große Anzahl der Katoden- und Steuergitterleitungen einer Fernsehbildschirmanwendung von ca. 600 x 600 Leitungen in einer Anzahl von 30 integrierter Schaltungen zusammengefaßt werden kann, wenn pro integrierter Schaltung 40 Leitungen an die Matrix anschließbar sind.
• Ausführungsbeispiele sind den Zeichnungen zu entnehmen und werden im folgenden näher beschrieben.
• Es zeigen: Figur 1 zwei Elektrodensysteme in perspektivischer Ansicht mit den Katodenringen 13 und deren Verbindungs- und Anschlußleitungenl, den daran anschließenden Steuergitterringen 12 mit den Anschluß- und Verbindungsleitungen 2 und den am Ende der zylinderförmigen voneinander getrennten Räume die Anoden 5 mit den Verbindungsstegen 3, wobei sich die Anode als dünne Metallschicht zusammen mit der Leuchtschicht auf der Rückseite einer vorderen Glasscheibe befindet.
• Figur 2 einen Querschnitt am Rand eines zusammengesetzten Bildschirms mit der durchsichtigen Frontscheibe 8, den Anoden 5, den Verbindungsstegen für die Anoden 3 und den nach Außen geführten Anodens-annungs ans chluß 6, die Seitenwand der luftleeren Umhüllung 10 und die Innenwände 4 aus elektrisch isolierendem Material, eine Anordnung der Steuergitter 12, der Katoden 13 und deren Verbindungsleitungen, die Anordnung eines f z-ngsdrshtes 7, eines Steges 11 zum Abstützen des atmosphärischen Außendrucks auf die Umhüllung und der Rückwand 9.
• Figur 3 das Prinzip der elektrischen Ansteuerung des Bildschirms 17 durch die Katodenspannlmgsquellen 15 b, die Steuergitterspannungsquellen 15a und die Anodenspannungsquelle 14 in der Weise, daß der Bildpunkt 16 potentialfrei wird und aufleuchtet.
• Figur 4 die Darstellung der Ansteuersnannungsverhältnisse innerhalb und außerhalb des Bildschirms 17 für die Anordnung aus Figur 3, wobei Usp die Sperrspannung ist, die durch denjenigen Punkt einer sogenannten SteuergittersDannun/Anoclenstromkennlinie gekennzeichnet ist, an dem der Anodenstrom für diesen Anwendungszweck vernachlässigbar klein wird. An den Dildtunkten, deren Katoden- und Steuergitterleitungen beide je eine ,perrsp2nnung erhalten, wird das elektrische Sperrfeld zwischen bteuergitter und Katode zwangsläufig je doppelt so groß wie erforderlich, wodurch bei der Mehrzahl der Bildpunkte auf einem Bildschirm mit mehr als 9 Bildpunkten eine so große Sperrspannung entsteht, daß hierdurch Kontrastminderungen, die auf eingeschalteten Reihen entstehen können und eine Hintergrundaufhellung bewirken, durch Mittelwertbildung des Auges des Betrachters iie eine eventuell hellere Reihe gegenüber einer großen Anzahl dunkler Reihen von ildpunkten nicht ins Gewicht fällt.
• Figur 5 einen Vorschlag einer elektronischen Ansteuerschaltung für den Bildschirm 17 in prinzipieller Darstellung.
• Die Schalter 20, 22, 24, 25, 27 und 29 sollen elektronische Schalter wie Transistoren darstellen, die nacheinander jeweils ein- oder ausgeschaltet werden und durch die die S:errspannungen aus der Steuergitterspannungsquelle 15 a und der Katodenspannungsauelle 15 b auf die entsprechenden Leitungen geschaltet werden. In diesem Fall werden die Sperrspannungen über Vorwiderstände 19, 21, 23, 26, 28 und 30 auf die Leitungen 1 und 2 gelegt und beim Schließen der Schalter diejenigen Leitungen auf Nullpotential gelegt, die zum gewünschten Bildpunkt 16 gehören, der in diesem Fall mit voller Helligkeit aufleuchten soll. Hierfür gilt zunächst eine Einstellung der zusätzlichen Spannungsquelle 18 auf eine Spannung von 0 V.
• Mit Hilfe dieser im Fußpunkt der Katodenspannungsversorgung angeordneten Spannungsquelle wird die Helligkeit des angesteuerten Bildpunktes 16 durch Ändern der Spannung von 0 V auf die Höhe der Sperrspannung Usp beliebig einstellbar.
• Figur 6 in explosionsartiger perspektivischer Darstellung einen Vorschlag für den möglichen Aufbau des flachen Bildschirms im Prinzip. Die Darstellung zeigt die Rückwand 9 mit angesetzten Seitenwänden 10 und die durch die Seitenwände führenden Heizdrähte 7, eine elektrisch isolierende Platte oder Folie 31, die an den Bilipunkten mit Löchern durchbrochen und mit einer Metallschicht versehen ist, aus denen die Katoden 34 und Leiterbahnen 33 gebildet werden, die an einer beliebigen Seite aus dem Bildschirm austritt und auf der Außenseite integrierte Schaltungen 32 trägt, die über die Leiterbahnen 33 die Katoden mit Spannung versorgt, eine isolierte Platte oder Folie 35, an den Bildpunkten mit Löchern durchbrochen, mit Leiterbahnen 37 und Steuergitterringen 38 versehen, dessen Dicke durch den erforderlichen Abstand zwischen Katode und Steuergitter bestimmt wird, deren Leiterbahnen 37 zu integrierten Schaltungen 36 führen, die außerhalb des Bildschirmes auf der Platte 35 liegen, eine aus elektrisch isolierendem Material bestehende Platte 39, die an den Bildpunkten mit Löchern durchbrochen ist und dessen Dicke durch den gewünschten Abstand zwischen Steuergitter und Anode bestimmt wird, die Frontplatte 8 aus durchsichtigem Material mit einer Beschichtung 41 aus leitendem Material und Leuchtphosphor.

Claims (15)

1. Patent ansprüche l.JBildwiedergabevorrichtung mit flachem Bildschirm, bestehend aus: ~ a) einer flachen, vacuumfesten Umhüllung, gekennzeichnet durch - eine durchsichtige Frontscheibe, eine Rückwand und schmalen, mit Leitungsaustritten versehenen Seitenwänden - einen mit Hochvacuum versehenen Innenraum - ein Getter innerhalb des Innenraumes, das ».estatome bindet; b) einer Anzahl räumlich voneinander getrennter zvlinderförmiger Elektrodensysteme im Innern der Umhüllung, iie nebeneinanderliegen, gitterförmig über den ganzen 3ilischirm verteilt sind und je eine Anode, ein Steuergitter und eine Katode enthalten, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß - die räumliche Trennung der Elektroden durch Isolierkörner erfolgt - die Anoden zusammen mit einer Leuchtschicht auf der Innenseite der Frontscheibe angebracht sind - die Anoden mit Leiterbahnen untereinander verbunden sind und einen gemeinsamen Anschluß nach Außen enthalten - die Katoden am rückseitigen Ende der zylinderförmigen lektrodensysteme angebracht sind - die räumliche Trennung der Elektrodensysteme durch Öffnungen des Isolierkörpers an der Katodenseite unterbrochen ist - die Steuergitter jeweils zwischen Katode und anode in unmittelbarer Nähe der Katode angeordnet sind - die Katoden und die Steuergitter jeweils mi' löchern durchbrochen sind - die nebeneinanderliegenden Katoden einer Reihe mit Leiterbahnen untereinander verbunden sind - die Steuergitter einer Reihe, die jeweils senkrecht zu den Katodenreihen liegen, durch Leiterbahnen miteinander erbunden sind - die Katoden- und Steuergitterbahnen aus der Umhüllung herausgeführt sind - zwischen den Katoden der Elektrodensysteme und der Rückwand der Umhüllung innerhalb der Umhüllung ein flacher Raum gebildet wird, der eine Flächenheizung aus einer Anzahl Heizdrähte enthält, die beim Anlegen einer Spannung Elektronen emittieren - zwischen Rückwand und den Isolierkörpern der Elektrodensysteme eine Anzahl mechanischer Stege zum Abstützen des atmosuhärischen Außendrucks angebracht sind - bei entsprechender elektrischer Ansteuerung der Elektrodensysteme Bildpunkte auf der Vorderseite des Bildschirmes aufleuchten; c) einer elektronischen Steuerungseinrichtung zur Versorgung und Ansteuerung der Elektrodensysteme, d a cl u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß sie die Heizung mit Spannung versorgt - die Anode mit einer positiven Gleichspannung gegenüber einem Nullpotential versorgt - die Katoden- und Steuergitterleiterbahnen so versorgt, daß jeweils nur ein Elektrodensystem leitend wird - die zu dem eingeschalteten Elektrodensystem gehörende Katoden- und Steuergitterleiterbahn zunächst je auf Nullpotential schaltet und gleichzeitig alle anderen Katodenleiterbahnen auf ein positives Potential gegenüber dem Nullpotential in Höhe der sogenannten vom Aufbau des Elektrodensystems abhängigen Sperrspannung und alle anderen Steuergitterleiterbahnen auf ein negatives Potential gegenüber dem Nullpotential in Höhe der Sperrschaltung schaltet - die Spannungen für die Katoden- und Steuergitterleiterbahnen sequentiell in der weise weiterschaltet, daß ein zeilenförmig geschriebenes Raster entsteht - zum Umschalten der einzelnen Katoden- und Steuergitterleiterbahnen elektronische Schalter enthält, die von digitalen Zählschaltungen angesteuert werden - eine Schaltung zur automatischen Einstellung des gewünschten Helligkeitswertes eines zu leuchtenden Bildunktes enthältt die die Größe des Katoden- oder Anodenstroms am jeweiligen gemeinsamen Fußpunkt mißt, diesen Strom mit einem Sollstrom vergleicht, der aus einem Videosignal abgeleitet ist und daraus eine positive Regelsnannung erzeugt, die auf den gemeinsamen Fußpunkt der Katodensnannungsversorgung aufaddiert wird und den Elektronenstrom und dadurch die Helligkeit auf den gewünschten Wert einstellt.
2. 2. Bildwiedergabevorrichtung nach Anspruch 1, d a dur c h gek e n n z e i c h n e t , daß die Umhüllung auf der Innenseite der Rückwand eine Spiegelschicht trägt, die Wärmestrahlen in den Heizungsbereich zurückwirft.
3. 3. Bildwiedergabevorrichtung nach Ansnruch l und 2, d a cl u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß in den einzelnen Elektroden Schirmgitter zwischen den Steuergittern und den Anoden angebracht sind, mit Löchern durchbrochen sind, gitterartig durch Leiterbahnen miteinander verbunden sind, eine gemeinsame Leitung nach Außen führen und mit einer positiven Spannung gegenüber dem Steuergitter versehen werden.
4. 4. Bildwiedergabevorrichtung nach Anspruch 1 - 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Heligkeitseinstellung der Bildpunkte durch die in Anspruch 1 beschriebene Weise erfolgt, jedoch aus einem Vergleich eine negative Regelspannung gewonnen wird, die auf den gemeinsamen Fußpunkt der Steuergitterspannungsversorgung aufaddiert wird und die Größe des Elektronenstroms einstellt.
5. 5. Bildw edergabevorrichtung nach Anspruch 1 - 3, d a dur c h gek e n n z e i c h n e t , daß die Helligkeitseinstellung der Bildpunkte durch unterschiedlich lange Einschaltzeiten des jeweiligen Elektrodensystems erfolgt.
6. 6. Bildwiedergabevorrichtung nach Anspruch 1 - 5 für farbige Bildwiedergabe, d a dur c h gek e n n z e i c h ne t , daß je drei horizontal oder wahlweise vertikal nebeneinanderliegende Leuchtpunkte einem wiederzugebenden Bildpunkt zugeordnet werden, dessen drei Elektrodensysteme entweder eine gemeinsame Katodenleiterbahn oder eine gemeinsame Steuergitterleiterbahn enthal- ten und dessen Steuergitter- und Katodenleiterbahnen durch eine Steuerschaltung so versorgt werden, daß die drei Leuchtpunkte je zu gleicher Zeit aufleuchten, die Steuergitter- und Katodenleiterbahnen, die zu den zu leuchtenden Punkten gehören, zunächst auf Nullpotential gelegt werden, alle anderen Steuergitterleiterbahnen auf negatives Sperrpotential, alle anderen Katodenleiterbahnen auf positives Sperrpotential gelegt werden und die drei Steuergitterleiterbahnen gegenüber der gemeinsamen Leiterbahn an den Fußpunkten ihrer Spannungsversorgung je eine zusätzlich aufaddierte Spannung erhalten, durch die die jeweils gewünschte Helligkeit eingestellt wird.
7. 7. Zildwieaergabevorrichtung nach Anspruch 1 - 6, d d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Elektrodensysteme zusätzlich sogenannten Bremsgitterelektroden enthalten, die zwischen Schirmgitter und Anode angeordnet sind.
8. 8. Bildwiedergabevorrichtung nach Anspruch 1 - 7, d a dur c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Katodenleiterbahnen aus Heizdrähten bestehen und gleichzeitig Heizungs-und Katodenfunktion erfüllen.
9. 9. Bildwiedergabevorrichtung nach Anspruch 1 - 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß eine Anzahl Bildpunkte gleichzeitig eingeschaltet werden und daß ein beliebiges Raster von Bildpunkten aufgebaut wird.
10. 10. Bildwiedergabevorrichtung nach Anspruch 1 - 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die elektronische Schaltung zur Ansteuerung der Katoden- und Steuergitterleiterbahnen in sogenannten integrierte Schaltungen untergebracht ist, und daß jeweils eine Anzahl Katoden- oder Steuergitterleiterbahnen von einer einzigen integrierten Schaltung angesteuert werden.
11. 11. Bildwieclergabevorrichtung nach Anspruch 1 - 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß Katodenleiterbahnen und Katoden sich als Metallbeschichtung auf einer gemein- samen isolierten Platte oder Folie befinden, die innerhalb der Umhüllung befestigt ist oder selbst tragendes Element ist, an dessen Kreuzungspunkten mit den Steuergitterleiterbahnen jeweils ein Loch durchbrochen ist, dessen Katoden ringförmig um die Löcher herumgelegt sind, dessen Katodenleiterbahnen zusammen mit der Isolierplatte oder -folie seitlich aus der Umhüllung austreten und dessen Isolierplatte integrierte Schaltungen trägt, die elektrisch mit den Katodenleiterbahnen verbunden sind.
12. 12. Bildwiedergabevorrichtung nach Anspruch 1 - 11, d a dur c h g e k e n n z e i c h n e t , daß Steuergitter und Steuergitterleiterbahnen in einer Anordnung auf einer Isolierplatte oder Folie angebracht sind, die die gleichen Kennzeichen wie in Anspruch 11 besitzt.
13. 13. Bildwiedergabevorrichtung nach Anspruch 1 - 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß eine Anzahl isolierter Platten oder Folien zusammen mit Steuergitter und/ oder Katodenleiterplatten der Ansprüche 11 und 12 in beliebiger Folge aufeinandergeschichtet sind und an den Bild?unkten mit Löchern durchbrochen sind.
14. 14. Bildwiedergabevorrichtung nach Anspruch 1 - 4 und 6 - 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Helligkeitsregelspannung nicht aus einem Vergleich des Ist-tromes mit einem Sollstrom hervorgeht, sondern direkt aus der Videosignalspannung gewonnen wird und vor der Einspeisung in den Fußpunkt der Katoden- oder Steuergittersnannungsversorgung eine Gradationsentzerrerstufe durchläuft.
15. 15. Bildwiedergabevorrichtung nach Anspruch 1 - 14, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h seine Anwendung als Fernsehbildschirm, Datenbildschirm und ähnliche Vorrichtungen.