DE3341362A1 - Flachbildschirm mit einer helium-fuellung - Google Patents

Description

Sxömens^i&riengesellschaft - (^- Unser Zeichen Berlin und München VPA B3 P 1 8 8 9 OE

Flachbildschirm mit einer Helium-Füllung.

Die Erfindung bezieht sich auf einen Flachbildschirm gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine solche Bildröhre wird in der älteren, noch nicht veröffentlichten Patentanmeldung P 33 29 059.8 beschrieben.

Das Display der zitierten Anmeldung arbeitet nach folgendem Prinzip: In einer rückwärtigen Gasentladung werden Elektronen erzeugt, dis durch ausgewählte Löcher einer Steuermatrix in einen vorderen Raum gelangen, dort auf etwa 4kV nachbeschleunigt werden und schließlich auf einen Phosphorschirm prallen. Die Beschleunigungsstrecke ist so kurz bemessen, daß die Hochspannung nicht ausreicht, das Gas - es handelt sich um Helium - im Nachbeschleunigungsraum zu zünden.

Helium hat eine Reihe von günstigen Eigenschaften: Es ist chemisch inert, verlangt eine relativ geringe Brennspannung und ermöglicht einen hochspannungsfesten Nachbeschleunigungsraum. Weniger günstig ist, daß die Brennspannung im Laufe des Betriebs ansteigen kann und daß die dargestellten Bilder einen recht hellen Hintergrund haben, durch Nebensprecheffekte beeinträchtigt werden und im übrigen auch nicht besonders leuchtstark sind. Seit dem man erkannt hat, daß der Brennspannungsanstieg vor allem auf eine druckmindernde He⁺-Implantation in der Nachbeschleunigungsstrecke zurückzuführen ist, kann man diesen Effekt durch einen speziellen Elektrodenüberzug begrenzen (vgl. hierzu die eingangs erwähnte Anmeldung). Auch die Bildstörungen, die im wesentlichen daher kommen, daß schnelle Plasmaelektronen im Helium relativ wenig abgebremst werden, lassen sich durch zusätzliche Sperrgitter weitgehend beseitigen (vgl. hierzu auch die ältere, ebenfalls noch unveröffentlichte Patentanmeldung P 32 07 685.1). Les 1 Lk/26.10.1983

Es ist aber noch -sieht gelungen,, aie Stromdichte der Gasentladung ohne schädlich© Nebenwirkungen soxueit zu erhöhen,, daß man auch rasch "bewegte Bilder mit ausreichender Lichtstärke darstellen körnte_o Besonders unangenehm sind Sputterphänomene, die zu Kurzschlüssen führen können und die Kathode mit der Zeit zerstören,,

Die Stromausbeute ist erheblich größer., wenn man das Edelgas He durch das Molekülgas H2 ersetzt. Wasserstoff liefert überdies recht kräftige Bildkontraste und - zumindest mit besonders präparierten Aluxniniumkathoden (DE-OS 2929270) - gering© Sputt errat en«, ist aber weniger durchschlagsfest und kommt letztlich vor allem deshalb nicht in Frage, weil er d©n Phosphor angreift.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Flachbildröhre der eingangs genannten Art so weiterzuentwickeln* daß man aus der Gasentladung noch mehr Strom ziehen kann«, ohne störende Zerstäubungseffekte oder sonstige Verschlechterungen in Kauf nehmen zu müssen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Anzeigevorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Der Lösungsvorschlag beruht auf dem Befund, daß Zirkon durch ein He^-Bombardeinent extrem wenig zerstäubt wird, und zwar auch dann_s wenn die Ionen aus einer anomalen Gasentladung stammen«, (¹^ Anomal¹⁵ ist die Gasentladung bekanntlich dann₉ wenn die Kathode auf ganzer Fläche emittiert und die Stromdichte und die Brennspannung mit steigender Stromstärke zunehmen») Unterstützt man außerdem nochj, wie erfindungsgemäß vorgeschrieben das Schaltvermögen der Steuermatrix mit einer davorgesetzten Gitterelektrode , so kann man - bei richtigen Druck- und Span- nungswerten und ggf_β einer zusätzlichen Implantationsschutzschicht auf der Machbeschleunigungskathode - einen Kontrast bis zu 1:100 und eine Stromdichte von mehr als 20OmA/cm² erzielen und diese ¥erte über mehrere tausend

* G-

Stunden hinweg halten. Damit lassen sich bewegte Farbbilder mit Grausteuerung und guter Auflösung unter bemerkenswert stabilen Betriebsbedingungen darstellen.

Daß Heliumionen aus einer Zirkonoberfläche nur wenig Atome herausschlagen können, ist an sich bekannt (J. Appl. Phys. 55 (1962) 1842). Es gibt auch schon seit Jahren Gaslaser, bei denen mit einer Zr-Kathode in einem He-Ne-Gemisdi eine (normale) Gasentladung erzeugt wird (DE-PS 25 06 842). Diese Kerntnisse sind allerdings für die vorliegenden Probleme wenig aussagekräftig; insbesondere war nicht vorherzusehen, daß der hisr vorgeschlagene Bildschirm in der Summe seiner Eigenschaften allen Vorgängern seines Typs überlegen sein würde.

Zu besten Resultaten kommt man, wenn man Gasdruck und Schaltspannungen zwischen folgenden Grenzwerten einstellt: Den Druck zwischen2mbar und 2,5mbar; die Spannung des jeweils getasteten Zeilenleiters (Tastpotential) zwischen+40Vund+60V gegenüber der Spannung der übrigen Zeüenüerter (Ruhepotential); die Sperr- und Durchlaßspannungen der Spaltenlßiter um bis zu 15V positiver als das Ruhepotential bzw. um bis zu 15V negativer als das Tastpotential; die Sperr-und Durchlaßspannungen der Tetrodenleiter um bis zu 40V negativ gegen das Ruhepotential bzw. um bis zu 20V positiv gegenüber dem Tastpotential. Befindet sich vor der Tetrodenebene noch eine weitere, als Nachbeschleunigungskathode dienende Elektrode, so sollte sie um mindestens +50V gegen die Durchlaßspannung der Tetrodenleiter vorgespannt sein.

Es genügt, wenn die Kathode der Gasentladung nur in ihren Elektronen emittierenden Bereichen aus Zirkon besteht. Davon abgesehen kann es sich empfehlen, das Zirkon mit einer dünnen, normalerweise höchstens 1um dicken Oxidhaut zu überziehen. Versuche haben nämlich gezeigt, daß eine derart formierte Kathode eine mindestens genauso gute Elektronenausbeute und Sputterrate wie eine oxidfreie

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Zirkonoberflache hat_o Voraussetzung ist allerdings, daß die Oxidschicht über der ganzen Fläche homogen ist, da die Entladung sonst «agleichmäßig wird und unter Umständen die Lebensdauer der Kathode "begrenzt. 5

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand zusätzlicher Ansprüche.

Der Lösungsvorschlag soll mm anhand eines bevorzugten, schematisch dargestellten ikisführungsbeispiels näher erläutert trerdea«.

Die Figur zeigt in einem schematischen Seitenschnitt ein FlachdisplaVg das in einem Farbferasehgerät eingesetzt xirerden könnte» Dieses Display enthält eine Vakuumhülle mit einem wannenartigea. Rüekteil 1 und einer Frontplatte 2» Das Hülleninnere xfird durch eine Steuerstruktur, bestehend aus einer hinteren Steuerscheibe 3 und einer vorderen Trägerplatte h_P in einen hinteren Gasentladungsraum 5 und einen vorderen Hachbeschleunigungsraum 6 unterteilt« HIe Platten soviie der Wannenboden erstrecken sich in zueinander parallelen Ebenen und sind randseitig miteinander verlötet ι der Abstand zwischen der Trägerplatte und der Frontplatte wird dabei durch einen Abstandsrahmen 7 gewahrt« Das Rüekteil trägt eine Reihe von streifenförmigen_s zueinander parallelen Kathoden 8, die durch den ¥ann®nboden Mndurehgeführt sind. Die Steuerplatte 3 ist auf ihrer Rückseite mit Zeilenleitern 9 und vorne mit Spaltenleitern 10 versehen. Beide Leiterarten bilden zusammen eine Steuermatrix mit einzeln ansteuerbaren Elementeno In ό©^,©® Leiterkreuzungspunkt sind die Elektroden und die Platte je einmal durchbrochen (Öffnungen 11)* Die Trägerplatte 4- ist rück- und frontseitig mit zeflenleiterparallelen Streifenleitern (Tetrodenleitern) 12 bzw. einer durchgehenden Elektrode (Pentode) 13 beschichtet«, Diese Einheit enthält ein regelmäßiges Muster aus Durchtrittskanälen. 14₉ die jeweils mit einer der Öff-

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nungen 11 fluchten. Die Frontplatte trägt auf ihrer Rückseite ein Raster aus Ehosphorpunkten 15 und darüber eine durchgehende Schichtelektrode (Nachbeschleunigungsanode) 16; die Fhosphorpunkte sind jeweils einem der Durchtrittskanäle 14 vorgelagert. Im vorliegenden Beispiel sind sechs Streifenkathoden, 280 Zeilenleiter und 720 Spaltenleiter bei einem Raster von 0,32 χ 0,60mm² vorgesehen.

Die einzelnen Displayteile sind folgendermaßen beschaffen:

Rückteil, Steuerscheibe und Frontplatte bestehen aus einem Weichglas mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten von 90x10"-7°K-1. Die Trägerplatte ist aus einem fotoätzbaren, thermisch angepaßten Glas hergestellt worden. Die Steuerscheibe und die Trägerplatte sind 0,15mm bzw. 0,8mm dick, der Abstand zwischen Träger- und Frontplatte beträgt 1,7mm. Die Elektroden der Steuerstruktur bestehen aus einer aufgedampften, mit Cu und Ni galvanisch verstärkten Ti/Cu-Schicht; die Pentode ist zusätzlich mit einer ¥ ~Implantations schutz schicht bedeckt. Die Streifenkathoden bestehen jeweils aus einem 0,2mm starken Zr-Blech, das vor dem Einbau bei ca. 250⁰C aktiviert worden ist, um Verunreinigungen auszutreiben und die Blechoberfläche ca. 200um tief zu oxidieren. Die Gasfüllung besteht aus reinem He mit einem Anfangsdruck von 2,5mbar. Als Phosphore wurden verwendet: Gd20₂S:Tb(grün), ZnS:Ag(blau) und Y2U3:Eu(rot).

Im Betrieb des Displays werden die Zeilenleiter, die zunächst auf Erdpotential liegen, nacheinander angesteuert, das heißt auf +50V angehoben. Die hinter dem gerade getasteten Zeilenleiter befindliche Streifenkathode wird auf -150V gelegt. Während jeder Zeilentastzeit erhalten die Spaltenleiter die zugehörigen Signalspannungen in Höhe von +40V bzw. +10V. In der Tetrodenebene liegt der Leiter, der dem gerade getasteten Zeilenleiter zugeordnet ist, auf +60V, während die übrigen Leiter -30V erhalten. Die Pentode befindet sich auf +100V, und die Spannung der Nachbeschleunigungsanode liegt zwischen +4kV und +5kV. Bei die-

sen Spannungen brennt jeweils zwischen dem angesteuerten Zeilenleiter und der jeweils gegenüberliegenden Streifenkathode eine Gasentladung, die durch einen geeignet gewählten Vorwiderstand eine Stromdichte von ZOOuA/cm^ hat und somit "bereits stark anomal ist. Die Elektronen dieses Plasmas fliegen durch die voll selektierten Löcher der Steuermatris in den Nachbeschleunigungsraum, wo sie schließlich mit Energies von mehl* als 4kV auf die zugehörigen Fhosphorpunkte platzen.» Für weitere Betriebsein-. zelheiten wird auf Elektronik 14 (1982) 79 verwiesen.

Die Erfindung beschränkt sich nicht nur auf das dargestellte AusfüSarungsbeispielo So kann die Steuer struktur auch anders organisiert raid konstruiert sein, solange nur die Elektronen aus einem Lasgsplasiia mit einem vorzugsweise keilahnlichen Yoltsaen gewonnen und in einem plasmafreien Raum auf einige KV gebracht werden. Dementsprechend steht es dem Fachmann frei, die Steuermatrix relativ grob zu rastern und mit einer Elektranennachablenkung zu kombinieren, die Leiter einer Ebene gruppenweise zusammenzuschaltes. oder etwa einzelne Elektrodengitter durch Drähte zu realisieren«, Im übrigen braucht das zur Füllung verwendete Helium nicht stets hochrein zu sein; störende Verunreinigungen ließen sich Bei Bedarf weggettern - Zirkon bindet selbst eine Reihe von Gasen - , und Spuren gewisser (Molekül= oder Edel-)Gase können sich unter Umstanden auch durchaus positiv auswirken.

1 Figur

-λο-

- Leerseite -

Claims (8)

1. ³³^¹³⁶² YPA 83 P 1 889QE

   la) eine vakmamdielate, mit Helium gefüllte Hülle hat zwei zueinander parallele _g in Betrachtungsrichtung hintereinander liegende Wandplatten (Frontplatte,

   "b) die Rückplatte trägt auf ihrer Vorderseite mindestens eine großflächige Elektrode (Plasmakathode); c) die Frontplatte ist auf ilirsr Rückseite mit einer durchgehenden Schichtelektrode (Hachbeschleunigungsanode) und ©iner kathodoliomineszenten Schicht ver-

   d) zwischen "beiden Wandplatten befindet sich eine Steu- ©rstruktur^ die das Hülleniaaer© in einen hinteren Raum (GasentladungsraOm) usd ©inen vorderen Raum flachbeschleimigyngsraum) Oaterteilt und mindestens eine wandplattenparallele Stützplatte sowie mindestens drei wandplattenparallele Elektrodengitter enthält 5

   e) das hinterste ELektrodengiJober besteht aus einzeln ansteuerbaren Zeilenleitern ₉ das vor den Zeilenleitem "befindliche Slektrodsngitter besteht aus einzeln ansteuerbaren, zu den Zeilenleitern senkrecht verlaufenden Spaltenleiters, ₉ und das vor den Spaltenleitern "befindliche Elektrodengitter besteht aus zeilenleiterparallelen Streifenleitera (Tetrodenleiter);

   f) die Stützplatte;, die zumindest eines der Elektrodengitter trägt ₉ ist in den KreuEnngspunkten- der Zeilenleiter mit den Spaltenleitern gelocht; 2a) im Betrieb breimt zwischen der Plasmakathode und einem der Zeilenleiter eine Gasentladung und b) liegt zwischen der Machbesciilexmigungsanode und dem vordersten Elektrodengitter (Kachbeschleunigungskathode) eine Hochspannung >1kV, wobei der Abstand zwischen den beiden Nachbeschleianigungselektroden so gering ist«, daß im Machbeschleunigungsraum keine Gas-

   dadurch gekennzeichnet, daß 1g) die Plasmakathode (8) zumindest auf ihrer Emissionsfläche aus Zirkon besteht und
   2c) die Gasentladung anomal ist.
   5
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heliumfüllung einen Druck zwischen 1,8mbar und 2,7mbar, insbesondere zwischen 2mbar und 2,5mbar hat.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasentladung mit einer Stromdichte zwischen 10OuA/cm² und 35θΗΑ/αη², insbesondere zwischen 200iiA/cm² und 3Q0nA/cm² brennt.
4. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Emissionsfläche der Plasmakathode (8) mit einer vorzugsweise <0,1um dicüssn Zirkonoxidhaut überzogen ist.
5. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,. daß mehrere streifenförmige, zeilenleiterparallele Plasmakathoden (8) vorgesehen sind und daß vor jeder dieser Kathoden zwischen 35 und 90, insbesondere zwischen 45 und 80 Zeilenleiter (9) liegen.
6. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,dadurch gekennzeichnet, daß im Betrieb der jeweils als Plasmaanode dienende Zeilenleiter (9) auf einem Potential (Tastpotential) liegt, das zwischen 40V und 60V positiver ist als das Potential der übrigen Zeilenleiter (Ruhepotential), daß die Spaltenleiter (10) entweder auf einem Sperr- oder einem Durchlaßpotential liegen, das um bis zu 15V positiver als das Ruhepotential bzw. um bis zu 15V negativer als das Tastpotential ist, und daß die Tetrodenleiter (12) entweder auf einem Sperr- oder einem Durchlaßpotential liegen, das um bis zu 40V negativer als das Ruhe-

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   potential bzw«, Om Ms zu 2QV positiver als das Tastpotential ist ο
7. 7» Vorrichtung nach Anspruch 6, mit einer weiteren, durch~ gehenden Elektrode (Pentode) vor den Tetrodenleitern, dadurch gekennzeichnet, daß die Pentode (13) im Betrieb ein gegen das Stae±fenLeiter-I>rchXaßpotential mindestens 8QY positiveres Potential erhält.
8. 8. Vorrichtung nach .Anspruch β oder 7, dadurch gekennzeichnet» daß im Betrieb die Plasmakathode (8) auf einem Potential liegt«, das gegenüber dem Tastpotential zwischen 180Y und, 220Y negativer ist, und das Potential der Nachbeschleiniigimgsanode (16) in Bezug auf das Ruhepotential zwischen -ä-4kV und -s-5kV liegt.