DE3513177A1

DE3513177A1 - Torgesteuerte gitterstruktur fuer eine vakuumfluoreszenz-druckvorrichtung

Info

Publication number: DE3513177A1
Application number: DE19853513177
Authority: DE
Inventors: Frank C. Fairport N.Y. Genovese; James W. Webster N.Y. Lannom; Joel M. Rochester N.Y. Pollack
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1984-05-01
Filing date: 1985-04-12
Publication date: 1985-11-07
Also published as: GB2160706A; US4563613A; GB8511055D0; GB2160706B; JPS60240035A

Description

GRUNECKER. KINKELDEY. STOCKMAIR & PARTNER PATENTANWÄLTE

DR η KiNKElDE ^τ DR Λ E"OCKMAiP DR κ SCHUMANN■ P κ jAKOB -.ι DR G BEHOLD :·· W ME'S^ER fi- '-. H HIlGERS ι.>. >.-,

DR W BOTT ΒΟΓ^ν □R ;. κ -jkElDE» ■

Torgesteuerte Gitterstruktur für eine Vakuumfluoreszenz-Druckvorrichtung

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Druckgerät zur Belichtung eines lichtempfindlichen Elements und insbesondere auf einen aktiven Licht- oder Leuchtbalken, der präzis gesteuerte Marken auf einem lichtempfindlichen Element aus einem elektronischen Bitstrom, der ein Dokument darstellt, von dem eine Kopie gewünscht wird, erzeugt.

Typische elektronische Druckersysteme für mittlere bis hohe Qualität haben Auflösungen von 300 Pixels (Bildelementen) pro 25,4 mm und höher. Üblicherweise ist die Auflösung oder Bildelementdichte in beiden Richtungen auf der Seite die gleiche, was jedoch nicht notwendigerweise für alle Systeme der Fall ist. Jedes Bit des elektronischen Bildes wird an seinem zugehörigen Bildelementort auf einem Gitter abgebildet, das die Seite bedeckt und die Auflösung des Systems bestimmt. Die Größe der Marke oder Markierung, die an jedem Ort gefertigt wird, hängt ab vom besonderen Beschriftungs- oder Markierungsverfahren,

das zur Anwendung kommt, und kann kleiner sein als die Adressierbarkeit des Systems, sie ist üblicherweise jedoch größer. Beispielsweise kann für eine Belichtung in einem System mit adressierbaren Elementen, die in einem quadratischen Schema bei Zentren von 0,063 mm angeordnet sind, ein runder Laserpunkt mit einem Durchmesser von 0,084 mm zur Anwendung kommen. Mit einer Rasterabtastung ist die Informationsübertragung kontinuierlich, und zwar ein Bit auf einmal innerhalb jeder Abtastzeile, wobei in linearer Aufeinanderfolge eine Zeile nach der anderen geschaffen wird. Im Prinzip ist jedoch die Reihenfolge der abbildenden Bildelemente willkürlich. Die Wahl hängt gänzlich von praktischen Gesichtspunkten ab.

Für einen aktiven Lichtbalken mit vorgegebener Auflösung legt die Druckgeschwindigkeit die maximal verfügbare Zeit zur Ausführung der Belichtung fest, und die Empfindlichkeit des lichtempfindlichen Elements bestimmt die maximal erforderliche Ausgangsleistung. Wenn beispielsweise

2 7 2
6 Erg/cm (6 χ 10 J/cm ) für eine angemessene Belichtung des lichtempfindlichen Elements erforderlich sind, so benötigt eine Breite von 254 mm, die mit 254 mm/sec verarbeitet wird, ein Minimum von 3871 Erg/sec oder 0,387 mW, die der Oberfläche zugeführt werden. Die Verarbeitungszeit pro Bildelement bei einem Abbilden von einem auf einmal bei 300 χ 300 pro 25,4 mm beträgt nur 111 nsec.

Wenn das System das gleichzeitige Abbilden von vielen Punkten zuläßt, dann werden diese strengen Zeitbeschränkungen gelockert. Eine parallele Datenverarbeitung kann durch langsamere, weniger teure Logik abgewickelt werden, und die Schaltungen sind für einen Einsatz bei niedriger Geschwindigkeit im allgemeinen viel leichter auszugestalten. Die durchschnittliche Ausgangsleistung eines einzel- nen Elements wird, wenn mehrfache Elemente parallel zueinander zur Anwendung kommen können, bedeutend vermindert. Je größer die Anzahl der Quellen ist, die zum verwertba-

ι ren Ausgang beitragen, umso größer ist das gesamte verfügbare Licht und umso langer ist die potentielle Lebensdauer eines einzelnen Elements.

Die folgenden Veröffentlichungen von verschiedenen Methoden zur Steuerung von Darstellungsvorrichtungen werden als relevant betrachtet.

Die US-PS 3 646 382 offenbart eine Elektronenstrahl-Abtastvorrichtung für eine Zeichen- und Graphikinformation mit einer Vielzahl von Steuerplatten, die zwischen eine flächige Elektronenquelle und eine Fangelektrode (Signalplatte oder Target) eingefügt sind. Die Steuerplatten sind mit Aperturen ausgestattet, wobei diese Öffnungen in den aufeinanderfolgenden Platten miteinander fluchten, um eine Vielzahl von Elektronenkanälen zwischen der Elektronenquelle und der Signalplatte zu bilden.

Durch die US-PS 3 935 500 ist eine flache Kathodenstrahlröhrenanordnung bekanntgeworden, die dazu vorgesehen ist, eine Informationsdarstellung im Ansprechen auf einen Elektronenstrahl von einer Phosphorschicht an einem Schirmträger zu liefern. Eine monolithische Struktur weist eine X-Y-Matrix von Elektronenquellenkathoden und ein Paar von Gitterfeldern auf, die hintereinander von der Matrix beabstandet sind und durchgehende Löcher haben, die den Kathoden benachbart sowie in ausgewählter Weise mit diesen fluchtend sind, um einen Elektronenstrahl von jeder der Kathoden auszubilden und dessen Intensität individuell zu steuern.

Die US-PS 3 936 697 offenbart eine Strahlabtastvorrichtung mit geladenen Teilchen, wobei eine Vielzahl von Steuerplatten zwischen eine Kathode und Signalplatte eingefügt ist, um den Fluß der geladenen Teilchen, wie Elektronen und Ionen, zwischen der Kathode und der Signalplatte (Target) zu steuern. Jede Steuerplatte ist mit Aperturen in

Vielzahl versehen, die effektiv mit zugeordneten öffnungen der anderen Steuerplatten ausgerichtet sind, so daß diese fluchtenden öffnungen Strahlenkanäle bilden. An den Steuerplatten sind paarweise leitende Elektroden an beschichteten Fingerschemata angeordnet.

Die US-PS 4 223 244 hat eine Fluoreszenzanzeigevorrichtung mit Bilddisplayabschnitten, von denen jeder aus mit Phosphor beschichteten, in Form einer Matrix angeordneten Anoden besteht, und mit einem Heizfaden, der, wenn er erhitzt ist, Elektronen emittiert, zum Gegenstand, wobei die Anoden in ausgewählter Weise mit von der Kathode ausgesandten Elektronen bombardiert werden, um eine sichtbare Darstellung oder ein Display zu erzeugen. Zwischen dem Heizfaden und den Bilddisplayabschnitten sind Positionswählgitter angeordnet, während Spalten- und Zeilenwählgitter in Gegenüberlage zu den Spalten oder Zeilen der Anoden und zu einem Rahmenteil vorgesehen sind.

Zusätzlich offenbart die offengelegte JP-Patentanmeldung Nr. 55-168 961/1980 mit dem Titel "Lichtemissions-Aufzeichnungsröhre" eine Leuchtröhre, die dazu verwendet wird, Licht auf ein lichtempfindliches Element zu übertragen. Des weiteren offenbart die Druckschrift "Mini-Micro World/Mini-Micro Systems" (Mai 1983) auf den Seiten 56, 58 und 64 ein Abbildungsverfahren mit versetzten Anordnungen oder Reihen von Aufzeichnungsköpfen. Alle oben erwähnten Veröffentlichungen werden in den Offenbarungsgehalt der

Erfindung mit einbezogen.
30

Es ist bekannt, daß Kathodenstrahlröhren, wie sie in der US-PS 4 134 668 und US-PS 4 291 341 gezeigt sind, in verschiedenen Ausgestaltungen zur Erzeugung von xerographischen Abbildungen verwendet werden können. Sie können schnell adressiert werden und genügend Licht aussenden, um bestehende photoelektrische Empfänger sogar bei relativ hoher Geschwindigkeit zu beiichten, und sie können noch in-

nerhalb der verfügbaren Zeit aufgetastet oder angesteuert werden. Diese Röhren sind jedoch voluminös sowie teuer und erfordern eine komplizierte Schaltung. Die Dynamik der Elektronenstrahlablenkung macht es schwierig, Lichtmuster oder -bilder zu erzeugen, die gleichzeitig hell sind, eine hohe Auflösung haben, exakt geradlinig und an ihrem Platz sehr stabil sind.

Eine Erfindung, die sich mit diesen Problemen befaßt, ist in einer US-Patentanmeldung (der Anmelderin) mit dem Titel "Vacuum Fluorescent Printing Device Employing a Fly's-Eye Light Coupling Method" offenbart, die in ihrem Offenbarungsgehalt, soweit es die Umsetzung der vorliegenden Erfindung in die Praxis betrifft, hier mit einbezogen wird.

Gemäß einem Gesichtspunkt jener Erfindung wird eine Vakuum-Fluoreszenzvorrichtung mit Gittern zur Adressierung einer mit Phosphor beschichteten Anode beschrieben. Wenn Gitter im Weg von einer Kathode zu einer Anode geschlossen werden, so kann ein Strom nicht fließen, weshalb kein Licht erzeugt wird, und wenn die Vorrichtung mit einem sehr hohen Anodenpotential betrieben wird, so wird der Spannungsausschlag oder die Spannungsspitze, der bzw. die zum Sperren der Gitter erforderlich ist, dementsprechend größer. Diese Situation bereitet insbesondere bei einer kompakten Vorrichtung, bei der der Abstand zwischen der Anode und der Gitterstruktur gering ist, Schwierigkeiten.

Die optische Abbildungstafel (der optische Lichtbalken) gemäß der vorliegenden Erfindung bringt eine Verbesserung, die auf das Bedürfnis für eine Verminderung von Spannungsausschlägen oder -spitzen für Steuergitter gerichtet ist und ein Anodensubstrat umfaßt, auf dem schräge, mit Phosphor beschichtete Anodensegmente oder -abschnitte angeordnet sind, über den Anodenabschnitten sind Steuergitter angebracht, um Emissionen von oberhalb und mit Abstand zu den Gittern befindlichen Kathodenheizdrähten durchzulassen. Die Spannungsspitzen zum öffnen tier Steuergitter werden in

•Λ)·

bemerkenswerter Weise durch Anordnen eines Äquipotentialschirmgitters zwischen dem Anodensubstrat und der Steuergitterstruktur herabgesetzt. Ein zweites Äquipotentialschirmgitter kann zwischen den Kathodenheizdrähten und der Steuergitterstruktur angeordnet werden, um die zum öffnen der Steuergitter erforderlichen Spannungsspitzen weiter zu vermindern. Dieser Schirm dient auch dazu, eine Kopplung oder Einstreuung zwischen den Gittern, d.h., die Wirkung auf den Elektronenfluß an einer Gitterstelle auf Grund von an die Gitter an anderen Stellen gelegten Potentialen herabzusetzen. Eine Deckplatte mit entweder einer transparenten oder lichtundurchlässigen leitenden Schicht an ihren Innenflächen wird mit dem Anodensubstrat zusammengefügt, um eine hermetisch abgedichtete Einheit zu bilden. Die 1 eitende Schicht wird geerdet, um ein Laden der Innenfläche der Deckplatte zu unterbinden. Eine transparente Beschichtung wird bevorzugt, weil eine visuelle Beobachtung während des Zusammenbaus bestimmte Fabrikationsschritte vereinfacht. Von den Kathodenheizdrähten ausgesandte Elektronen werden durch die Gitterstruktur durchgelassen und erregen die mit Phosphor beschichteten Anodenabschnitte, die ihrerseits wieder das lichtempfindliche Element durch ein Objektiv oder eine andere Einrichtung belichten.

Gemäß einem anderen Gesichtspunkt der Erfindung wird eine kleine und kompakte Druck- oder Kopierplatte geschaffen, die doppelt gesteuerte Gitter umfaßt, die eine UND-Gatter-Adressierung von beiden Gitterelementen bei niedriger Spannung zulassen, während die Anode konstant auf hoher Spannung gehalten wird. Das stellt eine Alternative zur gegenwärtig gebrauchten Methode in der Steuerung von Vakuumfluoreszenzvorrichtungen dar, wonach ein Adressieren einer Schirm- (Gitter-) Elektrode bei niedriger Spannung und ein direktes Adressieren für die mit Phosphor beschichteten Anodenabschnitte zur Anwendung kommen. Eine direkte Anodenadressierung hat den bedeutenden Nachteil, daß das Schaltgerät in der Lage sein muß, die Anodenbetriebsspan-

nung zu leiten. Ein Erhöhen der Anodenspannung über einige 100 V, um die Phosphorhelligkeit zu steigern, macht ein direktes Adressieren mit transistorierten Schaltkreisen unpraktisch bzw. nahezu unausführbar. Bei dem Erfindungsgegenstand ist die Anodenspannung nicht eingeschränkt, wenngleich die Gitterstruktur komplizierter wird, und so ermöglicht diese Ausbildung ein Adressieren beider Gittersteuerelemente, die die UND-Funktion bei niedriger Spannung bilden, und sie vereinfacht den Anodenaufbau, denn es kann ein solider, fester Anodenflächenbereich ohne Unterteilungen verwendet werden.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung beziehen sich auf die besondere Vorrichtung, so daß die oben genannten Gesichtspunkte durchgesetzt oder erfüllt werden. Zum besseren Verständnis wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, die teilweise nahezu maßstabsgerecht sind, erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine auseinandergezogene, perspektivische Darstellung des Elektrodenaufbaus gemäß der Erfindung, wobei die Bauteile in ihren Relativlagen zueinander gezeigt sind;
Fig. 2 eine Teil-Schnittdarstellung eines Gegenstandes der Erfindung in einer Rückprojektionsanordnung, wobei eine Fliegenaugenlinse verwendet wird.

Wenngleich die Erfindung in bezug auf eine bevorzugte Ausführungsform erläutert wird, so ist klar, daß hiermit keine Beschränkung der Erfindung auf diese Ausführungsform verbunden sein soll, vielmehr soll die Erfindung alle Alternativen, Abwandlungen und Äquivalente, die im durch die Patentansprüche umrissenen Rahmen liegen, umfassen.

Die Vorrichtung, die die Erfindung in sich schließt, wird nun im einzelnen mit Blick auf die Zeichnungen erläutert, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen. Obwohl die Vorrichtung zum Empfang von elektrischen Signa-

Al*

len und zur Erzeugung eines optischen Ausgangs vor allem einer Anwendung in einem Druckgerät angepaßt ist, so wird aus der folgenden Beschreibung erkennbar, daß sie gleicherweise für eine Verwendung in einer breiten Vielfalt von Anwendungsfällen gut geeignet und nicht notwendigerweise auf die besondere erläuterte Ausführungsform beschränkt ist.

In einer anhängigen US-Patentanmeldung der Anmelderin wird eine einzigartig konstruierte Vakuumfluoreszenz-Druckvorrichtung mit vielen steuerbaren Lichtemissionselementen oder -abschnitten zur Verwendung als ein Bilderzeugunsgerät in Verbindung mit lichtempfindlichen Aufzeichnungsmedien, um auf diesem Medium elektronisch erzeugte Abbildungen herzustellen, beschrieben. Die Vorrichtung enthält 4096 Elemente in einer 16 χ 256 matrixadressierbaren Anordnung, wobei 16 Zeilen und 256 Spalten einen photoelektrischen Empfänger mit einer Breite von 260,35 mm bedecken. Das erfordert nur 272 Steuerleitungsdurchfuhrungen, die in einem herkömmlichen Geradeausverfahren matrixgesteuert und auf leichte Weise in einen Röhrenkolben oder -mantel von etwas mehr als 304 mm Länge eingegliedert werden können. Lichtemissionsabschnitte sind in einer schiefen zweidimensionalen Anordnung vorgesehen, so daß zwischen den Elementen genügend Raum ist, so daß eine Fabrikation der Gitterstruktur, die den Elektronenstrahl eines jeden Elements steuert, möglich ist. Praktische Erwägungen begrenzen den Segmentabstand auf annähernd 381 - 508 \im (15 - 20 mil).

Vakuumfluoreszenzvorrichtungen sind in der Tat Hochvakuum-Kathodenstrahlröhren mit mehrfachen Strahlen, in denen die von einem heißen Heizdraht, der die Vorrichtung überspannt, emittierten Elektronen durch eine Gitterstruktur durchgelassen werden, so daß sie Abschnitte eines mit Phosphor beschichteten Anodenschirms in ausgewählter Weise erregen. Es sollte klar sein, daß eine Matrixsteuerung

_λ notwendig ist, wenn die Gesamtzahl der für ein direktes Schalten benötigten Verbindungen mit 4000 - 6000 Elementen in Betracht gezogen wird. Viele Display- (Darstellungs-) und Drucktafel- oder -balkentechnologien bauen auf ein

c nicht-lineares Verhalten oder schließen externe Bauteile ein, um eine Matrizierungsfähigkeit zu erlangen.

Bei Vakuumröhren mit mehrfachen Gittern ist diese Fähigkeit mit einbezogen; wenn irgendein Gitter im Weg von der Kathode zur Anode abgeschaltet oder geschlossen ist, dann kann kein Strom fließen, und im Fall einer Kathodenstrahlröhre oder Vakuumfluoreszenzvorrichtung wird kein Licht erzeugt. In diesen Vorrichtungen sind Gitterströme normalerweise sehr klein und ist eine sehr kleine Gittersteuerleistung erforderlich. Da der tatsächliche Wert des Anodenstromes eine kontinuierliche Funktion von beiden Gitterpotentialen ist, hängen die zur Erzeugung eines strikt logischen Verhaltens notwendigen Steuerspannungsschwankungen oder -spitzen von der speziellen Ausgestaltung der Vorrichtung ab und sind

eine Funktion der Gitterabstände sowie -formen und des ange-20

wendeten Anodenpotentials. Im allgemeinen ist das der Kathode am nächsten liegende Gitter das am meisten empfindliche, wobei größere Steuerspannungsspitzen für die im Weg zur Anode nacheinander folgenden Gitter erforderlich werden. Ein

Anheben des Anodenpotentials erhöht auch die minimalen 25

Steuerspannungsspitzen, die für das System nötig sind, damit es sich als eine logische Schaltung verhält.

Es wird nun auf die Fig. 1 Bezug genommen, die eine Vakuumfluoreszenzvorrichtung oder optische Licht- bzw. Abbildungstafel 100 gemäß der Erfindung mit vielen steuerbaren Lichtemissionselementen oder -flächen 113 auf einer Anode 112 zeigt. Die Anode kann eine dünne Phosphorschicht auf einem leitenden Substrat, eine leitende Äquipotentialschicht auf einem mit fluoreszierendem Material bedeckten isolierenden Träger sein oder es können leitende Anodenflächen auf einem isolierenden Anodensubstrat 114 angeordnet und mit einer

-Uf-

ι fluoreszierenden Substanz beschichtet sein. Auf der Gitterstruktur sind rechtwinklige leitende Stränge oder Streifen 118 und 119 mit elektrischen Durchführungen 130 und 131 in Zeilen bzw. Spalten angeordnet, so daß eine X-Y-Matrix gebildet wird. Bei dieser Anordnung wird die Anoden-Phosphorschicht durch den Strom eines Elektronenstrahls erregt, der durch eine Apertur, die beide Zeilen- und Spaltengitter zum Leiten an dieser Schnittstelle beeinflußt, geht. Alle anderen Elemente bleiben AUS. IO

Wird ein einzelnes Zeilengitter auf AN gehalten, so können jegliche Elemente längs dieser Zeile gleichzeitig durch Auswahl der angeordneten Spaltengitter erregt werden. Diese Betriebsweise ist von Bedeutung, weil mehr Zeit für ein Belichten eines jeden Punkts in der Abbildung verfügbar gemacht wird, wenn Spalten gleichzeitig durch eine Parallelschaltung moduliert werden können. In Abhängigkeit von den Bilddaten, die den Spaltengittern vermittelt werden, werden zu jeder Zeit 256 Bildelemente adressiert und können belichtet werden.

Die optische Abbildungstafel 100 umfaßt eine Gitterstruktur mit einer Gitterplatte 120, die aus einer isolierenden Platte mit einer Aperturanordnung, die auf beiden Seiten dasselbe Schema hat, und aus einer leitenden Platte oder Tafel 121, die einen Schirm mit Loch-Leiterbildern hat, besteht. Der Schirm wird von einem Oberbau 122 getragen. Eine in Fig. 2 gezeigte Deckplatte 101 bildet mit dem Substrat 114 eine hermetisch abgedichtete Hochvakuumein-

heit. Diese Einheit 100 wird durch Anwendung eines herkömmlichen Getters frei von Luft gehalten. Die Gitterplatte ist mit 4096 Aperturen in einer versetzten Anordnung von 256 Spalten mit 16 Zeilen durchlocht. Leitende Streifen sind an beiden Seiten der Platte ausgebildet, um für alle Aperturen X-Y-Verbindungen herzustellen. Die eine Seite der Platte hat 16 Streifen, die längs der Platte verlaufen, wobei jeder mit 256 Aperturen elektrisch ver-

bunden ist, und die andere Seite hat 256 Streifen, die quer über die Breite der Platte verlaufen und jeweils mit 16 Aperturen verbunden sind.

Die optische Abbildungstafel 100 wird gemäß der folgenden Funktionstabelle matrixgesteuert und arbeitet unter der Voraussetzung, daß die Steuerspannungen G_m und G_R weit genug schwingen, als ein logisches UND-Tor. In der Tabelle

ist G_m eines der Gitter 118 und G_n eines der Gitter 119.

Funktionstabelle

G G

m η

niedrig niedrig aus

niedrig hoch aus

hoch niedrig aus

hoch hoch an

* zum Beispiel
Gitter G_m: Gitter G_n: -5V= niedrig; + 20V = hoch

Gitter G_m: -2V= niedrig; +2V= hoch

Das strikt logische Verhalten bietet einen entscheidenden, ausgeprägten Vorteil gegenüber anderen matrixgesteuerten Vorrichtungen, wie z.B. Flüssigkristallanzeigen. Bei diesen Vorrichtungen beruht eine Steuerung auf der scharfen, deutlichen Spannungsschwelle einer Materialeigenschaft des Licht modulierenden oder emittierenden Materials, das zwischen den elektrischen Steuerelementen angeordnet ist. Der Zustand des Materials hängt einzig von der Spannungsdifferenz zwischen den Steuerelementen ab. Bei der vorliegenden Erfindung erfolgt die Steuerung durch die elektrische Aktivierung von zwei aneinandergrenzenden elektrischen Steuerelementen, wobei das Potential eines jeden mit Bezug zur Elektronenquelle innerhalb eines bestimmten Bereichs liegen muß. Die 256 Gitter G_m sind dazu bestimmt, von einer relativ niedrigen TTL-Logik (bis zu 30V unter Verwendung

gewöhnlicher OC-Chips (Offenkollektorchips) oder bis zu V unter Verwendung besonderer Display-Treiberchips) angesteuert zu werden und werden mit nied-rigen Strompegeln betrieben. Die Binärzahl 256 wurde gewählt, weil sie eine bemerkenswerte Verminderung in der Anzahl der notwendigen externen Verbindungen bedeutet, was zu einer kompakten Baugruppe führt und eine geeignete Zahl für die Auslegung der computergesteuerten Antriebsschaltung ist. Bei dieser Gitter-Gitter-Multiplexanordnung mit den an den Gitterspalten dargestellten Abbildungsdaten werden die 16 Zeilen der Gitter nacheinander eine auf einmal erregt. Die an den 256 Spaltengittern dargestellten Abbildungsdaten bestimmen, welche der Aperturen in der erregten Zeile einen Elektronenstrom zum darunter befindlichen Phosphor durchlassen kann. Es ist der Phosphor an der Anode, der das nutzbare Lichtausgangsmuster von der Vorrichtung mit einer Zeile von auf einmal in Aufeinanderfolge erregten Elementen erzeugt. Da das System nur 16 Zeilen aufweist, können die zugeordneten Schaltungen, die jede Zeile ansteuern, von diskreten Bauteilen, wenn es nötig ist, gebildet werden, was die Verwendung von zugeschnittenen Schaltkreisanordnungen, die höhere Spannungen und Ströme als gegenwärtig verfügbare integrierte Chips liefern können, zuläßt, diese Verwendung aber nicht notwendigerweise erfordert. 25

Im Betrieb sendet eine übliche Datenquelle, z.B. ein Computer, geeignete Videodaten an ein Multiplexer-Steuergerät, das aus herkömmlichen integrierten Schaltungschips aufgebaut ist. Das Steuergerät ordnet dann die Videodaten-Eingangssignale und sendet mit der richtigen Zeitfolge die korrekten Signale zu einem Spalten-Pufferantrieb sowie zu einem Zeilenentschlüßler aus ebenfalls herkömmlichen integrierten Schaltungschips. Der Zeilenentschlüßler verfolgt, welche Zeile aktiv ist und gibt an die Spalten-Pufferantriebe ein Zeichen, worauf die passende Zeilenwahlpotentialschwingung geliefert wird. Elektrische Energie wird der

Anode mittels einer Hochspannungsdurchführung 116 zugeleitet.

Wenn lediglich einige 10OV an der Anode benötigt werden, so kann das zweite Gitter entfallen und die Anodenabschnitte selbst können zur Bildung von 16 Zeilen verbunden sein, anstelle ein Teil der Äquipotentialfläche zu sein, wie oben angedeutet wurde; die Zeilenantriebe werden dann die Anoden und nicht ein zweites Gitter schalten. Das ist die Standardausbildung, die man bei Vakuumfluoreszenzvorrichtungen findet, die dazu ausgelegt sind, bei relativ niedrigen Spannungen zu arbeiten. Bei dieser Ausbildung müssen die Antriebe oder Treiber den vollen Anodenbetriebsstrom wie auch die Spannungsschwingung liefern. Mit zwei Gittern muß nur ein relativ kleiner Gitterstrom zugeführt werden. Es hat sich jedoch gezeigt, daß, um einen photoelektrischen Empfänger in einem üblichen Xerographiegerät ausreichend zu belichten, eine relativ hohe Anodenspannung selbst mit leistungsfähiger Lichtkopplungsoptik notwendig ist. Deshalb ist die in Fig. 1 gezeigte Zwei-Gitterstruktur vorzuziehen, weil die Anodenabschnitte eine einzelne Äquipotentialanode bilden, die bei einer konstanten hohen Spannung, ohne schalten zu müssen, betrieben wird. Die Anodenspeisung wird bei dieser Ausführungsform durch eine eigene Hochspannungsdurchführung, die zu anderen Bauteilen beabstandet ist, eingeführt.

Wenn die optische Abbildungstafel bei der bevorzugten Ausführungsform mit einem sehr hohen Anodenpotential betrieben wird, so wird die zum Absperren eines jeden Gitters benötigte Spannungsschwingung im Verhältnis hierzu größer. Das kann erhebliche Betriebsprobleme für kompakte Vakuum-

^ou fluoreszenzausbildungen , bei denen die Gitter-Anodentrennung minimal ist, hervorrufen. Die für die Steuergitter notwendigen Spannungsschwingungen oder -spitzen können jedoch wesentlich vermindert werden, wenn ein Äquipotentialschirmgitter 121 zwischen die leitenden Streifen 119 und die Anode 112 eingefügt wird, das den Bereich nahe den Gittern von den Anodenbeschleunigungsfeldern abschirmt. Das Steuerteil der Elektrodenstruktur verhält sich dann so,

als ob der Schirm die Anode wäre. Zum Schirm durchgelassene Elektronen treten durch gezielt oder strategisch angeordnete geätzte Löcher und werden stark beschleunigt, um die mit Phosphor beschichtete Anode, die auf einer viel höheren Spannung ist, zu erregen. Es sollte klar sein, daß das von der Tafel 100 erzeugte Licht am photoelektrischen Empfänger entweder von der Front- oder Rückfläche abgebildet werden kann. Die Gitterstruktur selbst könnte denkbar ein Hindernis bilden und ein Ausnützen des von der Frontseite der Vorrichtung, wenn ihre Aperturen zu klein sind, emittierten Lichts verhindern. In der Praxis jedoch werden Aperturen, durch die die Elektronen hindurchgehen, in leichter Weise gefertigt, um den Elektronenstrahl auf die Signalplatte (das Target) durch Anlegen einer geeigneten Vorspannung zu fokussieren. Bei dieser Technik werden in der Steuerstruktur größere öffnungen verwendet, während der Elektronenstrahl noch auf das Target konzentriert wird. Die optimale Ausgestaltung ist ein Kompromiß mit Aperturen, die groß genug sind, so daß sie das Licht nicht blockieren, aber noch klein genug sind, um eine Niederspannungsstrahlsteuerung zu ermöglichen.

Eine Vakuumfluoreszenzvorrichtung, die eine große Anzahl von elektronisch steuerbaren Lichtquellen in irgendeinem festen Schema enthält, ist aus sich selbst heraus nicht ausreichend, um ein nützliches Drucktafelgerät zu schaffen. Bei herkömmlichen Vakuumfluoreszenzröhren begrenzen praktische Erwägungen den engsten körperlichen Abstand von einzeln gesteuerten Lichtemissionsabschnitten auf annähernd 381 - 508 pm. Mit dieser Beschränkung ist eine Anordnung aller 4096 Abschnitte der Drucktafel 100 in einem einzelnen Raum bei etwa 400 auf 25,4 mm ausgeschlossen. Wenn jedoch die Abschnitte in einer rechtwinkligen Anordnung einzeln mit 1016/jm sowohl in der X- wie in der Y-Richtung plaziert werden, wobei eine aktive Fläche von 15,24 mm in der Breite und 260,09 mm in der Länge gebildet wird, und wenn die Anordnung mit Bezug zur Bewegungsrich-

tung des photoelektrischen Empfängers um 1016 /im geneigt wird, so werden die minimalen Abstandsanforderungen für die Anoden wie auch die Gitter und Anschlüsse leicht erfüllt. Zur Lenkung des Lichts von der Rückseite der Lichttafel zur lichtempfindlichen Fläche und zum photoelektrischen Empfänger 210 dient eine Fliegenaugenlinse 150, die sowohl eine Weitwinkel- wie auch eine hohe KoI1imationswirkung bietet.

Wie Fig. 2 erkennen läßt, sind die Innenfläche 140 der Aperturen in der isolierenden Platte 120 und der jede Apertur umgebende Bereich mit einem Material beschichtet, das schwach leitfähig ist, wie z.B. Zinn-Indiumoxyd oder eine ohmische Cermetaufbereitung, wobei eine Schicht mit einem spezifischen Widerstand im Bereich von 10 000 500 000 0hm pro Quadrat gebildet wird. Die Funktion dieser Beschichtung ist, jegliche Ladung abzuführen, die sich ansonsten an exponierten isolierenden Flächen innerhalb oder in der Nähe der Aperturen ansammeln kann. Wenn eine Aperturwand geladen wird, so ändert sich die elektrische Feldverteilung, was in hohem Maß die Elektronenbahnen durch die Apertur verändert und damit die Elektronenstrahl-Modulationskennwerte der Struktur. Abstände zwischen den Streifen an der Oberfläche der Steuerstruktur haben ebenfalls die gering leitfähige Beschichtung, um hier eine Ladungsspeicherung zu verhindern.

Die Leitung zwischen benachbarten Streifen an jeder der beiden Oberflächen und zwischen Streifen auf gegenüberliegenden Seiten der Isolierplatte durch die Aperturen stellt eine Ohmsche Belastung für die Gittertreiberschaltungen dar. Der geringe Stromfluß in der Beschichtung, der auf den Potentialgefällen zwischen Gittern beruht, beeinträchtigt nicht die Elektronenbahnen oder die Schaltkennwerte der Vorrichtung in irgendeiner Weise. Jedoch soll die Beschichtung so widerstandsbehaftet wie möglich gemacht werden, um eine chmische Erhitzung in der Beschichtung

zu minimieren und die an den Treiberschaltungen liegende Belastung auf einen vernünftigen oder angemessenen Wert zu begrenzen.

Die ohnische Beschichtung schafft nicht nur einen Ableitungspfad für eine Streuladung, sondern dient auch der Stabilisierung der Potentialverteilung im Innern der Aperturen gegen die Wirkungen einer Raumladung bei einem hohen Strahlstrom und sie läßt die Verwendung von geringfügig größeren Aperturen mit einer gegebenen Steuerspannungsspitze oder -schwingung zu. Zusätzlich wird durch die passende Ausgestaltung der Aperturen, indem sie z.B. konisch gemacht werden, ein gewisser Steuerungsgrad in bezug auf ihre fokussierenden Eigenschaften erlangt, weil die Feldverteilung im Innern der Apertur abgewandelt wird.

Die Gitterstruktur wird zur Umgebung hin durch Durchführungen 130 und 131 verbunden, die längs beider Kanten der Röhre in genau der gleichen Weise angeordnet sind wie die Durchführungsverbindungen von Standard-Vakuumfluoreszenzröhren. Diese Durchführungen können in die Glasfritte, die die hermetische Abdichtung entlang der Kante bildet, eingebettete Metallfinger sein oder sie können in der Dünn- oder Dickfilmtechnik unmittelbar an der Oberfläche der Gitterstruktur gefertigt sein. Die leitende Schirmelektrode 121, die die leitenden Streifen 119 von der Anode abschirmt, kann aus einer dünnen Metallfolie gefertigt sein, in die kleine Löcher an den Zentren der darüberliegenden Schirmplatte in demselben schiefen Schema wie die Gitteraperturen geätzt sind. Ddese wird an einem Abstandsring, der an der Gittersubstratplatte fest ist, angebracht. Bei dem Zusammenbau wird der Schirm so positioniert, daß die geätzten Schirmlöcher koaxial zu den entsprechenden Gitteraperturen liegen, worauf er durch Punktschweißen an seinem Platz gehalten wird. Die Kathodendraht-Befestigung, die an der gegenüberliegenden Fläche der Gittertragplatte angebracht ist, ist zu derjeni-

gen, die bei Standard-Vakuumfluoreszenzröhren anzutreffen ist, mit der Ausnahme, daß drei oder vier Drähte zur Anwendung kommen können, identisch; ferner kann ein Betrieb bei höherer Temperatur im Vergleich zur Standard-Vakuumfluoreszenzröhre erfolgen, da deren Sichtbarkeit durch das menschliche Auge unerheblich ist. Schließlich wird die aus der Gitterstruktur, dem Anodenschirm und den Heizdrähten bestehende Baueinheit in einer Vakuumhülle (Kolben) abgedichtet, gebrannt, evakuiert und verschlossen, wobei die gleichen Techniken und Verfahren wie bei Standard-Vakuumfluoreszenzröhren zur Anwendung kommen.

Durch die Erfindung wird ein optischer Lichtbalken oder eine optische Abbildungsplatte geschaffen, die elektronisch erzeugte Signale von einem Computer oder anderen digitalen Ausgabequellen empfängt und diese für eine Sichtübertragung umwandelt, wobei das übertragene Licht ein lichtempfindliches Element in einer bildweisen Zusammenstellung belichtet. Der Lichtbalken umfaßt Heizdrähte, ein erstes sowie zweites Multiplex-Steuergitter, eine schräge Matrix aus adressierbaren, mit Phosphor beschichteten, auf einem Anodensubstrat angebrachten Anodenelementen, ein Äquipotential-Schirmgitter, das zwischen dem zweiten Gitter und den Anodenelementen angeordnet ist, und wahlweise ein Äquipotential-Schirmgitter, das zwischen den Kathodenheizdrähten und dem ersten Gitter angeordnet ist, wobei, wenn die mit Phosphor beschichteten Elemente durch von den Heizdrähten oder Kathoden durch die Steuergitter emittierte Elektronen erregt werden, Licht auf die Oberfläche eines lichtempfindlichen Elements gerichtet wird, um dieses in einer bildweisen Gestaltung zu belichten.

Claims

Patentansprüche

f{). Steuergitterstruktur zur Steuerung eines Elektronenflusses längs einer Bahn, gekennzeichnet

- durch ein isoliertes Substrat (120) mit einer darin 20

ausgestalteten Matrix von Aperturen,

- durch eine erste Gruppe von leitenden Streifen (118), \ die an der oberen Fläche des Substrats angeordnet und in Spalten ausgerichtet sind,

- durch eine zweite Gruppe von leitenden Streifen (119), 25

die an der unteren Fläche des Substrats angeordnet und in Zeilen ausgerichtet sind, wobei die ersten und zweiten Streifen auf das Substrat gedruckt sind und Oberflächenpotentiale längs der Elektronenbahn

steuern, und
30

- durch eine widerstandsbehaftete Beschichtung, die auf

die Innenfläche (140) der Aperturen, den jede Apertur umgebenden Flächenbereich sowie zwischen die Streifen auf dem Substrat aufgetragen ist und^ls Spannungsteiler wirkt, so daß jeder Punkt an den Substratflächen ohne Rücksicht auf den einfallenden Elektronenstrom bezüglich der Spannungen bestimmt ist.
2. Steuergitterstruktur nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Gitteranordnung (121), die die zur Torung der Steuergitterstruktur erforderlichen Spannungsschwingungen vermindert und die Fokussiereigenschaften der

₅ Aperturen regelt.
3. Steuergitterstruktur nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gitteranordnung ein einzelnes, angrenzend an die untere Fläche des Substrats (120) angeordnetes Gitter (121) umfaßt.
4. Steuergitterstruktur nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gitteranordnung ein zweites, angrenzend an die obere Fläche des Substrats angeordne-

15 tes Gitter umfaßt.
5. Steuergitterstruktur nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gitteranordnung ein einzelnes, angrenzend an die obere Fläche des Substrats angeordnetes

20 Gitter umfaßt.
6. Steuergitterstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch Heizdrahteinrichtungen (111), die unmittelbar auf dem Substrat angebracht sind, so daß der Abstand von Substrat und Aperturen exakt beibehalten ist.
7. Steuergitterstruktur nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat in einer hermetische Abdichtungen, durch die sich die ersten und zweiten Streifen (118, 119) erstrecken, aufweisenden Hülle eingeschlossen ist.
8. Steuergitterstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (120) ein schwarzes lichtempfindliches Glas auf Lithiumbasis ist.
9. Kompakte Vakuumfluoreszenz-Druckvorrichtung, die zur Verwendung in Verbindung mit einem lichtempfindlichen Aufzeichnungsmedium zur Herstellung von Abbildungen aus elektronisch erzeugten Daten geeignet ist, gekennzeichnet durch die Kombination

- einer Mehrzahl von Kathodenheizdrähten (111),

- eines Multiplex-Steuergitters, das ein isoliertes Substrat (120) mit einer darin ausgestalteten Matrix von Aperturen, mit einer Gruppe von leitenden Streifen (118, 119) an der oberen sowie unteren Fläche des Substrats zur Steuerung des Oberflächenpotentials längs des Weges der Elektronenemissionen von den Kathodenheizdrähten durch die Aperturen und

- eine widerstandsbehaftete Beschichtung am Substrat des Steuergitters, die als ein Spannungsteiler wirksam ist, so daß jeder Punkt der Flächen des Substrats in der Spannung bestimmt ist, umfaßt.
10. Druckvorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch ein Äquipotentialgitter (121), das angrenzend an die untere Fläche des Substrats (120) angeordnet ist und die zur Betätigung des Steuergitters erforderlichen Spannungsschwingungen vermindert.
11. Druckvorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, gekennzeichnet durch eine zwischen den Kathodenheizdrähten (111) und der oberen Fläche des Substrats (120) des Steuergitters befindliche Gitteranordnung.
12. Druckvorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine Matrix von adressierbaren Phosphorelementen (113), die an einer von einem Isolator (114) getragenen Anodenanordnung (112) angebracht sind, so daß bei Erregung der Phosphorelemente von den Kathoden-

heizdrähten (111) durch die Aperturen in dem Steuergitter eine hoch aufgelöste regelmäßige Anordnung

von präzis bestimmtem Licht erzeugt und zum lichtempfindlichen Aufzeichnungsmedium (210) hin gerichtet
wird.
13. Druckvorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine Matrix von einzelnen, an einem isolierten Träger (114) angebrachten Anoden (112), die mit einem überzug aus einer fluoreszierenden Substanz (113) versehen sind, so daß die von den Heizdrähten (111) durch das Steuergitter zu den Anoden gelangten Elektronen die fluoreszierende Substanz erregen und zur Abgabe von erzeugtem Licht bringen, das in einer bildweisen Ausbildung zum lichtempfindlichen Aufzeichnungsmedium (210) hin gerichtet wird.
14. Druckvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch

gekennzeichnet, daß die fluoreszierende Substanz (113) ein elektrolumineszierender Phosphor ist.
15. Druckvorrichtung nach Anspruch 13,

gekennzeichnet durch Front- sowie Rückflächen und
durch Emission des Lichts von der fluoreszierenden
Substanz durch die Frontflächen.
16. Druckvorrichtung nach Anspruch 15, gekennzeichnet

durch Emission des Lichts von der fluoreszierenden
Substanz durch die Rückfläche der Druckvorrichtung.