DE4013006A1 - Steuervorrichtung fuer ein elektronenstrahldisplay - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung für die Steuer­ gitteranordnung in einem flachen Elektronenstrahldisplay.

Stand der Technik

Steuergitteranordnungen in flachen Elektronenstrahldisplays dienen dazu, Elektronen gezielt mit einstellbarer Stromstärke auf vorgegebene Stellen eines Leuchtschirms zu lenken. Die meisten Steuergitteranordnungen für den genannten Zweck nutzen einen Kompromiß zwischen reiner Ablenksteuerung, wie sie in Kathodenstrahlröhren verwendet wird, und reiner Matrixansteue­ rung, wie sie z. B. bei Flüssigkristalldisplays verwendet wird. Es werden nämlich durch Matrixadressierung vorgegebene Bildschirmbereiche ausgewählt, innerhalb denen dann Elektronen durch Ablenkung bewegt werden. Ein jeweils vorgegebener Be­ reich kann einige Spalten innerhalb einer Zeile, einige Zeilen innerhalb einer Spalte oder, in der Regel, einige Zeilen im Bereich einiger Spalten umfassen. Im erstgenannten Fall ist eine Ablenkung in Zeilenrichtung erforderlich, im zweiten Fall eine solche in Spaltenrichtung und im dritten Fall eine Ablenkung in beiden genannten Richtungen.

Außer der örtlichen Steuerung ist noch eine Helligkeitssteue­ rung erforderlich. Diese wird entweder dadurch realisiert, daß bereits die Elektronenstrahlerzeugung örtlich variierbar aus­ geführt wird oder daß eine örtlich homogene Elektronenvertei­ lung mit Hilfe eines Gitters in der Steuergitteranordnung ortsabhängig variiert wird. In beiden Fällen hängt die maximal erzielbare Helligkeit von der Transparenz der Gesamtsteuer­ gitteranordnung ab.

Offensichtlicherweise ist die Transparenz einer Steuergitter­ anordnung dann besonders hoch, wenn die Öffnungen in den ein­ zelnen Gittern möglichst groß sind. Dem Vorteil erhöhter Transparenz bei großen Öffnungen stehen jedoch zwei Nachteile gegenüber, nämlich zum einen derjenige, daß die Stabilität einer Steuergitteranordnung mit zunehmender Größe der Öffnun­ gen in ihr abnimmt, und zum anderen der, daß sich die Schärfe der Abbildung mit zunehmender Öffnungsgröße verschlechtert.

Erfindungsgemäß läßt sich bei einem flachen Elektronenstrahl­ display große Helligkeit bei guter Stabilität der Steuergit­ teranordnung und guter Schärfe erzielen, wenn

• - eine Steuergitteranordnung verwendet wird, die, in bekannter Weise, über ein Zeilenauswahlgitter verfügt, das in Zeilen­ richtung verlaufende Zeilenelektroden und Zeilendurchlässe aufweist,
• - und eine Steuervorrichtung für diese Steuergitteranordnung verwendet wird, welche Steuervorrichtung folgende Funktions­ mittel aufweist:
• - ein Auswahlsteuermittel zum Ansteuern der einzelnen Elek­ troden des Zeilenauswahlgitters so, daß jeweils gleichzei­ tig durch mindestens zwei benachbarte Zeilendurchlässe Elektronen durchgelassen werden,
• - und ein Ablenksteuermittel zum Ansteuern der einzelnen Elektroden eines Zeilenablenkgitters so, daß die durch die benachbarten Durchlässe hindurchgelassenen Elektronen auf eine Zeile fokussiert werden.

Das hierbei verwendete herkömmlich ausgebildete Zeilenauswahl­ gitter kann entweder ein solches mit dicht aneinanderliegenden in Zeilenrichtung verlaufenden Elektroden sein, die Löcher zum Durchlassen von Elektronen aufweisen, oder ein solches, bei dem ebenfalls einzelne Elektroden in Zeilenrichtung verlaufen, jedoch mit einem solchen Abstand, daß Elektronen zwischen den einzelnen Elektroden hindurchtreten können. Im einen Fall sind die Zeilendurchlässe also in Zeilenrichtung nebeneinanderlie­ gende Löcher, während es im anderen Fall Streifen zwischen be­ nachbarten Zeilenelektroden sind.

Die bekannten Displays mit derartigen Zeilenauswahlgittern werden jedoch so betrieben, daß zu einem jeweiligen Zeitpunkt immer nur Elektronen durch einen einzigen Zeilendurchlaß, also die Viel­ zahl von Löchern in einer Zeile, oder den zeilenförmigen Streifen zwischen zwei Elektroden, hindurchgelassen werden. Sind weniger Zeilendurchlässe vorhanden als zu schreibende Zeilen, werden die durchgelassenen Elektronen noch in die je­ weils gewünschte Zeile abgelenkt. Die erfindungsgemäße Steuer­ vorrichtung steuert dagegen das herkömmliche Zeilenauswahlgit­ ter so an, daß durch mindestens zwei benachbarte Zeilendurch­ lässe Elektronen hindurchgelassen werden und diese dann auf jeweils dieselbe Zeile auf dem Bildschirm fokussiert werden. Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß sich die Helligkeit in etwa verdoppeln läßt, wenn in eine einzige Zeile Elektronen nicht nur aus einem einzigen Zeilendurchlaß gelenkt werden, sondern aus zweien. In der Praxis wird allerdings aufgrund verschiedener Störeffekte nicht tatsächlich eine Helligkeits­ verdoppelung erreicht. Die zum Fokussieren der von benachbar­ ten Zeilendurchlässen herkommenden Elektronenstrahlen auf eine einzige Zeile führt zu keiner Schärfeverschlechterung. Dies, weil es, wie vorstehend erläutert, ohnehin bei den meisten Displays üblich ist, Elektronen, wie sie von einem Zeilen­ durchlaß herkommen, auf eine Zeile abzulenken. Tatsächlich läßt sich sogar die Schärfe verbessern, wenn nämlich nicht der gesamte mögliche Helligkeitsgewinn genutzt wird, sondern ein Zeilenauswahlgitter verwendet wird, bei dem die Zeilendurch­ lässe etwas enger sind als bei einem herkömmlichen Gitter. Dieses Verengen der Zeilendurchlässe führt nicht nur zu einem Erhöhen der Schärfe, sondern auch zu erhöhter mechanischer Stabilität des Zeilenauswahlgitters und damit der gesamten Steuergitteranordnung.

Kurze Beschreibung der Figuren

Fig. 1 schematische perspektivische Teildarstellung wichtiger Baugruppen eines Elektronenstrahldisplays; und

Fig. 2a-d Diagramme zum Veranschaulichen von Ansteuer­ spannungen für Zeilenelektroden eines Zeilenauswahlgitters.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen

Fig. 1 zeigt eine Frontscheibe 10 und weitere Funktionsteile eines flachen Elektronenstrahldisplays, ohne Halterungen und ohne eine Wanne, die die Funktionsteile zusammen mit der Frontscheibe einschließt. Das Display verfügt von hinten nach vorne über eine Grundplatte 1 mit auf dieser aufgebrachten Segmentelektroden S in Spaltenrichtung, Kathodendrähten K in Zeilenrichtung, Zuganodenelektroden P in Spaltenrichtung, Zei­ lenelektroden L in Zeilenrichtung, Spaltenelektroden C in Spaltenrichtung und über die bereits genannte Frontscheibe 10 mit auf dieser aufgebrachten Leuchtstoffstreifen 12 und einer (nicht dargestellten) Aluminisierung über den Leuchtstoff­ streifen, die als Anode dient, an die beim Ausführungsbeispiel eine Beschleunigungsspannung von 10 kV gelegt wird. In Fig. 1 sind nur wenige Segmentelektroden S1, S2, S3 ... dargestellt, bei einem praktischen Ausführungsbeispiel eines Displays mit einem Schirm einer Höhe von etwa 17 cm und einer Breite von etwa 21 cm sind es jedoch 198 Segmentelektroden, die so dicht wie möglich aneinander auf der isolierenden Grundplatte 11 liegen. In einem Abstand von etwa 0,5 mm vor diesen Segment­ elektroden verlaufen die Kathodendrähte. Beim Ausführungsbei­ spiel gemäß Fig. 1 sind so viele Kathodendrähte wie Zeilen­ elektroden vorhanden. Beim Display mit den gesamten Abmessun­ gen handelt es sich um jeweils 276 Kathodendrähte und Zeilen­ elektroden. Vorteilhafter ist es jedoch, wesentlich weniger Kathodendrähte als Zeilenelektroden zu verwenden, z. B. nur einen Kathodendraht auf neun Zeilenelektroden, wie im Fall des Beispiels von Fig. 2.

Die Ebene der Zuganoden P liegt etwa 2 mm vor der Ebene der Kathoden. Es sind 199 Zuganodenelektroden vorhanden, von denen in Fig. 1 5 Stück eingezeichnet sind, die mit P0/1, P1/2, P2/3, P3/4 und P4/5 bezeichnet sind. Nur etwa 150 µm vor der Zuganodenebene liegt die Ebene mit den genannten 276 Zeilen­ elektroden. Von diesen sind in Fig. 1 mehrere eingezeichnet, von denen 5 mit L1 bis L5 bezeichnet sind. Zugehörige Katho­ dendrähte sind mit K1 bis K5 bezeichnet. Um weitere 150 µm vor der Zeilenelektrodenebene liegt die Spaltenelektrodenebene. Es sind 199 Spaltenelektroden vorhanden, von denen in Fig. 1 meh­ rere dargestellt sind, von denen 5 die jeweilige Bezeichnung C0/1, C1/2, C2/3, C3/4 bzw. C4/5 tragen. Etwa 8 mm vor den Spaltenelektroden liegt die Frontscheibe 10. Sie trägt 388 Tripel vertikaler Leuchtstoffstreifen R, G und B, also insge­ samt 1164 Streifen.

Damit ein Kathodendraht Elektronen emittiert, müssen an ihn, den Segmentelektroden und den Zuganodenelektroden entsprechen­ de Potentiale angelegt werden. Die genannten Funktionsteile bilden eine Triodenanordnung. Bezugspotential für alle Poten­ tiale ist das Potential eines emittierenden Kathodendrahtes. Dessen Spannung wird also auf 0 V gesetzt. Beim dargestellten Fall werden Elektronen vom Kathodendraht K4 in den Bereichen vor den Segmentelektroden S1 und S3 emittiert. Dies, weil die Zuganodenelektroden alle auf +30 V und die genannten Segment­ elektroden auf +20 V bzw. +10 V liegen. Die Segmentelektrode S2 liegt dagegen auf -10 V, weswegen der Kathodendraht K4 vor ihr keine Elektronen emittiert. Die anderen Kathodendrähte emittieren keine Elektronen, da sie alle auf +20 V liegen. Zumindest ein Teil der nicht emittierenden Kathodendrähte wird beheizt. Dagegen ist für den emittierenden Kathodendraht K4 die Heizung ausgeschaltet, damit aufgrund der Heizspannung kein Potentialabfall entlang seiner Länge auftritt.

Elektronen, die vom Kathodendraht K4 vor der Segmentelektrode S1 emittiert werden, treten zwischen den Zuganodenelektroden P0/1 und P1/2 hindurch, während Elektronen vom Ort vor der Segmentelektrode S3 zwischen den Zuganodenelektroden P2/3 und P3/4 hindurchtreten. Das hindurchtretende Elektronenstrahlbün­ del ist in Spaltenrichtung aufgespreizt, also höher als es der Höhe einer Zeile entspricht. Aus den aufgespreizten Bündeln werden mit Hilfe der Zeilenelektroden Elektronenstrahlen für die Punkte einer einzelnen Zeile auf dem Bildschirm ausgeson­ dert. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel werden die Zei­ lenelektroden so angesteuert, daß durch zwei benachbarte Zei­ lendurchlässe Elektronen für eine einzige Bildschirmzeile hin­ durchtreten. Im dargestellten Fall werden die Zeilenelektroden L3 bis L5 so angesteuert, daß sowohl durch den Zeilendurchlaß zwischen den Zeilenelektroden L3 und L4 wie auch durch den Zeilendurchlaß zwischen den Elektroden L4 und L5 Elektronen durchgelassen werden. Die Spannungen sind außerdem so gewählt, daß die durchgelassenen Elektronen auf einen gemeinsamen Punkt auf dem Bildschirm fokussiert werden. Die Elektronen vom Ort des Kathodendrahtes K4 vor der hinteren Segmentelektrode S3 werden in zwei Elektronenstrahlen durchgelassen, nämlich einem hinteren oberen Strahl 14ho und einem hinteren unteren Strahl 14hu. Entsprechend werden die Elektronen vom Ort des Kathoden­ drahtes K4 vor der vorderen Segmentelektrode S1 in einem vor­ deren oberen Strahl 14vo und einem vorderen unteren Strahl 14vu durchgelassen. Die vorderen Strahlen sind schwächer als die hinteren, da die hintere Segmentelektrode S3 auf höherem Potential liegt als die vordere Segmentelektrode S1. Daher sind die hinteren Strahlen in Fig. 1 dicker gezeichnet als die vorderen.

Die vorderen Elektronenstrahlen 14vo und 14vu treten zwischen den Spaltenelektroden C0/1 und C1/2 hindurch, während die hin­ teren Strahlen 14ho und 14hu zwischen den Spaltenelektroden C2/3 und C3/4 hindurchtreten. Jeweils jede übernächste Spal­ tenelektrode ist mit demselben Potential verbunden. Im darge­ stellten Fall erhalten die Spaltenelektroden C0/1 und C2/3 ein Potential von +60 V, während die Spaltenelektroden C1/2 und C3/4 ein Potential von +65 V erhalten. Dadurch werden die Elektronenstrahlen in Blickrichtung auf den Bildschirm etwas nach links abgelenkt. Dadurch können die einzelnen Leucht­ stoffstreifen entlang einer Zeile abgerastert werden.

Die verschiedenen genannten Potentiale werden von einer Steuervorrichtung geliefert, die über mehrere Steuermittel verfügt. In Fig. 1 ist lediglich eines dieser Steuermittel eingezeichnet, nämlich ein Auswahl/Ablenk-Steuermittel 15, das im zeitlichen Ablauf an die Zeilenelektroden L solche Spannun­ gen anlegt, daß jeweils zwischen zwei benachbarten Zeilen­ durchlässen Elektronen hindurchgelassen werden, die zudem hin durch die verwendeten Zeilenelektrodenspannungen auf eine je­ weils gemeinsame Bildschirmzeile hin fokussiert werden.

Anhand von Fig. 2 werden nun Beispiele für Spannungen gegeben, die bei den vorstehend genannten geometrischen Abmessungen und übrigen Spannungen dazu geeignet sind, die genannten Zwecke des Durchlassens von Elektronen durch zwei jeweils benachbarte Zeilendurchlässe und das Fokussieren der dabei erzeugten Elek­ tronenstrahlen zu bewerkstelligen.

Fig. 2 zeigt ganz oben eine Mehrzahl von Zeilenelektroden L(n) bis L(n+10) im Querschnitt, gesehen in Zeilenrichtung. Hinter (in Fig. 2 unter) der Zeilenelektrode L(n+2) liegt ein erster Kathodendraht KA, während hinter der Zeilenelektrode L(n+10) ein zweiter Kathodendraht KB liegt.

Fig. 2a betrifft den Fall, daß Elektronen ober- und unterhalb (in Fig. 2 links bzw. rechts) der Zeilenelektrode L(n+2) hin­ durchgelassen werden, also derjenigen Zeilenelektrode, die genau vor dem Kathodendraht KA liegt. Das Potential dieser zeilenelektrode ist 20 V, während das der benachbarten Elek­ troden L(n+1) und L(n+3) 0 V ist. Die übrigen Zeilenelektroden liegen auf -10 V, was zur Folge hat, daß sie den Durchtritt von Elektronen durch die Zeilendurchlässe zwischen ihnen sper­ ren.

Würden genauso viele Kathodendrähte vorhanden sein wie Zeilen­ elektroden, würde also der Fall gemäß Fig. 1 vorliegen, würde die genannte Potentialverteilung Zeile für Zeile weiterge­ schaltet werden, um so eine Zeile nach der anderen auf dem Bildschirm darstellen zu können. Beim Ausführungsbeispiel ge­ mäß Fig. 2, mit weniger Kathodendrähten als Zeilenelektroden, muß jedoch die Potentialverteilung für jede neu darzustellende Zeile neu gewählt werden. Je weiter diejenige Zeilenelektrode, über der und unter der Elektronen durchgelassen werden, von einem Kathodendraht weg liegt, desto höher wird ihr Potential gewählt, damit sie Elektronen immer stärker anzieht. Um dabei Elektronenstrahlen geeignet formen und ablenken zu können, müssen die Potentiale der benachbarten Elektroden immer nega­ tiver gewählt werden. Dabei ist immer das Potential derjenigen benachbarten Elektrode, die weiter vom nächsten Kathodendraht weg liegt, negativer als dasjenige der benachbarten Elektrode, die dichter beim nächsten Kathodendraht liegt. Die Differenz der Potentiale zwischen der mittleren Zeile und einer benach­ barten Zeile sollte 100 V nicht überschreiten, damit es nicht zu Überschlägen kommt.

Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist für die Zeilenaus­ wahl nur ein einziges Zeilenauswahlgitter mit den Zeilenelek­ troden L und für die Spaltenauswahl nur ein einziges Spalten­ auswahlgitter mit den Spaltenelektroden C vorhanden. Bei den meisten bisher bekanntgewordenen flachen Elektronenstrahldis­ plays sind jedoch mehrere Zeilenauswahlgitter und/oder mehrere Spaltenauswahlgitter vorhanden. Unabhängig von der Anzahl der Zeilenauswahlgitter wird herkömmlich so verfahren, daß vom Zeilenauswahlgitter Elektronen zu einem jeweiligen Zeitpunkt immer nur durch einen einzelnen Zeilendurchlaß durchgelassen werden. Die meisten Anordnungen lassen sich jedoch ohne weite­ res in der vorstehend beschriebenen Art und Weise betreiben, daß nämlich zu einem jeweiligen Zeitpunkt Elektronen durch be­ nachbarte Zeilendurchlässe durchgelassen werden und diese Elektronen auf eine jeweilige einzelne Bildschirmzeile fokus­ siert werden.

Beim Ausführungsbeispiel werden durch zwei benachbarte Zeilen­ durchlässe Elektronen durchgelassen und auf eine einzelne Zei­ le fokussiert. Prinzipiell ist es ohne weiteres möglich, durch noch mehr benachbarte Zeilendurchlässe Elektronen zu einem je­ weiligen Zeitpunkt hindurchzulassen und diese auf jeweils eine einzelne Bildschirmzeile hin abzulenken. Mit zunehmender An­ zahl der verwendeten Durchlässe wird das Bild immer heller. Jedoch ist zu beachten, daß dann zunehmend starkes Ablenken auf die jeweils einzelne Bildschirmzeile hin erforderlich ist. Da beim Ablenken Abbildungsfehler entstehen, ist der Vorteil zunehmender Helligkeit mit dem Nachteil abnehmender Schärfe verbunden. Für einen jeweiligen Aufbau eines Elektronenstrahl­ displays ist daher durch Versuche zu ermitteln, wo das Optimum zwischen Helligkeitssteigerung und Schärfeverminderung liegt.

Es sei aber darauf hingewiesen, daß die bisherigen Versuche gezeigt haben, daß dann, wenn Elektronen von zwei benachbarten Durchlässen verwenden werden, statt nur solche von einem ein­ zelnen Durchlaß, nicht nur eine Helligkeitssteigerung sogar, sondern eine Schärfeverbesserung erreicht wird.

Liegt ein Display mit mehreren Elektroden für die Auswahl und Ablenkung von Elektronen in Zeilenrichtung vor, können zum An­ steuern der Elektroden für die unterschiedlichen Funktionen unterschiedliche Steuermittel verwendet werden, also ein Aus­ wahl-Steuermittel, das von einem Ablenk-Steuermittel getrennt ist.

Claims (3)

1. Steuervorrichtung für die Steuergitteranordnung in einem flachen Elektronenstrahldisplay, welche Steuergitteranordnung über ein Zeilenauswahlgitter verfügt, das in Zeilenrichtung verlaufende Zeilenelektroden (L) und Zeilendurchlässe aufweist, gekennzeichnet durch

• - ein Auswahlsteuermittel (15) zum Ansteuern der einzelnen Elektroden des Zeilenauswahlgitters so, daß jeweils gleich­ zeitig durch mindestens zwei benachbarte Zeilendurchlässe Elektronen hindurchgelassen werden,
• - und ein Ablenksteuermittel (15) zum Ansteuern der einzelnen Elektroden eines Zeilenablenkgitters so, daß die durch die benachbarten Durchlässe hindurchgelassenen Elektronen auf eine Zeile fokussiert werden.

2. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ansteuern eines Zeilenauswahlgitters, das zugleich Zeilenablenkgitter ist, das Auswahlsteuermittel und das Ab­ lenksteuermittel zu einem einzigen Steuermittel (15) zusammen­ gefaßt sind, das die Elektroden des Zeilenauswahlgitters an­ steuert.

3. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ansteuern eines Zeilenauswahlgitters, das in einem Display mit in Zeilenrichtung ungleichförmiger Elektronenver­ teilung angeordnet ist, das Auswahlsteuermittel (15) so ausge­ bildet ist, daß es mindestens drei benachbarte Zeilenelektro­ den (L(n+1), L(n+2), L(n+3)) mit jeweils unterschiedlichen Spannungen ansteuert.