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BERREICH DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Matrix-Wiedergabeanordnung
mit einem flachen Wiedergabeschirm, mit Pixeln, die reihen- und
spaltenweise vorgesehen sind, und mit einem System mit Elektroden
und einer Adressierungsschaltung zum Adressieren der Pixel.
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Es
sind bereits viele derartige Matrix-Wiedergabeanordnungen bekannt
und reichen von Plasma-Wiedergabeanordnungen (PDPs), Plasma-adressierten
LCD-Wiedergabeanordnungen (PALCs),
LCDs bis Polymer LEDs (PLEDs), bis elektrolumineszierende (EL) Wiedergabeanordnungen bis
Flachschirm-Elektronenstrahlröhrenanordnungen,
wobei Elektronen erzeugt werden, beispielsweise durch Zeilenkathoden.
Derartige Wiedergabeanordnungen werden beispielsweise aber nicht
ausschließlich
für PCs,
Fernsehgeräte
usw. verwendet. Im Konzept der vorliegenden Erfindung sollen Pixel als
beliebige adressierbare Bildelemente verstanden werden.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Eine
Matrix-Wiedergabeanordnung umfasst einen ersten Satz von Elementen
(Reihen), die sich in einer ersten Richtung erstrecken, meistens
als Reihenrichtung bezeichnet, und einen zweiten Satz von Elementen
(Spalten), die sich in einer zweiten Richtung erstrecken, meistens
als Spaltenrichtung bezeichnet, der den ersten Satz von Elementen
schneidet, wobei jeder Schnittpunkt ein Pixel (einen Punkt) oder
einen Satz von Pixeln definiert. Die Zuführung einer geeigneten Spannung
zu diesen Elementen oder Teilen der genannten Elementen (wie Elektroden)
schafft einen physikalischen Effekt oder einen chemischen Effekt
an dem Schnittpunkt oder in der Nähe desselben, was direkt oder
indirekt zu der Erzeugung sichtbaren Lichtes an einem Pixelpunkt meistens
in der Nähe
des Schnittpunktes an dem Wiedergabeschirm führt.
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Eine
Matrix-Wiedergabeanordnung umfasst weiterhin Mittel zum Empfangen
eines Informationssignals mit Information, die dem ersten und dem zweiten
Element zugeführt
werden soll zum Erzeugen von Licht zu bestimmten Zeitpunkten an
den Pixelpunkten um an dem Wiedergabeschirm ein Bild zu schaffen.
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Obschon
die bekannte Matrix-Wiedergabeanordnungen immer mehr Verwendet werden,
zeigen für
viele Applikationen die bekannten Anordnungen Schwächen. Matrix-Wiedergabeanordnungen
auf Basis von LCD-Effekten haben eigentlich eine geringe Leuchtdichte
(Lichtertrag) und einen relativ geringen Betrachtungswinkel. Die
Umschaltgeschwindigkeit bei Wiedergabeanordnungen, bei denen ein
Element zwischen zwei chemischen Zuständen umgeschaltet wird, ist
meistens relativ gering und Alterung bildet auch ein Problem. Matrix-Wiedergabeanordnungen,
bei denen (Zeilen) Kathoden verwendet werden, haben das Problem,
dass verschiedene Kathoden, sogar mit den gleichen Spannungen, unterschiedliche
Beträge
an Elektronen aussenden, was, sogar bei denselben Spannungseinstellungen,
zu wesentlichen Unterschieden zwischen Leuchtdichtewerten von Pixeln
führt,
wobei für
diese Leuchtdichteunterschiede das menschliche Auge, sogar für geringe
Unterschiede, sehr empfindlich ist. Entgegenwirkung gegen derartige
negative Effekte erfordert meistens, dass in der Anordnung Messanordnungen und
schnelle und aufwändige
Rückkopplungsschleifen
zum Korrigieren dieser Effekte vorgesehen werden. Unterschiede in
Alterungseffekten zwischen den Kathoden haben auch einen negativen
Einfluss auf das Bild. Thermische Drift durch eine langsame Aufwärmung der
Anordnung oder von Teilen der Anordnung verursachen ebenfalls eine
Reduktion der Bildqualität.
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Matrix-Wiedergabeanordnung,
wie diese im Oberbegriff des Anspruchs 1 definiert sind, sind aus US-5982086,
US-5442253, US-5378963 und US-5729244 bekannt.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es
ist nun u. a. eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen alternativen
Typ von Matrix-Wiedergabeanordnungen zu schaffen, durch die ein
oder mehrere der oben genannten Probleme verringert werden.
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Dazu
weist die Matrix-Wiedergabeanordnung das Kennzeichen auf, dass die
Matrix-Wiedergabeanordnung Hohlräume
mit Wänden
aufweist, von denen wenigstens eine Wand mit einem Material mit
einem sekundären
Emissionskoeffizienten über Eins
bedeckt ist, wobei die Hohlräume
eine flache Anordnung bilden, im Wesentlichen parallel zu dem Wiedergabeschirm,
wobei der Wiedergabeschirm ein Phosphor-Wiedergabeschirm ist, wobei
die Hohlräume
mit Elektroden versehen sind, und die Wiedergabeanordnung eine Schaltungsanordnung
aufweist zum Liefern einer schwingenden AC-Spannung zu den genannten
Elektroden zum Erzeugen von Elektronen in den Hohlräumen, und
zwar durch sekundäre
Elektronenemission, wobei die Hohlräume Öffnungen haben, die dem Schirm
zugewandt sind, wobei die Wiedergabeanordnung eine Schaltungsanordnung
aufweist zum selektiven Erzeugen von Elektronen, die in den Hohlräumen erzeugt
worden sind, durch die genannten Öffnungen hindurchgehen und Elektronen,
die durch die genannten Öffnungen
hindurch gegangen sind, zu dem Phosphor-Wiedergabeschirm hin beschleunigt
werden.
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zum Betreiben
der Matrix-Wiedergabeanordnung, wie in Anspruch 7 definiert.
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Eine
hohe Effizienz und ein großer
Betrachtungswinkel werden erzielt, wenn ein Phosphor-Wiedergabeschirm
verwendet wird. Die Zufuhr einer schwingenden (meistens Hochfrequenz)
AC-Spannung erzeugt eine Elektronenwolke durch Multiplikation wegen
der sekundären
Elektronenemission. Die Intensität
der genannten Wolke zeigt, wie es den Erfindern klar wurde, wahrscheinlich
weil die Wolke gesättigt
ist, eine geringfügige
Variation zwischen Hohlräumen
oder in der Zeit. Auf diese Art und Weise sind Variationen in dem
Betrag an Elektronen, die aus den Hohlräumen gezogen werden, relativ
gering, was Probleme durch Variation in der Intensität reduziert. Weiterhin
sind schädliche
thermische Effekte viel kleiner als wenn heiße Kathoden verwendet werden. Während, wenn
Kathoden zum Erzeugen von Elektronen verwendet werden, die Wärmeerzeugung
lokalisiert ist (die Kathoden bilden "heiße
Stellen") und auch
von Kathode zu Kathode anders ist, ist die Wärmeerzeugung in der Anordnung
nach der vorliegenden Erfindung im Allgemeinen geringer und gleichmäßig über die
flache Anordnung von Hohlräumen verteilt,
was zu einer mehr gleichmäßig verteilten Wärmeerzeugung
führt,
wobei diese Wärme
ggf. auch einfacher abgeführt
werden kann. Dies reduziert das Auftreten von Differenzen in der
Temperatur wesentlich und dadurch auch die thermische Trift.
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Es
hat sich herausgestellt, dass die Erzeugung von sekundären Elektronen
durch ein HF-Feld ein bekannter Effekt ist. Der Effekt verursacht
Probleme, manchmal große
Probleme, in derartigen Anordnungen wie Klystrons und Stehwellenröhren. In
US 3.201.640 ist ein Elektronenstrahlerzeugungssystem für eine Elektronenstrahlröhre beschrieben
worden, wobei ein Satz konkaver Elektroden verwendet wird, zwischen
denen ein schwingendes elektrisches Feld vorgesehen ist. Bei dieser
bekannten Anordnung ist aber die Aufgabe, einen einzigen stiftartig
fokussierten Elektronenstrahl hoher Intensität in einer Standard-Elektronenstrahlröhre zu schaffen.
In einer derartigen Anordnung ist die Wärmeerzeugung dennoch lokalisiert,
treten dennoch große
thermische Differenzen und eine thermische Trift auf, und kann weiterhin das
bekannte Elektronenstrahlerzeugungssystem nicht verwendet werden,
und ist auch nicht geeignet zur Verwendung in einer Matrix-Wiedergabeanordnung.
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Vorzugsweise
umfasst die Anordnung von Hohlräumen
längliche
Hohlräume,
die sich in einer Richtung parallel zu einer Reihe oder einer Spalten erstrecken,
wobei die länglichen
Hohlräume
durch eine Wand voneinander getrennt sind. Eine derartige Anordnung
bietet, im Vergleich zu Anordnungen, bei denen ein einzelner Hohlraum
für jedes
Pixel vorgesehen ist, eine Vereinfachung des Entwurfs. Dies verringert
auch die Hochfrequenz, was vorteilhaft ist, da im Allgemeinen gilt:
je niedriger die Hochfrequenz, umso einfacher kann die Elektronik
sein.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNG
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben.
Es zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer Matrix-Wiedergabeanordnung,
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2 bis 4 eine schematische
Darstellung des Basisarbeitsprinzips der Matrix-Wiedergabeanordnung
nach der vorliegenden Erfindung,
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5A und 5B Einzelheiten
eines Ausführungsbeispiels
einer Matrix-Wiedergabeanordnung
nach der vorliegenden Erfindung,
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6 eine
Darstellung eines Antriebsschemas für die in den 5A und 5B dargestellten Anordnung,
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7 bis 13 einige
Ausführungsformen der
Wiedergabeanordnung nach der vorliegenden Erfindung.
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Die
Figuren sind nicht maßstabsgerecht.
Im Allgemeinen sind gleiche Elemente durch entsprechende Bezugszeichen
in den Figuren angegeben.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1 zeigt
schematisch ein weitgehend vereinfachtes elektrisches Äquivalent
einer Matrix-Wiedergabeanordnung 1. Es umfasst eine Anzahl
Reihenelemente 7 und Spaltenelemente 6, die sich
in einer Matrix von Schnittpunkten 10 schneiden. Die Reihenelemente
r1 bis rm können
mit Hilfe einer Reihentreiberstufe 4 aktiviert werden,
während
die Spaltenelektroden c1 bis cn über
eine Spaltentreiberstufe 5 mit Daten versehen werden.
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Dazu
können
eintreffende Daten 2 zunächst verarbeitet werden, und
zwar nötigenfalls
in einem Prozessor 3. Gegenseitige Synchronisation zwischen
der Reihentreiberstufe 4 und der Datenspaltentreiberstufe 5 kann
stattfinden.
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Signale
von der Reihentreiberstufe 4 und der Spaltenreihenstufe 5 aktivieren
selektiv einen Schnittpunkt 10. Meistens umfasst ein Spaltenelement 6 eine
Elektrode, die eine derartige Spannung gegenüber einer Elektrode eines Reihenelementes 7 erfordert,
das der Schnittpunkt aktiviert wird und dass dadurch ein Pixel in
einem Wiedergabeschirm, das mit dem betreffenden Schnittpunkt assoziiert
ist, aktiviert wird (oder deaktiviert wird, aber auf jeden Fall ein
sichtbarer Effekt in dem Pixel erzeugt wird). Diese Figur zeigt
auf eine sehr vereinfachte schematische Art und Weise den Basisentwurf
vieler Matrix-Wiedergabeanordnungen. Es gibt Elektroden (von Elementen 6, 7)
denen mit Hilfe einer Treiberschaltung 4, 5 selektiv
Spannungen zugeführt
werden können. Wenn
die geeigneten Spannungen einem Schnittpunkt eines Spaltenelementes
und eines Reihenelementes zugeführt
werden, wird ein physikalischer oder chemischer Effekt erzeugt,
wobei dieser Effekt unmittelbar oder mittelbar An einem mit dem
genannten Schnittpunkt assoziierten Pixelelement Licht erzeugt oder
den physikalischen oder chemischen Zustand eines Elementes an dem
Schnittpunkt oder in der Nähe
desselben, was einen sichtbaren Effekt erzeugt. Eine sequentielle
oder gleichzeitig auftretende Aktivierung der Schnittpunkte und
dadurch der Pixel an einem Wiedergabeschirm wird verwendet zum Erzeugen
eines Vollbildes. Dies kann zeilenweise und in verschiedenen Antriebsschemen
durchgeführt werden,
wobei sich die vorliegende Erfindung nicht auf diese Antriebsschemen
beschränkt,
es sei denn und insofern derartige Antriebsschemen mit bevorzugten
Ausführungsformen
der Matrix-Wiedergabeanordnung nach der vorliegenden Erfindung assoziiert sind.
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Es
sind viele derartige Matrix-Wiedergabeanordnungen bekannt und reichen
von Plasmaschirmen (PDPs), Plasma-adressierten LCD-Platten (PALCs),
LCDs bis Polymer-LEDs (PLEDs) bis elektrolumineszierende (EL) Wiedergabeanordnungen bis
Flachbildschirme, wobei Elektronen erzeugt werden, beispielsweise
durch Zeilenkathoden. Derartige Wiedergabeanordnungen werden, nicht
aber ausschließlich,
für PCs,
Fernsehgeräte
usw. verwendet. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung soll unter
Pixeln verstanden werden: alle adressierbaren Elemente, die ein
sichtbares Bild ergeben.
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Obschon
die bekannten Matrix-Wiedergabeanordnungen für viele Applikationen immer
mehr verwendet werden, zeigen die bekannten Anordnungen Schwächen.
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Matrix-Wiedergabeanordnungen
auf Basis von LCD-Effekten haben intrinsik eine relativ geringe Leuchtdichte
(Lichtertrag) und einen relativ geringen Betrachtungswinkel. Die
Wiedergabeanordnungen, bei denen ein Element zwischen zwei chemischen Zuständen umgeschaltet
wird, sind meistens relativ langsam und Alterung bildet ein Problem.
Matrix-Wiedergabeanordnungen,
bei denen (Zeilenkathoden) verwendet werden, haben das Problem, dass
verschiedene Kathoden, sogar bei denselben Spannungen, verschiedene
Beträge
an Elektronen aussenden, wodurch, dass sogar bei gleichen Einstellungen,
Unterschiede zwischen Leuchtdichtewerten von Pixeln verursacht werden,
wobei das menschliche Auge, sogar für geringe Unterschiede, sehr
empfindlich ist. Entgegenwirkung gegen derartige Effekte erfordert
meistens Messanordnungen in der Anordnung und schnelle und teure
Rückkopplungsschleifen
zum Korrigieren dieser Effekte. Eine Differenz in den Alterungseffekten
zwischen den Kathoden hat auch einen negativen Einfluss auf das Bild.
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2 (wobei A nur elektrische Elemente zeigt,
während
B auch einige physikalische Elemente zeigt) illustriert schematisch
das Basisprinzip der Matrix-Wiedergabeanordnung nach der vorliegenden Erfindung.
In einem Hohlraum, in dieser Ausführungsform einem länglichen
Element 20, ist ein Elektronenerzeugungsmechanismus dadurch
vorgesehen, dass zwischen zwei Elektroden 21, 22 im
Vakuum in dem länglichen
Element oder in der Näher
desselben eine schwingende (meistens Hochfrequenz) Spannung zugeführt wird.
Die Zufuhr der schwingenden Spannungen erzeugt ein Schwingungsfeld
innerhalb des länglichen
Elementes. Wenigstens eine der Innenseiten der Wände 23 (die bei Ausführungsbeispielen
aus Glas hergestellt werden könnten)
des Hohlraums 20 ist mit einem Material 24 versehen (beispielsweise
einer Schicht aus oder mit einer Al-Mg-Verbindung), das einen Sekundäremissionskoeffizienten
hat, der höher
ist als Eins. Das Merkmal, dass eine Wand mit dem genannten Material versehen
ist, umfasst, aber dies ist keine Begrenzung, Ausführungsformen,
bei denen eine Schicht auf der Wand vorgesehen ist oder in der Material
mit dem Material der Wand vermischt ist, das dieselben Eigenschaften
hat.
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Ein "Ausgangs"-Elektron (kosmische
Strahlung oder locker verbunden mit der Elektrodenfläche oder
geliefert von anderen Mitteln zum Starten des Prozesses) 26 (siehe 3)
wird durch das angelegte Feld innerhalb des Hohlraums beschleunigt,
stößt an einer
Wand mit einem Material, das einen Sekundäremissionskoeffizienten hat,
der höher
ist als Eins und erzeugt sekundäre
Elektronen. Wenn das Feld umgekehrt wird, werden die se sekundären Elektronen
an sich wieder beschleunigt und stoßen an eine gegenüberliegende
Wand, wodurch wieder sekundäre
Elektronen erzeugt werden. Wenn die mittlere Auftreffenergie der
Elektronen groß genug
ist (> E1, wobei E1
die Energie ist, für
die der Sekundäremissionskoeffizient über Eins
hinaussteigt), übersteigt
der Sekundäremissionskoeffizient δ Eins und
es tritt Multiplikation auf. Auf diese Art und Weise kann, ausgehend
von einem einzigen Elektron, eine Elektronenwolke erzeugt werden,
die zwischen den zwei Elektroden hin und her prellt. Die Auftreffenergie
wird u. a. durch die HF-Amplitude, die Ladungsdichte und die Länge der
Hohlräume
bestimmt. Die hohe Frequenz ist an die Flugzeit der Elektronen zwischen
den Platten angepasst, wobei diese Zeit an sich wieder von der HF-Amplitude
abhängig
ist. Das Elektrodenmaterial ist vorzugsweise ein guter Sekundäremitter,
damit die HF-Amplitude eingehalten und die Frequenz niedrig gehalten
wird. Bei Ausführungsformen
wird eine Al-Mg-Verbindung verwendet. Gewünschtenfalls kann eine der
Elektrodenoberflächen
mit einer dielektrischen Schicht (bedeckt mit beispielsweise MgO)
bedeckt sein. Derartige Schichten können verwendet werden zur Steuerung
des (Aufprall)Stromes.
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Es
sei bemerkt, dass die Elektronenwolke durch wiederholte Sekundärelektronenemission
erzeugt wird, wozu wenigstens eine Wand des Hohlraums mit einem
Material versehen wird, dessen Sekundäremissionskoeffizient höher ist
als Eins. Die bildet den Hauptelektronenerzeugungsprozess, der die Erzeugung
der Elektronenwolke antreibt. Insofern es sich um etwaiges Gas in
dem Hohlraum handelt, ist der Gasdruck vorzugsweise so gering, dass
der mittlere Abstand, den ein Elektron zurücklegen kann, bevor es eine
Interaktion mit einem Gasmolekül
gibt, wenigstens so groß ist,
vorzugsweise zweimal so groß ist
und noch lieber fünfmal
oder noch mehr so groß ist
wie der mittlere Abstand, den ein Elektron zwischen Wänden zurücklegt.
Bei hohem Druck absorbiert das Gas viel von den erzeugten Elektronen. Obschon
der Gasdruck folglich niedrig ist, wobei der Hauptprozess ein Vakuum-Entladungsprozess
ist, wobei die Hauptelektronenerzeugung dadurch verursacht wird,
dass Elektronen gegen die Wand stoßen und dadurch wieder Sekundärelektronen
erzeugen, wobei dieser Prozess im Vakuum spielt, kann ein gewisses
Restgas vorhanden sein, und zwar wegen einer unvermeidbaren Restgaserzeugung,
aber in einer bevorzugten Ausführungsform
ist eine winzige Spur von gas sogar günstig für die Erzeugung der "Ausgangselektronen" (siehe oben) um
die Kaskade von sekundären
Elektronenmultiplikation zu starten.
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Ein
Teil der erzeugten Elektronen gehen weiter und werden vorzugsweise
durch eine Öffnung 27 in
einer der Wände
des Hohlraums extrahiert, mit (bei bevorzugten Ausführungsformen)
oder ohne die Hilfe eines zusätzlichen
Extraktionsfeldes, wobei ein Elektronenstrahl 26 gebildet
wird. Für
jeden Schnittpunkt kann ein Hohlraum vorgesehen werden, aber bei
bevorzugten Ausführungsformen
umfasst die Anordnung von Hohlräumen
längliche
Elemente (wie in dieser Figur und in weiteren Figuren dargestellt),
die sich parallel zu den Reihen oder Spalten erstrecken. Derartige "rohrförmige" Hohlräume vereinfachen
den Entwurf. In dieser Figur und in den weiteren Figuren erstrecken
sich die Hohlräume
in der Reihenrichtung. Aber, obschon nicht dargestellt, können Hohlräume sich
auch in der Spaltenrichtung erstrecken.
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Die
Elektronen in dem Strahl 26 werden in Richtung und zu einem
Phosphorschirm 41 (4) auf einem
Wiedergabeschirm 40 beschleunigt, treffen auf die Phosphoren,
wodurch die Phosphoren angeregt werden, und verursachen dadurch
die Erzeugung von Licht. Die typischen Werte zum Erzeugen von Elektronen
mit Hilfe eines HF-Feldes
für einen Abstand
d zwischen den Platten gleich 1 cm wären Spitzenspannungen in der
Größenordnung
von 100 Volt, eine Frequenz in der Größenordnung von 100 MHz, eine
Skalierung mit l/d, ein Vakuumstrom von 1–10 A/m2,
eine Skalierung mit l/d und eine Stromverbrauch von etwa 35 W/A
(unabhängig
von d). Die Elektronen werden innerhalb einer evakuierten Hülle erzeugt.
In 4 gehen die Elektronen einfach durch die Öffnung und
werden in Richtung des Schirms beschleunigt. In einer bevorzugten
Ausführungsform aber
kann die Extrahierung von Elektronen zum aktiven Extrahieren der
Elektronen aus der Öffnung
vorgesehen werden.
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Die
Verwendung eines Phosphorschirms ermöglicht es, dass ein helles
Bild mit einem großen maximalen
Betrachtungswinkel erhalten wird. Die Leistungsaufnahme innerhalb
der evakuierten Hülle wird über den
ganzen Schirm verteilt. Es gibt keine heiße Stellen, die zu Problemen
führen.
Die Erfinder haben weiterhin erkannt, dass Variation zwischen Hohlräumen und
Alterungseffekte im Vergleich zu derartigen Effekten bei anderen
bekannten Anordnungen relativ geringe Effekte sind. Dies ist wahrscheinlich
dem Umstand zu verdanken, dass eine gesättigte Elektronenwolke gemacht
wird.
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5A und 5B zeigen
Einzelheiten eines Ausführungsbeispiels
einer Matrix-Wiedergabeanordnung nach der vorliegenden Erfindung.
In den genannten 5A und 5B ist
eine Wiedergabeanordnung dargestellt, die Hohlräume 20 aufweist, die
eine erste Elektrode 215 in einer horizontalen Richtung
(Reihen) und eine zweite Elektrode 225 in einer vertikalen
Richtung (Spalten) haben. Jedes längliche Element hat zwei Seitenwände 51.
An dem Schnittpunkt der Reihen und Spalten wird Elektronenerzeugung
durch sekundäre
Emission entsprechend dem allgemeinen oben beschriebenen Prinzip angewandt
um Pixel einzuschalten. Bei dieser Ausführungsform bilden die Hohlräume 20 deswegen eine
Anordnung von Hohlräumen,
länglich
in einer ersten Richtung, wobei jeder Hohlraum eine erste Elektrode 215 aufweist,
die sich in der genannten Richtung erstreckt, wobei die Anordnung
von Hohlräumen
mit zweiten Elektroden 225 versehen wird, die sich senkrecht
zu den ersten Elektroden erstrecken und wobei im Betrieb eine Schwingungswechselspannung
selektiv zwischen einer der ersten und einer der zweiten Elektroden
vorgesehen wird.
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6 zeigt
ein einziges Antriebsschema.
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In
dieser Ausführungsform
wird einer einzigen Reihe ein HF-Signal mit einer Spitzenspannung V1 zugeführt.
Wenn eine Spalte geerdet wird, übersteigt
die Amplitude der Hochfrequenz eine bestimmte Schwelle und startet
die Erzeugung von Elektronen durch Multiplikation. Ein Bruchteil
(abhängig
von der Größe des Lochs)
wird durch die Öffnung
in der Spalte übertragen
(siehe 5B) und wird zu einem Phosphorschirm
beschleunigt, an dem eine Hochspannung VHV anliegt
(siehe 4). Pixel, die ausgeschaltet werden, haben eine
hohe negative Spannung > –Vr) an den entsprechenden Spalten, wodurch
sie die Elektronen abweisen und der Multiplikationsprozess beendet
wird. Die Reihen, die nicht auf einer HF-Spannung liege, könnten in
dem Fall, wo es zwischen den Reihen Distanzelemente gibt, geerdet werden.
Dies sind die bevorzugten Signale zu den reihen und Spalten mit
der geringsten Verlustleistung und EMC. Vorzugsweise ist zwischen
der Phosphorschicht 41 und der Wiedergabeplatte 40 eine ITO-Schicht 42 vorgesehen.
Die ITO-Schicht wirkt wie ein EMC-Schirm, der die elektromagnetische
Interferenz reduziert.
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Noch
ein anderes Antriebsschema ist:
An eine Reihe wird eine HF-Spannung
Vr angelegt und eine andere HF-Spannung mit einer
entgegengesetzten Phase wird an die Spalten (–Vr)
angelegt, wenn das Pixel der Reihe, welche die Spalte kreuzt, Licht
erzeugen soll. Andere Spalten haben eine hohe negative Spannung
(> –Vr), so dass keine Elektronen hindurch können und
die Energie der Elektronen, die an die Platten stoßen, niedriger
ist als E. Auf diese Art und Weise ist für Pixel, die eingeschaltet
werden, die HF-Spitzenspannung 2Vp + 2Vr/Diese Pixel erzeugen Licht, während für die anderen
Pixel kein Licht erzeugt wird. Da jedes Pixel nur Licht er zeugt, wenn
den Spalten eine HF-Spannung entgegengesetzten Vorzeichens zugeführt wird,
kann die Zeit, in der in jedem Zeitschlitz Licht erzeugt wird, geregelt werden,
und dadurch kann die leuchtdichte des Pixels geregelt werden.
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In 7 ist
ein Entwurf, entsprechend dem aus den 5A und 5B,
dargestellt mit dem Unterschied aber, dass zwischen jeder n. und
(n + 1). Reihe, wobei n > 1,
Distanzelemente vorgesehen sind, d.h. jeder Hohlraum 20 umfasst
mehr als nur eine Reihenelektrode 217. Die Tiefe der Hohlräume 20 ist
abhängig
von der Frequenz der Spannungsquelle, die geeignet ist zum betreiben
einer derartigen Platte. Wenn eine Frequenz um etwa 100 MHz herum
verwendet wird, ist eine Tiefe von etwa 1 cm erforderlich. Wenn
eine Wiedergabeanordnung mit einer derartigen Tiefe und mit einer
Zeilenbreite in der Größenordnung
von 1 mm gemacht wird, kann die Wand eine wichtige Rolle spielen,
ob Elektronenerzeugung dennoch möglich
ist. Es wird bevorzugt, die Höhe
der Hohlräume 20 in
der Tiefenordnung von etwa 1 cm zu machen, wodurch sie mehrere Reihen enthalten.
In einem extremen Beispiel könnte
die Anzahl Distanzelemente sogar auf ein Distanzelement an jeder
Seite der Wiedergabeanordnung reduziert werden. Der Antrieb dieser
Wiedergabeanordnung ist ähnlich
wie oben beschrieben, unter der Bedingung aber, dass die Reihen,
die sich in demselben länglichen
Element 20 befinden(nicht durch Distanzelemente getrennt)
vorzugsweise auf einer positiven Spannung liegen, die größer ist
als die Spaltenspannung. Dies wird vermeiden, dass die Pixel, die
nicht eingeschaltet werden, Elektronen empfangen werden und folglich
auch Licht ausstrahlen oder wenigstens diese Effekte reduzieren.
Der Vorteil der bisher dargestellten Entwürfe ist, dass die Wiedergabestruktur
einfacher ist, und zwar für
Reihenelektroden, Spaltenelektroden und einen ITO-Hochspannungsschirm.
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Ein
anderer Entwurf ist in 8 dargestellt, wobei ganze Zeilen
viele sekundäre
Elektronen erzeugen. Dies hat den Vorteil, dass es notwendig ist, dass
der Multiplikationsprozess für
jedes Pixel ein- und ausgeschaltet wird. Jeder längliche Hohlraum 20 hat
nun zwei Reihenelektroden 21 und 228 (auf diese Art
und weise parallel zueinander) wobei zwischen diese zwei Reihenelektroden
ein HF-Signal angelegt wird. Die HF-Hohlräume (durch die Hohlräume oder in
denselben oder in einem Teil der genannten Elemente gebildet) werden
zeilenweise aktiviert. An der Phosphorschirmseite haben die Reihen
Löcher,
aus denen Elektronen extrahiert werden können. Dazu sind Spaltenelektroden 81 bei
den Öffnungen
vorgesehen, mit deren Hilfe die Elektronen extrahiert werden können. Die
Pixelselektion erfolgt mit geeigneten Selektionsspannungen an den
Spalten, wie in
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9 dargestellt.
Die Signale für
die Hochfrequenz, die Reihen und die Spalten können auf gleiche Art und weise
gewählt
werden, wie oben erwähnt.
Nachstehend folgen noch mehr weitere Möglichkeiten.
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Es
ist möglich,
ein HF-Signal mit einer Spitzenspannung Vr zu
dem Reihenleiter 22 zuzuführen, wobei der Reihenleiter 21 nach
Erde verbunden ist, sogar wenn die Reihenleiter nicht selektiert
worden sind. Die meisten Elektronen stoßen auf den Gitterreihenleiter 22,
wenn die Reihenspannung Vr ist. Wenn eine
Spaltenelektrode 81 auf eine Spannung gesetzt wird, die
kleiner ist als Vr und vorzugsweise kleiner
als –Vr, werden die Elektronen aus dem Spaltengitter
abgewiesen, wodurch auf diese Weise das Pixel abgeschaltet wird.
Wenn die Spalte auf eine Spannung gesetzt wird, die größer ist
als Vr, können die Elektronen durch das
Spaltengitter hindurch eintreten und zu dem Phosphorschirm 41 hin beschleunigen,
wodurch der Schnittpunkt der Reihe und der Spalten aktiv wird und
das Pixel eingeschaltet wird, d.h. an dem Phosphorschirm leuchtet
das Pixel auf. In dieser Situation wird die Spannung durch den Hohlraumleiter,
der DC aufweist, sowie durch den ITO Phosphorschirm schön abgeschirmt,
wodurch auf diese Weise ein sehr effektiver EMC-Schutz geschaffen wird.
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Es
ist ebenfalls möglich,
dem Reihenleiter 21 mit dem Reihenleiter 22 und
den anderen Reihenleitern, die nicht selektiert sind um nach Erde
verbunden zu werden (oder auf einer niedrigen DC-Spannung liegen)
ein HF-Signal mit einer Spitzenspannung Vr zuzuführen. Auf
diese Art und Weise ist das HF-Reihensignal nun im Vergleich zu
der vorhergehenden Situation an dem gegenüber liegenden Reihenleiter.
Die Reihenleiter 21, die abgeschaltet sind, werden geerdet,
sogar wenn die entsprechenden Reihenleiter 22 (oder diese
Reihen sind auf einer niedrigen negativen Spannung, wodurch auf
diese Weise die Möglichkeit
reduziert wird, dass die Elektronen durch das Reihengitter hindurch
gehen können).
Wenn eine Spaltenelektrode 81 auf eine Spannung gesetzt
wird, die kleiner ist als die Reihenspannung Vr,
werden die Elektronen von dem Spaltengitter abgewiesen, wodurch
auf diese Weise das Pixel abgeschaltet wird. Wenn die Spaltenelektrode 81 auf eine
Spannung gesetzt wird, die größer ist
als die Reihenspannung Vr, können die
Elektronen durch die Öffnung
in oder in der Nähe
von der Spaltenelektrode eintreten und zu dem Phosphorschirm 41 hin
beschleunigt werden, wodurch auf diese Art und Weise das Pixel eingeschaltet
wird. Durch die Tatsache, dass die HF-Spannung an der Rückseite
ist, wird vorzugsweise eine zusätzliche
EMC Abschirmung vorgesehen um EMC-Strahlung zu reduzieren.
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An
einen Reihenleiter 21 (angegeben durch die niedrig werdende
Reihe) wird eine HF-Spannung von ½-Vrf angelegt,
und eine andere HF-Spannung von –1/2-Vrf folglich
mit entgegengesetzter Phase wird an den Hohlraumleiter angelegt,
wodurch auf diese Weise dieser betreffende Leiter eingeschaltet wird.
Die Elektronen können
durch das Reihengitter hindurch, wenn die HF-Spannung an der Reihe
Vr ist. Die Spaltenselektion muss mit einer
Spannung erfolgen, die größer ist
als Vr um ein Pixel einzuschalten und kleiner
als Vr um ein Pixel abzuschalten. Der Vorteil
eines Antriebs eines Pixels dadurch, dass zwei Elektroden mit HF-Spannungen
entgegengesetzter Phase versehen werden, ist, dass die elektromagnetischen
Streufelder, verursacht durch die Zuführung der genannten Felder
entgegengesetzter Phase, gleichen einander wenigstens teilweise
aus, wodurch EMC und elektromagnetische Interferenz reduziert wird.
Auch die Spitzenspannung jedes dieser Signale wird reduziert (von
2Vrf zu Vrf), was
von dem Gesichtspunkt der Elektronik und des Energieverbrauchs günstig ist.
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10 zeigt
noch eine andere Ausführungsform
einer Wiedergabeanordnung nach der vorliegenden Erfindung, die als
eine Kombination der Ausführungsformen
der 8 und 9 betrachtet werden kann (reihenweise
Erzeugung von Elektronen und einzelne Spaltenextraktion) und 7,
d.h. mehr Reihen je HF-Hohlraum. In 10 ist
die Situation dargestellt, wenn es mehr Reihen innerhalb eines einzigen
HF-Hohlraums gibt. In dieser Wiedergabeanordnung muss vermieden
werden, dass mehr Reihen in demselben HF-Hohlraum 20 selektiert werden.
Bei Ausführungsformen
geschieht dies dadurch, dass diese Reihen auf eine negative Spannung
(< –Vr) gesetzt
werden, wodurch vermieden wird, dass die Elektronen durch diese
Reihen hindurchgehen. Die Elektrode 21 könnte als
eine einzige breite Elektrode ausgebildet werden. Der Rest ist ähnlich,
wie oben erläutert.
Der Vorteil ist, dass eine HF-Spannung je Reihe vorhanden ist und
deswegen muss auch der Multiplikationsprozess starten. Dazu sind genügend freie
Elektronen zum Starten vorhanden. Wenn einige Öffnungen zwischen vorhergehenden Reihen
oder Hohlräumen
vorhanden sind, könnte
die Reihe in einer Zeitabtastung von oben nach unten sich kräuseln. Bei
der obersten Reihe könnte
der Prozess gestartet werden oder mit einer anderen Elektronenquelle
geholfen werden, beispielsweise mit einem sehr kleinen thermischen
Emitter. Es sei bemerkt, dass ein derartiger Emitter nur zum Starten des
Multiplikationsprozesses erforderlich ist, er liefert nicht das
Elektron, das auf den Phosphorschirm stößt. Deswegen braucht ein derartiger
Startemitter nicht mehr Leistung. Da die ganze Reihe eingeschaltet
werden soll, soll irgendwo in dieser Reihe die Multiplikation vorhanden
sein, und sie wird sich in horizontaler Richtung erweitern, bis
die ganze Reihe eingeschaltet ist.
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Noch
eine andere Ausführungsform
ist in 11 dargestellt, wobei das Antriebsschema
dieser Ausführungsform
in 12 schematisch. dargestellt ist. In dieser Ausführungsform
findet eine sekundäre Elektronenerzeugung
in großen
HF-Hohlräumen 20 statt
(mehrere Reihen breit), wie in 11 dargestellt.
Auf der einen Seite der Hohlraumelektroden ist ein Elektrodengitter
vorhanden, das eine Reihenselektionselektrode 22 und eine
Spaltenselektionselektrodenstruktur 81 aufweist, wobei
von dieser Reihe und Spalte eine Selektion von Elektronen durchgeführt werden
kann. Die extrahierten Elektronen werden zu einem Phosphorschirm
hin beschleunigt. In dieser Ausführungsform
erfolgt die sekundäre
Elektronenerzeugung in einzelnen Hohlräumen 20, die sich
parallel zu den Reihenleitern 22 erstrecken. Ein derartiger
Hohlraum schafft mehr als nur eine einzige Reihe mit sekundären Elektronen.
Mit einzelnen Reihen- und Spaltenselektionssignalen könnten die
Pixel selektiert werden, welche die Elektronen zu dem Phosphorschirm
hin beschleunigen, wodurch Licht emittiert wird. Die Hochfrequenz
in dem Hohlraum hat Spannungen zwischen –Vrf und
Vrf, wie in 12 dargestellt.
Wenn die Hohlraumelektrode, die der Reihengitterelektrode am nächsten liegt,
auf Vrf liegt, können die Elektronen durch das
Gitter hindurch gehen, wenn die Reihenspannung Vr größer als
oder gleich VRF ist. Zum Sperren der Elektronen
muss die Reihenspannung kleiner sein als VRF.
Die Spaltenselektion kann mit Spannungen geschaltet werden, die größer sind
als Vr um ein Pixel in einer Leitungsreihe einzuschalten.
Zum Sperren der Elektronen muss die Spaltenspannung kleiner sein
als Vr. Der HF-Hohlraum kann so groß sein wie
die ganze Wiedergabeanordnung mit Distanzelementen an den Rändern.
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Zum
Schluss ist, als weitere Ausführungsform
einer Matrix-Wiedergabeanordnung nach der vorliegenden Erfindung
in 13 eine Wiedergabeanordnung mit einem großen transponierten
Hohlraum HF-Elektronenerzeugung und einzelnen Reihen- und Spaltenselektionen
dargestellt.
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Diese
Ausführungsform
entspricht den oben stehenden nahezu völlig, aber die Elektronenerzeugung
erfolgt senkrecht zu der Elektronenerzeugung, wie in 13 dargestellt.
Die Elektronenerzeugung erfolgt auch in HF-Hohlräumen 20, die eine
Reihe breit sind und mehrere Reihen überlappen. In dem Extremfall
ist nur ein einziger Hohlraum vorhanden und Elektronenerzeugung
erfolgt für
die ganze Wiedergabeanordnung. Auf der einen Seite der Hohlraumelektroden
ist eine Gitteranordnung vorhanden mit Reihenselektionselektroden 131 und
Spaltenselektionselektroden 81, mit deren Hilfe eine Reihen-
und Spaltenselektion von Elektronen durchgeführt werden kann, wobei das
extrahierte Elektron zu einem Phosphorschirm 41 hin beschleunigt
wird. Die Antriebssignale für
diese Ausführungsform
sind den Signalen, wie diese oben gegeben und in 12 dargestellt
wurden, nahezu gleich. Es soll darauf geachtet werden, dass ein
einwandfreies Extraktionssignal geschaffen wird, um zu vermeiden,
dass das Reihensignal allzu sehr das elektrische Hohlraumfeld stört. Der
Vorteil dieser Struktur ist, dass die Tiefe der Wiedergabeanordnung
kaum abhängig
ist von der Größe der Hohlräume. Die
Größe des Hohlraums
kann derart gewählt
werden, dass er einer bevorzugten Frequenz entspricht. Ein Nachteil
kann gebildet werden durch die Tatsache, dass Nichteinheitlichkeit
eingeführt
werden kann, und zwar durch die Abhängigkeit von dem Abstand der
Reihe von dem Hohlraumelektroden.
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Zusammengefasst
kann die vorliegende Erfindung wie folgt beschrieben werden: ein
Verfahren zum Antreiben der genannten Matrix-Wiedergabeanordnung,
wie in Anspruch 7 definiert.
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Während die
vorliegende Erfindung im Zusammenhang mit bevorzugten Ausführungsformen beschrieben
worden ist, dürfte
es einleuchten, dass die vorliegende Erfindung nur durch den Rahmen
der beiliegenden Patentansprüche
begrenzt ist.
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Bezugszeichen
begrenzen den Rahmen der Patentansprüche nicht. Das Wort "umfasst" schließt das Vorhandensein
anderer Elemente als diejenigen, die in einem Anspruch erwähnt worden
sind, nicht aus. Die Verwendung des Wortes "ein" vor
einem Element, schließt
das Vorhandensein einer Anzahl derartiger Elemente nicht aus.
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Es
ist beispielsweise möglich,
Reihen und Spalten zu vertauschen.
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Text in der
Zeichnung
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9
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10
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12
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