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Die Erfindung betrifft die Herstellung eines Flachbildschirms. Spezieller betrifft sie einen
Flachbildschirm mit einer Kathode, die Mikrospitzen für den elektronischen Beschuß einer
Anode, welche Lumineszenzelemente aufweist, umfaßt. Diese Art von Bildschirm wird
allgemein Mikrospitzen-Bildschirm genannt.
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Fig. 1 zeigt die Struktur eines Mikrospitzen-Flachbildschirms gemäß der Erfindung.
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Solche Mikrospitzen-Bildschirme bestehen hauptsächlich aus einer Kathode 1 mit
Mikrospitzen 2 und einem Gatter oder Gate 3 mit Löchern 4, welche den Positionen der Mikrospitzen 2
entsprechen. Die Kathode 1 ist so angeordnet, daß sie einer Kathoden-Lumineszenz-Anode 5
gegenüberliegt, die ein Glassubstrat 6 aufweist, welches die Bildschirmoberfläche bildet.
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Der Betrieb und die detaillierte Struktur eines solchen Mikrospitzen-Bildschirms sind in dem
U.S. Patent 4,940,916 des Commissariat à l'Energie Atomique beschrieben.
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Die Kathode 1 ist in Spalten angeordnet und ist auf einem Substrat 10, z. B. aus Glas, aus
Kathodenleitern gebildet, die ausgehend von einer leitenden Schicht in Maschen angeordnet
sind. Die Mikrospitzen 2 sind auf einer Widerstandsschicht 11 angeordnet, die auf den
Kathodenleitern abgelagert ist, und liegen innerhalb der Maschen, die durch die Kathodenleiter
definiert sind. Fig. 1 zeigt teilweise das Innere einer Masche, wobei die Kathodenleiter in
dieser Figur nicht dargestellt sind. Die Kathode 1 ist dem Gatter oder Gate 3 zugeordnet, das in
Zeilen angeordnet ist, wobei eine isolierende Schicht (nicht gezeigt) zwischen den
Kathodenleitern und dem Gatter 3 eingefügt ist. Der Schnittpunkt zwischen einer Zeile des Gatters 3
und einer Spalte der Kathode 1 definiert ein Pixel.
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Diese Einrichtung nutzt das elektrische Feld, das zwischen der Kathode 1 und dem Gatter 3
erzeugt wird, so daß Elektronen von den Mikrospitzen 3 in Richtung der
Lumineszenzelemente 7 der Anode 5 übertragen werden. Bei Farbbildschirmen ist die Anode 5 mit
wechselnden Lumineszenzelementen 7 versehen, die jeweils einer Farbe (blau, rot, grün) entsprechen.
Die Streifen sind voneinander durch ein Isoliermaterial 8 getrennt. Die Lumineszenzelemente
7 sind auf Elektroden 9 aufgebracht, die durch entsprechende Streifen einer transparenten
leitenden Schicht, wie Indiumoxid und Zinnoxid (ITO), gebildet werden. Die Gruppen der
blauen, roten und grünen Bänder sind abwechselnd in bezug auf die Kathode 1 polarisiert
oder vorgespannt, so daß die Elektronen, die aus den Mikrospitzen 2 eines Pixels der
Kathode/Gatter gezogen werden, abwechselnd in Richtung der jeder Farbe gegenüberliegenden
Lumineszenzelemente 7 gerichtet werden.
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Die Anordnung aus den zwei Substraten oder Platten, 6 und 10, welche die Anode 5 bzw. die
Kathode 1 tragen, bildet einen leeren Raum 12, in dem von der Kathode 1 ausgesandte
Elektroden zirkulieren.
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Ein Problem, das sich stellt, steht im Zusammenhang mit der Realisierung dieses Raums 12.
Tatsächlich muß der Abstand zwischen der Kathode 1 und der Anode 5 konstant sein, damit
die Helligkeit des Bildschirms über seiner gesamten Oberfläche gleichmäßig ist.
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Zu diesem Zweck werden üblicherweise Perlen (nicht gezeigt) verwendet, die z. B. aus Glas
hergestellt sind und zwischen dem Gatter 3 und der Anode 5 regelmäßig verteilt sind. Ein
Nachteil der Verwendung von Perlen, welche über die gesamte nutzbare Oberfläche des
Bildschirms verteilt sind, ist jedoch, daß sie Hindernisse im Weg der von den Mikrospitzen 2
ausgesandten Elektronen bilden. Diese Hindernisse erzeugen Schattenbereiche auf dem
Bildschirm, weil die Lumineszenzelemente 7, mit denen sie in Kontakt sind, keine Elektronen
empfangen können. Auch wenn die sphärische Form diesen Effekt begrenzen kann, indem sie
die Kontaktfläche zwischen dem Abstandshalter und einem Lumineszenzelement 7 verringert,
gilt dies nur für Perlen mit geringem Durchmesser.
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Tatsächlich sind, je größer der Durchmesser der Perlen ist, die Perlen auf der Oberfläche des
Bildschirms, wo sie Schattenzonen bilden, um so sichtbarer. Dies erfordert die Verwendung
von Perlen mit kleinerem Durchmesser, was die Dicke des Vakuumraums 12 und daher den
Abstand zwischen Anode 5 und Kathode 1 begrenzt. Je kleiner der Abstand zwischen Anode
5 und Kathode 1 ist, desto geringer muß die Anoden-Kathodenspannung sein, um die Bildung
von Spannungsbögen zu verhindern, welche den Bildschirm zerstören würden. Die Anoden-
Kathodenspannung ist jedoch direkt verknüpft mit der Helligkeit des Bildschirms. Wenn
daher die Schattenbereiche aufgrund der Abstandshalter durch Verringern des Durchmessers der
Abstandshalter verringert werden sollen, muß die Anoden-Kathodenspannung reduziert
werden, so daß die Helligkeit des Bildschirms gesenkt wird.
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Der Durchmesser der Perlen ist üblicherweise auf ungefähr 200 mm begrenzt, um die
Erzeugung von Schattenbereichen zu verhindern. Die Anoden-Kathodenspannung ist dann auf
ungefähr 500 bis 1000 Volt begrenzt.
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Die EP-A-0 616 356, die ein Dokument gemäß Artikel 54(3) EPÜ ist, offenbart einen
Mikrospitzen-Bildschirm, bei dem eine dünne Isolierschicht auf dem Gatter aufgebracht ist,
wobei der Abstand zwischen den Elektroden durch Abstandshalter definiert wird, die dicker als
die Isolierschicht sind.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die obigen Nachteile zu vermeiden, indem ein
Mikrospitzen-Bildschirm vorgesehen wird, der mit einer höheren Anoden-Kathodenspannung
arbeiten kann.
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Um diese Aufgabe zu lösen, sieht die Erfindung einen Flachbildschirm vor, mit einer
Kathode, welche Mikrospitzen für den elektronischen Beschuß in Zuordnung zu einem Gatter
aufweist, einer Anode, welche Lumineszenzelemente aufweist, und einem Raum zwischen den
Elektroden. Dieser Bildschirm umfaßt ferner eine Isolierplatte zum Definieren dieses Raums,
die Mitteln zugeordnet ist, um die Platte mit Abstand zu der Anode zu halten, wobei die Platte
Löcher aufweist, welche im Bereich der Mikrospitzen liegen.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die Mittel zum Halten der Platte mit
Abstand durch Perlen gebildet, welche zwischen der Platte und der Anode verteilt sind.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die Mittel zum Halten der Platte mit
Abstand durch Pfosten gebildet, die auf der Oberfläche der Platte, welche der Anode zugewandt
ist, vorgesehen sind.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfaßt die Platte ferner außerhalb der
Nutzoberfläche des Bildschirms eine Öffnung zum Aufnehmen eines Getterelementes.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Platte auf der Anodenseite mit einer
leitenden Schicht beschichtet.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die leitende Schicht in Richtung der Anode
reflektierend.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die leitende Schicht aus einem
Gettermaterial hergestellt.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Platte aus Glas hergestellt, und die
Löcher sind mittels Licht gebildet.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Dicke der Platte zwischen 0,2 und 2 mm
und die Mittel zum Halten der Platte mit Abstand zur Anode haben eine gegebene Dicke im
Bereich von 0,05 bis 0,2 mm.
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Die vorstehenden sowie weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben
sich deutlich aus der folgenden detaillierten Beschreibung bestimmter Ausführungsformen,
ohne Beschränkung hierauf, in Verbindung mit den Zeichnungen. In den Figuren zeigen:
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Fig. 1 erläutert den Stand der Technik und das zugrundeliegende Problem;
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Fig. 2 ist eine perspektivische Darstellung eines Abstandshalters gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung; und
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Fig. 3 ist eine schematische Schnittdarstellung eines Flachbildschirms gemäß der Erfindung.
Der Klarheit halber sind die Figuren nicht maßstäblich gezeichnet, und gleiche Elemente sind
in den verschiedenen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
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Ein wesentliches Merkmal der Erfindung besteht darin, Abstandshalter vorzusehen, deren
Struktur den Weg der Elektronen, die von der Kathode ausgesandt werden, nicht behindert,
und die eine Dicke haben, welche die Regelmäßigkeit der Lichtemission des Bildschirms
nicht beeinflußt.
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Wie in Fig. 2 gezeigt, verwendet die vorliegende Erfindung somit einen Abstandshalter 13 in
der Form einer Isolierplatte mit einer regelmäßigen Dicke und mit im wesentlichen dem
gleichen Oberflächenbereich wie die Kathode und die Anode des Bildschirms. Die Platte 13 weist
Löcher 14 auf, die jeweils im Bereich jedes Pixels liegen, das durch den Schnittpunkt einer
Gatter- oder Gatezeile und einer Kathodenspalte definiert wird, oder im Bereich jedes
Unterpixels liegt, das durch das Innere einer Masche der Kathodenleiter definiert wird.
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Wie in Fig. 3 gezeigt, sind der Platte 13 Mittel zum Halten derselben mit Abstand zur Anode
5 zugeordnet. Diese Mittel sind z. B. Perlen 20 kleinen Durchmessers, die zwischen der Platte
13 und der Anode 5 verteilt sind, wie in Fig. 3 dargestellt, oder Pfosten, die direkt auf der
Oberfläche der Platte 13, welche der Anode S zugewandt ist, ausgebildet sind. Die Pfosten
sind vorzugsweise so geformt, daß ihre Kontaktoberfläche mit der Anode 5 so klein wie
möglich ist. Die Pfosten können z. B. sphärisch oder in Richtung der Anode 5 spitz zulaufend
sein.
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Die Zuordnung der Platte 13 mit den Löchern 14 darin zu den Mitteln zum Abstandshalten
macht es somit möglich, kein Hindernis für die Elektrode zu bilden, welche von den
Mikrospitzen 2 der Kathode 1 ausgesandt werden, während ein großer Abstand zwischen den
Elektroden geschaffen wird.
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Die Platte 13 besteht z. B. aus Glas und die Löcher 14 können beispielsweise durch Belichten
gebildet werden.
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Die Löcher 14 können rund, quadratisch oder mit anderer Gestalt ausgebildet sein. Es muß
jedoch beachtet werden, daß die Größe der Löcher 4 und ihre Periodizität auf der Platte 13
derart gewählt sind, daß kein Moiré-Effekt auf der Bildschirmoberfläche sichtbar ist. Zu
diesem Zweck sollte sorgfältig beachtet werden, daß die Oberfläche eines Unterpixels, oder eines
Pixels, abhängig von der gewählten Ausführungsform, innerhalb eines Lochs 14 liegen kann.
Die Größe eines Lochs 14 ist vorzugsweise geringfügig größer als die Größe eines Pixels,
oder Unterpixels, um eine mögliche geringe Fehlausrichtung beim Positionieren der Platte 13
auf dem Gatter 3 zu berücksichtigen.
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Wie in Fig. 3 gezeigt, wird während dem Zusammenbau des Bildschirms die Platte 13 über
das Gatter 3 gelegt, und die Löcher 14 der Platte 13 liegen den Schnittstellen zwischen den
Zeilen 15 des Gatters 3 und den Spalten 16 der Kathode 1 oder den Maschen der
Kathodenleitern gegenüber.
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Der Klarheit halber sind die Einzelheiten der Maschen der Kathodenleiter und die Löcher der
Gatterzeilen in Fig. 3 nicht gezeigt. Fig. 3 zeigt nur Öffnungen in dem Gatter 3, welche
Schnittbereiche 17 zwischen einer Zeile 15 des Gatters 3 und Spalten (Bezugszeichen 16) der
Kathode 1 symbolisieren und daher Pixel auf dem Bildschirm darstellen. Ähnlich erscheint
der Klarheit halber nur eine geringe Anzahl Mikrospitzen 2 auf der Kathode 1, im Bereich der
Löcher 17. In der Praxis gibt es mehrere tausend Mikrospitzen 2 pro Bildschirmpixel, welche
auf die Unterpixel verteilt sind, welche durch die Maschen der Kathodenleiter definiert sind.
Eine ähnliche Darstellung ist auf der Seite der Anode 5 vorgesehen. Die
Lumineszenzelemente werden durch eine mit 7 bezeichnete Schicht dargestellt, und die Anodenleiter werden
durch eine mit 9 bezeichnete Schicht dargestellt. Auf der Seite der Anode 5 könnte diese
Darstellung der Struktur eines Schwarz/Weiß-Bildschirms entsprechen.
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Die Platten 6 und 10 werden normalerweise durch eine versiegelnde Verbindung 18
zusammengefügt. Diese Verbindung 18 kann z. B. durch einen geschmolzenen Glassaum gebildet
werden.
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Um ein Vakuum im Raum 12 nach dem Zusammenbau der Platten 6 und 10 zu erhalten, ist
die Platte 10 üblicherweise außerhalb ihrer nutzbaren Fläche mit einem Pumprohr 19
ausgestattet, das von einer Außenseite der Platte 10 in den Raum 12 führt. Dieses Pumprohr 19
wird an seinem freien Ende versiegelt, wenn in dem Raum 12 einmal ein Vakuum erreicht ist.
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Die Mittel zum Halten der Platte 13 mit Abstand zur Anode 5 (z. B. die Perlen 20)
ermöglichen die Verbindung zwischen den Löchern 14 und dem Pumprohr 19. Die Dicke der
Abstandsvorrichtung beträgt z. B. einen vorgegebenen Wert im Bereich von 0,05 mm bis 0,2 mm.
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Die Erfindung macht es somit möglich, die Dicke des Vakuumraums 12 so einzustellen, daß
die Anode und die Kathode mit einer wesentlich höheren Potentialdifferenz versorgt werden
können, wodurch die Helligkeit des Bildschirms verbessert wird. Die Platte 13 hat z. B. eine
Dicke im Bereich von 0,2 mm bis 2 mm.
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Mit einer 1-mm dicken Platte 13, der Perlen mit einem Durchmesser von ungefähr 0,2 mm
zugeordnet sind, kann z. B. eine Anoden-Kathodenspannung von ungefähr 10000 Volt
verwendet werden, ohne daß die Gefahr von elektrischen Spannungsbögen entsteht.
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Der Durchmesser der Löcher 14 der Platte 13 hängt von der Größe der Pixel oder Unterpixel
ab, dieser Durchmesser hat z. B. einen gegebenen Wert im Bereich von 60 um bis 300 um.
Der Abstand zwischen zwei Löchern 14 der Platte 13 hat z. B. einen gegebenen Wert im
Bereich von ungefähr 100 um.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Platte 13 mit einer
Metallisierung auf ihrer Oberfläche beschichtet, die der Anode 5 zugewandt ist, um eine
reflektierende Oberfläche 21 zu bilden, welche die Helligkeit des Bildschirms weiter erhöht, indem sie
das Licht, welches die Lumineszenzelemente 7 in Richtung der Innenseite des Bildschirms
aussenden, auf diese reflektieren. Zusätzlich ermöglicht eine solche Metallisierung 21 die
Rückfokussierung der von der Kathode 1 ausgesandten Elektronen und dadurch die
Optimierung der Helligkeit und des Nahkontrasts des Bildschirms, wobei die Metallisierung 21 als ein
Fokussiergatter wirkt.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, daß es möglich wird, als Anoden 5 sogenannte
Hochspannungslumineszenzelemente 7 zu verwenden. Ferner können die Anodenleiter, die
üblicherweise aus einem transparenten Material zwischen der Platte 6 und den
Lumineszenzelementen 7 gebildet werden, einen sehr dünnen Aluminiumfilm über den
Lumineszenzelementen 7 auf der Seite des Vakuumraums 12 aufweisen. Die Leistung der bei einer hohen
Anoden-Kathodenspannung emittierten Elektronen ermöglicht es, daß die Elektronen durch den
dünnen Aluminiumfilm hindurchgehen. Dies erhöht die Helligkeit des Bildschirms, während
der Nahkontrast erhöht wird.
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Zusätzlich schafft die größere Dicke des Abstandes 12 zwischen den Elektroden einen
besonders vorteilhaften Sekundäreffekt.
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Die Schichten, welche die Elektroden bilden, und die Versiegelungsverbindung 18 können
während des Betriebs des Bildschirms ausgasen. Dieses Ausgasen ist schädlich und macht es
nötig, ein Getterelement vorzusehen, das mit dem Vakuumraum 12 in Verbindung ist. Dieses
Getterelement wird üblicherweise in dem Pumprohr 19 angeordnet, bevor dies geschlossen
wird.
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Ein sich ergebender Nachteil ist, daß das Rohr 19 senkrecht zur Ebene des Bildschirms weit
vorsteht, während es wünschenswert ist, einen Bildschirm so flach wie möglich herzustellen.
Das Volumen des Getterelements beeinflußt die Lebensdauer des Bildschirms. Je größer das
Getterelement ist, desto länger ist die Lebensspanne des Bildschirms, desto länger wird
jedoch auch das Rohr 19 zum Aufnehmen des Getterelementes.
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In der Praxis führt dies dazu, daß die Pumprohre 19 herkömmlicher Bildschirme eine Länge
von mehreren Zentimetern haben, während es wünschenswert ist, daß die nutzbare Oberfläche
des Bildschirms so flach wie möglich mit einer Dicke von nur wenigen Millimetern ist. Das
Gesamtvolumen des fertigen Bildschirms ist somit größer als notwendig.
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Die Erfindung macht es möglich, ein Getterelement direkt in den Raum 12 zwischen den
Elektroden aufzunehmen, was bei herkömmlichen Bildschirmen unmöglich ist, weil die Dicke
des Vakuumraums 12 gering ist.
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Die Erfindung reduziert somit die Gesamtgröße des Bildschirms durch Verkürzen des
Pumprohrs 19 auf eine minimale Länge. Diese minimale Länge ist bezogen auf die inhärenten
Beschränkungen bei der Versiegelung des Rohrs 19 durch geschmolzenes Glas, aus der sie z. B.
gebildet ist, weil die Versiegelung weit genug von den Platten 6 und 10 entfernt
vorgenommen werden muß, um diese nicht zu beschädigen.
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Mit einer herkömmlichen Technik ist z. B. ein 6 mm langes Rohr 19 ausreichend, um das Rohr
19 ohne Beschädigung der Platten 6 und 10 zu versiegeln.
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Das Getterelement gemäß der Erfindung kann an verschiedenen Stellen angeordnet werden.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Platte 13 in der Nähe des Randes des
Bildschirms mit einer Öffnung 22 zum Aufnehmen des Getterelements 23 ausgestattet. Das
nutzbare Volumen des Getterelements 23 ist dann größer, und seine größere Außenfläche
erhöht seine Fähigkeit, Unreinheiten einzufangen.
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Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist die Metallisierung 21, die auf die Oberfläche
der Platte 13, welche der Anode 5 gegenüberliegt, aufgebracht ist, so gewählt, daß sie als ein
Getterelement wirkt. Die Metallisierung 21 wird dann aus einem geeigneten Material
hergestellt, z. B. Barium. Ein Vorteil dieser Alternative ist, daß sie es ermöglicht, das durch das
Getterelement in dem Vakuumraum 12 erreichte Einfangen der Unreinheiten gleichmäßig zu
verteilen. Wenn nötig, ermöglicht es diese Ausführungsform das Pumprohr 19 zu eliminieren,
indem ein sehr großes Getterelement vorgesehen wird.
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Gemäß einer besonderen Ausführungsform ist die Dicke der verschiedenen Elemente eines
Bildschirms gemäß der Erfindung wie folgt.
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Jede Platte 6 und 10 hat eine Dicke von ungefähr 1 mm. Auf der Seite der Anode 5 beträgt die
Dicke der Schicht der Anodenleiter 9 ungefähr 0,1 um und die der Lumineszenzelemente 7
liegt im Bereich von 4 um bis 10 um. Auf der Seite der Kathode 1 liegt die Dicke der Spalten
16 (die Schicht der Kathodenleiter und die Widerstandsschicht) im Bereich von ungefähr
0,4 um bis 0,8 um. Die Dicke der Isolierschicht 24 zwischen der Kathode 1 und dem Gatter 3
beträgt ungefähr 1,3 um. Die Dicke des Gatters 3 liegt im Bereich von ungefähr 0,2 um bis
0,4 um. Die Dicke der Platte 13 liegt im Bereich von 0,2 mm bis 2 mm, abhängig von der
Betriebsspannung zwischen Anode und Kathode des Bildschirms. Wenn die
Metallisierungsschicht 21 als ein Getterelement arbeitet, beträgt ihre Dicke z. B. ungefähr 50 um. Der
Durchmesser der Perlen ist ungefähr 50 um.
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Es ist für den Fachmann offensichtlich, daß zahlreiche Modifikationen an der Erfindung
vorgenommen werden können. Insbesondere können jedes der beschriebenen Elemente einer
Schicht durch eines oder andere Elemente mit den gleichen Eigenschaften und/oder der
gleichen Funktion ersetzt werden.
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Ähnlich sind die Größen nur beispielhaft angegeben und können abhängig von der
gewünschten Definition und den Merkmalen des Bildschirms, den verwendeten Materialien
oder anderen Kriterien verändert werden. Insbesondere ist die Dicke der Platte 13 abhängig
von der Betriebsspannung zwischen Anode und Kathode des Bildschirms. Der Durchmesser
und der Abstand der Löcher 14 ist abhängig von der Größe der Pixel oder Unterpixel des
Bildschirms. Die Auswahl der Höhe der Mittel zum Halten der Platte 13 mit Abstand zu der
Anode 5 (d. h. der Durchmesser der Perlen 20) ist insbesondere abhängig vom Abstand der
Löcher 14. Diese Abstandsmittel können andere Komponenten umfassen als Perlen, z. B.
Kissen, zylindrische Säulen usw. Die Abstandsmittel können auch auf der Seite der Kathode
vorgesehen werden.