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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen flach-ebenen Anzeige- bzw.
Wiedergabe-Bildschirm mit Mikrospitzen.
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1 zeigt
in partieller Schnittansicht den Aufbau eines flach-ebenen Bildschirms
mit Mikrospitzen, des Typs, auf welchen sich die Erfindung bezieht.
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Ein
derartiger Bildschirm besteht im wesentlichen aus einer Kathode 1 mit
Mikrospitzen 2 und einem Gitter 3, das an den
Stellen der Mikrospitzen 2 mit Öffnungen 4 versehen
ist. Die Kathode 1 ist einer Kathodolumineszenz-Anode 5 gegenüberstehend angeordnet,
welche ein Glassubstrat 6 aufweist, das die Bildschirmoberfläche bildet.
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Das
Prinzip der Arbeits- und Funktionsweise sowie der Aufbau im einzelnen
eines derartigen Mikrospitzen-Bildschirms sind in der Amerikanischen Patentschrift
4 940 916 des Commissariat à l' Energie Atomique
beschrieben.
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Die
Kathode 1 besteht, auf einem Glassubstrat 7, aus
in Spalten organisierten Kathodenleitern 8. Diese Leiter 8 sind
im allgemeinen mit einer (nicht dargestellten) Widerstandsschicht überzogen,
zur Homogenisierung der Elektronenemission. Die Kathode 1 ist
dem Gitter 3 mit Zwischenanordnung einer Schicht 9 zur
Isolation der Kathodenleiter 8 von dem Gitter 3 zugeordnet.
Die Öffnungen
bzw. Löcher 4 sind
in den Schichten des Gitters 3 und der Isolation 9 ausgespart,
zur Aufnahme der Mikrospitzen 2, die auf der Widerstandsschicht
ausgebildet sind. Das Gitter 3 ist in Zeilen organi siert,
wobei der Schnittpunkt einer Zeile und einer Kathodenspalte ein
Pixel definiert.
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Bei
dieser Vorrichtung findet das zwischen der Kathode 1 und
dem Gitter 3 erzeugte elektrische Feld Anwendung, um Elektronen
aus den Mikrospitzen 2 zu extrahieren in Richtung zu Leuchtstoffelementen 10 der
Anode 5, unter Durchsetzen eines leeren Raums 11.
Die Leuchtstoffelemente 10 sind auf Elektroden 12 abgeschieden,
die aus einer durchsichtigen Leiterschicht aus beispielsweise Indium- und
Zinnoxid (ITO) bestehen.
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Im
Fall eines Farb-Bildschirms ist die Anode 5 mit alternierenden
Leuchtstoffelementstreifen 10 versehen, deren jeder jeweils
einer Farbe (Rot, Grün, Blau)
entspricht. Jeder Streifen ist elektrisch jeweils von den beiden
benachbarten Streifen isoliert. Die Streifen sind parallel zu den
Spalten 8 der Kathode angeordnet, wobei jeweils eine Gruppe
von drei Streifen (einer je Farbe) in Ausrichtung mit einer Kathodenspalte
dieser gegenüberstehend
angeordnet ist. Die Gruppen von roten, grünen, blauen Streifen werden
selektiv relativ bezüglich
der Kathode 1 vorgespannt, damit die aus den Mikrospitzen 2 eines
Pixels des Kathoden/Gitter-Gebildes extrahierten Elektronen selektiv
in Richtung zu den Leuchtstoffelementen 10 gelenkt werden,
die jeweils jeder der Farben gegenüberstehend vorgesehen sind.
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Im
Fall eines monochromen Bildschirms besteht die Anode im allgemeinen
aus einem ebenen Leuchtstoffelement oder aus zwei Gruppen alternierender
Streifen derselben Farbe.
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2 zeigt
in Teilansicht eine Kathode mit Mikrospitzen zur Elektronenemission,
in Zuordnung zu einem Gitter zur Extraktion der emittierten Elektronen,
um die Adressierung der Kathode und des Gitters im Betrieb eines
Mikrospitzen-Bildschirms zu veranschaulichen. Die Anode (5, 1)
und die Isolierschicht (9, 1) zwischen
der Kathode 1 und dem Gitter 3 sind aus Gründen der
Einfachheit und Übersichtlichkeit
nicht dargestellt. Ebenso sind nur einige Mikrospitzen 2 am
Schnittpunkt einer Zeile L des
Gitters 3 und einer Spalte K der
Kathode 1 wiedergegeben. In der Praxis liegen diese Mikrospitzen in
einer Zahl von mehreren Tausend je Bildschirmpixel vor.
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Die
Anzeige bzw. Wiedergabe eines Bildes erfolgt während einer Einzelbilddauer
(beispielsweise 20 ms) durch geeignete Vorspannung der Anode, der
Kathode 1 und des Gitters 3 mit Hilfe einer (nicht dargestellten)
elektronischen Steuerschaltung. Für einen Farb-Bildschirm werden
die Gruppen von Leuchtstoffelementstreifen (10, 1)
sequentiell aufeinanderfolgend auf ein Potential gebracht, das die
Anziehung der Elektronen gestattet. Dieses Potential ist eine Funktion
des Abstands (leerer Raum 11), welcher das Kathoden/Gitter-Aggregat
von der Anode trennt, und beträgt
beispielsweise mehr als 300 V. Die Streifen 10 werden während eines
Einzelbilds vorgespannt, und zwar in Gruppen von Streifen einer
selben Farbe, oder während
der Dauer eines Sub-Einzelbilds entsprechend einem Drittel der Einzelbilddauer
(beispielsweise 6,6 ms). Die Anzeige bzw. Wiedergabe erfolgt Zeile
um Zeile, durch sequentielle Vorspannung (beispielsweise auf 80
V) der Zeilen L während einer
Zeitdauer (beispielsweise 30 μs)
entsprechend der Dauer eines Sub-Einzelbilds geteilt durch die Zahl
von Zeilen des Gitters 3. Während der Vorspannung einer
Zeile L werden die Spalten K auf Potentiale gebracht,
die zwischen einem Potential maximaler Emission und einem Potential fehlender
Emission (beispielsweise zwischen 0 und 30 V) liegen, zur Festlegung
der Helligkeit der durch den Schnittpunkt dieser Spalten und der
jeweils betrachteten Zeile definierten Pixel. Die Vorspannung der
Spalten K ändert sich bei jeder neuen
Zeile L der Zeilenabtastung.
Die Wahl der Werte der Vorspannpotentiale ist mit den Eigenschaften
der Leuchtstoffelemente 10 und der Mikrospitzen 2 verknüpft. Herkömmlicherweise
gibt es unterhalb einer Potentialdifferenz von 50 V zwischen der
Kathode 1 und dem Gitter 3 keine Elektronenemission,
und die maximale Emission entspricht einer Potentialdifferenz von
80 V.
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Die
Mikrospitzen erfahren eine Verringerung ihres Emissionsvermögens im
Verlauf und gemäß dem Ausmaß ihrer
Benutzung. Die Bildschirme haben daher eine mit der Zeit abnehmende
Helligkeit. Diese Abnahme ist ausreichend groß, um nicht vernachlässigbar
zu sein, und beeinflusst die Lebensdauer des Bildschirms.
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Die
vorliegende Erfindung bezweckt die Schaffung eines Verfahrens zum
Regenerieren der Mikrospitzen, gemäß Anspruch 1, das es erlaubt,
den Mikrospitzen wieder ihr ursprüngliches Emissionsvermögen zu verleihen.
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Die
vorliegende Erfindung bezweckt auch die Schaffung eines Steuerverfahrens
für einen
Bildschirm mit Mikrospitzen, das eine Erhöhung der Lebensdauer des Bildschirms
gestattet.
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Zur
Erreichung dieser Ziele sieht die vorliegende Erfindung vor ein
Verfahren zum Regenerieren von Mikrospitzen eines flach-ebenen Anzeige- bzw.
Wiedergabe-Bildschirms, welcher eine Kathode mit Mikrospitzen in
Zuordnung zu einem Gitter für
die Extraktion von Elektronen aufweist, wobei das Verfahren darin
besteht, die Mikrospitzen zu einer Emission mit einer deutlich höheren Stromdichte
als eine nominelle Betriebsstromdichte zu veranlassen, indem zwischen
dem Gitter und der Kathode und während
einer deutlich größeren Zeitdauer
als einer nominellen Adressierdauer im Betrieb eine Differenz von
Potentialen angelegt wird, die deutlich höhere als nominelle Betriebs-Potentialdifferenzen
ist.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass das Verfahren darin
besteht, das Gitter mit einem Regenerierpotential vorzuspannen,
das deutlich höher
als ein nominelles Betriebspotential ist, und die Kathode mit einem
einer maximalen Emission entsprechenden nominellen Potential vorzuspannen.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass das Gitter in zu
Spalten der Kathode rechtwinkligen Zeilen organisiert ist, wobei
die Anzeige bzw. Wiedergabe durch sequentielle Adressierung der
Gitterzeilen während der
genannten nominellen Dauer und durch individuelle Adressierung der
Spalten der Kathode während der
nominellen Adressierdauer einer Zeile erfolgt, wobei wenigstens
eine Gitterzeile auf das Regenerierpotential und sämtliche
Kathodenspalten auf das genannte Potential maximaler Emission während einer
Regenerierdauer vorgespannt werden, die deutlich größer als
die genannte nominelle Dauer ist.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, gleichzeitig sämtliche
Zeilen des Gitters auf das Regenerierpotential vorzuspannen.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, die Zeile bzw. Zeilen
des Gitters mittels eines Signals zu adressieren, das Impulse einer
deutlich höheren
Dauer als die genannte nominelle Dauer umfasst, wobei der Abstand zwischen
zwei aufeinanderfolgenden Impulsen deutlich höher als die Dauer eines Impulses
ist.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, die Kathode auf ein Regenerierpotential
vorzuspannen, das deutlich kleiner als ein einer maximalen Emission
im Betrieb entsprechendes nominelles Potential ist, und das Gitter
auf ein nominelles Betriebspotential vorzuspannen.
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Eine
andere Ausführungsform
betrifft gleichermaßen
ein Verfahren zur Steuerung eines flach-ebenen Anzeige- bzw. Wiedergabe-Bildschirms,
welcher eine Kathode mit Mikrospitzen zur Elektronenemission umfasst
in Zuordnung zu einem Gitter zur Extraktion von durch die Mikrospitzen
emittierten Elektronen und zu einer Kathodolumineszenz-Anode, wobei
vorgesehen ist, periodisch einen Regenerierzyklus vorzunehmen.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft auch einen flach-ebenen Anzeige-
bzw. Wiedergabe-Bildschirm, welcher eine Kathode mit Mikrospitzen
in Zuordnung zu einem Gitter zur Extraktion von Elektronen und zu einer
Kathodolumineszenz-Anode aufweist, wobei der Bildschirm umfasst::
eine erste Spannungsquelle zur Vorspannung des Gitters, eine zweite
Spannungsquelle zur Vorspannung des Gitters sowie Mittel zum Auswählen der
ersten Spannungsquelle während
eines Normalbetriebs des Bildschirms und der zweiten Spannungsquelle
während
eines Zyklus zur Regenerierung der Mikrospitzen, wobei die zweite Spannungsquelle
eine Spannung liefert, die höher als
die von der ersten Spannungsquelle gelieferte Spannung ist.
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Diese
und weitere Gegenstände,
Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden in
der folgenden nicht-einschränkenden
Beschreibung spezieller Ausführungsbeispiele
im einzelnen auseinandergesetzt, unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungsfiguren;
in diesen zeigen:
die bereits beschriebenen 1 und 2 sind
zur Darlegung des Stands der Technik und der Problemstellung bestimmt,
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3 schematisch
und in Teilansicht eine Ausführungsform
einer Steuerschaltung eines Bildschirms gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Aus
Gründen
der Klarheit und Übersichtlichkeit
sind gleiche Elemente in den verschiedenen Figuren mit denselben
Bezugszeichen versehen. Aus den gleichen Gründen sind in den Zeichnungsfiguren nur
die für
das Verständnis
der Erfindung erforderlichen Elemente des Bildschirms dargestellt
und in der Folge beschrieben.
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Ein
charakteristisches Merkmal der vorliegenden Erfindung ist, während eines
außerhalb
der Anzeige- bzw. Wiedergabephasen gelegenen Regenerationszyklus
eine besondere Steuerung des Bildschirms vorzusehen. Diese Steuerung
besteht darin, dass man während
einer Zeitdauer, die verhältnismäßig lang
relativ bezüglich
der herkömmlichen
Anzeige- bzw. Wiedergabedauer eines Einzelbilds ist, die Mikrospitzen
zu einer Emission mit hoher Stromdichte bringt, durch Erhöhung der
Potentialdifferenz zwischen der Kathode und dem Gitter.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung besteht ein Regenerationszyklus in einer Vorspannung der
Zeilen L des Gitters 3 (2) auf
ein Regenerierungspotential, das deutlich höher als das nominelle Adressierpotential
der Zeilen ist. Während
die Zeilen L auf das Regenerierpotential gebracht
werden, wird die Kathode 1 vorgespannt durch gleichzeitige
Adressierung sämtlicher
Spalten K auf das Potential
entsprechend maximaler Helligkeit bzw. Beleuchtung im Betriebszustand
des Bildschirms.
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Die
Erhöhung
des Vorspannpotentials des Gitters 3 ermöglicht eine
Erhöhung
des Stroms in jeder Spitze 2. Beispielsweise erhöht sich
für ein
Regenerierungspotential von 110 V und ein nominelles Potential von
80 V der Strom in einer Spitze praktisch um einen Faktor 5 (Fowler
and Nordheim Law).
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Um
zu vermeiden, dass die mit der Elektronenemission bei der Regenerierung
verbundene Erwärmung
der Leuchtstoffelemente den Bildschirm beschädigt, erfolgt die Vorspannung
des Gitters auf das Regenerierungspotential vorzugsweise durch ein Impulssignal.
Die Breite der Impulse ist deutlich größer als die nominelle Dauer
der Vorspannung einer Zeile des Gitters, und der Abstand zwischen
zwei aufeinanderfolgenden Impulsen wird so gewählt, dass dem Bildschirm Zeit
zur Abkühlung
vor dem Auftreten eines neuen Impulses bleibt.
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Beträgt beispielsweise
die nominelle Dauer der Vorspannung einer Zeile des Gitters ungefähr 30 μs, werden
die Zeilen während
der Regenerierung durch Impulse in der Größenordnung von 500 μs mit einer
Periode von ungefähr
10 ms vorgespannt. Die Zahl von Elektronen, welche während eines
Impulses eine Spitze durchfließen,
und damit die durch Joule'schen
Effekt abgeführte
Energie ist somit beträchtlich
größer als
die eine emittierende Spitze während
des Betriebs des Bildschirms durchfließende Menge. So ist beispielsweise
während
eines Impulses von 500 μs
und unter Berücksichtigung
der Erhöhung
des Vorspannpotentials des Gitters 3 die Menge von eine
Spitze durchströmenden
Elektronen um einen Faktor in der Größenordnung von 80 größer verglichen
mit einer Adressierdauer von 30 μs.
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Die
Dauer eines Regenerierungszyklus, d.h. die Dauer der Vorspannung
durch das Impulssignal, hängt
von der erforderlichen Regenerierung ab. Diese Dauer beträgt beispielsweise
zwischen 1 bis 10 Minuten.
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Man
stellt fest, dass die Helligkeit eines zuvor verwendeten Bildschirms,
den man dem erfindungsgemäßen Verfahren
unterzieht, zunimmt und dass der Bildschirm wieder eine seiner ursprünglichen
Helligkeit entsprechende Helligkeit annimmt, wenn die Regenerierung
hinreichend lange durchgeführt wird.
Man nimmt an, dass die starke Erwärmung der Mikrospitzen, die
mit der beträchtlich
höheren
Energie als im normalen Betrieb verbunden ist, aus der Oberfläche der
Mikrospitzen Produkte freisetzt., die aus Entgasungen, insbesondere
der Leuchtstoffelemente der Anode, während des Betriebs des Bildschirms
hervorgegangen sind.
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Das
Verfahren gemäß der Erfindung
ist ein Verfahren der Wiederherstellung und Erholung, welches das
Emissionsvermögen
nur derjenigen Mikrospitzen wieder herstellt, die das benötigen, ohne
die anderen zu beeinträchtigen.
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Die
Verringerung der Helligkeit infolge des Verlusts an Emissionsvermögen der
Mikrospitzen hängt
tatsächlich
von ihrer Verwendungsdauer ab und kann unregelmäßig über die Oberfläche des
Bildschirms hin sein. Adressiert man beispielsweise eine bestimmte
partielle Zone von Mikrospitzen während einer hinreichend langen
Zeit und adressiert man sodann sämtliche
Spalten der Kathode mit einer Anweisung einer gegebenen Helligkeit
bzw. Beleuchtung, so stellt man fest, dass die Helligkeit in der
partiellen Zone geringer ist als in der übrigen Oberfläche des Bildschirms.
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Nach
Anwendung des Regenerierungsverfahrens gemäß der Erfindung beobachtet
man bei Adressierung der gesamten Bildschirmoberfläche, dass
die Helligkeit homogen und auf ihrem ursprünglichen Niveau ist, was bedeutet,
dass sämtliche
Mikrospitzen ihr ursprüngliches
Emissionsvermögen wiedergefunden
haben, unabhängig
von ihrer Verwendungsdauer vor der Regenerierung.
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Während eines
Regenerierungszyklus werden die durch die Mikrospitzen emittierten
Elektronen von dem Gitter aufgesammelt, wenn die Bildschirm-Anode nicht adressiert
wird. Ist die Anode adressiert, werden diese Elektronen dann durch
die Elektroden der Anode aufgesammelt.
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Die
Ausführung
des Regenerierungsverfahrens gemäß der Erfindung
erfolgt mittels einer herkömmlichen
elektronischen Schaltung zur Steuerung des Bildschirms.
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3 stellt
eine Ausführungsform
eines Teils einer derartigen Schaltung dar, die zur Adressierung der
Kathode und des Gitters dient. Jede Spalte K und jede Zeile L des Bildschirms 20 ist jeweils
individuell mit einem Ausgang einer Adressierschaltung 21 oder 22 verbunden,
die der Kathode 1 oder dem Gitter 3 zugeordnet
ist. Eine Adressierschaltung weist allgemein ebenso viele Ausgänge auf
wie es Zeilen oder Spalten zu adressieren gibt, und die Ausgänge der Schaltungen 21 und 22 sind
durch geeignete Verbindungsleitungen 23 bzw. 24 mit
den Zeilen L und den Spalten K verbunden. Die Schaltungen 21 und 22 bestehen
beispielsweise aus Schieberegistern mit parallelen Ausgängen. Die
Schaltungen 21 und 22 werden durch einen gemeinsamen
Block 25 gesteuert, der gleichzeitig zur Steuerung der
Adressierung der (nicht dargestellten) Anode dient. Die Schaltung 21 erhält von dem
Block 25 die individuellen Befehle I zur Vorspannung der Spalten K zugeführt
und dient dazu, diese im Rhythmus der Frequenz der Zeilenabtastung
Hsync vorzuspannen. Die Schaltung 22 ist zur Verschiebung
der Vorspannung des Gitters um eine Zeile zur folgenden im Rhythmus
der Frequenz der Zeilenabtastung Hsync bestimmt und erhält von der
Schaltung 25 außer
dem Signal Hsync eine nominelle Vorspannspannung Vnom (beispielsweise
80 V) zugeführt.
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Die
Schaltungen 21 und 22 weisen im allgemeinen des
weiteren Eingänge
Set bzw. Set' auf,
mittels welcher gleichzeitig sämtliche
Ausgänge zwangsweise
auf ein und denselben Pegel gesetzt werden können.
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Gemäß der Erfindung
macht man sich das Vorhandensein dieses Zwangssteuereingangs zunutze,
um während
eines Impulses eines Regenerierzyklus sämtliche Zeilen des Gitters 3 auf
das Regenerierpotential zu setzen und sämtliche Spalten der Kathode 1 auf
das nominelle Potential maximaler Emission. Somit erfordert die
Ausführung
der vorliegenden Erfindung keine Änderung der herkömmlichen
Adressierschaltungen. Es genügt
eine Modifikation des Steuerblocks 25 derart, dass er während der
Regenerierzyklen ein spezielles Taktsignal Hreg liefert, welches
die Einhaltung der gewünschten
Impulssteuerung gestattet und ein Regenerierpotential Vreg von beispielsweise
110 V. Der Block 25 weist Umschaltmittel 26 auf,
welche die Wahl sei es des Signals Hsync und des Potentials Vnom,
sei es des Signals Hreg und des Potentials Vreg, gestattet.
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Die
Regenerierung der Mikrospitzen kann auch Zeile für Zeile unter Einhaltung einer
Zeilenabtastung erfolgen. Ebenso kann man auch eine Regenerierung
von Gruppen von Pixeln des Bildschirms vornehmen, indem man nur
eine bestimmte Zahl von Zeilen und Spalten adressiert.
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Ein
Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass sie die Ausführung einer
Regenerierung von Mikrospitzen ermöglicht ohne anderweitige Intervention als
die Auslösung
eines speziellen Bildschirm-Steuerzyklus.
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So
kann vorgesehen werden, dass der Benutzer einen speziellen (nicht
dargestellten) Steuerknopf betätigt,
der einen Regenerierzyklus auslöst, wenn
der Benutzer feststellt, dass die Bildschirmhelligkeit abnimmt.
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Man
kann auch eine automatische periodische Regenerierung vorsehen,
außerhalb
des Betriebs des Bildschirms (beispielsweise bei der Einschaltung
des Bildschirms), in direkter Veranlassung durch die Steuerschaltung
des Bildschirms nach einer vorgegebenen Betriebsdauer.
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Die
Dauer eines Regenerierungszyklus (beispielsweise von 1 bis 10 Minuten)
ist vorzugsweise fest so eingestellt, dass sie hinreichend lang
ist, um eine vollständige
Regenerierung in Abhängigkeit
von der Häufigkeit
der Regenerierungszyklen zu erhalten. Es ist jedoch darauf hinzuweisen,
dass eine Dauer, die länger
als die für
die vollständige
Regenerierung strikt notwendige Zeit ist, nicht schädlich ist,
insofern die Mikrospitzen, sofern sie einmal ihr ursprüngliches
Emissionsvermögen
wiedergefunden haben, durch die Regenerierung nicht beeinträchtigt werden.
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Selbstverständlich ist
die vorliegende Erfindung verschiedenen Abwandlungen und Änderungen
zugänglich,
die sich für
den Fachmann ergeben. Insbesondere kann man, obzwar in der vorhergehenden
Beschreibung auf eine Erhöhung
des Potentials des Gitters Bezug genommen wurde, gleichermaßen eine Änderung
des minimalen Adressierpotentials der Spalten der Kathode oder beides
vorsehen. Ebenso ist anzumerken, dass die Erfindung sich auch zur
Anwendung in dem Fall eignet, wo der Befehl zur Hellsteuerung eines
Pixels durch Modulation der Impulsbreite der Adressiersignale der
Spalten der Kathode festgelegt ist.
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Des
weiteren ist die praktische Realisierung der an der Steuerschaltung
für die
Ausführung
der vorliegenden Erfindung vorzunehmenden Änderungen im Bereich des fachmännischen
Könnens,
ausgehend von den hier weiter oben gegebenen funktionellen Hinweisen.
Des weiteren eignet sich die Erfindung ebenso wohl zur Anwendung
bei einem Farb-Bildschirm wie bei einem monochromen Bildschirm.