EP0097304B1 - Flache Elektronenstrahlröhre mit einer Gasentladung als Elektronenquelle - Google Patents

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EP0097304B1
EP0097304B1 EP83105788A EP83105788A EP0097304B1 EP 0097304 B1 EP0097304 B1 EP 0097304B1 EP 83105788 A EP83105788 A EP 83105788A EP 83105788 A EP83105788 A EP 83105788A EP 0097304 B1 EP0097304 B1 EP 0097304B1
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EP
European Patent Office
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electron
conductors
gas discharge
row
openings
Prior art date
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Application number
EP83105788A
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English (en)
French (fr)
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EP0097304A3 (en
EP0097304A2 (de
Inventor
Werner Dr. Rer. Nat. Veith
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
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Publication of EP0097304A3 publication Critical patent/EP0097304A3/de
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J17/00Gas-filled discharge tubes with solid cathode
    • H01J17/38Cold-cathode tubes
    • H01J17/48Cold-cathode tubes with more than one cathode or anode, e.g. sequence-discharge tube, counting tube, dekatron
    • H01J17/49Display panels, e.g. with crossed electrodes, e.g. making use of direct current
    • H01J17/498Display panels, e.g. with crossed electrodes, e.g. making use of direct current with a gas discharge space and a post acceleration space for electrons

Definitions

  • the invention relates to a flat electron beam tube according to the preamble of claim 1.
  • a flat electron beam tube flat screen
  • This flat screen is already so far developed today that it delivers (color) television pictures in the laboratory with perfectly acceptable optical qualities. If you have not progressed significantly beyond the laboratory stage, this is mainly due to some plasma-related problems, against which you have not yet found a simple and safe-working remedy.
  • the object of the invention is to modify a flat electron beam tube of the type mentioned at the outset in such a way that it becomes puncture-resistant, no longer has an annoying background light and is thereby produced efficiently can be, even if the representation should have a high resolution.
  • a control disc designed according to the invention appears opaque in plan view, since the openings on one side of the disc are covered by webs on the other side of the disc; it is accordingly clear that this disk does not pass ultraviolet or visible radiation from the plasma at any point.
  • the decoupling achieved with the concealed control disc is so good that considerable freedom has been regained in the selection of the gas mixture and the gas pressure as well as in the design of the cathode. It is also favorable that the electron beams entering the post-acceleration space are already bundled very well, so that a simple refocusing is necessary at most in order to unite associated sub-bundles again into a single beam with a small cross-section. In addition, the line openings can be enlarged and thus the electron yield can be increased without having to accept dangerous voltage penetrations.
  • the flat electron beam tube proposed here has a control characteristic that, particularly if you want to generate the gray levels by pulse-length modulation, makes it much easier to maintain uniform image brightness everywhere: the screen current flows into the control voltage a practically constant plateau over wide voltage ranges.
  • the electron entry and exit openings are normally holes in the row or column conductors; such an embodiment is shown for example in the figure of DE-PS 24 12 869. Under certain circumstances, it may be more appropriate to depart from this version and to move the openings on the row conductor side or the column conductor side into the spaces between adjacent conductors.
  • a control structure in which hole-free row conductors (ribbons, wires) alternate with electron entry gaps of approximately the same width has an additional advantage: The electrons, which are drawn from the plasma and fly past the left and right of the keyed row conductor, become - in the control room - through transverse fields in the entry gaps combined into a line-parallel beam.
  • an electron-optical cylindrical lens should be assigned to each column conductor.
  • Such a lens which on the one hand takes care of the refocusing and on the other hand shields the individual column conductors from one another, can be implemented in individual cases by one or two column-parallel conductor tracks per column conductor.
  • a control disk in which the column-side and the row-side openings are not in alignment with one another and are formed in the manner of a slot, is already known from DE-A-30 10 179.
  • This proposal which is only aimed at making production easier, is based on the fact that the holes overlap at least partially, so that the harmful effects between the two spaces are basically not dampened at all.
  • a gas-filled envelope 1 contains in particular a gas-filled envelope 1 with a rear panel 2 and a front panel 3 and a control disc 4. All three panels lie in mutually parallel planes, the control disc 4 dividing the interior of the envelope into two rooms, a front post-acceleration chamber 5 and a rear gas discharge space 6.
  • the back plate 2 is provided on its front side with a family of parallel, relatively large-area cathode strips 7.
  • the front plate 3 carries on its back a regular grid of phosphor points 8, which can be excited by electrons to emit light, and above it a post-acceleration anode 9.
  • the control disk 4, which is supported against the front plate 3 by a spacer frame 10, contains one on the back Family of row conductors 11 which are parallel to one another and column conductors 12 on their front side.
  • the row conductors run parallel to the cathode strips 7 and the column conductors extend perpendicularly thereto. Openings - electron entry openings 13 in the row conductors 11 and electron exit openings 14 in the column conductors 12 - are introduced into each of the conductors 11, 12.
  • the following voltages are present on the individual electrodes: -200V or 0V on the selected and unselected cathode strips; on the controlled and uncontrolled row conductors 0V or -50V; on the column conductors 12 between -80V and -30V; and at the post-acceleration anode + 4kV.
  • the electrode matrix is addressed line sequentially, and the cathode voltages are synchronized with the line scanning voltage such that the plasma burns between the selected line conductor and the cathode strip just opposite. Further details of this control principle can be found in DE-OS 26 43 915. For the rest, reference is made to the already cited DE-PS 24 12 869, which among other things. also deals extensively with questions of the constructive structure.
  • the control disk 4 acts in a viewing direction perpendicular to the disk extension like an opaque disk, since its openings on one side are covered by solid panels on the other side.
  • Fig. 2 essentially only the conductor part of the entire control disk 4 is shown; of the structure carrying the conductors and consisting of insulating material, only column supports 25, which close the gaps between the column conductors, are indicated.
  • Such a concealment occurs , if you choose the following dimensions: the row conductors 11 are 3401lm wide and 60 ⁇ m apart.
  • the electron inlet openings 13 are rectangles having an area of 220 x 200um - the narrow sides extend parallel to the row conductor extension - and in each case 200 l lm apart from each other.
  • the column conductors are 340 1 wide, also keep a distance of 60 ⁇ m from each other and have slot-shaped electron exit openings 14. These slots, which run parallel to the column conductor extension, are 300 ⁇ m long, 801 ⁇ m wide and each placed behind one of the row conductor webs that remain between adjacent electron entry openings.
  • the control disk 4 which is shown in FIG. 1 for the sake of simplicity as an unstructured block, is to be designed in practice in such a way that on the one hand it can act as a stable support for the row and column conductors and on the other hand contains openings which each other connect the associated electron openings.
  • the production of such a support structure does not pose any fundamental difficulties in practice since it is possible to use techniques which have already been developed for control disks with straight openings. For example, one could first form the row and column conductors on a thin glass film and then etch the glass through the conductor openings down to relatively small-area connection points between the two groups of conductors.
  • a second possibility is to first implement the row and column conductors on separate support systems and then to put these units together in the correct position.
  • the support systems will contain mutually parallel insulating webs, each of which is positioned between two adjacent conductors and possibly completed by a few cross struts to form a self-supporting structure.
  • FIG. 2 shows the potential relationships in the region of the electrode matrix, specifically in the event that the row conductor is selected and the column conductors are at pass potential. If you select the row conductor voltage as the reference potential, the column conductors are at -30V. If one also adds the influences from the gas discharge space on the one hand and the post-acceleration space on the other hand, a potential distribution results, of which some characteristic equipotential surfaces are drawn in the diagram and provided with the associated potential values. Two saddle points of -5V can be seen, one approximately in the center of the electron beam entry opening and another above the electron beam exit opening.
  • the saddle point on the line conductor side acts, which is a more positive one Potential as the potential surface producing it, for electron scattering and for ion collecting, while the saddle point above the gap opening, which is formed by a potential surface with a more positive potential, collects the electrons and scatter the ions.
  • These two lens effects change the trajectories of the charge carriers entering the control chamber in a characteristic manner.
  • representative trajectories of electrons curves 15, 16 and 17
  • ions curves 18 and 19
  • Curves 15 and 16 belong to slow electrons from the gas discharge, curve 17 denotes the path of a fast plasma electron and curves 18 and 19 describe the paths of a fast or decelerated ion from the post-acceleration space. It can be seen that the low-energy electrons are drawn through the control chamber on a curved path and enter the post-acceleration chamber as a relatively well focused beam. The slow ions are first scattered and then - under the influence of a constantly moving field - transported to the inside of the column conductors. The fast electrons and ions are only slightly deflected by the relatively weak fields; they hit the parts of the control structure that act as panels and are largely made harmless.
  • the invention is of course not limited to the illustrated embodiment. So there is still considerable design freedom, especially in the construction of the control disk, since it is essentially only a question of placing the openings on both sides of the control disk “on a gap” with one another.
  • the openings of the even-numbered row conductors could be offset from the openings of the odd-numbered row conductors and the column conductors could be made correspondingly zigzag (see also DE-A-26 15 569).

Landscapes

  • Gas-Filled Discharge Tubes (AREA)
  • Lasers (AREA)
  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
  • Cathode-Ray Tubes And Fluorescent Screens For Display (AREA)

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine flache Elektronenstrahlröhre gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine solche flache Elektronenstrahlröhre (Flachbildschirm) wird beispielsweise in der DE-A 24 12 869 beschrieben:
  • Seit Jahren bemüht man sich, für die klassische Kathodenstrahlröhre im mittel- und hochinformativen Bereich eine Alternative zu entwickeln, die weniger Bautiefe verlangt und nach Möglichkeit auch noch über eine bessere Bildqualität verfügt. Die bisher größten Fortschritte sind wohl mit einem Zwei-Kammer-Plasmapanel (Flachbildschirm) erzielt worden, das folgendermaßen arbeitet: Ein flacher, gasgefüllter Raum wird durch eine Elektrodenmatrix geteilt. Im hinteren Teil brennt zwischen einer großflächigen Kathode auf der Rückseite und jeweils einer der Matrixzeilen eine mehr oder weniger keilförmige Gasentladung. Aus diesem Plasmakeil werden Elektronenströme, denen die Zeileninformation durch entsprechende Ansteuerung der Matrixspalten aufgeprägt ist, in den vorderen Teil geschleust. Dort werden sie auf einige kV nachbeschleunigt und treffen schließlich auf einem Leuchtschirm auf. Die Beschleunigungsstrecke ist - unter Beachtung des sogenannten Paschengesetzes - so kurz gewählt, daß die Elektronen trotz hoher Energien normalerweise nicht in der Lage sind, in der vorderen Kammer eine Gasentladung auszulösen.
  • Dieser Flachbildschirm ist heute bereits so weit entwickelt, daß es im Labor (Farb-) Fernsehbilder mit durchaus akzeptablen optischen Qualitäten liefert. Wenn man noch nicht wesentlich über das Laborstadium hinausgekommen ist, so liegt dies vor allem an einigen plasmabedingten Problemen, gegen die man noch kein einfaches und dabei sicher wirkendes Mittel gefunden hat.
  • Besonders unangenehme Folgen können sich aus der Tatsache ergeben, daß im Nachbeschleunigungsraum gelegentlich Ionen entstehen. Diese Ladungsträger sputtern beim Auftreffen auf Gefäßteilen, etwa der empfindlichen Elektrodenmatrix, Material los, das sich seinerseits auf Isolierstrecken oder dem Leuchtschirm niederschlagen kann und dann die Hochspannungsfestigkeit bzw. die Lichtausbeute verschlechtert. Außerdem muß man damit rechnen, daß die Ionen in den Gasentladungsraum übertreten und dort den Plasmastron so weit erhöhen, daß die Röhre in diesem Bereich durchzündet. Eine weitere Störquelle sind schnelle Elektronen aus dem Gasentladungsraum, die außerhalb der gerade gesteuerten Zeile die Elektrodenmatrix durchsetzen und somit den Bildhintergrund aufhellen. Ein weiterer Beitrag zu der vom Betrachter wahrgenommenen Untergrundshelligkeit stammt von dem im Plasma selbst erzeugten (UV-)Licht, das ungehindert durch die Matrixöffnungen nach vorn treten kann.
  • Man hat sich schon relativ früh dieser Schwierigkeiten angenommen und versucht, durch eine Kombination mehrerer Maßnahmen zum Ziel zu kommen. So wurde diskutiert, das Gas hinsichtlich Druck und Beschaffenheit zu ändern, die Kathode aufzuteilen und vor allem zusätzliche Elektrodensysteme in den Gasentladungsraum und/oder den Nachbeschleunigungsraum einzubringen. Die besten Ergebnisse wurden bisher mit zwei weiteren Steuerebenen vor der Elektrodenmatrix erzielt: Einem zweiten Zeilengitter, das bei richtiger Ansteuerung die schnellen Elektronen vom Nachbeschleunigungsraum fernhält und so vor allem den Nebensprecheffekt in den Spalten reduziert, und davor eine auf einem Festpotential liegende Elektrode, die das Potential im Nachbeschleunigungsraum nicht-linear aufteilt und die Durchzündungsgefahr verringert (vgl. hierzu die DE-A 28 55 056 und die EP-A- 0 087 819).
  • Eine derartige Pentode verlangt allerdings einen gewissen Fertigungs- und Justieraufwand, der mit abnehmendem Bildpunktabstand immer kritischer wird, und hat zudem noch keinen optimalen Kontrast, da nach wie vor Plasmastrahlung zur Anzeigenfläche gelangen kann.
  • Die geschilderten Schwierigkeiten werden umgangen, wenn man, wie dies in der DE-A 26 56 621 vorgesehen ist, die beiden Kammern durch eine transparente Wand voneinander trennt und das Glimmlicht der Gasentladung dazu benutzt, eine Photokathode auf der Frontseite der Trennwand zur Elektronenemission anzuregen. Dieses von der Theorie her durchaus attraktive Konzept ist in der Praxis jedoch noch nicht zum Zuge gekommen, und zwar vor allem deshalb, weil die derzeit verfügbaren Photokathodenwerkstoffe noch nicht den erforderlichen Konversionswirkungsgrad erreichen.
  • Ausgehend von diesem inbesondere aus der eingangs gennanten DE-A- 24 12 869 bekannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine flache Elektonenstrahlröhre der eingangs genannten Art so abzuwandeln, das sie durchschlagsfest wird, kein störendes Untergrundsleuchten mehr aufweist und dabei rationell hergestellt werden kann, und zwar auch dann, wenn die Darstellung ein hohes Auflösungsvermögen erhalten soll. Zur Lösung dieser Aufgaben wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, die flache Elektronenstrahlröhre mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 auszubilden.
  • Eine erfindungsgemäß gestaltete Steuerscheibe wirkt in der Draufsicht undurchsichtig, da die Öffnungen auf der einen Seite der Scheibe durch Stege auf der anderen Scheibenseite verdeckt sind; es ist dementsprechend klar, daß diese Scheibe an keiner Stelle ultraviolette oder sichtbare Strahlung aus dem Plasma passieren läßt. Weniger einleuchtend ist zunächst die Tatsache, daß die Steuerscheibe mit ihren gekrümmten Durchtrittskanälen darüber hinaus auch noch störende Ladungsträger abfängt, für Nutzelektronen dagegen durchlässig ist. Dieser Diskriminatoreffekt, der im Experiment bereits voll bestätigt werden konnte, läßt sich folgendermaßen erklären: Die Nutzelektronen, also die auf die gerade angesteuerte Zeile fokussierten Plasmaelektronen, sind relativ langsam. Sie werden daher, wenn sie in den Steuerraum der Elektrodenmatrix eintreten, von den dort herrschenden Ablenkfeldern - der gegenüberliegende Steg mit Spaltenleitern liegt auf einem ausreichend negativen Potential - zur Seite hin abgelenkt, und zwar größtenteils so weit, daß sie in den Sog des durch die Elektronenaustrittsöffnungen hindurchgreifenden Beschleunigungsfeldes geraten und somit insgesamt auf einer gekrümmten Bahn in den Nachbeschleunigungsraum gezogen werden. Die Potentialverhältnisse können dabei so gewählt werden, daß nur relativ wenige, durch das Zentrum der Eintrittsöffnung fliegende Nutzelektronen vom Steg abgefangen werden. Dieses Schicksal erfährt dagegen der größte Teil der schnellen Elektronen, deren Bahnen naturgemäß "steif" sind und durch die Ablenkfelder nur unwesentlich gekrümmt werden können. Die lonen, die in den Steuerraum eindringen, prallen, wenn sie relativ viel Energie aufgenommen haben, auf die zeilenseitigen Stege, und werden ansonsten zum weit überwiegenden Teil auf die Stege in der Spaltenebene gelenkt. Nur vereinzelten Ionen gelinkt es, in den Gasentladungsraum überzutreten; Durchzündungen kommen dadurch nicht zustande.
  • Die mit der verdeckten Steuerscheibe erzielte Entkopplung ist so gut, daß man bei der Wahl der Gasmischung und des Gasdruckes wie auch bei der Gestaltung der Kathode einen erheblichen Spielraum zurückgewonnen hat. Günstig ist auch der Umstand, daß die in den Nachbeschleunigungsraum eintretenden Elektronenstrahlen bereits recht gut gebündelt sind, so daß es allenfalls einer einfachen Nachfokussierung bedarf, um zusammengehörende Teilbündel wieder zu einem einzigen Strahl mit kleinem Querschnitt zu vereinigen. Hinzukommt, daß man die Zeilenöffnungen vergrößern und damit die Elektronenausbeute erhöhen kann, ohne dabei gefährliche Spannungsdurchgriffe in Kauf nehmen zu müssen. Im übrigen hat sich herausgestellt, daß die hier vorgeschlagene flache Elektronenstrahlröhre eine Steuercharakteristik besitzt, die speziell dann, wenn man die Graustufen durch eine Puls-Längen-Modulation erzeugen will, die Wahrung einer überall gleichmäßigen Bildhelligkeit wesentlich erleichtert: Der Schirmstrom mündet mit zunehmender Steuerspannung in ein über weite Spannungsbereiche praktisch konstantes Plateau ein.
  • Normalerweise sind die Elektroneneintritts-und Elektronenaustrittsöffnungen Löcher in den Zeilen- bzw. Spaltenleitern; eine solche Ausführung ist beispielsweise in der Figur der DE-PS 24 12 869 dargestellt. Unter Umständen kann es zweckmäßiger sein, von dieser Ausführung abzugehen und die Öffnungen auf der Zeilenleiterseite oder der Spaltenleiterseite in die Räume zwischen benachbarten Leitern zu verlegen. Eine Steuerstruktur, bei der lochfreie Zeilenleiter (Bänder, Drähte) mit Elektroneneintrittsspalten etwa gleicher Breite alternieren, hat einen zusätzlichen Vorteil: Die aus dem Plasma gezogenen, links und rechts an dem getasteten Zeileleiter vorbeifliegenden Elektronen werden - durch Querfelder in den Eintrittsspalten - noch im Steuerraum zu einem zeilenparallelen Strahl zusammengefaßt. Entscheidet man sich dafür, auf der Spaltenleiterseite die Öffnungen zwischen die Leiter zu plazieren, so sollte jedem Spaltenleiter eine elektronenoptische Zylinderlinse zugeordnet sein. Eine solche Linse, die zum einen die Nachfokussierung besorgt und zum anderen die einzelnen Spaltenleiter voneinander abschirmt, kann im Einzelfall durch ein oder zwei spaltenparallele Leiterbahnen pro Spaltenleiter realisiert werden.
  • Bei dem vorgeschlagenen Flachbildschirm beobachtet man mitunter noch eine gewisse Resthelligkeit im Bildhintergrund. Dieser Dunkelstrom rührt daher, daß die schnellen Elektronen beim Auftreffen auf die Spaltenstege Sekundärelektronen auslösen, die teilweise in die spaltenseitigen Öffnungen gelangen und dann auf den Schirm gezogen werden. Um auch diesen Effekt auszuschalten, bietet es sich an, die Spalterstege breiter als die zugehörigen Zeilenöffnungen zu machen, also vor allem die Spaltenöffnungen schmal zu halten. Schmale Elektronenaustrittsöffnungen sollten übrigens auch schon deshalb stets angestrebt werden, weil sie die Voraussetzung für einen kleinen Strahlquerschnitt am Leuchtschirm und damit für einen kleinen Lichtfleck sind.
  • Eine Steuerscheibe, bei der die spaltenseitigen und die zeilenseitigen Öffnungen nicht miteinander fluchten und über dies schlitzartig ausgebildet sind, ist bereits aus der DE-A- 30 10 179 bekannt. Dieser Vorschlag der lediglich auf eine Fertigungserleichterung abzielt, basiert jedoch darauf, daß sich die Löcher wenigstens teilweise überlappen, so daß die schädlichen Rückwirkungen zwischen beiden Räumen im Grunde überhaupt nicht gedämpft werden.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand zusätzlicher Ansprüche.
  • Der Lösungsvorschlag soll nun anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert werden. In den Figuren sind einander entsprechende Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigen:
    • Fig. 1 das Ausführungsbeispiel in einer teilweise weggebrochenen Perspektivansicht und
    • Fig. 2 die Steuerscheibe der Fig. 1 im Schnitt II-II, wobei die Trägerstruktur für die Elektrodenmatrix nur angedeutet ist.
  • Die Figuren sind der Übersicht halber sehr schematisch gehalten. Teile, die für ein Verständnis der Erfindung nicht unbedingt erforderlich sind, beispielsweise Elektrodenzuleitungen oder Abstandshalter, sind ganz weggelassen.
  • Die flache Elektronenstrahlröhre der Fig. 1 enthält im einzelnen eine gasgefüllte Hülle 1 mit einer Rückplatte 2 und einer Frontplatte 3 und einer Steuerscheibe 4. Alle drei Platten liegen in zueinander parallelen Ebenen, wobei die Steuerscheibe 4 das Hülleninnere in zwei Räume, einen vorderen Nachbeschleunigungsraum 5 und einen hinteren Gasentladungsraum 6, unterteilt.
  • Die Rückplatte 2 ist auf ihrer Vorderseite mit einer Schar von zueinander parallelen, relativ großflächigen Kathodenstreifen 7 versehen. Die Frontplatte 3 trägt auf ihrer Rückseite ein regelmäßiges Raster von Phosphorpunkten 8, die durch Elektronen zur Lichtemission angeregt werden können, und darüber eine Nachbeschleunigungsanode 9. Die Steuerscheibe 4, die gegen die Frontplatte 3 durch einen Abstandsrahmen 10 abgestützt ist, enthält auf ihrer Rückseite eine Schar aus zueinander parallelen Zeilenleitern 11 und auf ihrer Vorderseite Spaltenleiter 12. Die Zeilenleiter verlaufen parallel zu den Kathodenstreifen 7, und die Spaltenleiter erstrecken sich senkrecht dazu. In jeden der Leiter 11, 12 sind Öffnungen-Elektroneneintrittsöffnungen 13 in den Zeilenleitern 11 und Elektronenaustrittsöffnungen 14 in den Spaltenleitern 12 - eingebracht. Im Betrieb der flachen Elektronenstrahlröhre liegen an den einzelnen Elektroden folgende Spannungen: An den selektierten und nichtselektierten Kathodenstreifen -200V bzw. 0V; an den gesteuerten und nicht angesteuerten Zeilenleitern 0V bzw. -50V; an den Spaltenleitern 12 zwischen -80V und -30V; und an der Nachbeschleunigungsanode +4kV. Die Elektrodenmatrix wird zeilensequentiell adressiert, un die Kathodenspannungen sind mit der Zeilenabtastspannung derart synchronisiert, daß das Plasma jeweils zwischen dem ausgewählten Zeilenleiter und dem gerade gegenüberliegenden Kathodenstreifen brennt. Weitere Einzelheiten dieses Ansteuerprinzips gehen aus der DE-OS 26 43 915 hervor. Im übrigen wird auf die bereits zitierte DE-PS 24 12 869 verwiesen, die sich u.a. auch ausführlich mit Fragen des konstruktiven Aufbaus befaßt.
  • Aus Fig. 2 geht hervor, daß die Steuerscheibe 4 in einer Blickrichtung senkrecht zur Scheibenerstreckung wie eine undurchsichtige Scheibe wirkt, da ihre Öffnungen auf der einen Seite durch massive Blenden auf der anderen Seite verdeckt werden. (In der Fig. 2 ist im wesentlichen nur der Leiterteil der gesamten Steuerscheibe 4 eingezeichnet; von der die Leiter tragenden, aus isolierendem Material bestehenden Struktur sind lediglich Spaltenstützen 25, die die Lücken zwischen den Spaltenleitern verschließen, angedeutet.) Eine solche Verdeckung kommt zustande, wenn man folgende Abmessungen wählt: die Zeilenleiter 11 sind 3401lm breit und 60µm voneinander distanziert. Die Elektroneneintrittsöffnungen 13 sind Rechtecke mit einer Fläche von 220 x 200um - die Schmalseiten verlaufen parallel zur Zeilenleitererstreckung - und jeweils 200llm voneinander beabstandet. Die Spaltenleiter sind 3401im breit, halten einen Abstand von ebenfalls 60µm voneinander und haben schlitzförmige Elektronenaustrittsöffnungen 14. Diese Schlitze, die parallel zur Spaltenleitererstreckung verlaufen, sind 300µm lang, 801im breit und jeweils hinter einem der Zeilenleiterstege plaziert, die zwischen benachbarten Elektroneneintrittsöffnungen verbleiben.
  • Die Steuerscheibe 4, die in der Fig. 1 der Einfachheit halber als ein unstrukturierter Block eingezeichnet ist, ist in der Praxis so zu gestalten, daß sie einerseits als ein stabiler Träger für die Zeilen- und Spaltenleiter fungieren kann und andererseits Durchbrechungen enthält die die einander zugeordneten Elektronenöffnungen miteinander verbinden. Die Herstellung einer solchen Trägerstruktur macht in der Praxis keine grundsätzlichen Schwierigkeiten, da man auf Techniken zurückgreifen kann, die für Steuerscheiben mit geradlinigen Durchbrechungen bereits entwickelt worden sind. So könnte man auf einer dünnen Glasfolie zunächst die Zeilen- und Spaltenleiter formen und dann durch die Leiteröffnungen hindurch das Glas bis auf relativ kleinflächige Verbindungsstellen zwischen den beiden Leiterscharen wegätzen. Eine zweite Möglichkeit besteht darin, zunächst die Zeilen- und Spaltenleiter auf getrennen Stützsystemen zu realisieren und anschließend diese Einheten in richtiger Lage zueinander zusammenzusetzen. In der Regel werden die Stützsysteme zueinander parallele Isolierstege enthalten, die jeweils zwischen zwei nebeneinanderliegenden Leitern positioniert sind und ggf. durch einige Querstreben zu einem selbsttragenden Gebilde vervollständigt werden.
  • Fig. 2 zeigt die Potentialverhältnisse im Bereich der Elektrodenmatrix, und zwar für den Fall, daß der Zeilenleiter ausgewählt ist und die Spaltenleiter auf Durchlaßpotential liegen. Wählt man die Zeilenleiterspannung als Bezugspotential, so liegen die Spaltenleiter auf -30V. Nimmt man noch die Einflüsse aus dem Gasentladungsraum einerseits und dem Nachbeschleunigungsraum andererseits hinzu, so ergibt sich eine Potentialverteilung, von der einige charakteristische Äquipotentialflächen in dem Diagramm eingezeichnet und mit den zugehörigen Potentialwerten versehen sind. Man erkennt zwei Sattelpunkte von -5V, einen etwa im Zentrum der Elektronenstrahleintrittsöffnung und einen weiteren oberhalb der Elektronenstrahlaustrittsöffnung. Nach den elektronenoptischen Gesetzen wirkt der zeilenleiterseitige Sattelpunkt, der ein positiveres Potential als die ihn erzeugende Potentialfläche hat, für Elektronen zerstreuend und für Ionen sammelnd, während der Sattelpunkt über der Spaltenöffnung, der durch eine Potentialfläche mit positiverem Potential gebildet wird, die Elektronen sammelt und die Ionen zerstreut. Diese beiden Linseneffekte verändern die Bahnen der in den Steuerraum eintretenden Ladungsträger in charakteristischer Weise. Um dies zu veranschaulichen, sind in der Figur repräsentative Trajektoren von Elektronen (Kurven 15, 16 und 17) und von Ionen (Kurven 18 und 19) eingetragen. Die Kurven 15 und 16 gehören zu langsamen Elektronen aus der Gasentladung die Kurve 17 bezeichnet die Bahn eines schnellen Plasmaelektrons und die Kurven 18 und 19 beschreiben die Wege eines schnellen bzw. abgebremsten Ions aus dem Nachbeschleunigungsraum. Man erkennt, daß die niederenergetischen Elektronen auf einer gekrümmten Bahn durch den Steuerraum gezogen werden und als ein relativ gut gebündelter Strahl in den Nachbeschleunigungsraum eintreten. Die langsamen Ionen werden zunächst gestreut und dann - unter dem Einfluß eines ständig ziehenden Feldes - auf die Innenseite der Spaltenleiter befördert. Die schnellen Elektronen und Ionen werden durch die relativ schwachen Felder nur wenig ausgelenkt; sie treffen auf die als Blenden wirkenden Teile der Steuerstruktur auf und werden dabei weitgehend unschädlich gemacht.
  • Die Erfindung beschränkt sich selbstverständlich nicht nur auf das dargestellte Ausführungsbeispiel. So hat man vor allem bei der Konstruktion der Steuerscheibe noch einen erheblichen Gestaltungsspielraum, da es im wesentlichen nur darauf ankommt die Öffnungen zu beiden Seiten der Steuerscheibe "auf Lücke" zueinander zu setzen. Beispielsweise könnte man die Öffnungen der geradzahligen Zeilenleiter gegenüber den Öffnungen der ungeradzahligen Zeilenleiter versetzen und die Spaltenleiter entsprechend zick-zack-förmig verlaufen lassen (vgl. hierzu auch die DE-A- 26 15 569). Davon abgesehen wäre es auch möglich, die ggf. verwendeten Elemente zur Nachfokussierung gleichzeitig auch noch zur Versteifung der Steuerstruktur heranzuziehen; so empfiehlt es sich etwa in Fällen, in denen jeder Spaltenleiter von einem oder zwei weiteren Leitern flankiert wird, diese Zwischenelektroden als parallele Streifen auf der Vorderseite eines Isolierstabel aufzubringen und den Stab auf seiner Rückseite mit jeweils zwei benachbarten Spaltenleitern zu fixieren.

Claims (7)

1. Flache Elektronenstrahlröhre mit folgenden Merkmalen:
a) eine gasgefüllte Hülle enthält zwei in Betrachtungsrichtung hintereinanderliegende, zueinander parallele Platten, eine Frontplatte und eine Rückplatte;
b) das Hülleninnere ist durch eine parallel zu den Plattenebenen erstreckte Steuerscheibe in eine vordere Kammer, den Nachbeschleunigungsraum, und eine hintere Kammer, den Gasentladungsraum, unterteilt;
c) die Rückplatte trägt auf ihrer Innenseite mindestens eine Kathode, die Gasentladungskathode;
d) die Frontplatte trägt auf ihrer Innenseite eine durch Elektronen anregbare Lumineszenzschicht und eine Anode, die Nachbeschleunigungsanode;
e) die Steuerscheibe trägt auf ihrer dem Gasentladungsraum zugewandten Seite eine erste Schar aus zueinander parallelen, streifenförmigen Leitern, den Zeilenleitern, sowie eine erste Anzahl von regelmäßig angeordneten Öffnungen, den Elektroneneintrittsöffnungen, und auf ihrer dem Nachbeschleunigungsraum zugewandten Seite eine zweite Schar aus zueinander parellelen, streifenförmigen Leitern, den Spaltenleitern, sowie eine zweite Anzahl von regelmäßig angeordneten Öffnungen, den Elektronenaustrittsöffnungen, wobei die Spaltenleiter zu den Zeilenleitern gekreuzt sind und die Elektronenaustrittsöffnungen jeweils mittels Durchbrechungen in der Steuerscheibe bestimmten Elektroneneintrittsöffnungen zugeordnet sind;
f) die Zeilenleiter sind nacheinander ansteuerbar, das heißt, auf ein in Bezug auf das Potential der Gasentladungskathode(n) derart positiveres Potential legbar, daß zwischen der gegenüberliegenden Gasentladungskathode und dem angesteuerten Zeilenleiter eine Elektronen liefernde Gasentladung brennt;
g) die Spaltenleiter sind während der Zeit, in der ein bestimmter Zeilenleiter angesteuert ist, mit den zugehörigen Signalspannungen beaufschlagbar;
h) die Nachbeschleunigungsanode läßt sich auf ein derart hohes positives Potential legen, daß die Elektroden, die aus der Gasentladung in den Nachbeschleunigungsraum gelangen, auf einige kV beschleunigt werden und schließlich auf den Lumineszenzschirm treffen;
dadurch gekennzeichnet, daß
i) sich einander zugeordnete Elektroneneintrittsöffnungen (13) und Elektronenaustrittsöffnungen (14), gesehen in einer Richtung senkrecht zur Steuerscheibenebene, nicht überlappen und
k) die Spaltenleiter (12) auf ein soviel negativeres Potential legbar sind als der angesteuerte Zeilenleiter (11), daß die Elektronen in der Steuerscheibe (4) soweit abgelenkt werden, daß sie in das durch die Elektronenaustrittsöffnungen (14) hindurchgreifende Beschleunigungsfeld geraten und somit insgesamt auf einer gekrümmten Bahn in den Nachbeschleunigungsraum (5) gezogen werden.
2. Elektronenstrahlröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroneneintrittsöffnungen (13) durch Löcher in den Zeilenleitern (11) und die Elektronenaustrittsöffnungen (14) durch Löcher in den Spaltenleitern (12) gebildet werden und daß die Elektronenaustrittsöffnungen (14) gegenüber . den Elektroneneintrittsöffnungen (13), denen sie jeweils zugeordnet sind, in Richtung der Zeilenleitererstreckung versetzt liegen.
3. Elektronenstrahlröhre nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronenaustrittsöffnungen (14) die Form von Schlitzen haben, die sich senkrecht zur Versetzungsrichtung erstrecken.
4. Elektronenstrahlröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroneneintrittsöffnungen (13) durch Längsschlitze zwischen benachbarten Zeilenleitern (11) gebildet werden und daß die Elektronenaustrittsöffnungen (14) gegenüber den Elektroneneintrittsöffnungen (13), denen sie jeweils zugeordnet sind, in Richtung der Spaltenleitererstreckung versetzt liegen.
5. Elektronenstrahlröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronenaustrittsöffnungen (14) durch Längsschlitze zwischen benachbarten Spaltenleitern (12) gebildet werden und daß die Elektroneneintrittsöffnuingen (13) gegenüber den Elektronenaustrittsöffnungen (14), denen sie jeweils zugeordnet sind, in Richtung der Zeilenleitererstreckung versetzt liegen.
6. Elektronenstrahlröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der dem Nachbeschleunigungsraum (5) zugewandten Seite der Steuerscheibe (4) ein System aus Elektroden (Fokussierelektroden) angeordnet ist, die auf einem gegenüber dem Potential des jeweils zugehörigen Spaltenleiters (12) negativem Potential liegen und nach Art einer elektronenoptischen Zylinderlinse die in den Nachbeschleunigungsraum (5) eintretenden Elektronen bündeln.
7. Elektronenstrahlröhre nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Spaltenleiter (12) eine oder zwei ebenfalls streifenförmige, zu ihm parallel verlaufende Fokussierelektroden zugeordnet sind.
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