EP0142165A2 - Flachbildschirm mit einer Helium-Füllung - Google Patents
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- EP0142165A2 EP0142165A2 EP84113695A EP84113695A EP0142165A2 EP 0142165 A2 EP0142165 A2 EP 0142165A2 EP 84113695 A EP84113695 A EP 84113695A EP 84113695 A EP84113695 A EP 84113695A EP 0142165 A2 EP0142165 A2 EP 0142165A2
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- EP
- European Patent Office
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- potential
- conductors
- post
- gas discharge
- acceleration
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J17/00—Gas-filled discharge tubes with solid cathode
- H01J17/38—Cold-cathode tubes
- H01J17/48—Cold-cathode tubes with more than one cathode or anode, e.g. sequence-discharge tube, counting tube, dekatron
- H01J17/49—Display panels, e.g. with crossed electrodes, e.g. making use of direct current
- H01J17/498—Display 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
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J17/00—Gas-filled discharge tubes with solid cathode
- H01J17/02—Details
- H01J17/04—Electrodes; Screens
- H01J17/06—Cathodes
Definitions
- the invention relates to a flat screen according to the preamble of claim 1.
- a picture tube is described in the older, not yet published patent application P 3329059.8.
- the display of the cited application works according to the following principle: in a backward gas discharge, electrons are generated which pass through selected holes in a control matrix into a front space, are then accelerated to about 4kV and finally hit a phosphor screen.
- the acceleration distance is so short that the high voltage is not sufficient to ignite the gas - it is helium - in the post-acceleration space.
- Helium has a number of favorable properties: It is chemically inert, requires a relatively low burning voltage and enables a high-voltage-resistant post-acceleration room. It is less favorable that the burning voltage can rise in the course of operation and that the images displayed have a fairly bright background, are adversely affected by crosstalk effects and. the rest are not particularly bright. Since it has been recognized that the increase in burning voltage is primarily due to a pressure-reducing He + implantation in the post-acceleration section, this effect can be limited by a special electrode coating (see the application mentioned at the beginning). The image disturbances, which essentially result from the fact that fast plasma electrons in the helium are braked relatively little, can be largely eliminated by additional blocking grids (cf. also the older, also as yet unpublished patent application P 32 07 685.1). Les 1 Lk / 10/26/1983
- the invention is therefore based on the object of further developing a flat tube of the type mentioned in such a way that even more current can be drawn from the gas discharge without having to accept disruptive sputtering effects or other deteriorations.
- This object is achieved according to the invention by a display device with the features of patent claim 1.
- the proposed solution is based on the finding that zirconium is atomized extremely little by He + bombardment, even if the ions originate from an abnormal gas discharge.
- gas discharge is known when the cathode emits over its entire surface and the current density and the burning voltage increase with increasing current strength.
- the switching capacity of the control matrix is also supported with a grid electrode placed in front of it, one can - with correct pressure and voltage values and possibly an additional implantation protective layer on the post-acceleration cathode - achieve a contrast of up to 1: 100 and a current density of more than 200 ⁇ A / cm 2 and these values over several thousand Hold for hours. This enables moving color images with gray control and good resolution to be displayed under remarkably stable operating conditions.
- the gas pressure and switching voltages between the following limit values: the pressure between 2 mbar and 2.5 mbar; the voltage of the respectively sensed row conductor (tactile potential) between + 40V and + 60V compared to the voltage of the other row conductors (rest potential); the blocking and forward voltages of the column conductors are up to 15V more positive than the rest potential or up to 15V more negative than the tactile potential; the blocking and forward voltages of the tetrode conductors are negative by up to 40V against the resting potential or positive by up to 20V compared to the tactile potential. If there is another electrode in front of the tetrode level, which serves as a post-acceleration cathode, it should be biased by at least + 30V against the forward voltage of the tetrode conductors.
- the gas discharge cathode consists of zircon only in its electron-emitting regions. Apart from that, it may be advisable to coat the zircon with a thin oxide skin, usually no more than 1 ⁇ m thick.
- a cathode formed in this way has at least as good an electron yield and sputter rate as an oxide-free one Zircon surface. However, it is a prerequisite that the oxide layer is homogeneous over the entire area, since otherwise the discharge becomes uneven and may limit the life of the cathode.
- the figure shows a schematic side section of a flat panel display that could be used in a color television set.
- This display contains a vacuum envelope with a trough-like rear part 1 and a front plate 2.
- the interior of the envelope is subdivided into a rear gas discharge space 5 and a front post-acceleration space 6 by a control structure consisting of a rear control disc 3 and a front support plate 4. All panels and the tub floor extend in mutually parallel planes and are soldered to one another at the edges; the distance between the carrier plate and the front plate is maintained by a spacer frame.7.
- the back part carries a series of strip-shaped, mutually parallel cathodes 8 which are passed through the trough bottom.
- the control plate 3 is provided on its rear with row conductors 9 and at the front with column conductors 10. Both 'types of conductors together form a control matrix having individually controllable elements. The electrodes and the plate are broken through once at each conductor crossing point (openings 11).
- the carrier plate 4 is coated on the back and front with strip conductors (tetrode conductors) 12 or a continuous electrode (pentode) 13 parallel to the line conductors.
- This unit contains a regular pattern of passage channels 14, each with one of the public transport 11 are aligned.
- the back of the front panel has a grid of phosphor dots 15 and above it a continuous layer electrode (post-acceleration anode) 16; the phosphor points are each upstream of one of the passage channels 14.
- six strip cathodes, 280 row conductors and 720 column conductors are provided with a grid of 0.32x0.60mm 2 .
- the individual display parts are designed as follows: the rear part, control disc and front plate consist of a soft glass with a thermal expansion coefficient of 90 x10-7 o K- 1 .
- the carrier plate is made of a photo-etchable, thermally adapted glass.
- the control disc and the support plate are 0.15mm and 0.8mm thick, the distance between the support and front plate is 1.7mm.
- the electrodes of the control structure consist of a vapor-deposited Ti / Cu, galvanically reinforced with Cu and Ni. Layer; the pentode is also covered with a W implantation protection layer.
- the strip cathodes each consist of a 0.2 mm thick Zr sheet, which was activated at approx. 250 ° C before installation to prevent contamination. drive out and oxidize the sheet surface about 200 ⁇ m deep.
- the gas filling consists of pure He with an initial pressure of 2.5 mbar.
- the row conductors which are initially at ground potential, are activated one after the other, i.e. raised to + 50V.
- the strip cathode located behind the row conductor just touched is set to -150V.
- the column conductors receive the associated signal voltages of + 40V or + 10V.
- the conductor assigned to the row conductor just sensed is at + 60V, while the remaining conductors receive -30V.
- the pentode is at + 100V and the voltage of the post-acceleration anode is between + 4kV and + 5kV.
- control structure can also be organized and constructed differently, as long as only the electrons are obtained from a longitudinal plasma with a preferably wedge-like volume and brought to a few kV in a plasma-free space. Accordingly, the person skilled in the art is free to rasterize the control matrix relatively roughly and to combine it with an electron deflection, to interconnect the conductors of a level in groups or to implement individual electrode grids by means of wires.
- the helium used for filling does not always have to be highly pure; disruptive impurities can be removed if necessary - zirconium itself binds a number of gases - and traces of certain (molecular or noble) gases can also have a positive effect under certain circumstances.
Landscapes
- Gas-Filled Discharge Tubes (AREA)
Abstract
Description
- Die Erfindung bezieht sich auf einen Flachbildschirm gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine solche Bildröhre wird in der älteren, noch nicht veröffentlichten Patentanmeldung P 3329059.8 beschrieben.
- Das Display der zitierten Anmeldung arbeitet nach folgendem Prinzip: In einer rückwärtigen Gasentladung werden Elektronen erzeugt, die durch ausgewählte löcher einer Steuermatrix in einen vorderen Raum gelangen, dort auf etwa 4kV nachbeschleunigt werden und schließlich auf einen Phosphorschirm prallen. Die Beschleunigungsstrecke ist so kurz bemessen, daß die Hochspannung nicht ausreicht, das Gas - es handelt sich um Helium - im Nachbeschleunigungsraum zu zünden.
- Helium hat eine Reihe von günstigen Eigenschaften: Es ist chemisch inert, verlangt eine relativ geringe Brennspannung und ermöglicht einen hochspannungsfesten Nachbeschleunigungsraum. Weniger günstig ist, daß die Brennspannung im Laufe des Betriebs ansteigen kann und daß die dargestellten Bilder einen recht hellen Hintergrund haben, durch Nebensprecheffekte beeinträchtigt werden und im . übrigen auch nicht besonders leuchtstark sind. Seit dem man erkannt hat, daß der Brennspannungsanstieg vor allem auf eine druckmindernde He+-Implantation in der Nachbeschleunigungsstrecke zurückzuführen ist, kann man diesen Effekt durch einen speziellen Elektrodenüberzug begrenzen (vgl. hierzu die eingangs erwähnte Anmeldung). Auch die Bildstörungen, die im wesentlichen daher kommen, daß schnelle Plasmaelektronen im Helium relativ wenig abgebremst werden, lassen sich durch zusätzliche Sperrgitter weitgehend beseitigen (vgl. hierzu auch die ältere, ebenfalls noch unveröffentlichte Patentanmeldung P 32 07 685.1). Les 1 Lk/26.10.1983
- Es ist aber noch nicht gelungen, die Stromdichte der Gasentladung ohne schädliche Nebenwirkungen soweit zu erhöhen, daß man auch rasch bewegte Bilder mit ausreichender Lichtstärke darstellen könnte. Besonders unangenehm sind Sputterphänomene, die zu Kurzschlüssen führen können und die Kathode mit der Zeit zerstören.
- Die Stromausbeute ist erheblich größer, wenn man das Edelgas He durch das Molekülgas H2 ersetzt. Wasserstoff liefert überdies recht kräftige Bildkontraste und - zumindest mit besonders präparierten Aluminiumkathoden (DE-OS 2929270) - geringe Sputterraten, ist aber weniger durchschlagsfest und kommt letztlich vor allem deshalb nicht in Frage, weil er den Phosphor angreift.
- Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Flachbildröhre der eingangs genannten Art so weiterzuentwickeln, daß man aus der Gasentladung noch mehr Strom ziehen kann, ohne störende Zerstäubungseffekte oder sonstige Verschlechterungen in Kauf nehmen zu müssen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Anzeigevorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
- Der Lösungsvorschlag beruht auf dem Befund, daß Zirkon durch ein He+-Bombardement extrem wenig zerstäubt wird, und zwar auch dann, wenn die Ionen aus einer anomalen Gasentladung stammen. ("Anomal" ist die Gasentladung bekanntlich dann, wenn die Kathode auf ganzer Fläche emittiert und die Stromdichte und die Brennspannung mit steigender Stromstärke zunehmen.) Unterstützt man außerdem noch, wie erfindungsgemäß vorgeschrieben, das Schaltvermögen der Steuermatrix mit einer davorgesetzten Gitterelektrode, so kann man - bei richtigen Druck- und Spannungswerten und ggf. einer zusätzlichen Implantationsschutzschicht auf der Nachbeschleunigungskathode - einen Kontrast bis zu 1:100 und eine Stromdichte von mehr als 200µA/cm2 erzielen und diese Werte über mehrere tausend Stunden hinweg halten. Damit lassen sich bewegte Farbbilder mit Grausteuerung und guter Auflösung unter bemerkenswert stabilen Betriebsbedingungen darstellen.
- Daß Heliumionen aus einer Zirkonoberfläche nur wenig Atome herausschlagen können, ist an sich bekannt (J.Appl.Phys.33 (1962) 1842). Es gibt auch schon seit Jahren Gaslaser, bei denen mit einer Zr-Kathode in einem He-Ne-Gemisch eine (normale) Gasentladung erzeugtwird (DE-PS 25 06 842). Diese Kenntnisse sind allerdings für die vorliegenden Probleme wenig aussagekräftig; insbesondere war nicht vorherzusehen, daß der hier vorgeschlagene Bildschirm in der Summe seiner Eigenschaften allen Vorgängern seines Typs überlegen sein würde.
- Zu besten Resultaten kommt man, wenn man Gasdruck und Schaltspannungen zwischen folgenden Grenzwerten einstellt: Den Druck zwischen2mbar und 2, 5mbar; die Spannung des jeweils getasteten Zeilenleiters (Tastpotential) zwischen +40V und +60V gegenüber der Spannung der übrigen Zeilenleiter (Ruhepotential); die Sperr- und Durchlaßspannungen der Spaltenleiter um bis zu 15V positiver als das Ruhepotential bzw. um bis zu 15V negativer als das Tastpotential; die Sperr-und Durchlaßspannungen der Tetrodenleiter um bis zu 40V negativ gegen das Ruhepotential bzw. um bis zu 20V positiv gegenüber dem Tastpotential. Befindet sich vor der Tetrodenebene noch eine weitere, als Nachbeschleunigungskathode dienende Elektrode, so sollte sie um mindestens +30V gegen die Durchlaßspannung der Tetrodenleiter vorgespannt sein.
- Es genügt, wenn die Kathode der Gasentladung nur in ihren Elektronen emittierenden Bereichen aus Zirkon besteht. Davon abgesehen kann es sich empfehlen, das Zirkon mit einer dünnen, normalerweise höchstens 1µm dicken Oxidhaut zu überziehen. Versuche haben nämlich gezeigt, daß eine derart formierte Kathode eine mindestens genauso gute Elektronenausbeute und Sputterrate wie eine oxidfreie Zirkonoberfläche hat. Voraussetzung ist allerdings, daß die Oxidschicht über der ganzen Fläche homogen ist, da die Entladung sonst ungleichmäßig wird und unter Umständen die Lebensdauer der Kathode begrenzt.
- Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand zusätzlicher Ansprüche.
- Der Lösungsvorschlag soll nun anhand eines bevorzugten, schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.
- Die Figur zeigt in einem schematischen Seitenschnitt ein Flachdisplay, das in einem Farbfernsehgerät eingesetzt werden könnte. Dieses Display enthält eine Vakuumhülle mit einem wannenartigen Rückteil 1 und einer Frontplatte 2. Das Hülleninnere wird durch eine Steuerstruktur, bestehend aus einer hinteren Steuerscheibe 3 und einer vorderen Trägerplatte 4, in einen hinteren Gasentladungsraum 5 und einen vorderen Nachbeschleunigungsraum 6 unterteilt. Alle Platten sowie der Wannenboden erstrecken sich in zueinander parallelen Ebenen und sind randseitig miteinander verlötet; der Abstand zwischen der Trägerplatte und der Frontplatte wird dabei durch einen Abstandsrahmen.7 gewahrt. Das Rückteil trägt eine Reihe von streifenförmigen, zueinander parallelen Kathoden 8, die durch den Wannenboden hindurchgeführt sind. Die Steuerplatte 3 ist auf ihrer Rückseite mit Zeilenleitern 9 und vorne mit Spaltenleitern 10 versehen. Beide' Leiterarten bilden zusammen eine Steuermatrix mit einzeln ansteuerbaren Elementen. In jedem Leiterkreuzungspunkt sind die Elektroden und die Platte je einmal durchbrochen (Öffnungen 11). Die Trägerplatte 4 ist rück- und frontseitig mit zeilenleiterparallelen Streifenleitern (Tetrodenleitern) 12 bzw. einer durchgehenden Elektrode (Pentode) 13 beschichtet. Diese Einheit enthält ein regelmäßiges Muster aus Durchtrittskanälen 14, die jeweils mit einer der Öffnungen 11 fluchten. Die Frontplatte trägt auf ihrer Rückseite ein Raster aus Phosphorpunkten 15 und darüber eine durchgehende Schichtelektrode (Nachbeschleunigungsanode) 16; die Phosphorpunkte sind jeweils einem der Durchtrittskanäle 14 vorgelagert. Im vorliegenden Beispiel sind sechs Streifenkathoden, 280 Zeilenleiter und 720 Spaltenleiter bei einem Raster von 0,32x0,60mm2 vorgesehen.
- Die einzelnen Displayteile sind folgendermaßen beschaffen: Rückteil, Steuerscheibe und Frontplatte bestehen aus einem Weichglas mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten von 90 x10-7oK-1. Die Trägerplatte ist aus einem fotoätzbaren, thermisch angepaßten Glas hergestellt worden. Die Steuerscheibe und die Trägerplatte sind 0,15mm bzw. 0,8mm dick, der Abstand zwischen Träger- und Frontplatte beträgt 1,7mm. Die Elektroden der Steuerstruktur bestehen aus einer aufgedampften, mit Cu und Ni galvanisch verstärkten Ti/Cu-. Schicht; die Pentode ist zusätzlich mit einer W-Implantationsschutzschicht bedeckt. Die Streifenkathoden bestehen jeweils aus einem 0,2mm starken Zr-Blech, das vor dem Einbau bei ca. 250°C aktiviert worden ist, um Verunreinigun-. gen auszutreiben und die Blechoberfläche ca. 200µm tief zu oxidieren. Die Gasfüllung besteht aus reinem He mit einem Anfangsdruck von 2,5mbar. Als Phosphore wurden verwendet: Gd202S:Tb(grün), ZnS:Ag(blau) und Y203:Eu(rot).
- Im Betrieb des Displays werden die Zeilenleiter, die zunächst auf Erdpotential liegen, nacheinander angesteuert, das heißt auf +50V angehoben. Die hinter dem gerade getasteten Zeilenleiter befindliche Streifenkathode wird auf -150V gelegt. Während jeder Zeilentastzeit erhalten die Spaltenleiter die zugehörigen Signalspannungen in Höhe von +40V bzw. +10V. In der Tetrodenebene liegt der Leiter, der dem gerade getasteten Zeilenleiter zugeordnet ist, auf +60V, während die übrigen Leiter -30V erhalten. Die Pentode befindet sich auf +100V, und die Spannung der Nachbeschleunigungsanode liegt zwischen +4kV und +5kV. Bei diesen Spannungen brennt jeweils zwischen dem angesteuerten Zeilenleiter und der jeweils gegenüberliegenden Streifenkathode eine Gasentladung, die durch einen geeignet gewählten Vorwiderstand eine Stromdichte von 200µA/cm2 hat und somit bereits stark anomal ist. Die Elektronen dieses Plasmas fliegen durch die voll selektierten Löcher der Steuermatrix in den Nachbeschleunigungsraum, wo sie schließlich mit Energien von mehr als 4kV auf die zugehörigen Phosphorpunkte platzen. Für weitere Betriebseinzelheiten wird auf Elektronik 14 (1982) 79 verwiesen.
- Die Erfindung beschränkt sich nicht nur auf das dargestellte Ausführungsbeispiel. So kann die Steuerstruktur auch anders organisiert und konstruiert sein, solange nur die Elektronen aus einem Längsplasma mit einem vorzugsweise keilähnlichen Volumen gewonnen und in einem plasmafreien Raum auf einige kV gebracht werden. Dementsprechend steht es dem Fachmann frei, die Steuermatrix relativ grob zu rastern und mit einer Elektronennachablenkung zu kombinieren, die Leiter einer Ebene gruppenweise zusammenzuschalten oder etwa einzelne Elektrodengitter durch Drähte zu realisieren. Im übrigen braucht das zur Füllung verwendete Helium nicht stets hochrein zu sein; störende Verunreinigungen ließen sich bei Bedarf weggettern - Zirkon bindet selbst eine Reihe von Gasen - , und Spuren gewisser (Molekül- oder Edel-)Gase können sich unter Umständen auch durchaus positiv auswirken.
Claims (8)
dadurch gekennzeichnet, daß
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19833341362 DE3341362A1 (de) | 1983-11-15 | 1983-11-15 | Flachbildschirm mit einer helium-fuellung |
DE3341362 | 1983-11-15 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
EP0142165A2 true EP0142165A2 (de) | 1985-05-22 |
EP0142165A3 EP0142165A3 (de) | 1986-02-12 |
Family
ID=6214427
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
EP84113695A Ceased EP0142165A3 (de) | 1983-11-15 | 1984-11-13 | Flachbildschirm mit einer Helium-Füllung |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP0142165A3 (de) |
JP (1) | JPS60119057A (de) |
DE (1) | DE3341362A1 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0307653A2 (de) * | 1987-09-12 | 1989-03-22 | Nokia Unterhaltungselektronik (Deutschland) GmbH | Flache Bildwiedergabevorrichtung |
-
1983
- 1983-11-15 DE DE19833341362 patent/DE3341362A1/de not_active Withdrawn
-
1984
- 1984-11-13 EP EP84113695A patent/EP0142165A3/de not_active Ceased
- 1984-11-14 JP JP24039184A patent/JPS60119057A/ja active Pending
Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
ELEKTRONIK, Band 31, Nr. 14, 16. Juli 1982, Seiten 79-82, M]nchen, DE; Dr. A. SCHAUER: "Flacher Bildschirm aus deutscher Entwicklung" * |
JOURNAL OF APPLIED PHYSICS, Band 33, Nr. 5, Mai 1962, Seiten 1842-1845, US; D. ROSENBERG u.a.: "Sputtering yields for low energy He+-, Kr+-, and Xe+-Ion bombardment" * |
LASER FOCUS, Band 19, Nr. 11, November 1983, Seiten 56-62, Newton, Massachusetts, US; "Gas-electron-phosphor technology challenges flat-panel displays" * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0307653A2 (de) * | 1987-09-12 | 1989-03-22 | Nokia Unterhaltungselektronik (Deutschland) GmbH | Flache Bildwiedergabevorrichtung |
EP0307653A3 (de) * | 1987-09-12 | 1990-08-01 | Nokia Unterhaltungselektronik (Deutschland) GmbH | Flache Bildwiedergabevorrichtung |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP0142165A3 (de) | 1986-02-12 |
DE3341362A1 (de) | 1985-05-23 |
JPS60119057A (ja) | 1985-06-26 |
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