NL9002566A - Beeldweergeefinrichting van het dunne type. - Google Patents

Description

Beeldweergeefinrichting van het dunne type.

De uitvinding heeft betrekking op een beeldweergeef-inrichting met een vacufimomhulling voor het weergeven van uit punten opgebouwde beelden op een luminescerend scherm, en heeft in het bijzonder betrekking op een dunne beeldweergeefinrichting (d.w.z. een beeldweergeefinrichting met een geringe "front to back dimension") die zich duideljk onderscheidt van de weergeefinrichtingen volgens de stand van de techniek.

Typische stand van de techniek benaderingen van beeldweergeef inrichtingen van het dunne type betreffen inrichtingen met een doorzichtige frontplaat (face plate) en een achterplaat die door tussenwanden verbonden zijn en waarbij op de binenzijde van de frontplaat een fosforpatroon is aangebracht dat aan één zijde voorzien is van een elektrisch geleidende laag (tezamen ook wel luminescerend scherm genoemd). Wanneer (m.b.v. video informatie gestuurde) elektronen het luminescerende scherm treffen wordt een visueel beeld gevormd dat via de voorzijde van de voorplaat zichtbaar is. De voorplaat kan vlak zijn, of desgewenst gebogen (b.v. sferisch of cylindrisch).

Een bepaalde categorie van beeldweergeefinrichtingen van het dunne type maakt gebruik van enkelvoudige of meervoudige elektronenbundels die aanvankelijk in wezen evenwijdig aan het vlak van het beeldscherm lopen en uiteindelijk naar het beeldscherm toe gebogen worden om hetzij direct, hetzij door middel van bijvoorbeeld een selectieroosterstructuur, gewenste gebieden van het luminescerende scherm te adresseren. (Met de uitdrukking elektronenbundel wordt bedoeld dat de banen van de elektronen in de bundel nagenoeg evenwijdig zijn, of slechts een geringe hoek met elkaar maken, en dat er een hoofdrichting is waarin de elektronen zich bewegen). Bij de bovengenoemde, met gestuurde elektronenbundels werkende inrichting zijn o.a. ingewikkelde elektron-optische constructies nodig.

Beeldweergeefinrichtingen van het enkelvoudige bundeltype hebben bovendien, en zeker als ze iets grotere schermformaten hebben, meestal een gecompliceerde (kanaalplaat) elektronenvermenigvuldiger van het matrix type nodig.

Gezien het voorafgaande is het een doel van de uitvinding om een beeldweergeefinrichting van het dunne type te verschaffen die in aanzienlijke mate vrij is van nadelen van de bovengenoemde inrichtingen.

Een beeldweergeefinrichting met een vacuümomhulling voor het weergeven van uit punten opgebouwde beelden op een luminescerend scherm bevat daartoe volgens de uitvinding een aantal naast elkaar gelegen bronnen voor het produceren van elektronen, met de bronnen samenwerkende lokale elektronenleidingen (in het Engels: "conduits" of "ducts") met wanden van elektrisch isolerend materiaal met een voor elektronentransport geschikte secundaire emissiecoëfficiënt voor het transporteren van geproduceerde elektronen in de vorm van elektronenstromen over naast elkaar gelegen trajecten op korte afstand van het luminescerende scherm, en middelen om elke elektronenstroom op vooraf bepaalde (in het bijzonder opeenvolgende) plaatsen aan zijn leiding te onttrekken en naar een gewenste plaast van het luminescerende scherm toe te dirigeren voor het produceren van een uit punten opgebouwd beeld, waarbij de elektronenleidingen zijn voorzien van elektrodemiddelen voor het in bedrijf genereren van een axiaal elektrisch veld Ev en een transversaal veld Ev.

De benadering volgens de uitvinding voor het verschaffen van een beeldweergeefinrichting van het dunne type berust op de ontdekking, dat als men elektronen schiet op een wand van een door wanden van elektrisch nagenoeg isolerend materiaal (bijvoorbeeld glas) gedefinieerde langwerpige geëvacueerde holte (z.g. koker), elektronentransport mogelijk is indien (door het aanleggen van een elektrisch potentiaalverschil over de uiteinden van de koker) in de lengterichting van de koker een elektrisch veld van voldoende sterkte wordt gerealiseerd. De ingeschoten elektronen genereren daarbij door wandinteractie secundaire elektronen die naar een verder wanddeel getrokken worden en op hun beurt door wandinteractie weer secundaire elektronen genereren. De omstandigheden (veldsterkte, elektrische weerstand van de wanden, secundaire emissiecoëfficiënt δ van de wanden) kunnen zoals hierna zal worden uiteengezet zo gekozen worden dat een constante vacuümstroom in de koker gaat lopen.

Door elektronen op gewenste plaatsen aan de elektronenstromen te onttrekken en naar een luminescerend scherm te dirigeren, kan men dan een beeld op het luminescerende scherm vormen. Daarbij is het van belang dat de elektronen die in de leidingen lopen niet te hoge snelheden hebben. Als er tijdens het transport door de elektronenleidingen een aantal elektronen te hoge snelheden zou krijgen, zou dat tot kontrastverlies van het beeld op het scherm kunnen leiden.

Te hoge snelheden kunnen optreden door elastische botsingen met de wanden (back scattering), of doordat elektronen, die met een lage snelheid starten, niet, of pas na een substantiële afstand afgelegd te hebben (meer dan enkele mm) met de wanden in kontakt komen en onderweg steeds meer energie opdoen. Om dit te voorkomen worden volgens de uitvinding de elektrodemiddelen uitgevoerd om behalve een axiaal elektrisch veld (E„) een elektrisch veld (Ev) dwars op de lengteas van de leidingen te produceren. Hierdoor wordt bereikt dat de elektronenstroom beperkt wordt (Engels: "confined") tot een longitudinaal gebied nabij een leidingwand. De elektronen "hoppen" tijdens het transport a.h.w. over de wand, wat het beoogde effect heeft.

Een eerste uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding wordt gekenmerkt, doordat de elektronenleidingen gevormd worden door langwerpige, door wanden van elektrisch isolerend materiaal met een secundaire emissiecoëfficiënt δ gedefinieerde holtes, waarbij de naar het luminescerende scherm gekeerde zijde van elke holte voorzien is van een aantal extractie openingen, een en ander zodanig, dat alle extractieopeningen tesamen een rijen- en kolommenarrangement vormen. Hierbij hebben δ en E waarden elektronentransport door de holtes mogelijk maken. Door de openingen rijgewijs te voorzien van elektrodes die met een eerste (positieve) elektrische spanning(puls) bekrachtigbaar zijn om via de openingen van een rij elektronenstromen uit de holtes te trekken, of met een tweede (lagere) elektrische spanning bekrachtigbaar zijn indien lokaal géén elektronen uit de holtes getrokken moeten worden, wordt een selectiemiddel verschaft. De door dit selectiemiddel uit de holtes getrokken elektronen kunnen door het aanleggen van een versnelspanning naar het scherm gedirigeerd worden. De elektrodemiddelen kunnen tevens uitgevoerd zijn voor het verschaffe van een (ongeveer lineair) oplopende potentiaal over de van het scherm afgekeerde (achter) wand en een eveneens (lineair) oplopende, doch lagere, potentiaal over de naar het scherm toegekeerde (voor)wand. Op deze wijze worden de velden Ey en Εχ gecreëerd. De achterwand potentiaal kan b.v. zeer goed worden gedefinieerd door middel van een op de achterwand aangebrachte hoogohmige weerstandslaag. Deze weerstandslaag kan eventueel een meander of zig-zag patroon hebben voor het verhogen van de weerstand. Een alternatief is het kiezen van een zodanig achterwand materiaal dat men nuttig gebruik kan maken van de achterwand oplading welke ontstaat tijdens en door transport van elektronen. De voorwand potentiaal kan b.v. worden ingesteld door in de elektronenleidingen aan de schermzijde een aantal evenwijdige, b.v. stripvormige, elektrodes aan te brengen die in bedrijf op een ongeveer lineair oplopende potentiaal gezet worden. Deze elektrodes kunnen tevens met voordeel dienen voor selektie van een (beeld)lijn door er b.v. gaten in aan te brengen en ze te verbinden met een schakeling voor het verschaffen van een (positieve) selectiespanning.

Verder kunnen deze elektrodes ten behoeve van goede scherpte en kontrast meervoudig zijn uitgevoerd en/of van zich naar het scherm uitstrekkende, met de gaten coaxiale, elektrodemiddelen zijn voorzien.

Alle door de elektronenbronnen gegenereerde elektronenstromen moeten in de elektronenleidingen over tenminste een deel van de hoogte in de richting van de bovenrand of van de benedenrand van het luminescerende scherm geleid worden. Voor dat doel kan er één rij elektronenbronnen aanwezig zijn, of aantal evenwijdige rijen elektronenbronnen.

Deze elektronenbronnen kunnen elk binnen de elektronenleiding waarmee ze samenwerken geplaatst zijn, maar bevinden zich bij voorkeur elk aan de buitenzijde tegenover een ingangsdeel van de elektronenleiding waar ze mee samenwerken.

Door tussen een elektronenbron en het ingangsdeel van een daarmee samenwerkende elektronenleiding een voldoend groot positief spanningsverschil aan te leggen, worden de geëmitteerde elektronen naar de elektronenleiding versneld, waarna ze in de elektronenleiding door wandinteractie secundaire elektronen genereren.

In het voorgestelde display worden de elektronen door geschikte potentialen gedwongen over een wand te "hoppen". In een dergelijke mode bedreven wordt het aantal elektronen wat grote snelheden kan bereiken beperkt doordat de elektronen een elektrostatische kracht in de richting van de wand ondergaan.

In de elektronenleidingen krijgen de elektronen oplopende snelheden die op het moment van botsing met een wand in de buurt van snelheden overeenkomend met een energie van 30 eV liggen, gelijk aan de energie waar de secundaire emissieicoëfficiënt 1 is. Elektronen die een leiding binnenkomen met een grotere energie kunnen contrastproblemen veroorzaken omdat deze na een elastische verstrooiing aan een wand met zoveel energie in de riching van de selectie elektrodes en het scherm kunnen bewegen, dat ze het tegenveld (Ev) kunnen overwinnen en aldus op ongewenste plaatsen het scherm bereiken.

Een voorkeursvorm van de inrichting volgens de uitvinding wordt nu gekenmerkt, doordat tussen elke elektronenbron en het ingangsdeel van de elektronenleiding waarmee hij samenwerkt snelheidsbegrenzende middelen zijn geplaatst die er voor zorgen dat de geëmitteerde elektronen niet zonder wandbotsingen door de elektronenleiding kunnen lopen.

Door b.v. de elektronenemitters onder een hoek t.o.v. de wanden van de elektronenleidingen te zetten, is het voor de elektronen onmogelijk om met hoge snelheden de leidingen binnen te komen. De elektronen zullen direkt bij het binnenkomen minstens één keer een wand raken. Op deze manier is er een "elektronen-chicane" gecreëerd.

Een op dit idee gebaseerde uitvoeringsvorm wordt gekenmerkt, doordat de snelheidsbegrenzende middelen een wanddeel omvatten dat zodanig geplaatst is dat de geëmitteerde elektronen er op botsen, en dat de bij de botsingen geproduceerde secundiare elektronen op een wand van de elektronenleiding botsen.

Een elektrisch alternatief is de elektronenemitters te laten samenwerken met stuurelektroden die zodanig gearrangeerd en bekrachtigbaar zijn dat de elektronen naar een wand van het inloopdeel van de elektronenleiding toe worden geëmitteerd.

Een magnetisch alternatief is de elektronenemitters te laten samenwerken met magneetveld producerende middelen die een magneetveld opwekken waarmee de geëmitteerde elektronen naar een wand van het inloopdeel van de elektronenleiding worden afgebogen.

Voor het opwekken van door het vacuüm in de elektronenleidingen heen te transporteren elektronenstromen kan gebruik worden gemaakt van een aan (een rand van) het luminescerend scherm evenwijdig (lijn) arrangement van een aantal elektronenemitters.

Hiervoor zijn zowel thermische kathodes als koude kathodes, zoals veldemitters, geschikt.

Elektronen die lijngewijs uit de elektronenleidingen worden getrokken, kunnen (als bundels) naar het luminescerende scherm door versneld worden door een voldoend groot spanningsverschil tussen de elektronenleidingen en het scherm aan te brengen, b.v. een verschil van 3 kV. Aldus kan één beeldlijn tegelijk geschreven worden. De video-informatie (grijsnivo's) kan b.v. in de vorm van pulsbreedte-modulatie aangeboden worden. De afstand tot het scherm kan zeer klein zijn, zodat de spot klein blijft. Lokalisatie van geëxtraheerde, naar het scherm versnelde inviduele elektronenbundels kan worden gerealiseerd door een elektronenbundellokalisatie structuur, b.v. in de vorm van een structuur van horizontale en/of verticale wanden, tussen de elektronenleidingen en het luminescerende scherm aan te brengen.

Een belangrijk aspect van de uitvinding is, dat als de elektronenleidingen zijwanden hebben, deze tevens voor vacuümondersteuning kunnen worden gebruikt, waardoor vóór- en achterwand van de inventieve beeldweergeefinrichting relatief dun kunnen zijn ten opzichte van die van bekende beeldweergeefinrichtingen van het dunne type (totale dikte b.v. < 10 mm). Een uitvoeringsvorm wordt in dit verband gekenmerkt, doordat de vacuümomhulling een doorzichtige frontplaat, die aan zijn binnenzijde het luminescerende scherm draagt, omvat en op korte afstand van de frontplaat een achterplaat, welke door tussenwanden verbonden zijn, en dat zich in de ruimte tussen de frontplaat en de achterplaat een totale vacuümondersteuning bevindt, die voor een deel door wanden van de elektronenleidingen wordt gevormd. De vacuümondersteuning kan voor een ander deel gevormd worden door een stelsel van elektronenbundellokalisatie wanden dat zich tussen de frontplaat en de wanden van de elektronenleidingen onder een hoek t.o.v. de laatste uitstrekt.

Een verdere uitvoeringsvorm wordt in dit verband gekenmerkt, doordat de vacuümondersteuning een van de extractie openingen voorziene selectieplaat van elektrisch isolerend materiaal omvat, waarbij de wanden van elektronenleidingen de selectieplaat en de achterplaat op afstand houden. De selectieplaat kan een dikke plaat zijn die de ruimte tussen de wanden van de elektronenleidingen en de frontplaat vult. Op alternatieve wijze kan de selectieplaat dun zijn en kan zich tussen de selectieplaat en de frontplaat een stelsel van evenwijdige elektronenbundellokalisatiewanden bevindt dat de frontplaat en de selectieplaat op afstand houdt. De elektronenbundel lokalisatiewanden kunnen zich in dit geval b.v. dwars op de wanden van elektronenleidingen uitstrekken, en/of evenwijdig daaraan.

Enige uitvoeringsvoorbeelden van de uitvinding zullen nader worden uiteengezet aan de hand van de tekening, waarin voor overeenkomstige onderdelen steeds dezelfde verwijzingscijfers zijn gebruikt.

Figuur 1 is een schematisch, perspectivisch aanzicht, gedeeltelijk weggebroken, van een deel van een constructie van een beeldweergeefinrichting volgens de uitvinding ("beeldweergeefmodule") waarvan de onderdelen niet op schaal getoond worden;

Figuur 1A stelt een opengewerkt zijaanzicht van de constructie van Fig. 1 voor ter illustratie van de algemene werking van de uitvinding,

Figuur 1B toont een (selectie)elektroden arrangement, te gebruiken in de constructie va fig. 1;

Figuren 2A en 2B tonen aan de hand van een “verticale" doorsnede en een spanningsschema de werking van een specifieke elektronenleiding te gebruiken in de constructie van Fig. 1,

Figuur 3 stelt een grafiek voor waarin van een voor de uivinding karakteristiek wandmateriaal de secundaire emissiecoëfficiënt δ als functie van de primaire elektronenenergie Ep is uitgezet,

Figuur 4 toont een "verticale" doorsnede door een deel van een constructie die een alternatief vormt voor de constructie van Fig. 2A;

Figuur 5 toont een alternatief voor de constructie van

Fig. 1:

Figuur 6 toont schematisch een grootbeeld-weergeefinrichting opgebouwd uit een aantal beeldweergeefmodules van het type volgens de uitvinding; en

Figuur 7 toont schematisch een alternatieve beeldweergeefinrichting volgens de uitvinding.

Figuren 1 en 1A representeren een beeldweergeefinrichting 1 van het dunne type volgens de uitvinding met een weergeefpaneel (venster) 3 en een daar tegenover gelegen achterwand 4. Nabij een wand 2 die paneel 3 en achterwand met elkaar verbindt, is een elektronenbronnen arrangement 5, bijvoorbeeld een lijnkathode die door middel van elektrodes in een groot aantal, bijvoorbeeld 600, elektronenemitters voorziet, of een overeenkomstig aantal separate emitters, geplaatst.

Deze laatsten behoeven ieder een relatief geringe stroom te leveren zodat vele types (koude dan wel thermische) kathodes als emitters bruikbaar zijn. De emitters kunnen gezamenlijk geschakeld worden, of apart. Hun emissie kan konstant zijn, of regelbaar. Het elektronenbronnen arrangement 5 is tegenover ingangsopeningen van een rij nagenoeg evenwijdig aan het scherm lopende leidingen, die gevormd worden door kokers 6, 6', 6", ... enz., geplaatst, in dit geval één koker per elektronenbron. Deze kokers hebben door wanden gedefinieerde holtes 11, 11', 11" ... . Tenminste één wand (bijvoorkeur de achterwand) van elke koker is gemaakt van materiaal dat voor het doel van de uitvinding een geschikte elektrische weerstand heeft, (b.v. keramisch materiaal, glas, kunststof - af of niet gecoat -), en over een bepaald gebied van primaire elektronen energieën een secundaire emissiecoëfficiënt δ > 1. (Zie fig. 3). De elektrische weerstand van het wandmateriaal heeft een zodanige waarde dat bij een veldsterkte (Ey) in de kokers in de orde van honderd tot enkele honderden Volts per cm. nodig voor het elektronentransport, er zo weinig mogelijk stroom (bij voorkeur minder dan b.v. 10 mA) in totaal in de wanden gaat lopen. Door tussen de rij 5 van elektronenbronnen en de kokers 6, 6', 6" een spanning ter grootte van enkele tientallen tot enkele honderden Volt (grootte van de spanning afhankelijk van de omstandigheden), aan te brengen worden elektronen vanuit de elektronenbronnen naar de kokers versneld, waarna ze in de kokers de wanden treffen en secundaire elektronen genereren.

De uitvinding berust op het inzicht dat vacuüm elektronentransport binnen kokers met wanden van elektrsich isolerend materiaal magelijk is indien in de lengterichting van de koker een kathodes gebruikt in combinatie met een patroon van evenwijdige, door een selectiespanning te bekrachtigen, van openingen voorziene, stripvormige selectie-elektrodes 9, 9", 9'", ... . Deze bevinden zich bij voorkeur op het naar de achterwand 4 gekeerde oppervlak van de plaat 10, of op beide oppervlakken. In het laatste geval zijn tegenover elkaar gelegen selectie-elektrodes bij voorkeur via de openingen 8, 8'', 8''' elektrisch doorverbonden. “Horizontale" wanden 12 houden de plaat 10 op afstand van frontplaat 3 en zorgen voor een laterale lokalisatie van geëxtraheerde elektronenbundels. In het geval dat er op de naar het scherm 7 gekeerde oppervlak van de plaat 10 selectie-elektrodes zijn aangebracht, is het van voordeel als ze de gebieden op dat oppervlak die tussen de wanden 12 liggen geheel bedekken (zie b.v. Figuur 1A). De selectie-elektrodes 9, 9'', 9'", ... worden beeldlijngewijs uitgevoerd, b.v. op de in fig. 1B getoonde manier (“horizontale" elektrodes met met de gaten 8, 8', 8", ... coaxiale openingen.) De openingen in de elektrodes zullen i.h.a. tenminste even groot zijn als de gaten 8, 8', 8", ... . In het gaval dat ze groter zijn wordt het uitlijnen vergemakkelijkt. Door (matrix) aansturing van de individuele kathodes en de selectie-elektrodes 9, 9', 9", ... kunnen gewenste plaatsen op ht scherm 7 geadresseerd worden. Aan de selectie-elektrodes 9, 9', 9" ... worden nagenoeg lineair oplopende (vanaf de kathode zijde gezien) spanningen toegevoerd. Als een beeldijn geactiveerd moet worden, d.w.z. als via openingen van een rij openingen elektronen aan de erachter lopende, kolomsgewijs gearrangeerde, elektronenstromen onttrokken moeten worden dan wordt een pulsvormige spanning AU opgeteld bij de lokale spanning. Gezien het feit, dat de elektronen in de kokers ten gevolge van de botsingen met de wanden een relatief lage snelheid hebben kan AU betrekkelijk laag zijn (grootte b.v. 100V to 200V). In dit geval wordt een spanningsverschil Va over de totale kokerhoogte genomen dat net te klein is om elektronen uit openingen te trekken. Door een positieve lijnselectie puls van de juiste grootte toe te voeren lukt dat dan juist wél.

Aan de hand van fig. 2A, die een “verticale” doorsnede toont van een alternatieve constructie wordt i.h.b. het idee geïllustreerd om het elektronentransport te doen plaatsvinden via “hoppen" over de achterwand 4. Het verschijnsel "hoppen" kan ontstaan wanneer elektronen worden geschoten op een isolator (de achterwand 4) in aanwezigheid van een longitudinaal veld Ey. Door oplading van de isolator wordt een dwars veld Εχ gegenereerd. Gebruikt men een willekeurig isolatormateriaal, dan zijn de veldpotentialen ongedefinieerd en is het "hoppen" niet goed te controleren. Om de potentialen beter te definiëren zou men een laagohmige laag op de isolator kunnen aanbrengen. Dit vraagt echter veel vermogen bij het bedrijven van het display. Een praktischere oplossing is het aanbrengen van een hoog-ohmige weerstandslaag op de achterwand. Bij voorkeur worden tevens op de tegenover de achterwand 4 gelegen wand rijen elektrodes 46, 46', ... aangebracht. Deze elektrodes worden op een lineair oplopende potentiaal gezet welke echter lager is dan de overliggende potentiaal op de achterwand 4. Deze achterwand potentiaal wordt door het aanleggen van een spanning over de daarop aangebrachte hoogohmige weerstandslaag ingesteld. Op deze wijze wordt niet alleen een axiaal veld Ey gecreëerd, maar ook een transversaal veld Ev. Zolang er geen Λ selectiespanning aan één van de elektrodes 46, 46' ... wordt toegevoerd, zorgt het veld Εχ voor een naar de achterwand 4 gerichte component van de elektrische kracht op de elektronen die voorkomt dat teveel elektronen grote snelheden krijgen, dit komt het kontrast ten goede. In een aan de kathode 5 grenzend inloopdeel 16 van de elektronenleiding 11 kan eventueel een "dummy" elektrode aangebracht zijn voor het bij bekrachtiging opwekken van het veld Ev, waarmee de geëmitteerde elektronen naar de achterwand 4 worden gedrukt. In de elektrodes 46, 46', ... zijn relatief grote gaten aangebracht waarop eventueel elektrische geleiders in de vorm van cilinders 47, 47' ... of strippen kunnen aansluiten om opladingsproblemen in de ruimtes waar geëxtraheerde elektronen naar het scherm 7 worden getrokken te voorkomen. Door op gewenste elektroden 46 een positieve pulsspanning (selectie-spanning) van voldoende grootte te zetten wordt bereikt dat de elektroden op die plaatsen de kokerholtes 11 kunnen verlaten en naar het scherm 7 kunnen worden gedirigeerd. Op die plaatsen keert dan het veld Εχ van richting om, zoals in Fig. 1A is aangegeven. Tussen de door wanden 49 gescheiden holtes 11 en het scherm 7 kan b.v. een wafelvormige spacerstructuur, waarvan de horizontale wanden 12 in fig. 2A zichtbaar zijn, aangebracht zijn. In de openingen van deze wafelstructuur kunnen op eenvoudige wijze de van cilinders 47, 47', ... voorziene stripvormige elektrodes 46, 46', ... aangebracht worden. Een alternatief voor zo'n elektrisch veld (Ey) van voldoende grootte wordt aangelegd. Een dergelijk veld bewerkstelligt een zekere energieverdeling en ruimtelijke verdeling van elektronen die de koker zijn binnen geschoten, zodanig dat de effectieve secundaire emissiecoëfficiënt δ0££ van de wanden van de koker in bedrijf gemiddeld gelijk aan 1 wordt. Onder deze omstandigheden zal (gemiddeld) voor elk binnenkomend elektron er één vertrekken, met andere woorden de elektronenstroom is overal in de koker constant en bij benadering gelijk aan de stroom welke binnenkomt. Indien het wandmateriaal hoogohmig genoeg is (hetgeen voor alle in aanmerking komende onbehandelde glas soorten, alsook voor kapton, pertinax en keramische materialen, het geval is) dan kunnen de wanden van de koker geen netto stroom leveren of opnemen waardoor deze stroom zelfs tot in hoge benadering gelijk is an de binnenkomende stroom. Indien het elektrisch veld groter gemaakt wordt dan de minimum waarde die nodig is om = 1 te krijgen, dan gebeurt het volgende. Zodra 5eff iets groter dan 1 is dan laadt de wand inhomogeen positief op (vanwege de zeer geringe geleiding kan deze lading niet afgevoerd worden). Hierdoor zullen de elektronen gemiddeld eerder de wand bereiken dan in afwezigheid van deze positieve lading, met andere woorden: de gemiddelde energie opgenomen uit het elektrische veld in de lengte richting wordt kleiner waardoor zich een toestand met δ0££ = 1 instelt. Dit is een gunstig aspect omdat de precieze waarde van het veld niet belangrijk is, zolang deze maar groter is dan het eerder genoemde minimum.

Een ander voordeel is dat in de toestand δβ££ ~ 1 de elektronenstroom in de koker constant is, en via meten en terugkoppelen dan wel via stroomsturing ook van koker tot koker zeer goed gelijk te maken is, zodat een uniform beeld op het luminescerende scherm realiseerbaar is.

De kokerwanden die naar het luminescerende scherm 7, dat op de binnenwand van het paneel 3 is aangebracht, gekeerd zijn worden bij de uitvoering volgens Fig. 1 gevormd door een selectieplaat 10 (zie figuur 1A). In de selectieplaat 10 zijn extraktiegaten 8, 8', 8", ... enz. aangebracht. Mits er bepaalde voorzieningen zijn getroffen kan een "gating" structuur toegepast worden om bij gebruik van niet afzonderlijk aangestuurde kathodes een stroom van elektronen uit een gewenst gat te "trekken". Bij voorkeur worden er echter individueel aangestuurde spacerstructuur is een dikke plaat met openingen die coaxiaal zijn met de openingen in de stripvormige elektrodes 46, 46', ... .

Laterale lokalisatie van de elektronenstromen nabij de achterwand 4 kan zoals hiervoor beschreven langs mechanische weg bereikt worden door het gebruik van (verticale) tussenschotten tussen de kokerholtes, welke dan tevens als vacuüm ondersteuning dienen, maar laterale lokalisatie kan eventueel ook langs elektrische weg bereikt worden, b.v. m.b.v. verticale elektrisch geleidende sporen in of op de achterwand waaraan geschikte elektrische potentialen kunnen worden aangelegd.

De noodzaak om in een elektrisch isolerende selectieplaat 10 (Fig. 1; 1A) kleine gaten te moeten maken is bij de Fig. 2A constructie niet aanwezig. Hiervoor in de plaats komt het maken van gaten in dunne metalen elektrodestrippen, hetgeen een eenvoudige techniek is. Wèl moeten de gaten in deze elektrodestrippen onderling goed gelijk zijn. Echter, eenzelfde eis geldt al voor de gaten in het schaduwmasker van de huidige TV's en daar is dat probleem al goed en goedkoop opgelost.

Ter toelichting van het gebruik van de Fig. 2A constructie dient Fig. 2B waarin een in dit geval van een hoog-ohmige weerstandslaag 48 voorzien deel van de achterwand 4 is aangegeven waar tegenover een aantal stripvormige selectie-elektrodes 46, 46", ... is geplaatst. Over het getoonde deel van de achterwand 4 staat b.v. in bedrijf een spanningsverschil van 200 V, de spanning verloopt van 500 V aan de bovenzijde naar 300 V aan de onderzijde. De hoog-ohmige weerstandslaag 48 zorgt ervoor dat het spanningsverloop goed gedefinieerd is. Zo'n laag op de achterwand kan ook bij de Fig. 1 constructie van voordeel zijn. Over de tegenover het deel van de achterwand 4 geplaatste groep selectie-elektroden 46, 46', ... staat eenzelfde spanningsverschil van 200 V, echter roet dien verstande, dat zich tegenover een plaats op de achterwand met een spanning van 500 V een selectie-elektrode bevindt waarop een lager (in dit geval 100 V lagere) spanning staat, enz. Door b.v. aan de selectie-elektrode die op 300 V staat een zodanige spanningspuls toe te voeren dat de spanning voldoende hoger wordt dan op het tegenoverliggende deel van de achterwand, kunnen de over de achterwand van de holte 11 "hoppende" elektronen ter plaatse van de opening van de selectie-elektrode in elektronengeleiding. De elektrische weerstand kan dan in het gebied van 10® tot 1015 liggen. Als alternatief kan tenminste het kathodezijdige gedeelte va de elektronenleidingen een relatief lage weerstand hebben, b.v. in het gebied van 10 KÖ tot 100 kQ om daar versterking mogelijk te maken. Bij de bovengenoemde waarden zijn de benodigde vermogens niet hoger dan 100 W.

In een bepaald geval werd in een koker van loodglas met een lengte van 17 cm en een boring van 1 mm diameter (elektrische

1R

weerstand over de lengte gemeten > 10 Q) elektronentransport gerealiseerd door het aanleggen van een elektrische spanning van 3, 5 kV over de uiteinden.

Verder wordt opgemerkt, dat de leidingwanden uit een elektrisch isolerend materiaal kunnen bestaan dat zowel een constructieve functie als een secundaire emissiefunctie vervult. Op alternatieve wijze kunnen ze uit een elektrisch isolerend materiaal dat een constructieve functie vervult (b.v. een kunststof) bestaan op welk materiaal een laag is aangebracht die een secundaire emissiefunctie vervult (b.v. kwarts of glas of keramisch materiaal zoals MgO).

De elektrische spanning over de elektronenleidingen nodig voor elektronengeleiding neemt toe met de lengte van de leidingen. Deze spanning kan echter gereduceerd worden door het (lijn)arrangement van elektronenbronnen niet op de "bodem" van de weergeefinrichting (zoals in Fig. 1) te plaatsen, doch b.v. in het midden. Men kan dan eerst een spanningsverschil van bijvoorbeeld 3 kV tussen het midden van de leidingen en hun top aanbrengen om de elektronenstroom "omhoog" te trekken en vervolgens eenzelfde spanningsverschil tussen het midden en de bodem om de elektronenstroom "naar beneden" te trekken, i.p.v. een spanningsverschil van 6 kV over de hele hoogte in het geval dat de elektronenbronnen op de "bodem" van de weergeefinrichting zijn geplaatst. Het gebruik van een aantal evenwijdige rijen elektronenbronnen biedt in dit opzicht nog meer voordeel.

Elektronen die door een selectie-elektrode uit een opening in een elektronenleiding worden getrokken, worden naar het luminescerende scherm 7 gedirigeerd, waar aldus één beeldlijn tegelijk geschreven kan worden. De video informatie kan bijvoorbeeld in de vorm van pulsbreedte modulatie toegevoerd worden. B.v. kan een met een elektronenleiding samenwerkende kathode korter of langer worden kwestie naar buiten toe worden getrokken. Voor het scannen van lijnen evenwijdig aan de rijen van openingen dienen in dit geval dus spanning toevoerende middelen voor het achtereenvolgens toevoeren van een selectie-spanningspuls aan opeenvolgende selectie-elektrodes. Voor het selecteren van punten op een gescande beeldlijn kunnen middelen aanwezig zijn voor het individueel moduleren van de emissie van met de holtes 11 samenwerkende emitters.

Een werkwijze om de hiervoor genoemde hoog-ohmige weerstandslaag te maken is de volgende:

Een glasplaat wordt bedekt met een homogene poederlaag, bestaande uit glasemaille deeltjes en RuOx deeltjes of soortgelijke deeltjes.

Eventueel wordt deze poederlaag een meander configuratie gegeven, b.v. d.m.v. krassen, zeefdrukken of fotolithografie; daarna wordt de glasplaat met poederlaag zolang gestookt totdat de weerstandslaag de gewenste weerstandswaarde heeft bereikt. Waarden van de vierkantsweerstand in de orde van MOhms zijn op deze wijze realiseerbaar. Bij een praktisch display van het onderhavige type kan men op deze wijze over de hoogte van de achterwand een weerstand van 10 a 10ιυ Ohm realiseren. Een alternatief is het aanbrengen van een dunne, eventueel doorzichtige, laag van een halfgeleider materiaal, zoals b.v. In202, SnOx, indium-tin-oxyde (ITO) of antimoon-tin-oxyde (ATO). Hiermee kunnen ook de gewenste weerstandwaarden verkregen worden. Een dergelijke weerstandslaag kan ook als spanningsdeler waarmee de selectie-elektrodes verbonden zijn gebruikt worden.

De voor de wanden van de elektronenleidingen te gebruiken materialen moeten een hoge elektrische weersand hebben en tenminste over een zeker gebied Ej - Ejj van primaire elektronenenergieën Ep een secundaire emissiecoëfficiënt δ > 1, zie Fig. 3. Bij voorkeur is Ej zo laag mogelijk, b.v. één tot enkele malen 10 eV. O.a. bepaalde soorten glas (Ej is ongeveer 30 eV, keramiek, pertinax en kapton voldoen aan deze eis. Materialen die niet aan deze eis voldoen kunnen b.v. van een geschikte coating (van b.v. MgO) worden voorzien.

De elektrische weerstand hangt er van af of men naast elektronengeleiding ook versterking (over een deel van of over de totale lengte van) de elektronenleidingen wenst, en hoeveel stroom er i.v.m. het te dissiperen vermogen in totaal in de wanden mag gaan lopen.

De voorkeur heeft de modus met alleen aangezet. Voor het produceren van een witte pixel kan in dit geval de kathode b.v. de hele lijntijd aanstaan. Een alternatief is dat de kathode altijd de hele lijntijd aanstaat, maar dat het emissieniveau wordt gestuurd. Bij het bedrijven in de aan de hand van Fig. 2A en 2B beschreven "hop" mode worden elektronen door geschikte potentialen gedwongen over de wand te hoppen. In een dergelijke mode bedreven wordt het aantal elektronen wat grote snelheden kan bereiken, beperkt, doordat de elektronen een elektrostatische kracht in de richting van de wand ondergaan.

In de elektronenleidingen krijgen de elektronen oplopende snelheden die op het moment van botsing met een wand in de buurt van snelheden overeenkomend met een energie van 30 eV liggen, gelijk aan de energie waar de secundaire emissiecoëfficiënt 1 is. Elektronen die elektronenleiding 11 binnenkomen met een grotere energie, nl. een energie gelijk aan de G2-potentiaal (en deze is groter dan 30 eV) geven na elastische verstrooiing een contrastprobleem.

Zoals in Fig. 4 getoond, kan men inloopdeel 16 van elektronenleiding 11 van een tegenover de kathode 5 en de stuurelektrodes G1 en G2 gelegen schuine wand 15 van elektrisch isolerend of elektrisch geleidend materiaal voorzien. Hierdoor is het voor de geëmitteerde elektronen onmogelijk om met hoge snelheden de leiding binnen te komen. De elektronen zullen direkt na G2 de schuin geplaatste wand 15 raken. De wand 15 is zodanig geplaatst dat het inloopkanaal 16 zich naar de ingangsopening 14 van de elektronenleiding 11 toe vernauwt. Op deze manier is er een snelheidsbegrenzende "elektronen-chicane" gecreëerd.

Ook op andere manieren kan zo een chicane gecreëerd worden. B.v. door bij een leiding zonder een schuin wanddeel 15 de configuratie van stuurelektroden G^ en G2 zodanig uit te voeren en/of te bekrachtigen dat door de kathode 5 geëmitteerde elektronen in het inloopkanaal 16 altijd een wand treffen. Of door de loodrechte as van de configuratie van kathode 5 en stuurelektroden G^ en G2 een hoek te laten maken met de as van het inloopkanaal 16. Onder inloopkanaal wordt hier dat deel van een elektronenleiding verstaan waarin zich nog geen extractie openingen bevinden. Een via opening 8 (Fig. 1) onttrokken elektronenbundel kan b.v. gelocaliseerd worden m.b.v. "horizontale" wanden 12 (Fig. 1), m.b.v. "verticale" wanden 18 (Fig. 5), of m.b.v. een wafelvormige wandstructuur (Fig. 2A). Deze wanden kunnen mede voor de gewenste vacuümondersteuning zorgen. In geval van totale vacuüm ondersteuning kunnen voor- en achterwand dun zijn (<. 1 mm) en dus de beeldweergeefinrichting zelf licht van gewicht. Tevens kan de buitenafmeting dwars op het scherm (de diepte) van de beeldweergeefinrichting zeer gering zijn (b.v. 1 cm). Dit maakt een groot aantal toepassingen mogelijk. Het volgende overzicht geeft hiervan een idee: pixel grootte schermgrootte bij schermgrootte HDTV toepassing stek 575 beeldlijnen 1000 beeldlijnen 600 pixels/lijn 233 x 1000 mm 40 cm 69 cm huiskamer x x 50 cm 118 cm 1 x 3 mm 1,72 mtr 3 mtr zaal x x , 2 mtr 5,3 mtr 3.3 x 13 mm 5,75 mtr 10 mtr stadion x x 6,6 mtr 17 mtr

Door z'n lichte gewicht en dunne (zij) wanden biedt de weergeefinrichting volgens de uitvinding tevens een elegante oplossing voor een modulaire opbouw van een "large area flat screen". M.a.w. men kan, zoals getoond wordt aan de hand van Fig. 6, een grootbeeld-weergeefinrichting 51 ophouwen uit een aantal aan elkaar grenzende beeldweergeefinrichtingen 58 volgens de uitvinding (modules) die samen een array met de afmetingen van het gewenste display vormen. De pixel (= beeldelement) grootte, pixelsteek en afstand tussen de pixellijnen van deze modules kunnen relatief groot zijn. I.h.b. kan men de pixelsteek en de lijnafstanden zodanig waarden geven, dat het pixelpatroon nagenoeg ononderbroken wordt voortgezet van de ene module naar de andere.

De opbouw van zulke modules kan eenvoudig zijn. Figuur 7 toont een voorbeeld van een deel van een mogelijke opbouw. We zien twee geprofileerde platen 50 (achterwand) en 51 (voorwand) die met de geprofileerde zijden dwars op elkaar zijn geplaatst. Bij wijze van voorbeeld zijn enkele afmetingen aangegeven. De platen 50 en 51 kunnen van een keramisch materiaal of glas vervaardigd zijn waarbij tijdens de vervaardiging tevens de gewenste geprofileerde vorm is aangebracht. Men kan b.v. het plaatmateriaal van een binder voorzien en spuitgieten. Daarna binder uitstoken en sinteren. Een alternatief is de platen via een sol-gel proces te vervaardigen. Men kan daartoe b.v. Si02 gelen (evt. met aerosil of kristallijn kwarts gevuld) in een mal laten geleren. Na lossen en drogen volgt dan sinteren.

In de ruimtes 52 tussen de opstaande wanden van plaat 50 worden de elektronenleidingen gevormd. Om elektronen uit de leidingen 52 naar gewenste plaatsen op een op het binnenoppervlak van plaat 51 aangebracht luminescerend scherm 53 te brengen is plaat 51 voorzien van opstaande wanden met selectiesporen 54, 55, 56, ... van elektrisch geleidend materiaal die paarsgewijs aangestuurd kunnen worden.

Op het binnenoppervlak van plaat 50 kan een hoog-ohmige weerstandslaag 60 aangebracht zijn met daarop, indien noodzakelijk, een laag van een materiaal met een voor het doel van de uitvinding geschikte secundaire emissie, b.v. MgO. Het voordeel van een metaal-oxyde (zoals Ru0x bevattende glas-emaillaag zoals hiervoor beschreven) is in dat verband dat i.h.a. de secundaire emissie van zo'n laag zelf voldoende hoog is voor het doel van de uitvinding.

Eventueel kan alleen de plaat 50 of de plaat 51 op de bovenbeschreven wijze uitgevoerd zijn en de rest van de weergeefinrichting op een alternatieve wijze.

Claims (11)

1. Beeldweergeefinrichting met een vacuümomhulling voor het weergeven van uit punten opgebouwde beelden op een luminescerend scherm, bevattende een aantal naast elkaar gelegen bronnen voor het produceren van elektronen, met de bronnen samenwerkende lokale elektronenleidingen met wanden van elektrisch nagenoeg isolerend materiaal met een voor elektronentransport geschikte secundaire emissiecoëfficiënt voor het door vacuüm transporteren van geproduceerde elektronen in de vorm van elektronenstromen over naast elkaar gelegen trajecten op korte afstand van het luminescerende scherm en middelen om elke elektronenstroom op vooraf bepaalde plaatsen aan zijn leiding te onttrekken en naar een gewenste plaats van het luminescerende scherm toe te dirigeren voor het produceren van een uit punten opgebouwd beeld, waarbij de elektronenleidingen zijn voorzien van elektrodemiddelen voor het in bedrijf genereren van een axiaal elektrisch veld Ev en een transversaal veld EY.

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de elektronenleidingen gevormd worden door langwerpige, door wanden van nagenoeg elektrisch isolerend materiaal met een secundaire emissiecoëfficiënt δ gedefinieerde holtes, waarbij de naar het luminescerende scherm gekeerde zijde van elke holte voorzien is van een aantal extractie-openingen, een en ander zodanig, dat alle extractie-openingen tesamen een rijen- en kolommenarrangement vormen.

3. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de elektrodemiddelen uitgevoerd zijn voor het verschaffen van een oplopende potentiaal over de van het scherm afgekeerde wanden van de leidingen en een eveneens oplopende, doch lagere, potentiaal over de naar het scherm toegekeerde wanden.

4. Inrichting volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat in de elektronenleidingen aan hun schermzijde een aantal evenwijdige elektrodes zijn geplaatst voor het bij verbinding met een eerste schakeling verschaffen van de oplopende, lagere, potentiaal.

5. Inrichting volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat de genoemde elektrodes van gaten zijn voorzien en verbindbaar zijn met een tweede schakeling voor het verschaffen van een selectiespanning.

6. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat tussen elke elektronenbron en het (ingangs)deel van de elektronenleiding waarmee hij samenwerkt snelheidsbegrenzende middelen zijn geplaatst die er voor zorgen dat de geëmitteerde elektronen niet zonder wandbotsingen door de elektronenleiding kunnen lopen.

7. Inrichting volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de snelheidsbegrenzende middelen een wanddeel omvatten dat zodanig geplaatst is dat de geëmitteerde elektronen er op botsen, en dat de bij de botsingen geproduceerde secundaire elektronen op een wand van de elektronenleiding botsen.

8. Inrichting volgens conclsie 1, met het kenmerk, dat de vacuümomhulling een doorzichtige frontplaat, die aan zijn binnenzijde het luminescerende scherm draagt, omvat en op korte afstand van de frontplaat een achterplaat, welke door tussenwanden verbonden zijn, en dat zich in de ruimte tussen de frontplaat en de achterplaat een totale vacuümondersteuning bevindt die gedeeltelijk door wanden van de elektronenleidingen wordt gevormd.

9. Inrichting volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat de vacuümondersteuning een van de extractie-openingen voorziene selectieplaat van elektrisch, isolerend materiaal omvat, waarbij de wanden van de elektronenleidingen de centrale plaat en de achterplaat op afstand houden.

10. Inrichting volgens conclusie 9, met het kenmerk, dat de selectieplaat twee hoofdvlakken heeft waarvan er tenminste één evenwijdige rijen stripvormige selectie-elektrodes draagt die van openingen zijn voorzien die coaxiaal zijn met de extractie-openingen.

11. Grootbeeld-weergeefinrichting met een aantal aan elkaar grenzende beeldweergeefinrichtingen volgens conclusie 1, die samen een array met de afmetingen van het gewenste display vormen.