DE1957247B2

DE1957247B2 - Bildröhre

Info

Publication number: DE1957247B2
Application number: DE1957247A
Authority: DE
Inventors: Alfred John Lexington Mass. Gale (V.St.A.)
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1968-11-22
Filing date: 1969-11-14
Publication date: 1974-08-22
Also published as: SE370812B; US3624273A; DE1957247C3; GB1267103A; DE1957247A1; FR2023892A1; DE1966798A1; NL6917565A

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Bildröhre mit einer Vielzahl auf der Innenfläche eines Bildschirmes gebildeter Lumineszenzpunkte, einer Lochgitterplatte, deren Löcner mit den Lumineszenzpunkten kongruent und genau ausgerichtet sind und zwei der Lochgitterplatte zugeordneten sich kreuzenden Scharen streifenförmiger Elektroden, von denen jede Kreuzungsstelle einem Loch der Lochgitterplatte bzw. einem Lumineszenzpunkt zugeordnet ist, wobei jeder Lumineszenzpunkt mittels der sich kreuzenden Elektroden durch Koordinatensteuerung selektiv zu Lumineszenz durch Beschüß mit Ladungsteilchen anregbar ist, die von zumindest einer Ladungsteilchenquelle an der den Lumineszenzpunkten abgewendeten Seite der Lochgitterplatte ausgehen.

Eine solche Bildröhre ist bekannt aus der DT-AS 309, bei der ein Gasionenstrom von einer hinter der Bildröhrenscheibe angeordneten Kathode erzeugt und Elektroden voirgesehen sind, die diesen Gasionenstrom steuern. Zu d iesetn Zweck befindet sich zwischen den Elektroden ein Isoliermaterial, welches an den Kreuzungsstellen der Elektroden durchbohrt ist und einen Kanal bildet, durch den dann die ionisierten Teilchen zu den Lumineszenzpuikten gelangen. Bei dieser bekannten Bildröhre kann sich bezüglich der Wiedergabeschärfe der Umstand nachteilig auswirken, daß die eine Lumineszenz hervorrufenden Teilchen von einer gemeinsamen Teilchenquelle stammen und in ihrem Durchlauf zu den Lumineszenzpunkten lediglich gesteuert werden. Zu dieser bekannten Bildröhre gehört noch die Bildröhre in der DT-AS1047 244, die insofern eine Weiterbildung der Bildröhre der DT-AS 1032 309 darstellt, als hier noch die Vorderfläche der Bildrohre aus einem eine Vielzahl von Zylinderlinsen bildendem Glaskörper besteht

Eine weitere Kaltkathodenanzeigevorrichtung kann dann noch derUS-PS 2 926 286 entnommen werden, bei welcher eine Art Matrix vorgesehen ist, die über Schalter entsprechend angesteuert werden kann und wobei von einer gemeinsamen Kaltkathode ausgehende -jnd an ein Anodengitter gelangende Elektronen durch weitere Steuerelektrodenscharen beeinflußt werden können. Eine solche Anzeigevorrichtung arbeitet nur relativ grob und dürfte nicht in der Lage sein, eine ausreichende Konturschärfe zu erzeugen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bildröhre zu schaffen, die in ihrer Tiefenausdehnung bezüglich handelsüblicher Bildröhren außerordentlich reduziert ist und die trotzdem in der Lage ist, ein präzises und genaues Bild zu liefern, wobei eine solche Bildröhre aufgrund der neuen und bekannten Herstellungstechnologien auch relativ einfach gefertigt werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung aus von der eingangs als bekannt vorausgesetzten Bildröhre und besteht erfindungsgemäß darin, daß die Elektroden mindestens an jeder Kreuzungsstelle von einer Schicht eines Festkörpermaterials getrennt und an der von den Lumineszenzpunkten abgewendeten Fläche der Lochgitterplatte angeordnet sind und daß jede Kreuzungsstelle als durch entsprechende Potentiale der Elektroden zur Emission geladener Teilchen anregbare Teilchenquelle ausgebildet ist.

Es ergibt sich der außerordentliche Vorteil, daß jede r einzelne als Lumineszenzpunkt der Bildröhre anzusprechende Bereich eine eigene Teilchenquelle aufweist, derenEmission eine ausschließliche Funktion der jeder Teilchenquelle zugeordneten Steuerelektrode!! ist, so daß sich eine ausgezeichnete Wiedergabegenauigkeit ergibt Vorteilhaft ist weiterhin, daß von den Abmessungen üblicher unhandlicher Bildröhren, tieren Bildfläche als Teil einer Kugel dargestellt ist, abgegangen werden kann und ein im wesentlichen ebener und flacher Bildschirm geschaffen wird, dessen Ttefe um mindestens eine Größenordnung geringer als die Bildbreite ist.

Es braucht auch kein schweres und dickes Glas und sonstige Materialien verwendet werden, um die erfindungsgemäße Bildröhre vor dem äußeren Luftdruck zu schützen, da sich dieser bei dem flachen Aufbau nichl auswirken kann; dadurch werden auch innere Reflexio nen in den dicken Glasschichten vermieden, außerderr benötigt die erfindungsgemäße Bildröhre nur relativ niedrige Steuerspannungen im Vergleich zu den Be triebsspannungen für bekannte Kathodenstrahlröhren

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Ge genstand der Unteransprüche und in diesen niedei gelegt.

Im folgenden werden Aufbau und Wirkungsweis von Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand de Figuren im einzelnen näher erläutert. Dabei zeiget

Fig. 1 ein Ausfiihrungsbeispiel einer Bildröhre in schematischer Darstellung zur Veranschaulichung der Hauptabmessungen,

F i g. 2 einen Schnitt längs der Linie 2-2 von F i g. 1 zur Darstellung eines Teilbereiches von Teilchenquellen,

F i g. 3 einen Schnitt längs der Linie 3-3 von F i g. 1 zur Veranschaulichung von dem Bildschirm zugeordneten Teilelementen,

F i g. 4 einen Schnitt längs der Linie 44 von F i g. 1 zur Veranschaulichung der Beziehung zwischen den emittierenden Teilchequellen und dem lumineszierenden Bildschirm,

Fi g. 5 einen Auschnitt aus F i g. 4 in wesentlich vergrößerter Darstellung,

. F i g. 6 ein gegenüber F i g. 4 abgewandeltes A usführungsbeispiel in ähnlicher Darstellung,

F i g. 7 ein weiteres gegenüber F i g. 4 abgewandeltes Ausfiihrungsbeispiel in ähnlicher Darstellung,

Fig. 8 ein weiteres gegenüber Fi g. 4 abgewandeltes Ausführungsbeispiel in ähnlicher Darstellung,

F i g. 9 ein weiteres gegenüber F i g. 4 abgewandeltes Ausfiihrungsbeispiel mit anderen emittierenden Teilchenquellen in ähnlicher Darstellung,

Fig. 10 ein weiteres gegenüber Fig. 4 abgewandeltes Ausführungsbeispiel mit anderen emittierenden Quellen in ähnlicher Darstellung,

F i g. 11 einen Ausschnitt aus F i g. 10 in wesentlich vergrößerter Darstellung.

Gemäß F i g. 1 stellt eine vordere ebene Fläche 20 allgemein die Ebene eines lumineszierendcn Bildschirmes dar, auf welchem ein Bild wiedergegeben wird. Dieser Bildschirm weist eine Höhe A und eine Breite w auf. Eine Anordnung von geladenen Teilchen aussendenden Teüchenquellen ist allgemein an einer rückwärtigen Fläche 21 der Bildröhre vorgesehen. Die Dicke oder Tiefe d der Bildröhre ist wesentlich geringer als die Breite w des Bildschirmes an der Fläche 20, und zwar vorzugsweise in einer Größenordnung von etwa einem Zehntel der Breite w. Der ins einzelne gehende Aufbau ist nachfolgend in Verbindung mit F i g. 2 bis 4 erläutert.

Gemäß F i g. 2 bildet eine isolierende Gitterstruktur bzw. eine Lochgitterplatte eine Reihenanordnung evakuierter Kanäle 23, wie sich am besten aus F i g. 4 ergibt Der rhombische Querschnitt jedes dieser Kanäle entspricht allgemein in seinen Dimensionen dem zweckmäßigen Verhältnis von Breite zu Höhe des Bildschirmes an der Fläche 20 gemäß F i g. 1. Das Verhältnis dieser Abmessungen bei normalen Fernsehbildröhren beträgt etwa 4:3. Jeder Kanal befindet sich am Ende mit einem besonderen Flächenbereichselement des lumineszierenden Bildschirmes in Ausrichtung. Insbesondere befindet für die Zwecke einer farbigen Wiedergabe jeder Kanal sich in Ausrichtung mit einem besonderen Farbflächenelement Beispielsweise kann gemäß Fig. 2 ein Kanal 23a dem roten Inhalt eines übertragenden Bildes zugeordnet sein, ein Kanal 236 dem grünen Inhalt und ein Kanal 23 c dem blauen Inhalt Obgleich die Kanäle mit einem rhombischen Querschnitt veranschaulicht sind, können sie auch andere zweckmäßige Querschnitte aufweisen, beispielsweise Krcisquerschnitte.

Jeder evakuierte Kanal 23 befindet sich an dem anderen Ende in Ausrichtung mit einer getrennten Elektronen emittierenden Teilchenquelle. Die Lochgitterplatte ergibt auf diese Weise eine elektrische und mechanische Trennung der emittierenden Teilchenquellen an dem Kathodenende und auch der Bildschirmflächenelemente an dem Anodenende, wie dies in Einzelheiten in Verbindung mit dem folgenden Figuren noch näher erläutert ist.

Für das besondere, in Verbindung mit F ig. 2 bis 4 beschriebene Ausfuhrungsbeispiel ist ein getrennter Kanal in Zuordnung zu jedem Farbelement veranschaulicht. Da jedoch die von dem Ende der Teilchenquelle emittierten Teilchen, im vorliegenden Ausführungsbeispiel Elektronen zu dem Ende des hier als Anode arbeitenden Bildschirm mit verhältnismäßig geringer Winkeldispersion verlaufen, sind derartige getrennte Kanäle nicht notwendigerweise erforderlich, und jeder Kanal kann sich in Ausrichtung mit mehr als einer als Kathode arbeitenden Teilchenquelle nebst entsprechendem Bildschirmelement befinden. Es muß jedoch genügend isolierendes Stützmaterial verwendet werden, um zuverlässige dem äußeren Luftdruck auf die im Wesentlichen ebenen Bild- unü Kathodenflächensbenen der Bildröhre zu widerstehen. Um die Wirkungsweise der Bildröhre in möglichst deutlicher Weise zu beschreiben, ist in den folgenden Erläuterungen eine Ausfuhrungsform unter Verwendung getrennter Kanäle für jede Kombination aus Teilchenquelle und entsprechendem Bildschirmelemeni betrachtet, wobei die Gesamteinrichtung zur Anwendung bei der Erzeugung eines Farbbildes beschrieben ist

Gemäß F i g. 2 bis 4 bildet an dem emittierenden Endbereich, also am kathodenseitigen Ende 24 der BiIdröhre eine Mehrzahl von Leitern die oberen Elektroden 26 einer geeigneten Dünnfilm-Kathodenstruktur, eine Mehrzahl von Leitern bildet untere Elektroden 27 hiervon. Gemäß F i g. 2 ist eine Elektrode 26 α einem Kanal 23 a zugeordnet, eine Elektrode 26 b einem Kanal 236 und eine Elektrode 26 c einem Kanal 23 c, wobei diese Folge über die gesamte Reihenanordnung wiederholt ist Wenn eine Gruppe von drei benachbarten Elektroden (z.B. 26a, 26b, 26c) sowie ein Paar benachbarter Elektroden 27 mil Energie beaufschlagt werden, um einen Elektronenstrom hervorzurufen, wird ein besonderes Tripel von emittierenden Teüchenquellen eingeschaltet wobei eine Teilchenquelle jeweils einer Farbe entspricht, und es wird lediglich ein solches besonderes Tripel aktiviert.

F i g. 3 zeigt den anodcnseitigen Endbereich 25 der Bildröhre gegenüber dem kathodenseitigen Endbereich an dem anderen Ende der isolierenden Lochgitterplatte 22. Bei diesem anode nseitigen Endbereich ist eine Anordnung von Lumineszenzpunkten 28 in Form von Phosphorflächenelementen in Zuordnung zu jedem Kanal 13 dargestellt. Jedes Phosphorelement ist, wie nachfolgend beschrieben, einer bestimmten Farbe zugeordnet Somit entspricht das Phosphorelement 28 a beispielsweise dem roten Inhalt, das Phosphorelement 28 b dem grünen Inhalt und das Phosphorelement 28 c dem blauen Inhalt

Fig. 4, 5 zeigen in Einzelheiten die gesamten Kathoden- und Anodenstrukturen. Gemäß diesen Figuren ist jede der Teilchenquellen in Form von Kathoden 30 an einer Isolierplatte 29 ausgebildet Die vorzugsweise aus Aluminium bestehenden Elektroden 27 bilden untere Elektroden jeder der Reihen von Elektronen emittierenden Kathoden 30. Eine isolierende Verbundschicht bzw. Festkörperschicht vorzugsweise aus Silizüumdioxid bestehend, ist über den Elektroden 27 ausgebildet In dem Bereich 32 jeder Kathode ist die Dick·; der isolierenden Festkörperschicht geringer als diejenige in Zwischenbereichen 33. Bei einem bevor-

zugten Ausführungsbeispiel liegt die Dicke der Festkörperschicht 31 in dem Bereich 32 zwischen 0,03 und 0,3 Mikron und kann vorzugsweise 0,1 Mikron betragen. In den Zwischenbereichen 33 kann die Dicke der isolierenden Festkörperschicht beispielsweise in der Größenordnung von 1 Mikron oder darüber liegen.

Die in vertikalen Spalten verlaufenden Elektroden 26 sind über der Siliziumdioxidschicht ausgebildet und bestehen beispielweise aus Gold in verhältnismäßig dikken Schichten, und zwar in der Größenordnung von 0,1 Mikron oder darüber über dem Bereich 33, wo die isolierende Festkörperschicht 31 am dicKsteo ist Die Elektroden 26 sind verhältnismäßig dünn, wo sie auf den benachbarten Bereichen 32 der Festkörperschicht 31 ausgebildet sind. In solchen Bereichen können die Elektroden 26 einige Hundertstel Mikron dick sein, vorzugsweise 0,03 Mikron.

An dem entgegengesetzten Ende der isolierenden Lochgitterplatte 22 sind die Lumineszenzpunkte 28 vorgesehen, welche durch einen leitenden Film 34 miteinander verbunden sind, wobei sowohl die durch Phosphorelemente gebildeten Lumineszenzpunkte als auch der eine Zwischenverbindung herstellende leitende Film an einer transparenten Platte 35 haften. Eine Reihenanordnung von vielfach dielektrischen Filtern 36, deren Zweck nachfolgend noch erläutert ist, kann auf Wunsch zwischen die Platte 35 sowie die Schicht der Phosphorelemente und leitenden Filme 34 gemäß F i g. 4 eingesetzt sein.

Wenn einj positive Potentialdifferenz von der betreffenden Elektrode 26 zu einer entsprechenden betreffenden Elektrode 27 vorliegt, emittiert die besondere Kathode Elektronen in einen entsprechenden Vakuumkanal 23, wobei der Betrag der erforderlichen Potentialdifferenz für diesen Zweck von den Abmessungen der Kathode abhängt Für eine Siliziumdioxidschicht von etwa 04 Mikron liegt diese Potentialdifferenz typischerweise in der Größenordnung von 200 Volt Im Ruhestand oder nicht emittierendem Zustand sind die Elekiroden 26, 27 auf etwa gleichen Potentialen relativ dicht bei Massepotential gehalten. Synchron zu der übertragenen Bildinformation wird jede Elektrode 27 (oder Elektrodenpaar im Falle einer Farbanzeige) aufeinanderfolgend auf ein negatives Potential gleich der Grenze für die Elektrodenemission zwischen dieser Elektrode sowie der in Ruhe befindlichen Elektrode 26 geschaltet In Abhängigkeit von dem Helligkeitsinhalt oder der Lumineszenz des Bildes der übertragenen BiIdinformation werden positive Potentiale in Aufeinanderfolge sowie synchron mit dem übertragenen Bild den Elektroden 26 zugeführt, so daß jede Kathode Elektronen in kurzen Impulsen emittiert, wobei die Anzahl der Elektronen durch die Lumineszenzinfonnation des übertragenen Bildelementes bestimmt wird. Im Falle einer Farbwiedergabe sind die Elektroden 26 in Tripein angeordnet, wobei jedes Glied des Tripeis ein Spannungspotential aufnimmt, das durch die Lumineszenz (oder Helligkeit) und den Farbton (oder die Farbinformation) in dem übertragenen Signal bestimmt ist Bei einem beispielsweisen Betrieb können die den Elektroden 27 zugeführten Schaltsignale im Bereich von -50 bis -500 Volt liegen; die Modulationssignale an den Elektroden 26 können im Bereich von 0-100 Volt liegen. Die durch jede Kathode auf diese Weise emittierten Elektroden während jedes Betriebsvorganges werden bei verhältnismäßig geringer Winkeldispersion gegen den anodenseitigen Endbereich bzw. die Anodenebene 25 beschleunigt, welche für derartige Zwecke auf einem Spannungspotential in der Größenordnung von 5000 Volt und darüber gehalten werden kann. Die von jeder Kathode 30 beschleunigten Elektroden treffen auf das entsprechende gegenüberliegend angeordnete punktförmige Phosphorelement des Lumineszenzpunktes 28 und erregen dieses zur Lumineszenz. Für monochromatische Wiedergabe wird im wesentlichen weißes, nicht emittierendes Phosphorelement für jeden Flächenpunkt gewählt; wahlweise kann die Punktkonfiguration

ι ο für monochromatischen Bietrieb vorzugsweise und wirtschaftlicher durch eine stetige dünne Schicht aus Phosphormaterial ersetzt werden, wobei im diesem Fall jeder evakuierte Kanal einem gewählten Flächenelement zugeordnet ist und sich mit diesem in Ausrichtung befindet

In dem Falle einer Farbwiedergabe wird das Material jedes der Phosphorelemente der Lumineszenzpunkte 28 so gewählt, daß die entsprechenden Pigmentfarben wiedergegeben werden. Wahlweise kann für die Farbwiedergabe der Phosphor so gewählt werden, daß im wesentlichen weißes Licht emittiert wird, entweder als stetige dünne Schicht aus Phosphormaterial oder als Punktkonfiguration, wobei das weiße Licht beim Lumineszieren durch entsprechende viellagige dielektrische oder andere Filter gefiltert wird, wie dies wahlweise für diesen Zweck veranschaulicht ist. Die Filter sind entsprechend ausgebildet, um die gewünschten Farbteile (d. h. rot, grün, blau) des sichtbaren Spektrums durch die transparente Platte 35 zu übertragen.

Fig. 6 zeigt eine Struktur ähnlich Fig. 4, wobei jedoch die isolierende Lochgitterplatte 22 durch zwei isolierende Gitterstrukturen 37,38 ersetzt ist, zwischen denen mehrere mit Durchtritten versehene vertikale Elektroden oder eine Gitterelektrodenschicht 39 mit Durchtritten 40 angeordnet sind. Die in F i g. 6 veranschaulichte Gesamtstruktur weist somit eine Triodenkonfiguration auf, welche verschiedene Betriebsarten ermöglicht Beispielsweise sind in einer Betriebsart die Elektroden 26 alle miteinander verbunden und liegen vorzugsweise auf Massepotential, während die Elektroden 27 (oder entsprechende Elektrodenpaare bei der vorangehend erwähnten Farbwiedergabe) aufeinanderfolgend in der oben in Verbindung mit F i g. 4 beschriebenen Weise an eine Spannung geschaltet werden, welehe eine genügend hohe Potentialdifferenz zwischen den Elektroden 26,27 ergibt, um eine maximale Elektronenemission nebst entsprechendem Elektronenstrom hiervon zu ermöglichen. Somit ist die anliegende Potentialdifferenz größer als diejenige gemäß F i g. 4, wobei eine Potentialdifferenz in bezug auf die Grenzwert-Elektronenemission verwendet wurde.

Eine Modulationsvorspannung wird daraufhin aufeinanderfolgend an die Gitterelektrodenschicht 39 in entsprechender Synchronisation mit der übertragenen Bildinformation angelegt, wobei ein geeigneter Bruchteil der von den Kathoden 30 emittierten Elektronen (oder gegebenenfalls alle Elektronen) durch den Durchtritt 40 zu laufen vermögen und auf diese Weise gegen die Anodenebene 25 beschleunigt werden. Ein Vorteil der Verwendimg einer solchen Triodenkonfiguration gegenüber der Diodenkonfiguration gemäß Fig. 4 liegt darin, daß die Kapazität der einzelnen die Gitterelektrodenschicht 39 bildenden Elektroden gegenüber anderen Teilen des Systems wesentlich geringer als diejenige der Elektroden 26 gemäß F i g. 4 ist Das Gitierelektrodenschicht-System kann infolgedessen bei wesentlich geringerer Energie und damit wirtschaftlicher betrieben werden als das System unter Verwendung

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lediglich der Dünnfilmkathode 30 gemäß der vorangehenden Figur.

F i g. 7 zeigt eine Struktur ähnlich derjenigen gemäß F i g. 4,6, wobei die isolierende Lochgitterplatte in drei Abschnitten 41,42,43 ausgebildet ist Mehrere horizontale Elektroden oder Gitterelektrodenschichten 44 mit Durchtritten 45 sind zwischen Abschnitten 41, 42 angebracht, wobei die Gitterelektroden in Reihen in einer horizontalen Konfiguration angeordnet sind. Mehrere vertikal orientierte weitere Elektroden oder Gitterelektrodenschichten 46 mit Durchtritten 47 sind zwischen Abschnitten 42,43 angeordnet und entsprechen im wesentlichen der Gitterelektrodenschicht 39 gemäß F i g. 6. Einige wahlweise Betriebsarten der Einrichtung gemäß F i g. 7 sind möglich. Bei einer solchen Betriebsart sind alle Elektroden 26 der Kathode 30 miteinander an eine gemeinsame Spannung gelegt, so daß alle Kathoden stetig Elektronen emittieren. Die im folgenden nur noch als Gitter 44 bezeichneten Schichtbereiche sind normalerweise auf einer Spannung gehalten, welche einen Elektronenfluß durch die Durchtritte verhindert, und werden aufeinanderfolgend synchron mit der übertragenen Bildinformation geschaltet, um zu ermöglichen, daö ein wesentlicher Bruchteil der Elektronen von jeder Kathode durch die Durchtritte 45 beschleunigt wird. Die „Gitter" 46 sind aufeinanderfolgend synchron mit dieser übertragenen Bildsignalinformation vorgespannt, um die Elektronenmenge zu modulieren, welche schließlich zu dem Anodenende beschleunigt wird und auf die Phosphorelemente 28 trifft Ein Vorteil der Anordnung nach F i g.7 liegt darin, daß die den einzelnen Elektroden oder Gittern 44 zugeordnete Kapazität wesentlich geringer als die den einzelnen Elektroden 27 anhaftende Kapazität ist

Nachdem nunmehr verschiedene besondere Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Verwendung des Kathodenaufbaus nach F i g. 5 beschrieben wurden, sei es in Diodenkonfiguration, Triodenkonfiguration oder Tetrodenkonfiguration gemäß den F i g. 4, 6 bzw. 7, werden nunmehr in Verbindung mit den F i g. 8 bis 11 ähnliche Strukturen unter Verwendung anderer Kathodenausführungsformen erläutert

F i g. 8 zeigt eine wahlweise Ausführungsform mit Festkörperkathoden 48. Die Anordnung der verwendeten Kathoden umfaßt eine Gruppe vertikaler Elektroden 49, benachbart der Isolierplatte 29 zusammen mit einer Gruppe horizontaler Elektroden 50. Üblicherweise sind die Elektroden 49, 50 aus Metall, insbesondere Gold, Silber oder Aluminium. Zwischen den Elektroden 49, 50 in dem Bereich jeder Kathode 48 ist ein Film aus einer Halbleiterverbindung 51 angebracht, welche beispielsweise aus Zinnoxid zusammengesetzt sein kann. Vorsprünge 52 an einem Teil der Elektroden 49 erheben sich zu der Oberfläche des Halbleiterfilms 51. Von den Metall/Halbleiterverbindungen werden Elektronen emittiert, wenn eine Spannungsdifferenz von der Elektrode 50 zur Elektrode 49 durch den Halbleiterfilm übertragen wird. Im Betrieb werden die Elektroden 50 aufeinanderfolgend synchron mit der übertragenen Bildsignalinformation an einer Spannung bezogen auf den Ruhestand der Elektrode 49 geschaltet, welche der Grenzspannung für die Elektronenemission entspricht Üblicherweise liegt diese Spannung in der Größenordnung von 200 Volt Zusätzliche Modulationsspannungspotentiale werden aufeinanderfolgend auf die vertikalen Elektroden 49 geschaltet, um die Anzahl von Elektronen zu steuern, die von jeder Kathode gemäß den Punkt-zu-Punkt-Helligkeits- und -Farbwerten des übertragenen Bildgehaltes emittiert werden. Die verbleibenden Einzelheiten der Bilderzeugung an der Anodenebene sind im wesentlichen ähnlich denjenigen zum Beispiel gemäß F i g. 4, so daß diese Einzelheiten hier nicht wiederholt sind.

Wie bei den Dünnfilmkathoden gemäß F i g. 4 bis 7

können eine Triodenkonfiguration ähnlich derjenigen gemäß Fig. 6 und eine Vielelektrodenkonfiguration ähnlich derjenigen gemäß F i g. 7 als weitere wahlweise

ίο AusführungsformengegeüberderDiodenkonfiguration nach F i g. 8 verwendet werden. Demgemäß sind solche Strukturen nicht in Einzelheiten näher erläutert.

Fig. 9 zeigt ein wahlweises Ausführungsbeispiel unter Verwendung unterschiedlicher Elektronenemissionsquellen. Ein reflektierender Film 53 als Elektrode aus Silber oder anderem Metall, das hinsichtlich eines maximalen Reflektionsvermögens im roten und infraroten Teil des optischen Spektrums ausgesucht ist, wird auf der Isolierplatte 29 niedergeschlagen. Eine Schicht 54 aus transparentem isolierendem Material, üblicherweise Aluminiumoxid oder ein anderes hochtemperaturbeständiges Isolationsmaterial, das im Hinblick auf maximale Transparenz im roten und infraroten Teil des optischen Spektrums gewählt ist, wird über dem reflektierenden Film 53 niedergeschlagen. Die Schicht 54 ist größenordnungsmäßig einige Mikron dick, zweckmäßigerweise etwa 2 Mikron. Mehrere dünne Filmheizelemente in Form von Heizstreifen 55, zweckmäßigerweise aus Kohlenstoff, Wolfram oder anderem hochtemperaturbeständigen leitenden Material, sind auf der isolierenden Schicht 54 niedergeschlagen; auch sind Zwischenverbindungen zwischen den Heizstreift η aul der Schicht 54 niedergeschlagen, so daß die Heizstreifen reihenweise seriengeschalvet sind. Eine weitere Isolierschicht 56 aus hochtemperaturbeständigen Stoffen, .beispielsweise Aluminiumoxid, ist über den Heizstreiifen 55 und deren Verbindungen sowie Teilen der Schicht 54 niedergeschlagen. Elektronen emittierende Kathoden 57, typischerweise aus Lathan-Hexaborid oder anderem, eine niedrige Austrittsarbeit aufweisenden Material sind auf der Hochtemperatur-Isolierschicht 56 niedergeschlagen. Die Kathoden57 sind in Spalten oder wahlweise in Zeilen miteinander verbunden, und zwar in Abhängigkeit von den elektrischen Funktionen, die einem Durchtritte aufweisenden Gitter 58 gemäß den obigen Erläuterungen zugeordnet sind. Um chemische Reaktionen zwischen den Kathoden 57 sowie der Isolierschicht 56 zu verhindern und eine maximale Strahlungsabsorption von den Heizstreifen 55 zu erzielen,

so können dünne Schichten aus Kohlenstoff (nicht veranschaulicht) auf der Isolierschicht 56 vor dem Niederschlag der Kathode 57 niedergeschlagen werden.

Das Gitter 58 ist zwischen zwei isolierenden Gitterstrukturen 59, 60 in ähnlicher Weise angebracht, wie

in Verbindung mit F i g. 6 beschrieben, wobei das Gitter 58 in der gezeigten Weise Durchtritte 61 aufweist

Bei einer Betriebsart des Ausführungsbeispiels nach F i g. 9 wird das Gitter bzw. die Gitterelektrodenschicht 58 auf einem konstanten Potential gehalten, und die

Kathoden 57 sind spaltenweise miteinander verbunden. Die Reihen von Heizstreifen 55 werden aufeinanderfolgend synchron mit der Bildsignalinformation geschaltet Die thermische Trägheit derartiger Heizstreifen/Kathoden-Strullrturen ist so gering, daß aus-

reichend schnelle Schnitzelten zu erhalten sind, insbesondere beim Anlegen einer Vorspannung an die Reihen von Heizstreifen, wobei alle Kathoden 57 auf eine Temperatur gerade unterhalb der Grenze für we-

sentliche Elektronenemission im Ruhestand gebraucht werden. Modulationsspannungspotentiale entsprechend und synchron zu der zu übertragenden Bildinformation werden aufeinanderfolgend den Spalten der Kathoden 57 zugeführt, so daß die Größen der Elektronenströme durch die Durchtritte 61 der Gitterelektrodenschicht 58 durch den Punkt-Punkt-Helligkeits- (und Farbwert-) Gehalt des Bildes gesteuert werden. Die weiteren Einzelheiten der Erzeugung des Bildes sind im wesentlichen ähnlich denjenigen den vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispielen.

Bei einer anderen Betriebsart des besonderen Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 9 sind die Kathoden 57 in Reihe geschaltet, und die Gitterelektrodenschicht 58 ist in Spalten im wesentlichen ähnlich der Gitterelektrodenschicht 39 nach Fig. 6 angeordnet. Bei einer solchen Anordnung ist eine schnelle Schaltung der Reihen von Heizstreifen nicht erforderlich. Im Ruhestand werden die Kathodenreihen auf einem positiven Potential gegenüber der Gitterelektrodenschicht 58 gehalten, wobei ein Elektrodenstrom durch den Durchtritt 61 verhindert wird Die Reihen von Kathoden werden aufeinanderfolgend synchron mit der übertragenen Bildinformation bis zu einer Grenzspannung für einen Elektronenstrom durch die Durchtritte 61 der Gitterelektrodenschicht 58 geschaltet Modulationspotenl iale werden aufeinanderfolgend in Gitterspalten gemäß dem Helligkeits (und Farbwert-) Inhalt des Bildes angelegt.

Gemäß denFig. 10 und 11, welche ein wahlweises Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer unterschiedlich ausgebildeten Elektronen emittierenden Kathode veranschaulichen, ist ein Film 62 aus Aluminiumoxid auf einer Isolierplatte 29 niedergeschlagen. Mehrere Elektroden 63,zweckmäßigerweise aus Molybdän, sind in einer Anzahl von Reihen auf dem Aluminiumoxidfilm 62 niedergeschlagen. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann die Dicke der Elektroden 63 in der Größenordnung von 0,2 Mikron liegen.

Über der Reihe von Elektroden 63 ist eine weitere Schicht 64 aus Aluminiumoxid, bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel annähernd 1 Mikron dick, niedergeschlagen. Eine Gruppe von Elektroden 65, die in Spalten angeordnet sind, wobei diese Elektroden aus Molybdän bestehen, sind alsdann auf der Schicht 64 niedergeschlagen. Die Elektroden 65 bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel weisen eine Dicke in der Größenordnung von 0,2 Mikron auf. An jeder Kathode 68 ist ein Durchtritt oder Loch <>7, das bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kreisförmig sein und einen Durchmesser in der Größenordnung von 2 Mikron haben kann, in die Elektroden 65 sowie den Film 64 geätzt, um einen geeigneten Durchtritt in den Elektroden 65 zu schaffen und einen Teil des Aluminiumoxidfilms in dem Bereich unmittelbar unterhalb dieses

ίο Durchtrittes zu entfernen. Ein als Konus ausgebildeter Feldemissionsvorsprung 66 aus Molybdän wird auf den Elektroden 63 innerhalb des geätzten Loches in der gezeigten Weise niedergeschlagen. Eine Spannung im Bereich von 50-500 Volt zwischen der Elektrode 65 sowie der Elektrode 63, wobei die Elektrode 65 gegenüber der Elektrode 63 positiv ist, erzeugt einen Elektronenstrom ausgehend von dem Feldemissionsvorsprung 66. Die Elektronen bewegen sich durch die Öffnung 67 und werden weiter zu dem Phosphoranodenschirm an dem anderen Ende der Kanäle 23 beschleunigt Im Betrieb werden die horizontalen Elektroden 63 aufeinanderfolgend synchron mit der übertragenen Bildinforrnation auf eine Grenzspannung für die Elektronenemission von den konusförmigen, punktartigen FeId-

2s emissionsvorsprüngen 66 aus geschaltet Zusätzliche Modulationsspannungen werden aufeinanderfolgend den Elektroden 65 synchron sowie dem Helligkeits-(und Farbwert-) Inhalt der übertragenen Bildinformation geschaltet

Bei einer wahlweisen Anordnung gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 10 kann eine zusätzliche, mit Durchtritten versehene Elektrode ähnlich den mit Durchtritten versehenen Elektroden gemäß Fig. 6,9 zwischen Feldemissionskathoden 68 und einem Anoden-Phosphorschirm in der Nachbarschaft der Kathoden 68 angeordnet sein. Eine derartige mit Durchtritten versehene Elektrode kann auf einer positiven Spannung im Bereich von etwa 50 bis etwa 500 Volt gehalten werden. Ein Hauptzweck einer solchen Elektrode besteht in der Isolierung dei etwas kritischen Feldemissionskathoden gegenüber Änderungen des Anodenpotentials sowie in der Verhinderung einer möglichen Ladungsansammlung an dem benachbarten Isolator

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

ϊ 957

Patentansprüche:

1 Bildröhre mit einer Vielzahl auf der Innenfläche eines Bildschirmes gebildeter Lumineszenz- punkte, einer Lochgitterplatte, deren Löcher mit den Lumineszenzpunkten kongruent und genau ausgerichtet sind und zwei der Lochgitterplatte zugeordneten, sich kreuzenden Scharen streifenlormiger Elektroden, von denen jede Kreuzungsstelle einem Loch der Lochgitterplatte bzw. einem Lumineszenzpunkt zugeordnet ist, wobei jeder Lumineszenzpunkt mittels der sich kreuzenden Elektroden durch Koordinatenansteuerung selektiv zu Lumineszenz durch Beschüß mit Ladungsteilchen an- regbar ist, die von zumindest einer Ladungsteilchenquelle an der den Lumineszenzpunkten abgewendeten Seite der Lochgitterplatte ausgehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (26, 27} mindestens an jeder KreuzungsstsUe von einer Schicht (31) eines Festkörpermaterials getrennt und an der von den Lumineszenzpunkten (28) abgewendeten Fläche der Lochgitterplatte (22) angeordnet sind und daß jede Kreuzungsstelle als durch entsprechende Potentiale der Elektroden zur Emission geladener Teilchen anregbare Teilchenquelle ausgebildet ist
2. Bildröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aus den Elektroden (26,27) und der dazwischen befindlichen Festkörperschicht (31) gebildeten Teilchenquellen Elektronen emittieren und daß die Festkörperschicht (21) ein Halbleiter ist.
3. Bildröhre nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Festkörperschicht (31) aus SUi- ziumdioxid besteht
4. Bildröhre nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Festkörperschicht (31) an den Kreuzungsstellen gegenüber den anderen Bereichen reduziert ist (Bereich 32).
5. Bildröhre nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Festkörperschicht (31) an den Kreuzungsstellen 0,03-0,3 μ, vorzugsweise 04 μ, beträgt
6. Bildröhre nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die den Lumineszenzpunkten (28) nähere Schar von Elektroden (26) aus Gold besteht
7. Bildröhre nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke jeder Elektrade (26) aus der den Lumineszenzpunkten (28) näheren Elektrodenschar im Bereich jeder Kreuzungsstelle gegenüber den anderen Bereichen reduziert ist
8. Bildröhre nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke jeder Elektrode (26) an den Kreuzungsstellen 0,01-OJ μ beträgt
9. Bildröhre nach einem der Ansprüche 2-8, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Lumineszenzpunkten (28) weiter entfernte Schar von Elek- troden (27) aus Aluminium besteht
10. Bildröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchenquellen (48) aus einer Vielzahl mit den Löchern der Lochgitterplatte (22) in Ausrichtung befindlicher In- sein bestehen, daß erste, an eine Isolierplatte (29) angrenzende Elektroden (49) vorgesehen sind, auf ' welche im Bereich der Teilchenquelle ein Film (51) einer Halbleiterverbindung niedergeschlagen ist, daß nur auf einem Teil des Halbleiterfilms (51) die zweite Elektrode (50) angeordnet ist, und daß ein aus der ersten Elektrode (49) vorspringender Teilbereich (52) angrenzend an den Halbleiterfilm (51) angeordnet ist und bis zu dessen Oberfläche reicht
11. Bildröhre nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (49, 50) sowie die leitenden Vorsprünge (52) aus Gold, Silber oder Aluminium und der Halbleiterfilm aus Zinnoxid bestehen.
12. Bildröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Trennung der Elektroden vorgesehene Schicht (54) isolierend ausgebildet ist, daß die von den Lumineszenzpunkten (28) weiter entfernte Schar von Elektroden (53) aus reflektierendem, vorzussweise im roten und infraroten

Spektralbereich reflektierendem Material besteht, daß die den Lumineszenzpunkten nähere Schar von Elektroden als Heizstreifen (55) ausgebildet ist, die von einer hitzebeständigen Isolierschicht (56) überdeckt sind, und daß auf derhitzebeständigenlsolierschicht (56) im Bereich der Kreuzungsstellen geringe Austrittsarbeit aufweisende, Ladungsteilchen abgebende Inseln (57) angeordnet sind.
13. Bildröhre nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die isolierende Schicht (54) aus Aluminiumoxid besteht
14. Bildröhre nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizstreifen (55) aus Kohlenstoffoder Wolfram bestehen.
15. Bildröhre nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladungsteilchen abgebenden Inseln (57) aus Lanthanhexaborid bestehen.
16. Bildröhre nach einem der Ansprüche 112 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß jede Insel (57) von der hitzebeständigen Isolierschicht (56) durch eine KohlenstofTschicht getrennt ist
17. Bildröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Lumineszenzpunkten (28) weiter entfernte Schar von Elektroden (63) in Ausrichtung mit den Löchern der Lochgitterplatte befindliche spitzkegelige Feldeinissionsvorsprünge (66) aufweisen, daß die zur Trennung der Elektroden vorgesehene Schicht (64) isolierend ausgebildet ist up^h die Feldemissionsvorsprünge in geringem Abstand umgebende Löcher aufweist und daß die den Lumineszenzpunkten nähere Schar von Elektroden (65) die Spitzen der Feldemissionsvorsprünge im Abstand umgebende Löcher (67) aufweist
18. Bildröhre nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Lumineszenzpunkten (28) weiter entfernte Schar von Elektroden (63,65) auf einer aus Aluminiumoxyd bestehenden dünnen isolierenden Unterlageschicht (64) angeordnet ist.
19. Bildröhre nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß beide Scharen von Elektroden (63, 65) sowie die spitzkegeligen Feldemissionsvorsprünge (66) je aus Molybdän bestehen.
20. Bildröhre nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der von den Lumineszenzpunkten (28) weiter entfernten Schar von Elektroden (63) etwa 0,2 μ, diejenige der isolierenden Schicht (64) etwa 1,0 μ und diejenige der den Lumineszenzpunkten näheren Schar von Elektroden (65) etwa 0,2 μ aufweisen.
2L Bildröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Lochgitterplatte in zumindest zwei Schichten (37,38; 41 bis 43) mit in Ausrichtung befindlichen Löchern unterteilt ist und daß zwischen je zwei benachbarten Lochgitterplattenschichten eine leitende Gitterelektrodenschicht(39; 44,46) vorgesehen ist, die konzentrisch zu den Löchern (40; 45, 47) der Lochgitterplatten ausgerichtete Gitterlöcher (40) von demgegenüber kleinerem Durchmesser aufweisen. ' ίο
21 Verfahren zum Betrieb einer Bildröhre nach einem der Ansprücheibis 21,dadurch gekennzeichnet, daß an die den Lumineszenzpunkten nähere Schar von Elektroden eine Modulationsspannung gelegt wird und daß die Lumineszenzpunkte unter einer gegenüber der Modulationsspannung hohen Beschleunigungsspannung gehalten werden.
23. Verfahren nach Anspruch 22, zum Betrieb einer Bildröhre nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Inseln (57) auf eine Temperatur gerade unterhalb der Grenze für wesentliche Elektronenemission im Ruhestand gebracht und Modulationsspannungspotentiale entsprechend der zu übertragenden Bildinformation aufeinanderfolgend den Spalten der Inseln zügeführt werden.
24. Verfahren nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Kreuzungsstellen beider Scharen von Elektroden zeitlich aufeinanderfolgend mit einer Potentialdifferenz entsprechend einer maximalen Ladungsteilchenemission getastet werden und daß die Gitterelektrodenschicht bzw. die den Lumineszenzpunkten nähere Gitterelektrodenschicht mit einer Modulationsspannung getastet wird.
25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß bei lastung einer der beiden Elektrodenscharen mit der Modulationsspannung die Gitterelektrodenschicht auf konstantes Beschleunigungspotential gelegt oder getastet wird.