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Aus mehreren Schichten bestehender Festkörperbildschirm Die Erfindung
betrifft einen aus mehreren Schichtea bestehenden Festkörperbildschirm.
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Es wurden bereits früher Festkörperbildschirine mit einer Elektrolumineszenzschicht
und einem Steuerteil für jedes Bildelernent vorgeschlagen, wobei der Steuerteil
ein nichtlineares Dielektrikurn enthält, das mit der Elektrolumineszenzschicht eine
Brückenschaltung bildet, in deren Diagonale die Elektrolumineszenzschicht liegt.
Diese, Anordnung hat aber den Nachteil, daß die Steueredektrode sich zwischen Dielektrikum
und Elektrolumineszenzschicht befindet und deshalb nur schwer von außen zugänglich
ist. Ein neuerer Vorschlag ermöglicht es, die Steuerelektrode auf der Rückseite
des Leuchtschirrnes anzubringen, wo sie leicht zugänglich ist. Dies hat erhebliche
Vorteile in der Herstellung und im Betrieb der Festkörperbildschirme. Hierbei muß
aber das Lichtanregungspotential zwischen der Elektrolumineszenzschicht und dem
nichtlinearen Dielektrikum zugeführt werden, weshalb an dieser Stelge Elektroden
für diesen Zweck vorgesehen sein müssen. Die ' Anordnung von unter höherer
Spannung stehenden Elektroden an dieser Stelle erfordert oft die zusätzliche Anbringung
einer Isolierschicht zwischen der Elektrolumineszenzschicht und dem nichtlinearen
Dielektrikum, um eine Dunkelerregung bzw. einen Durchschlag der Elektrolumineszenzschicht
zwischen den Anschlußschienen zu verhindern. Ferner war in allen bisher bekannten
Anordnungen die Dicke der nichtflinearen dielektrischen Schicht wesentlich, da durch.
die diese Schicht durchquerenden Kraftlinien die nichtlinearen Kondensatoren gebildet
wurden, welche die Helligkeit der Elektrolumineszenzschicht steuern.
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Die Bemühungen zur Behebung dieser Nachteile haben erfindungsgemäß
zu einem ganz neuen Typ von aus mehreren Schichten bestehenden Festkörperbildschirrnen
geführt. Diese können entweder in Brückenschaltung oder ohne dieselbe aufgebaut
sein, obwohl nachstehend eine Anordnung in Brückenschaltung als bevorzugte Ausführung
beschrieben wird. Die Erfindung ist auf alle Arten von Festkörperbildschirmen anwendbar,
die eine Elektrolumineszenzzefie und einen zugehörigen Steuerteil aufweisen, auch
wenn die Elektrolumineszenzzelle und der Steuerteil nicht als parallele Schichten
ausgebildet sind.
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Der Festkörperbildschirm nach der Erfindung ist mit einer gemeinsamen
Elektrolumineszenzschicht für die einzelnen, durch die zugeführten Bildsignale in
der Helligkeit gesteuerten Bildelemente und mit einem zugehörigen Steuerteil versehen,
der ein nichtlineares Dielektrikum in Form einer der Elektrolumineszenzschicht benachbarten
und allen Bildele-menten gemeinsamen Schicht enthält und ist erfindungsgemäß dadurch
gekennzeichnet, daß auf der freien Oberfläche der nichtlinearen dielektrischen Schicht
Steuerelektroden periodisch derart angeordnet sind, daß jedem Bildelement eine Steuerelektrode
zugeordnet ist, daß jedes Bildelement auf den Außenseiten der beiden Schichten AnschlußeIcktroden
zur Anlegung eines elektrischen Wechselfeldes an die Reihenschaltung aus der dielektrischen
Schicht und der Elektrolumineszenzschicht besitzt und daß mindestens ein nichtlinearer
Kondensator zwischen der betreffenden Steuerelektrode und einer oder mehreren der
auf der freien Oberfläche des nichtlinearen Dielektrikums angeordneten Anschlußelektroden
gebildet wird, derart, daß der oder die nichtlinearen Kondensatoren durch der Steuerelektrode
zugeführte Eingangssignale in ihrer effektiven Kapazität verändert worden und die
Stärke des an der Flektrolumineszenzschicht liegenden elektrischen Wechselfeldes
entsprechend der effektiven Kapazität eines Kondensators bzw. dieser Kondensatoren
gesteuert wird.
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Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung
einiger Ausführungsbeispiele an Hand der Zeichnung. Hierin ist Fig. 1 ein
Querschnitt eines erfindungsgemäß aufgebauten Festkörperbildschirines, Fig. 2 ein
auseinandergezogenes Schrägbild der Anordnung nach Fig. 1,
Fig.
3 das Ersatzschaltbild der Anordnung nach Fig. 1,
Fig.
4 ein Querschnitt einer anderen Ausführungsform der Erfindung und Fig.
5 eine Draufsicht der Anordnung nach Fig. 4. Der in Fig. 1 und 2 gezeigte
Festkörperbildschirrn umfaßt einen lichterzeugenden Elektrohimineszenzteil
10 und einen nichtlinearen dielektrischen Steuerteil 20, die beide in Schichtform
vorliegen und einander benachbart sind. Der lichterzeugende Teil 10 enthält
in bekannter Weise eine, Schicht 12 aus elektrolumineszentem Phosphormaterial in
einem dielektrischea Bindemittel. Hierzu kann z. B. mit Kupfer aktiviertes Zinksulfid
in einem Bindemittel aus Polyvinylehlorid dienen. An der Vorderseite der Elektrolumineszenzschicht
12 befindet sich eine zusammenhängende leitende lichtdurchlässige Elektrode, 14,
sowie ein lichtdurchlässiger Träger 16. Der Träger 16 kann z. B. aus
Glas und die leitende Schicht 14 aus Zinnoxyd in bekannter Weise hergestellt sein.
Auf der Rückseite der ElektroIumineszenzschicht 12 befinden sich Elektroden
' 18 aus leitendem Werkstoff, die derart angeordnet sind, daß jede Elektrode
ein Bildelement definiert. Die rückseitigen Elektroden 18 können durch Aufdampfen
von leitendem Werkstoff wie Aluminium durch ein entsprechendes Sieb hindurch gebildet
werden.
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Der Steuerteil 20, der eine Schicht aus nichtlinearem dielektrischernWerkstoff
22 enthält, liegt an den rückseitigen Elektroden 18 der Elektrolumineszenzschicht
12 an. Jedes Bildelement der nichtlinearen Schicht 22, das durch die Fläche der
Hinterelektroden 18 definiert ist besitzt drei Elektroden 23, 24 und
25, die sämtlich auf der Rückseite der nichtlinearen dielektrischen Schicht
22 angebracht sind. Die Elektroden 23, 24, 25
sind derart periodisch
angeordnet, daß sich ihr Muster für jedes Bildelement des Bildschirmes wiederholt.
Ein einzelnes Bildelement ist in der gestrichelten Linie eingeschlossen dargestellt.
Nicht alle Elektroden brauchen jedoch auf ein Bildelement beschränkt zu sein. Die
Streifenelektroden bzw. Anschlußschienen 24 und 25 erstrecken sich über eine
ganze Reihe von Bildelementen. Bei der Ausführugrisform nach Fig. 1
und 2
dient jede Streifenelektrode 24 und 25 zur Versorgung zweier benachbarter
Bildelementreihen, obwohl dies nicht unbedingt der Fall sein muß. Die dargestellte
Anordnung ist insofern besonders vorteilhaft, als die Anzahl der benötigten Teile
gering ist, so daß sich eine vereinfachte Ausführung ergibt. In jedem Bildelement
dient die Elektrode 23 als Steuerelektrode, die sich zwischen den beiden
Streifenelektroden bzw. Anschlußschienen 24 und 25 befindet.
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Ein nichtlineares Dielektrikum ist bekanntlich ein Material, bei dem
die Wechselkomponente der elektrischen Verschiebung vom Durchschnittswert eines
angelegten periodischen elektrischen Feldes abhängt. Affe Dielektrika, auf die diese
Definition nicht zutrifft, sind demnach fineare Dielektrika.
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Das nichtlineare Dielektrikum 22 kann z. B. aus einem sogenannten
Ferroelektrikum bestehen, insbesondere einem Ferroelektrikum vom Bariumtitanattyp.
Hierzu gehören z. B. Bariumtitanat, Bariumstrontiumtitanat, Bariumstannat, Natriumcolumbat,
Natriumtantalat, Kaliumcolumbat und Kaliumtantalat. Die Herstellung einer keramischen
Platte 22 aus einem derartigen Material ist in einem Aufsatz von Callahan und Murray
in Bulletin of the American Ceramic Society, Mai 1945, S. 131ff., beschrieben.
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Anstatt die einzelnen Schichten für sich herzustellen und nachträglich
zu vereinigen, wird vorzugsweise wie folgt vorgegangen, um den Bildschirm nach Fig.
1
und 2 herzustellen. Man beginnt mit der Herstellung des Steuerteils 20 und
bildet hierauf die Elektrolumineszenzschicht 12 in Form eines elektrolurnineszenten
Phosphormaterials zusammen mit einem aus Kunststoff oder Glas bestehenden Bindemittel.
Falls Kunststoff als Bindemittel verwendet wird, kann als lichtdurchlässige Frontelektrode
14 aufgedampftes Gold dienen. Wenn dagegen ein Bindemittel aus Glas verwendet und
auf den Steuerteil in Form einer Fritte mit darin eingearbeitetem elektrolumineszentem
Material aufgebracht wird, so ergibt sich nach dem Brennen der Fritte eine spiegelglatte
Oberfläche, auf der eine lichtdurchlässige leitende Schicht aus Zinnoxyd in bekannter
Weise, ausgebildet werden kann. Dieser Aufbau wird bevorzugt, weil bei gerennter
Herstellung des lichterzeugenden Teils 10 und des Steuerteils 20 eine sehr
gute Oberflächenbeschaffenheit erforderlich ist, um zu gewährleisten, daß die beiden
Schichten mit gleichmäßigem Kontakt an allen Bildelementea zusammenpassen.
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Im Gegensatz zu anderweitig vorgeschlagenen oder bekannten Anordnungen
ist keine Isolierschicht zwischen dem lichterzeugenden Teil 10 und dem Steuerteil
20 erforderlich. Dies rührt davon her, daß keine Elektroden zwischen den Schichten
vorhanden sind, denen Spannungen zugeführt werden, welche die Lichtstärke der Elektrolumineszenzschicht
12 beeinflussen können.
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Fig. 3 zeigt das Ersatzschaltbild der Anordnung nach Fig.
1 und 2. Jedes Biädelement bildet eine Brückenschaltung, deren einer Zweig
eine Lichtanregungsquelle 31 in Reihe mit einer Gleichspannungsquelle
33 und der Streifenelektrode 24 enthält. Die Streifenelektrode 24 dient sowohl
als Spannungszuführung als auch als die eine Belegung eines Kondensators
37, dessen andere Belegung durch die Steuerelektrode 23 gebildet wird.
Der zweite Brückenzweig enthält eine zweite Lichtanregungsquelle 32 in Reihe
mit der Streifencüektrode 25, die als Zuführung und eine Belegung eines Kondensators
38 dient, dessen andere Belegung ebenfalls durch die Steuerelektrode
23 gebildet wird. Die beiden Brückenzweige haben also als gemeinsamen Punkt
die Steuerelektrode 23 des betreffenden Bildelements, an die das Steuersignal
angelegt wird. Der zweite gemeinsame Punkt der beiden Brückenzweige befindet sich
zwischen den beiden Wechselstromquellen 31 und 32 und kann auf Erdpotential
gehalten werden. Die Brückendiagonale enthält die zusammenhängende Frontedektrode
14 der Elektrolumineszenzschicht 12, die sich auf der geerdeten Seite der Brücke
befindenkann. Diese Elektrode dient als eine Belegung der Elektrolumineszenzzelle,
deren andere Belegung durch die Hinterelektrode 18
des betreffenden Bildelementes
gebildet wird. Die Elektrolumineszenzschicht liegt also in Reihe mit einem nichtlinearen
Kondensator 39, dessen eine Begegung durch die Hinterelektrode
18 der Elektrolumineszenzschicht und dessen andere Belegung durch die Steuerelektrode
23 des Steuerteils gebildet wird. Für die Lichtanregungsspannungsquellen
31 und 32 kann man z. B. eine Wechselspannung von 300 bzw.
100 Volt effektiv mit 400 Hz verwenden. Die Gleichspannung 33 kann
etwa 300 Volt betragen. Die Wechselspannungsquellen 31 und
32 sind so gepolt, daß sie entgegengesetzte Spannungen an die Elektrolumineszenzzelle
10 anlegen. Die Spannungsquellen 31, 32 und 33
dienen natürlich
in Wirklichkeit zur Versorgung zahlreicher
oder aller Elemente
des Bildschirmes. Eine schematisch bei 40 gezeigte Signalverteilungseinrichtung
dient zur Zuführung der Bildsignale an die Steuerelektroden 23 der einzelnen
Elemente nacheinander. Diese, Signalverteilungseinrichtung kann z. B. durch Beschießung
mit einem moduherten Elektronenstrahl oder Aufladung mit Modulation durch das Bildsignal
dargestellt werden. Die Leitungen 41, 42 und 43 bedeuten die Adern oder Elektronenbahnen,
durch die Bildsignale den einzelnen Elementen nacheinander zugeführt werden. Da
die Steuerelektroden 23 sich auf der Rückseite des Bildschirmes befinden,
ist die erfindungsgemäße Anordnung besonders geeignet zur Zuführung von Steuersignalen
durch Beschuß mit entsprechend dem Bildsignal modulierten Elektronen in bekannter
Weise (vergleiche z. B. USA.-Patent 2 888 59--1).
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,onalle trägt Der Kondensator 39 in der Brückendiag zwar nur
wenig zur Steuerung der Helligkeit der Elektrolumineszenzzelle 10 bei, gestattet
aber die Anordnung der einzelnen Steuerelektroden an der Rückseite des Bildschirines,
wo die Bildsignale leicht zugeführt werden können.
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Die Steuerelektrode 23 dient in jedem Bildelement als Belegung
dreier verschiedener Kondensatoren, d. h., -es wird eine kapazitive Kopplung
zu drei anderen Elektroden in jedem Bildelement des Steuerteils verwendet. Ein Kondensator
39 wird durch die kapazitive Kopplung der Hinterelektrode 18 der Elektrolumineszenzschicht
mit der Elektrode 23 gebildet. Die anderen beiden Kondensatoren
37 und 38 entstehen durch kapazitive Kopplung der Steuerelektrode
23 mit den Elektroden 24 und 25. Im Falle der Kondensatoren
37 und 38 ist die Wahl der Elektrodenahmessunaen weitgehend freigestellt,
da die, Kapazitätswerte bei C
Kondensatoren mit im wesentlichen seitlich zu
den ,en verlaufenden Kraftlinien im Gegensatz zu Belegung denjenigen, bei denen
die Kraftlinien das Dielektrikum senkrecht durchqueren, nur wenio, von der Geometrie
des Kondensators abhängen.
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Die von den Spannungsquellen 31 und 32 gelieferten Lichtanregungspotentiale
erzeugen ein elektrisches Wechselfeld an der Elektrolumineszenzzelle 10.
Mittels der in Fig. 3 gezeigten Brückenschaltung können, die bestimmten Werte
der Schaltung so eingestellt werden, daß die Elektrolumineszenzschicht 12 im wesentlichen
dunkel ist, wenn der betreffenden Steuerelektrode 23 kein Bildsignal zugeführt
wird. Bei Anlegung einer Steuergleichspannung an die Eingangselektrode
23 wird der Wechselstromwiderstand der nichtlinearen Kondensatoren
37 und 38 gegenüber der von den Spannungsquellen 31 und
32 gelieferten Wechselspannung verändert. Diese Impedanzänderung rührt von
der nichtlinearen Eigenschaft des, Dielektrikums der Kondensatoren 37 und
38 her. Infolgedessen kommt die Brücke aus dem Gleichgewicht, und die in
der Elektrolumineszenzzelle 10 herrschende Feldstärke ändert sich, wodurch
die Helligkeit dieser Zelle entsprechend der Größe des angelegten Steuersignals
einen anderen Wert annimmt.
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Falls kompliziertere Signalverteilungsvorrichtungen vorgesehen werden
sollen, so können diese unmittelbar auf der Rückseite der nichtlinearen dielektrischen
Schicht 22 angebracht werden.
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Ein Hauptvorteeil der erfindungsgemäßen Anordnung ist die Vereinfachung
des Aufbaues, die sich aus der Tatsache ergibt, daß keine Isoherschicht zwischen
dem nichtlinearen Dielektrikum 20 und der Elektrolumineszenzschicht 10 mehr
vorhanden sein muß. Die Anschlüsse 24 und 25 befinden sich nämlich hier auf
der Rückseite, des nichtlinearen Dielektrikums 22, wo die Gefahr von Dunkelerregungen
und Durchschlägen der Elektrolumineszenzschicht 12 wegfällt. Da die Anschlußleitungen
24 und 25 Spannungen von etwa 300 Volt,ff sowie eine Gleichspannung
von etwa 300 Volt aufnehmen, sollen sie möglichst entfernt von der Elektrolumineszenzschicht
12 angeordnet sein.
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In Fig. 4 und 5 ist eine andere Ausführungsform der Erfindung
dargestellt. Hierbei befinden sich die Elektrolumineszenzschicht 12 und das nichtlineare
Dielektrikum 22 in unmittelbarer Berührung. Auf der Rückseite des nichtlinearen
Dielektrikums 22 befindet sich ein Elektrodenmuster, das aus Steuerelektroden
23 und Anschlußschienen 26 und 27 besteht. Die Anschlußschienen
26 und 27 erstrecken sich in Längs-und Querrichtung des Bildschirmes.
Die Ersatzschaltung dieser Anordnung ist die gleiche wie in Fig. -i, wobei jedoch
der Kondensator 39 und die Elektrolumineszenm elle 10 nunmehr eine
einzige, Einheit bilden. Der Hauptunterschied der Anordnung nach Fig. 4 und
5 gegen die früher beschriebene i st der, daß keine Elektroden in der Grenzschicht
zwischen der Elektrolumineszenzschicht 12 und dem nichtlinearen Dielektrikum 22
vorgesehen sind. Es wurde gefunden, daß bei geeigneter Steuerung der Erregung der
Elektrolumineszenzschicht diese Zwischenelektroden nicht benötig .,t werden.
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Die beiden Kondensatoren für jede Brückenschaltun- werden durch die
L-förinigen Spalte zwischen der Steuerelektrode 23 des betreffenden Bildelements
und den benachbarten Anschlußschienen 26 und 27 gebildet. Die von
den Anschlußschienen 26 und 27 ausgehenden Arme 28 und
29 unterstützen die kapazitive Steuerung der Heffigkeit und dienen auch zur
besseren g ,egenseitigen Isolation der einzelnen Steuerelektroden 23.
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Bei der in Fig. 4 und 5 dargestellten Ausführungsform sind
wie gesagt keine Elektroden an der Grenzfläche zwischen der dielektrischen Schicht
22 und der Elektrolumineszenzschicht 12 vorgesehen. Der Hauptgrund herfür hegt darin,
daß derartige Elektroden die Wechselwirkung zwischen den einzelnen Bildelementen
erhöhen.
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Diese Wechselwirkung verschlechtert die Bildqualität und istdeshalb
unerwünscht. Wenn man keine Zwischen,clektroden verwendet, erhält man also zwar
verbesserte Isolation der einzelnen Bildelemente, aber andererseits können die Anschlußschienen
26 und 27
mit ihren Armen 28 und 29 leichter die Elektrolumineszenzschicht
12 erregen, so daß ein Muster heller Stellen an der Ansichtsseite des Schirmes auftritt.
Dagegen schirmen die Zwischenlektroden 18 in Fig. 1
und 2 die Elektrolumineszenzschicht
12 gegen Erregung durch die Anschlußschienen ab. Um das Auftreten von heglen Stellen
für den Betrachter der Anordnung nach Fig. 4 und 5 zu vermeiden, kann ein
undurchsichtiges Gitter 45 auf der Elektrolumineszenzschicht 12 angebracht werden,
das die hellen Stellen abdeckt. Ein solches Gitter besteht vorzugsweise aus. leitendem
Material, wie Aluminium, so daß es die Stromleitung zusammen mit der Frontelektrode
14 unterstützt.
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Der soeben beschriebene Bildschirm kann z. B. dadurch hergestellt
werden, daß das Muster der Elektroden 23, 26 und 27 auf photographischem
Wege auf die Rückseite der nichtlinearen dielektrischen Schicht
22
aufgebracht und dann mit salpetriger Säure geätzt wird. Das abgeätzte Elektrodenmaterial
besteht z. B. aus aufgedampftera Silber, das nach dem Aufdampfen wärmebehandelt
wurde, um die, Haftung an dem nichtlinearen Dielektrikum zu verbessern. Nach der
Bildung der Elektroden 23, 26 und 27 auf der Rückseite der nichtlinearen
dielektrischen Schicht 22 wird die andere Seite der Schicht mit einer bekannten
Schicht aus einem elektroIamineszentem Phosphor, z. B. mit Kupfer aktiviertem Zinksulfid,
in einem ge-
eigneten dielektrischen Bindemittel wie Polyvinylchlorid überzogen.
Auf diese Schicht wird ein durchsichtiges Goldhäutchen aufgedampft. Das Gitter,
das die von den Anschlußleitungen herrührenden hellen Stellen verdeckte kann aus
auf das Gold aufgedampftem Aluminium bestehen. Ein Schutz gegen überschläge über
die verschiedenen Spalte zwischen den Elektroden beim Betrieb des Bildschirms in
Luft kann durch Einbetten der Rückseite in ein Isoliermaterial, z. B. ein Siliconharz,
gewährleistet werden.
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Es sind Bildschirme dieser Art hergestellt worden, bei denen etwa
sechseinhalb Bildelemente auf je
10 mm entfallen. Steuerelektroden
23 haben hierbei eine Breite, von 1,25 mm und die Anschlußschienen
26 und 27 eine Breite von je 0,15 mm. Die Spalte zwischen den
Anschlußschienen 26 und 27 und den Steuerelektroden 23, die
für die Bildung der nichtlinearen Kondensatoren maßgebend sind, haben eine Breite
von 0,075 mm. Natürlich können auch andere Werte gewählt werden. Die nichtlineare
dielektrische Schicht 22 kann z. B. etwa 0,25 mm dick sein. Die jeweiligen
Abmessungen hängen natürlich jeweils von der erforderlichen Auflösung, dem Herstellungsaufwand
usw. ab.