回旋加速器顯示器的製作方法
2023-06-06 12:34:41
專利名稱：回旋加速器顯示器的製作方法
技術領域：
本發明是用於在屏幕上顯示圖象的裝置。回旋加速器顯示器包括一個或更多個用於產生和加速電子束的回旋加速器。然後偏轉機構使電子射向塗敷有螢光質的屏幕，該屏幕被以圖象的形式點亮。本發明意欲作為陰極射線管(CRT)的替代物，並可用於與使用CRT的機構的相同的陣列中，包括例如示波器、計算機監視器和電視屏幕。
常規CRT是在各種儀器中被用於顯示圖象的常見器件。CRT包括用作電子源的陰極。將陰極加熱，使之發射低能電子云。聚焦電極使該雲收縮成一束，控制電極保證該束以適當的速度流過器件，而加速電極將電子加速到需要的能級(對於低壓螢光屏為約500eV到1500eV)。陰極和上述附帶的各電極一起被通稱為「電子槍」。然後，電子束轟擊塗敷有螢光質的屏幕，使螢光質發光。因為在轟擊屏幕之前電子被偏轉電極適當偏轉，所以該光產生出相干圖象。
電子束的偏轉受兩組正交偏轉器的影響，一組使電子束水平偏轉，一組使電子束垂直偏轉。可實現的偏轉角度與加在偏轉電極上的電壓成正比，而與束能量成反比。更詳盡的CRT技術討論例如見Robert A.Meyers編輯的Encyclopediaof Physical Science and Technology,Second Edition,Vol.5,pp.695-701,AcademicPress(San Diego,CA,1992)和Jerry C.Whitaker編輯的The ElectronicsHandbook,pp.67-386,CRC Press,Inc.(Beaverton,OR,1996)。
儘管作為顯示器件有其成功之處，但CRT在功耗、成本和尺寸方面有明顯的局限。產生電子的陰極為高壓、高功率器件，但它以分散的雲的方式發射低能量電子。必須將電子云聚焦並加速成快速、緊湊的束以便使用。這要求使用聚焦電極以及加速電極，這兩種電極，特別是後者導致CRT的高能耗。此外，為利用由偏轉電極提供的偏轉角需要長的CRT管(更長的管意味著電子將被偏轉的絕對距離更大)。這一問題可以通過增大偏轉電極的電壓來補償，但這當然不是一個理想的替代方案。
因為這些和其它局限，在本技術領域中有替換常規CRT顯示器的需求。
本發明通過用一個或更多個回旋加速器代替CRT的電子槍組件來克服常規CRT技術的上述和其它局限，所述回旋加速器可以用比電子槍的陰極更低的電壓和更小的能量來產生電子。此外，因為電子最初以足夠的速度從回旋加速器射出，所以不需要用加速電極對它們進一步加速。並且，由於它們以電子束形式出射，因而需要很小甚至不需要偏轉電極的聚焦。而且，可以用回旋加速器陣列而不是只有單個回旋加速器來為屏幕提供所需的電子束。由於藉助這種陣列每個單獨的回旋加速器將被映射成屏幕的一個子部分，因而所需的偏轉距離將減小，這進而又減小了器件的長度。值得說明的是電子束源的陣列也可用於常規的CRT中，以便減小該器件的長度。因此本發明提供有大屏幕尺寸的經濟、低能量的平板顯示器。
圖1示出由兩個金屬D形盤、兩個磁鐵和一電子源構成的回旋加速器。還示出存在於回旋加速器終點半徑處的回旋加速器孔。
圖2示出帶有多個電子源的圓柱形回旋加速器。
圖3示出垂直靜電偏轉器和有關變量圖4以表的形式示出實例的計算。
圖5示出帶有單個回旋加速器或三回旋加速器組和單個靜電偏轉機構的回旋加速器顯示器的原理圖、布線結構圖和局部圖。
圖6示出帶有單個回旋加速器或三回旋加速器組和單個靜電偏轉機構的回旋加速器顯示器的頂視圖和側視圖。
圖7示出彩色回旋加速器顯示器。
圖8示出回旋加速器顯示器中使用的回旋加速器陣列的原理圖、布線結構圖。
圖9示出在回旋加速器顯示器中使用的回旋加速器陣列的頂視圖和側視圖。
圖10示出帶有圓柱形回旋加速器的回旋加速器顯示器(單色或彩色)。
圖11示出帶有圓柱形回旋加速器陣列的回旋加速器顯示器(單色或彩色)。
與常規CRT一樣，回旋加速器顯示器被抽真空，以便於以極小的破壞性和能量損耗提供電子束。
回旋加速器每個回旋加速器顯示器的實施例包括至少一個回旋加速器。回旋加速器是用來加速亞原子微粒和原子微粒的常用器件。回旋加速器1類似一個平的金屬盤(見圖1)。金屬盤包括兩個被稱為D形盤2的金屬半部分，因為它們與字母D的形狀相似。D形盤2被一小的空開的空間或間隙分開。電場在該空開的空間附近產生，導致在該間隙上有電壓降。通過放置在D形盤兩側的一對磁鐵3(永久磁鐵或亥姆霍茲線圈)產生與回旋加速器和其D形盤2的平面垂直的均勻磁場(見圖1)。
包括熱離子金屬-氧化物覆蓋的陰極或尖端放電陰極的小電子源4放置在回旋加速器的中心。從電子源射出的電子沿D形盤的圓周方向環行，因為垂直磁場使它們沿該方向流動。當電子射進D形盤之間的間隙時，它們將經受跨接在間隙上的電壓降，並從而加速進入另一個D形盤中，由此增加速度和能量。然後利用D形盤的金屬壁使電子與電場屏蔽開，直到它們再次進入到間隙中。此時，D形盤之間的電位差被有意反轉，從而使電子加速進入另一個D形盤。重複這一過程直到電子運動得足夠快，以至當它到達「終點半徑」時從回旋加速器孔5射出為止(見圖1)電子在回旋加速器中完成一個軌道的時間是=2mqB]]>其中m是電子質量，q是電荷，B是磁場強度。注意τ與電子的速度無關，這意味著軌道的頻率保持恆定，因此D形盤之間電子電位反轉的頻率保持恆定。
在任何時候電子的軌道半徑為=mvqB]]>
與上述τ相反，它依賴於電子的速度v。電子將通過回旋加速器在不斷變寬的圓周中持續加速，直到它到達終點半徑(rterm)和終點速度(vterm)為止，此時軌道半徑與回旋加速器孔的半徑相匹配。rterm=mvtermqB]]>此時電子能量Treq可由下式確定vterm=2Treq/m]]>可以在一個回旋加速器內放置多個電子源。電子源可以包括幾個熱離子或尖端放電陰極，或帶有多個尖的突出物的單個長陰極。電子源4沿著與D形盤2的平面垂直的一維方向展開(見圖2)。這種類型的回旋加速器1具有圓柱形狀並產生多個電子束。這種類型的回旋加速器1可以代替帶有單個電子源的多個回旋加速器，從而可代替所有或部分回旋加速器陣列(見下面的例7-10)。
更詳盡的回旋加速器技術的討論例如見Robert A.Meyers編輯的Encyclopedia of Physical Science and Technology,2nd Edition Vol.12,pp.205-21,Academic Press(San Diego,CA1992)，特別是pp.205-06,211-12,219-21。
偏轉器在從回旋加速器孔射出後，電子束被磁偏轉器或靜電偏轉器偏轉，就象它是從常規電子槍中射出的那樣。磁偏轉器只是一個磁線圈。靜電偏轉器6是一對靜電板7，它們之間有電壓(見圖3)。由於在其最簡單的實施例中，除了用回旋加速器而不是電子槍產生電子束外，本發明完全與常規CRT類似，因此用來根據輸入信號在CRT中產生視頻圖象的原理也可適用於本發明。這些原理及其應用在現有技術中是眾所周知的。對於如何通過在螢光屏上一束電子束或多束電子束的調製和掃描來將信號處理成相干圖象的概要描述例如見Jerry C.Whitaker編輯的The Electronics Handbook,pp.1575-98,CRC Press,Inc.(Beaverton,OR,1996)。
對於靜電偏轉器，板之間的電場E為E=Vdef/d⊥，其中Vdef是電壓，而d⊥是板之間的距離。偏轉器給予穿過的電子的加速度a為a=qE/m。電子穿過偏轉器所花費的時間為偏轉器長度除以電子的速度，t=d1/v1(注意v1與vterm相同)。
假設其長度為d1的所述偏轉器作用於垂直軸。則電子的垂直速度為由偏轉器施加的加速度乘以該電子穿過偏轉器所用的時間。
如果除以V1，則得到
所獲得的總垂直偏轉S⊥為12at2:]]>
如果將
代入S⊥，則得到
圖3示出了帶有相關變量的靜電偏轉器的原理圖。
實例計算假設螢光屏所必須的能量為500eV。電子射出回旋加速器的終點速度必定為vterm=2500eV/9.1110-31kg=1.310m/s]]>假設回旋加速器的磁場是10-2特斯拉。則回旋加速器的半徑(它等於孔的半徑和終點半徑)為rterm=mq1.310m/sB=7.510-3m]]>回旋加速器的每個軌道需要時間τ=3.58×10-9秒。
如果在D形盤之間使用10V的加速電壓，則需要25個循環來達到500eV(500eV=25×2×10V)，或8.94×10-11秒。因此可以容易地每隔10-5秒就產生電子脈衝。顯然，同一回旋加速器/電子源還可以容易地在10-3秒內產生三個電子脈衝，並因此單個回旋加速器/電子源可以「模擬」三個或更多個電子源(諸如產生彩色屏幕上每個彩色像素所需的三束)。對彩色屏幕技術的進一步討論見下面的例2和3。
如果對於我們的屏幕假設刷新速率為0.1秒，則可利用該回旋加速器尋址104個像素。如果每個像素為200μm×200μm，則我們可以對2cm×2cm的屏幕面積進行尋址。如果以更高的速率產生電子脈衝，則與可尋址的屏幕面積一樣，可被尋址的像素數將增大。
回旋加速器顯示器的長度取決於電子需要被偏轉的距離。在本例中，電子需要被偏轉1.0cm(2.0cm/2)或保守地說需1.2cm以便覆蓋屏幕。如果我們在板之間的間隔為0.1cm且板長度為1cm的情況下使用10V的靜電偏轉器，則偏轉速度為
為達到這一速度，偏轉器和屏幕之間的距離d只需12cm。可以在15cm以內製造整個回旋加速器顯示單元。20V的偏轉器會將距離減小到6cm，這意味著顯示單元的長度可以減小到10cm。這些實例計算使平面屏幕回旋加速器顯示器件的潛力變得更明顯。這些和其它實例計算在圖4中列表表示。
例1包括單個回旋加速器並產生單束電子束的單色顯示單元發明的本實施例包括單個回旋加速器(見圖5和6)。回旋加速器1產生被偏轉單元8適當偏轉的單個電子束。正如在常規CRT中那樣，電子束掃描在本例中為單色屏幕的螢光屏9，並轟擊該屏上的適當像素以產生圖象。控制電子束的偏轉以便在單色顯示屏上產生圖象的方法與常規CRT顯示器中所用的方法相同，並且在本領域中是公知的。例如在Robert A.Meyers編輯的Encyclopedia ofPhysical Science and Technology,Second Edition,Vol.5,pp.695-701,AcademicPress(San Diego,1992)和Jerry C.Whitaker編輯的The Electronics Handbook,pp.367-386,CRC Press,Inc.(Beaverton,1996)中包含有該技術的概要描述。
例2包括單個回旋加速器並產生三束電子束的彩色顯示單元發明的本實施例包括單個回旋加速器(見圖7)。回旋加速器1產生一個三電子束群(利用一個電子源4，它產生在時間上非常接近的三個脈衝，或利用三個獨立的電源4)，該三電子束群被單個偏轉單元8偏轉並在隨後轟擊本例中為彩色屏幕的螢光屏9。螢光屏9與在常規CRT中所使用的類型相同。螢光屏9上的各像素10包含按三角形排列或平行排列的紅、綠和藍螢光點(如SonyTrinitronTM顯示器那樣的排列)。控制電子束的偏轉以便在彩色顯示屏上產生圖象的方法與常規CRT顯示器中所用的方法相同，並且在本領域中是公知的。例如在Robert A.Meyers編輯的Encyclopedia of Physical Science and Technology,Second Edition,Vol.5,pp.695-701,Academic Press(San Diego,1992)和Jerry C.Whitaker編輯的The Electronics Handbook,pp367-386,CRC Press,Inc.(Beaverton,1996)中包含有該技術的概要描述。
例3包括一個三回旋加速器組的彩色顯示單元發明的本實施例包括一個三回旋加速器組11(見圖5和6)。該三回旋加速器組11一起產生一個三電子束群(每個回旋加速器產生一束)，該三電子束群被單個偏轉單元8或三個獨立的偏轉單元(未示出)偏轉，然後轟擊彩色螢光屏9。與在例2中所述相同，控制電子束的偏轉以便在彩色顯示屏上產生圖象的方法與常規CRT顯示器中所用的方法相同，並且在本領域中是公知的。
例4包括各產生單束電子束的回旋加速器的陣列的單色顯示單元發明的本實施例包括回旋加速器陣列(見圖8和9)。每個回旋加速器1產生單束電子束，該電子束被單獨的偏轉單元8偏轉，然後轟擊單色螢光屏9。每個回旋加速器1和每個束映射成屏幕的一個子部分12。與例1中一樣，控制電子束的偏轉以便在單色顯示屏上產生圖象的方法與常規CRT顯示器中所用的方法相同，並且在本領域中是公知的。
必須在某點對輸入的視頻信號進行處理，以便可以在陣列中的回旋加速器之間對其進行適當分配。可以與暫時存儲信號(如果為模擬信號，則是在數位化之後)的存儲晶片相結合地進行這種實質上為一種信號分離形式的處理。在本領域中信號分離是公知的。例如在Paul Horowitz和Winfred Hill編輯的The Art ofElectronics,Second Edition,pp.490-504,Cambridge University Press(Cambridge,England,1989)，特別是pp.496-97中，和Jacob Millman和Christos Halkias編輯的Intergrated Eletronics:Analog and Digital Circuits and Systems,pp.609-613,McGraw Hill(New York,NY,1972)中包含有信號分離的概要描述。在所公開的例子中對輸入信號的處理還與視頻牆顯示器所進行的處理類似。視頻牆顯示器包含處理器，該處理器將預計給堆放在一起成一陣列或牆的幾個監視器之中的單個監視器的圖象進行劃分。這種類型的信號處理在本領域中是公知的，象例如在U.S.專利5,130,794,U.S.專利4,635,105和US.專利4,563,703中所指教的那樣。
例5包括各產生一個三電子束群的回旋加速器陣列的彩色顯示單元發明的本實施例包括一回旋加速器陣列(見圖8和9)。除了象在例4中那樣每個回旋加速器1和每群映射成屏幕的一個子部分12以外，每個回旋加速器1產生一個三電子束群(利用一個電子源4，它產生在時間上非常接近的三個脈衝，或利用三個獨立的電子源4)，該三電子束群被單個偏轉單元8偏轉並在隨後轟擊彩色螢光屏9，就象在例2中那樣。必須在某點對輸入的視頻信號進行處理，以便可以在陣列中的回旋加速器之間對其進行適當分配。這種處理在例4中進行了描述。
例6包括三回旋加速器組的陣列的彩色顯示單元發明的本實施例包括一三回旋加速器組11的陣列(見圖8和9)。象在例5中那樣，每個回旋加速器組11產生一個轟擊彩色屏幕9的三電子束群，其中每個三回旋加速器組11和每群映射成屏幕的一個子部分12。每群被單個偏轉單元8或三個獨立的偏轉單元(未示出)偏轉。必須在某點對輸入的視頻信號進行處理，以便可以在陣列中的回旋加速器之間對其進行適當分配。這種處理在例4中進行了描述。
例7包括各包括多個電子源的單個圓柱形回旋加速器的單色顯示單元發明的本實施例包括一個回旋加速器，該回旋加速器包括沿著一維方向的多個電子源(見圖10)。回旋加速器1通過回旋加速器孔5發射多束電子束。象在例4中那樣，電子束然後轟擊單色屏幕9，並且每個電子源4和每束電子束映射成屏幕的一個子部分12。必須在某點對輸入的視頻信號進行處理，以便可以在回旋加速器中的電子源之間對其進行適當分配。這種處理在例4中進行了描述。
例8包括各包括多個電子源的單個圓柱形回旋加速器的彩色顯示單元發明的本實施例包括一個回旋加速器，該回旋加速器包括沿著一維方向的多個電子源(見圖10)。回旋加速器1通過回旋加速器孔5發射多個電子束群，每群由單個電子源或由三個電子源產生。象在例5中那樣，電子束群然後轟擊彩色屏幕9，並且每個電子束群映射成屏幕的一個子部分12。必須在某點對輸入的視頻信號進行處理，以便可以在回旋加速器中的電子源之間對其進行適當分配。這種處理在例4中進行了描述。
例9包括圓柱形回旋加速器陣列的單色顯示單元發明的本實施例包括一個回旋加速器的陣列，該回旋加速器包括沿著一維方向的多個電子源(見圖11)。該實施例包括沿著該一維方向的一個或更多個回旋加速器和沿著另一維方向的多個回旋加速器。各回旋加速器1通過它們的回旋加速器孔5發射多個電子束。就象在例4中那樣，電子束然後轟擊單色屏幕9，並且每個電子源和每個電子束映射成屏幕的一個子部分12。必須在某點對輸入的視頻信號進行處理，以便可以在所有回旋加速器中的所有電子源之間對其進行適當分配。這種處理在例4中進行了描述。
例10包括圓柱形回旋加速器陣列的彩色顯示單元發明的本實施例包括一個回旋加速器的陣列，該回旋加速器包括沿著一維方向的多個電子源(見圖11)。該實施例包括沿著一維方向的一個或更多個回旋加速器和沿著另一維方向的多個回旋加速器。各回旋加速器1通過它們的回旋加速器孔5發射多個三電子束群，每群由單個電子源或三個電子源產生。就象在例5中那樣，電子束然後轟擊彩色屏幕9，並且每個電子束群映射成屏幕的一個子部分12。必須在某點對輸入的視頻信號進行處理，以便可以在所有回旋加速器中的所有電子源之間對其進行適當分配。這種處理在例4中進行了描述。
提供上述例子是對發明進行說明而非限制其範圍。發明的其它變型對本領域技術人員來說是顯而易見的，並由所附的權利要求包含。在此引證的所有刊物、專利和專利申請被作為參考文獻編入。
權利要求
1．用於在屏幕上顯示圖象的裝置，包括產生一個或更多個電子束的一個或更多個回旋加速器；用於導引從回旋加速器射出的電子束的一個或更多個偏轉單元；以及電子束轟擊其上並由此產生圖象的屏幕。
2．如權利要求1的裝置，其中，每個回旋加速器包括兩個D形盤和一個或更多個電子源。
3．如權利要求2的裝置，其中，每個偏轉單元包括能夠導引電子束的至少兩個偏轉器。
4．如權利要求3的裝置，其中，一個偏轉器沿著水平軸偏轉電子束，而另一個偏轉器沿著垂直軸偏轉電子束。
5．如權利要求4的裝置，其中，屏幕是單色屏幕。
6．如權利要求5的裝置，其中，有一個回旋加速器，該回旋加速器產生一束電子束。
7．如權利要求5的裝置，其中，有多個回旋加速器，每個回旋加速器分別產生射向屏幕的唯一的一個子部分的一束電子束。
8．如權利要求4的裝置，其中，屏幕是彩色屏幕。
9．如權利要求8的裝置，其中，有產生一個三電子束群的一個回旋加速器。
10．如權利要求8的裝置，其中，還包括一個三回旋加速器組。
11．如權利要求10的裝置，其中，該回旋加速器組中的每個回旋加速器產生單束電子束，該回旋加速器組產生一個三電子束群。
12．如權利要求8的裝置，其中，有多個回旋加速器。
13．如權利要求12的裝置，其中，每個回旋加速器產生一個三電子束群，每群分別射向該屏幕的唯一的一個子部分。
14．如權利要求12的裝置，其中，還包括多個三回旋加速器組。
15．如權利要求14的裝置，其中，每個回旋加速器產生一束電子束，每組分別產生射向該屏幕的唯一的一個子部分的一個三電子束群。
16．如權利要求5的裝置，其中，有一個包括多個電子源的回旋加速器，每個電子源分別產生射向該屏幕唯一的一個子部分的一束電子束。
17．如權利要求8的裝置，其中，有一個包括多個電子源的回旋加速器，其中回旋加速器產生三電子束群，每群分別射向該屏幕唯一的一個子部分。
18．如權利要求5的裝置，其中，有多個回旋加速器，每個回旋加速器包括多個電子源，而每個電子源分別產生射向該屏幕唯一的一個子部分的一個電子束。
19．如權利要求8的裝置，其中，有多個回旋加速器，每個回旋加速器包括多個電子源，其中每個回旋加速器產生三電子束群，每群分別射向該屏幕唯一的一個子部分。
20．用於在屏幕上顯示圖象的裝置，包括多個被聚焦、加速的電子束的源；一個或更多個用於導引從電子槍射出的一個或更多個電子束的偏轉單元；以及電子束轟擊其上並由此產生圖象的屏幕。
全文摘要
本發明包括與陰極射線管(CRT)類似的回旋加速器顯示器件，在其中用一個或更多個使用比CRT電子槍低的電壓和能耗的產生電子的回旋加速器代替CRT電子槍。這可以用於單色和彩色顯示器，如所公開的那樣。此外，電子以足夠的速度從回旋加速器射出，從而消除了對加速電極的需要。由於電子以束而不是分散的雲的形式從回旋加速器射出，因此對電子進行聚焦的需要也大大減小或消除。回旋加速器顯示組件可以被做得明顯短於常規電子槍CRT。此外，可以使用回旋加速器陣列而不是單個回旋加速器，從而使每個回旋加速器映射成圖象屏幕的一個子部分。這進一步減小了回旋加速器顯示器的長度。
文檔編號H01J29/04GK1237872SQ99103040
公開日1999年12月8日 申請日期1999年2月3日 優先權日1998年2月3日
發明者楊維邦, 楊凱, 洪姮娥 申請人:楊維邦, 楊凱, 洪姮娥