平板圖象顯示裝置的製作方法
2023-05-11 07:15:26
專利名稱：平板圖象顯示裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種具有一個帶前壁、螢光屏和後壁的真空外殼的彩色圖象顯示裝置，特別涉及與現代顯示裝置顯然不同的一種平板圖象顯示裝置(即厚度小的圖象顯示裝置)。
目前在平板型圖象顯示裝置技術領域中進行的研究著重於這樣一些圖象顯示裝置，這些裝置具有一個透明的面板和一個後板，面板與後板由側壁互相連接，面板的內側設有螢光圖形，圖形的一面敷有導電層(這套組件通稱為螢光屏)。後板上通常設有大量的電子束髮生器件，還設有大量的使所產生的每個電子束掃描一部分螢光屏的偏轉器件。(受視頻信息控制的)電子束射到螢光屏上時，就有可見的圖象形成，從面板正面可以看到這個圖象。(電子束一詞應理解為電子束中電子的路徑基本上是平行的，或彼此只成一個小角度延伸，而且有一個主方向，各電子都沿這個主方向運動。)迄今已知的電子束控制裝置需要特別複雜的電子束髮生裝置、聚焦和/或放大裝置以及複雜的偏轉裝置。
顯示裝置是一個具有扁平面板和後板的薄型CRT(陰極射線管)顯示裝置時，其面板和後板會受到大氣壓施加的巨大壓力。如果內部沒有採取任何措施，則顯示屏的尺寸越大，面板和後板也必須越厚。
鑑於上述情況，本發明的目的就是要提供一種基本上沒有上述缺陷的平板圖象顯示裝置。
因此，按照本發明，一種具有一個帶前壁、螢光屏和後壁的真空外殼的彩色圖象顯示裝置包括多個並置的電子發射源、多個毗鄰後壁的電子通道、電子流提取裝置和導流裝置。這些電子通道與電子源配合工作，其通道壁由基本上電絕緣的材料製成，這種材料具有適當的二次發射係數，適合傳輸電子，以使電子穿過真空而形成電子流。電子流提取裝置用以在預定的(特別是順序的)位置上將各電子流從其通道中提取出來。導流裝置則用以將所述電子流引向螢光屏上所要求的位置。所述螢光屏的圖形是重複的，由多個發出不同顏色光(例如紅、綠、藍)的三組螢光元組成，靠近螢光屏設有電絕緣材料製成的螢光隔板結構。這裡所謂螢光隔板結構是指毗鄰螢光屏而設置的隔板。
本發明所提出的平板圖象顯示裝置的方案是基於以下的發現當電子射到由高電阻，即實際上為電絕緣材料(例如玻璃)構成的壁所圍成的細長真空腔(稱之為小室)的壁上時，如果(在小室兩端加一個電壓)使小室在縱向形成足夠強的電場，就可以傳輸電子。發射到室壁上的電子與室壁相互作用，於是產生二次電子，這些二次電子被室壁的另一部分吸引，和該部分的室壁相互作用，又產生二次電子。稍後即將談到，這時的環境條件(場強、室壁電阻、室壁的二次發射係數δ)可以選擇得使小室中流有恆定的真空電流。
在所要求的位置(通過許多孔眼)從各小室中提取電子，藉助於例如加速場將這些電子引向螢光屏，就可以在螢光屏上形成圖象。
將螢光屏上的彩色圖形做成三角形的形式(三組元螢光元配置成三角形的形式)，就可以使電子束的著落區達到最大範圍。這個著落區的範圍可以大於例如彩條型螢光屏情況下的著落區範圍。此外，對於具有彩條型螢光屏的矩陣排列顯示器，圖象上會出現人為的瑕疵(例如一種條紋結構)，而這些瑕疵在本發明中卻可避免。
本發明第一個實施例的特點在於，將各電子流引向螢光屏上所要求位置的導流裝置有一個有許多孔眼的選擇板，該選擇板由電絕緣材料製成。並由螢光隔板結構將其與螢光屏隔開。選擇板的每個孔眼都通過(特別是板形或蜂窩形的)螢光隔板結構中的孔眼與螢光元之一連通。這時，電子通道的側壁、選擇板、螢光隔板結構組合起來就可以保持所要求的真空。
螢光隔板結構可以是，例如，彼此平行的並與電子通道的側壁成一定角度(大約60度)延伸的壁系。這樣做之所以可能是因為各螢光元採取了三角形的配置方式，而且這樣做使結構比起所述各側壁和各隔板壁平行時更穩定。
但是，本發明的一個最佳實施例具有這樣的特點其螢光隔板結構由具有多個與各螢光元相對應的孔眼的板形或蜂窩形結構構成。這些孔眼使各螢光元與相鄰的選擇板上的一個孔眼連通。除了可以提高穩定性外，採用這類結構還具有這樣的優點，即從螢光屏散射回來的電子不會落到其它螢光元上，從而既改善了對比度，又提高了色純度。
配備有一個選擇裝置，方法是給選擇板上的各孔眼成排配置電極，這些電極可藉助第一(正)電壓(脈衝)加以通電，以便經一排孔眼從各通道提取電子流，或者在沒有電子可從各通道中局部提取時，可藉助於第二(較低)電壓加以激勵。施加加速電壓就可以使該選擇裝置吸引的電子射向螢光屏。
電子源所產生的所有電子流應在電子通道中跨過至少一部分引向螢光屏上邊緣或下邊緣的高度。為此可配備一排電子源或多排平行的電子源。
這些電子源中每一個都可安置在與其配合工作的電子通道內，或者也可安置在與它們配合工作的電子通道入口部分對面的外側。
在電子源和與其配合工作的電子通道的入口部分之間加上足夠大的正電壓，就可以使發射出的電子朝電子通道方向加速，接著，這些電子就藉助於它們與通道壁的相互作用而產生二次電子。
在各電子通道與螢光屏之間加上足夠大(例如3千伏)的電壓，就可以使從各電子通道依次逐行提取的電子(作為電子束)朝螢光屏方向加速。這樣，每次都可寫出一條圖象線。視頻信息(灰度級)可用例如脈衝寬度調製的形式表示。至螢光屏的距離可以非常小，因此光點能保持很小。
下面參照一些實施例進行說明，從這個說明即可清楚了解本發明的上述和其它方面。
圖1是本發明的圖象顯示裝置一部分結構的部分剖開的正透視圖，圖中示出了各電子通道、選擇板和螢光隔板結構，但這些器件並不是按比例繪製的;
圖1A是圖1結構的側面剖視圖，說明了本發明圖象顯示裝置的一般工作情況;
圖1B是圖1結構中使用的具有多個孔眼的選擇板一部分的正視圖;
圖1C是從毗鄰的螢光隔板結構的孔眼看去的配備有選擇電極的選擇板的一部分的正視圖;
圖2示出了與圖1B類似的具有另一種結構的選擇板;
圖3示出了一種通道壁材料的二次發射係數δ作為一次電子能量Ep函數而繪製的作為本發明一個特徵的曲線;
圖4是通過帶有預選和精選用的選擇板的結構的一部分的「垂直」剖面圖，是圖1A結構的另一種替代方案;
圖5示出了預選擇的另一種結構;
圖6示出了圖5的細節;
圖7示出了另一種結構的蜂窩形隔板結構。
圖1和1A示出了本發明的平板圖象顯示裝置1，該裝置具有一個顯示板(窗口)3和一個位於顯示板對面的後壁4。螢光屏7配置在窗口3的內表面上，具有紅(R)、綠(G)、藍(B)三組螢光元組成的重複圖形，如圓形插圖所示。在有關情況下，三組元組成的點狀螢光元位於邊長為a的等邊三角形的三個頂點處。將板3和後壁連起來的壁2的附近有一個電子源裝置5，電子源裝置5可以是例如一個線狀陰極，它與多個電極一起形成許多(例如600個)電子發射體，或形成類似數量的分立的發射體。這些發射體中每一個只是用來提供較小的電流，因而有許多種陰極(冷陰極或熱陰極)都適於作發射體。這些發射體可以連在一起配置或分開配置。它們的發射可以是恆定的或受控制的。電子源裝置5配置在一排基本上平行於螢光屏的電子通道入口孔眼的對面。這些電子通道由多個小室6、6′、6″、……等組成。在此情況下，每個電子源都對應一個小室。這些小室具有多個由壁面圍成的空腔11、11′、11″……。各小室的至少一個壁(最好是後壁)由適合本發明目的的高電阻值材料[例如陶瓷材料、玻璃、合成材料(有塗層或無塗層的)]製成，該材料的二次發射係數δ在給定的一次電子能量整個範圍內應大於1(見圖3)。腔壁材料的電阻值應能使流經壁中的總電流在傳輸電子所需的小室軸向上的場強為一百至幾百伏/釐米的數量級時儘可能小(最好小於例如10毫安)。在一排電子源5與各小室6、6′、6″之間加上幾十伏至幾百伏數量級的電壓(電壓值視具體情況而定)，就可以使電子從電子源朝各小室的方向加速，然後這些電子射到各小室的壁上，從而產生三次電子。
本發明是基於這樣的認識提出的，即如果在小室的縱向上加足夠強的電場(Ey)，就有可能在室壁為電絕緣材料的小室內傳輸真空電子。這樣的電場使注入小室中的電子形成一個給定的能量分布和空間分布，從而使工作時室壁的有效二次發射係數δeff平均值為1。在這些情況下，(平均說來)，每有一個電子進入小室內就有一個電子離開小室。換句話說，整個小室內的電子流保持恆定，大致等於輸入的電流。如果室壁材料的電阻足夠大〔所有未經處理的合適玻璃類材料以及卡普頓(kapton)、酚醛塑料(pertinax)和陶瓷材料都屬於此類〕，小室的室壁就不會產生或吸納任何總電流，因此這個電流，即使為近似值，也等於輸入電流。若增強電場，使其大於使發射係數δeff＝1所需要的最小值，則會發生下述情況只要δeff略大於1，室壁就不均勻地帶有正電荷(由於電導非常小，這個電荷減小不了)。於是平均說來電子到達室壁的時間要比沒有這種正電荷時早，也就是說，在縱向上從電場吸收的平均能量要小一些，從而δeff＝1的情況會得到自行調整。這是有利的一面，因為這時電場的實際值並不重要，只要它大於上述最小值即可。
另一個優點在於，在δeff＝1的情況下，小室中的電流是恆定的，而且在進行測試和反饋，或在控制各小室的電流過程中也可使它們達到令人滿意的相等，從而在螢光屏上能顯示出一致的圖象。
面對配置在板3內壁上的螢光屏7的小室壁是由圖1實施例中的選擇板10(見圖1A)構成的。選擇板10具有多個提取孔8、8′、8″……等。分別被激勵的發射體最好與平行的、具有多個孔眼的條形選擇電極9、9′、9″……的圖形配用，由選擇電壓激勵。這些電極處在板10的一個主表面上，或處在兩個主表面上。在兩種情況下，各孔眼的壁8、8′、8″……都可加以金屬化。螢光隔板結構12在此情況下為具有多個使孔眼8、8′、8″……與螢光元R、G、B連通的孔眼14、……的一個板，該隔板結構使板10與面板3保持一段距離，並確保緊繞著電子束通路的孔眼14……中所提取的電子束橫向定位。若各選擇電極配置在板10面對著螢光屏7的表面上，則如果它們完全覆蓋著至少那些位於結構12各孔眼14的壁之間的表面部位(見圖1C的實例)，將是有好處的。各圖象線上的選擇電極9、9′、9″、……是按圖1B所示的方式(各插入電極在孔眼8、8′、8″、……的部位加寬)形成的。各電極的材料可蓋住孔眼8、8′、8″、……的壁。螢光屏7上所要求的各位置可以通過對各個分立的陰極和選擇電極9、9′、9″、……進行(矩陣)驅動的方式而編址。(從陰極側看去)基本上成線性增加的電壓，例如藉助於分壓電阻，加到選擇電極9、9′、9″、……上。需要啟動某一圖象線時，即需要通過一行孔眼中的各個孔眼從流經這些孔眼之後的平行列中的電子流裡提取電子時，可以在本地電壓上加一個脈衝電壓△U。鑑於各小室中的電子由於與室壁碰撞而使其速度較低，因而△U可以較低(例如為100伏至200伏)。在小室整個高度兩端加上電壓Va使之形成傳輸場。
用作電子通道壁的材料必須有高電阻，其二次發射係數δ至少在一次電子能量Ep的一定範圍EⅠ-EⅡ內要大於1，見圖3。EⅠ最好儘可能低，例如，10電子伏的1倍至若干倍。特種類型的玻璃(EⅠ大約為30電子伏)、陶瓷材料、酚醛塑料和卡普頓尤其能滿足此要求。不能滿足這個要求的材料也可以例如塗上適當的塗層(如MgO塗層)而使用。
電阻大小不僅取決於是否要求對各電子通道的電子進行引導，而且還取決於是否要求(在部分或整個電子通道長度上)進行放大，以及究竟有多少總電流可流經室壁而散發能量。
只採用電子引導的方式是較為理想的。這時，電阻可以在106與1015歐姆之間。不然也可以使電子通道的陰極側部分的電阻較低，例如，在10千歐與100千歐之間，以確保放大作用。在上述值下，所需用的功率可低於100瓦。
在某給定情況下，電子傳輸可以在長為17釐米、孔徑為1毫米(整個室長上測得的電阻值＞1015歐)的鉛玻璃小室中實現，這時在小室兩端加有3.5千伏的電壓。
還應該指出的是，通道壁可以由結構性能和二次發射功能良好的電絕緣材料構成。不然通道壁也可以由結構性能良好的電絕緣材料(例如合成材料)構成，而在該材料上敷上一層二次發射功能良好的材料(例如石英或玻璃，或者如MgO之類的陶瓷材料)。
電子通道兩端引導電子所需的電壓是隨通道長度的增加而增高的。但這個電壓可以通過將(線狀)排列的電子源配置在例如顯示裝置中央而不是配置在靠近顯示裝置的一端(如圖1所示)使其降低。這時可以在各通道中央與其一端之間加上例如3千伏的電壓，以便在一個方向上提取電子流，接著就可將同樣的電壓加在各通道中央與其另一端之間，以便在相反的方向上提取電子流，而不是象電子源配置在靠近顯示裝置的一端時那樣，在通道的整個高度上加6千伏的電壓。在這方向，採用多個平行的成排排列的電子源甚至更有好處。
由選擇電極從電子通道的孔眼提取的電子進一步被引向螢光屏7，於是在螢光屏上一次就能寫出一條圖象線。視頻信息可用例如脈衝寬度調製的形式施加。舉例說，與一個電子通道配合工作的陰極可以在較短或較長的時間內激勵。在這種情況下，要產生一個白色的象素時，可以使陰極在整個行周期期間被激勵。另一種辦法是在整個行周期期間始終對陰極進行激勵，同時控制發射量。
圖2是具有多個孔眼和選擇條的一種選擇板20的一部分的正視圖。通過各孔眼可以看到螢光屏上的各螢光元R、G、B等。這些螢光元是按圖1圓形插圖中所示方式配置的。在此情況下，選擇板20不是與(具有多個六角形孔眼的)板形隔板配合工作，而是與具有彼此平行的壁21、22、23、24、……的隔板結構配合工作，平行壁21、22、23、24、……以節距a配置，且與以
的節距配置的電子通道側壁25、26、27、……成大約60度的角度延伸。
如本說明書開始部分所指出的那樣，採用多孔眼的板形結構或蜂窩形隔板結構在對比度和色純度方面比採用各壁成60度角配置的隔板結構更好。蜂窩形28的一部分如圖7中所示。
圖4示出了本發明顯示裝置一部分的一個實施例的示意剖視圖。該顯示裝置有一個選擇板結構32，包括具有多孔眼31、31′、……的預選擇板29A和一個具有三孔眼R、G、B的精選擇板29B。在此情況下，三個精選擇孔眼R、G、B與各預選擇孔眼31、31′等連通(見圓形插圖)。也可取其它數目。預選擇板29A與精選擇板29B之間配置有一個中間隔板結構29C。
電子傳輸通道30在結構32與後壁之間形成。為了能夠通過各孔眼31、31′、……從傳輸通道30中提取電子，在板29A上設置多個穿孔的金屬預選擇電極34、34′等。各孔眼31、31′、……的整個孔壁都鍍上金屬，但板29A的電子到達一側的表面上的金屬不多或沒有金屬。這是為了確保在訪問過程中沒有電子停留在選擇電極上(即電極不應提取電流)。另一個解決提取電流問題的辦法是如果選擇板表面上有電極金屬，其上有電子著落，則應確保這種金屬有很大的二次發射係數，以致不會提取任何總電流。
與圖1結構的板10類似，精選擇板29B具有(精)選擇電極，供選擇彩色之用。在這方面，重要的是，應儘可能使各彩色選擇電極對每種色彩都有直通的電連接(electric through-connection)(例如通過各耦合電容器)。事實上，預選擇過程已在進行，因而各電子不會再到達錯誤的位置。這就是說，對於這種形式的彩色選擇過程，只需要三個分別激勵的彩色選擇電極中的一組或少數幾個組。雖然也可以採用其它方式，但激勵過程是按例如下列方式進行的。在精選擇電極的電位略低於粗選擇電極的電位情況下，使粗選擇電極和精選擇電極上施加基本上呈線性增加的電位(例如藉助於適當的分壓電阻)。通過向所要求的粗選擇電極上加例如為200伏的正電壓脈衝，選取一條(或多條)圖象線。然後在各精選擇電極上加幅值例如為300伏的較短的脈衝，以此來逐次訪問各彩色象素。
精選擇板29B可用前面說過的螢光隔板結構(圖1A中的「12」;圖2中的「21」、「22」、「23」、和「24」;圖7中的「28」)與螢光屏隔開。螢光隔板的材料最好是二次發射能力小的材料，否則須在該材料上塗上具有這種性能的塗層。此外，要達到令人滿意工作的另一個重要條件是，每個(精)選擇電極的尺寸都應取得使選擇板的絕緣材料在通過隔板孔眼看去時看不出來，參看圖1C。
圖5示意性地示出了構成節距為P的傳輸溝道41、41′、41″、……的前壁的選擇板40的一部分。圖象的水平解析度由傳輸通道的節距確定。減小這個節距可以進一步改善解析度。但這樣做也有缺點，即通道長度兩端傳輸電子流所需要的電壓會增加，這始終不是我們所希望的。這個問題可以通過採用適當形式的選擇孔眼和電極來解決，而其中傳輸通道的節距不變，如圖5所示。
圖5示出了每一排中的各預選擇位置上配有兩個預選擇孔眼的情況，其間距為(P/2)。各選擇電極42如圖所示那樣劃分成兩個具有多個孔眼的分電極43a和43b，從而簡化了接續過程。這樣，圖4所示的結構其水平解析度就可以提高一倍，而傳輸通道11、11′、11″、……中每個都與一個電子發射體以同樣的方式和同樣的電壓配合工作。選擇紅(R)、綠(G)、藍(B)、三色所用的精選擇板上的三個精選擇孔眼是與例如圖6所示的各預選擇孔眼44、44′、……連通的。這裡所述的系統可以多路復用的方式工作。這就是說，例如，可以用一個電子發射體在一個行周期內驅動兩個平行的電子流和六個螢光元(多路復用)。還可採用其它的多路復用方式。
權利要求
1.一種彩色圖象顯示裝置，具有一個真空外殼，該真空外殼有一個前壁、一個螢光屏和一個後壁；所述顯示裝置包括多個並置的電子發射源、多個毗鄰後壁的電子通道、電子流提取裝置和導流裝置；這些電子通道與電子源配合工作，其通道壁由基本上電絕緣的材料製成，其二次發射係數適合傳輸電子，以使電子穿過真空而形成電子流；所述電子流提取裝置用以在預定的位置上將各電子流從其通道中提取出來；所述導流裝置則用以將所述電子流引向螢光屏上所要求的位置；所述螢光屏具有由紅、綠、藍三組元的發光螢光元組成的重複圖形，靠近螢光屏設有電絕緣材料製成的螢光隔板結構。
2.如權利要求1所述的顯示裝置，其特徵在於，所述螢光隔板結構包括一個具有多個對應於各螢光元的孔眼的板形或蜂窩形結構。
3.如權利要求2所述的顯示裝置，其特徵在於，所述將各電子流引向螢光屏的所要求位置上的導流裝置包括一個具有多個孔眼的選擇板，該選擇板由電絕緣材料製成，由所述螢光隔板結構將其與螢光屏隔開，該選擇板的各孔眼通過所述板形或蜂窩形結構上的孔眼與其中一個螢光元連通。
4.如權利要求3所述的顯示裝置，其特徵在於，所述選擇板與一個具有多個孔眼的預選擇板配合工作，該預選擇板上的各孔眼與所述傳輸通道連通，在所述預選擇板與選擇板之間設有一個中間隔板結構，所述預選擇板上的每個孔眼都與所述選擇板上的至少兩個孔眼連通。
5.如權利要求4所述的顯示裝置，其特徵在於，所述預選擇板上的每個孔眼都與所述選擇板上的三個孔眼連通，在所述三個孔眼中，一個孔眼與三組元的發紅光的螢光元連通，另一個孔眼與發藍光的螢光元連通，第三個孔眼與發綠光的螢光元連通。
6.如權利要求3或4所述的顯示裝置，其特徵在於，所述(預)選擇板的各孔眼中設有成排的條形(預)選擇電極，這些電極插入各孔眼所在的位置。
7.如權利要求6所述的顯示裝置，其特徵在於，所述各(預)選擇電極通過分壓電阻連接在一起。
8.如權利要求6所述的顯示裝置，其特徵在於，各選擇電極對每一種色彩都是直通電連接的。
9.如權利要求4所述的顯示裝置，其特徵在於，所述每個傳輸通道都與預選擇板上兩個平行排的孔眼連通。
10.如權利要求9所述的顯示裝置，其特徵在於，所述電子通道的節距為三組元螢光元的間距的兩倍。
11.如權利要求6所述的顯示裝置，其特徵在於，所述條形(預)選擇電極配置在所述(預)選擇板的朝螢光屏的一面上。
12.如權利要求11所述的顯示裝置，其特徵在於，從所述螢光隔板結構的各孔眼看去，圍繞所述選擇板孔眼的四周只能看到所述選擇電極的材料。
全文摘要
一種圖象顯示裝置，具有一個帶前壁和後壁的真空外殼，前壁內側有螢光屏，屏上有由三組元的紅、綠、藍發光螢光元組成的重複圖形；後壁離前壁很近；前後壁之間有多個電子發射體以及與其配合工作的多個並置的電子通道，通道壁由基本上電絕緣的材料製成，該材料的二次發射係數適合通過真空傳輸所產生的電子，以形成電子流。還配有在預定位置從各電子通道提取電子流並將其引向螢光屏上所要求的位置以產生由多個象素構成的圖象的裝置。
文檔編號H01J31/20GK1062054SQ91111299
公開日1992年6月17日 申請日期1991年11月30日 優先權日1990年12月3日
發明者G·G·P·范戈康姆, P·H·F·特龍彭納斯, S·T·迪茨瓦特, N·蘭伯特 申請人:菲利浦光燈製造公司