CN1010629B

CN1010629B - 利用自由电子均匀空间电荷云作为虚阴极的扁平电子控制器件

Info

Publication number: CN1010629B
Application number: CN86105201A
Authority: CN
Inventors: 弗雷德里克·G·奥斯
Original assignee: Source Technology Corp
Current assignee: Source Technology Corp
Priority date: 1985-08-13
Filing date: 1986-08-13
Publication date: 1990-11-28
Also published as: DE3678649D1; EP0213839A2; ATE62564T1; EP0213839A3; JPH0721994B2; KR950010036B1; US4719388A; CA1265574A; KR870002631A; CN86105201A; IN165824B; EP0213839B1; JPS6290831A

Abstract

一种扁平直视显示器件包括一个扁平面屏，此面屏有前屏面和后屏面及其上的正电性装置，电子打在此装置上时，通过前屏面产生可见图象，此器件利用包括阴极装置的设施，以在平行于显示面屏的后屏面并在其后的平面区内建立均匀密度自由电子空间电荷云。包括带栏孔寻址板的装置位于与后屏面相对并与之隔开、并在面屏与均匀空间电荷云之间，此装置以一种控制方法作用于电荷云中的电子，使电子打在正电性后屏面装置的特定区域上，以通过前屏面产生希望的图象。

Description

本发明一般地涉及到扁平电子控制器件，更具体地涉及到一种与现有技术显然不同的、特别设计的扁平的直视显示器件。

图1表明了以一种典型的现有技术制作扁平阴极射线显示器件的方法。图中以标号10总体地表示了现有技术高真空器件的一部分。这个高真空器件10包括一个有着面屏14和被覆着正电性荧光体和铝的后屏面16的屏面组件12（也称作屏幕或阳极），当电子打在面屏上时，在面屏14的前面将看到一个可见的图象。虽然面屏画成平的，在制造过程中，它可以做得稍成曲面（由相当大的半径所限定），构成整个器件的所有另外的平面元件也可制成轻微的曲面。对于本发明的器件也是这样。为此，在本文中，词语“扁平”包含着轻微的弯曲。自屏幕向后与后平板18及后电极19之前的空间中有一组热离子加热的阴极丝20，这些阴极置于与屏幕和后平板两者平行的平面上。每一个阴极负责自己的自由电子供应，这些自由电子是在绕着并沿着其长度方向的电荷云中，一般以分立的电荷云22来表示。这些自由电子受到栅极组件24作用，此组件包括寻址电极、缓冲电极、聚焦电极、以及在某些情况下包括偏转装置（所有这些装置将在下面讨论）这样，电子受到作用而打在屏面组件12的屏幕16的特定区域上，以便在面屏14的前表面上产生所希望的图象。为描述之用，包含阴极、屏幕、栅极组件和后平板的各平面将由X和Y轴及它们相垂直的Z轴所限定。

仍参考图1，栅极组件24的电极包括电绝缘的缓冲电极25、一个或多个带栏孔的寻址板26、一个或多个聚焦电极（例如其中的两个以28和30 表示）。作为寻址板26的一个例子，它可以包括一个介电衬底32，此衬底有一个前屏面36、一个后屏面38以及在此两屏面之间沿Z方向延伸的紧密间隔的一组行、列栏孔40。图示的这种特殊寻址板也包括在衬底32的后屏面上的第一组平行条状寻址电极42、以及垂直于前屏面36上的电极42的第二组平行条状寻址电极44。为讨论之用，寻址电极42将当作第一寻址电极而电极条44将当作第二寻址电极，因为这些电极是最靠近和次靠近电子源的寻址电极。应当注意，当电极42是第一寻址电极时，缓冲电极25实际上是在此组件中的第一电极。

如前所述，构成整个显示器件10的各元件是普通的元件，因而将不再作任何进一步的详细讨论。此外，应当知道，并未把构成器件10的所有元件都加以图示了。例如，整个器件包括一个外壳，此外壳可以或不可以与前屏面12和后屏面18构成一个整体。然而，尽管如此，此外壳却划定了一个抽空的内部，它包含上述的被覆荧光体的正电性屏幕16、后电极19、阴极20以及栅极组件24。此器件也包括吸气装置，例如吸气剂，以维持高真空;激励阴极20的适当装置，以产生与它们相应的自由电子云22来提供一个受控制的正的单一方向的场;以及未示出的为各种其余电极提供偏压的装置，包括在后电极19上设置一个相对于阴极的正偏压，以便作用于阴极产生的自由电子，使这些电子以相当均匀的束流和相当均匀的Z轴速度向着缓冲电极运动。通过这个过程，缓冲电极25相对于阴极维持一个正电压，因而起到吸引电子的促进作用，同时，通过适当地偏置电压，提供在任何给定时间寻找第一和第二电极的选定部分的装置（未示出），使得电子在屏幕12的方向上流过特定的栏孔40。一旦这些电子通过选定的栏孔，其余的电极28和30（以及如果存在的其它电极）起到聚焦或偏转电子，或进而引导这些电子通过并到达屏幕的作用。

应当明白，器件10是作为某种现有技术的一般例子提出的，并且并不企图包括现有技术器件的所有特点或者表示一个特定的器件。例如，其它的现有技术器件可以使用不同方式配置的寻址和聚焦电极，和/或可以提供不同类型的单独的阴极。然而，在图1所总体地表明的这种型式的现有技术的一种应用中（申请人所熟知的每一应用），产生了空间上非均匀的自由电子源，并且直接受到缓冲电极、寻址电极和聚焦电极（可能还有偏转电极）的作用，以产生所希望的图象。在器件10的情况下，绕着阴极20的自由电子云22提供了直接受栅极组件24作用的这样一种电子源。

已经得到产生多种直视显示的、以器件10所例示的扁平显示器件，而这些直视显示从空间观点看来，它的亮度改变是不可控的。有两个主要原因造成此“洗衣板”效应。首先，存在着由阴极丝产生并与其有关的自由电子密度变化，更具体地说，对于紧靠栅极组件，在寻址板的一部分后面，并为这部分可利用的自由电子数量可能不同于在另一部分后面并为这另一部分可利用的自由电子数量。因而，即便两个不同的栏孔同时寻址，以使相同数量的电子通过而在屏幕上提供相同发光的象素，事实上，通过栏孔的电子数量仍可能是不同的，因而导致这些象素有着完全不同的发光强度。造成洗衣板效应的第二个原因是向着指定的正被寻址的栏孔运动的某些电子以较宽范围的角度接近栏孔。这些“宽范围角度”的电子企图以离轴方式通过特定的栏孔，从而使聚焦成为可变的。

理想地，消除上述的洗衣板效应的一个方法是提供这样一种器件10，其阴极20直接在栏孔后、极其靠近栏孔并与每一个栏孔40精确地间隔，因此每一个栏孔能够由类似的电子储存库得到电子。按那种方式，如果任何两个或更多的栏孔在同时被寻址，它们应当在理想的条件下得到同样数量的电子，因而使屏幕以同样的亮度发光。然而，应当明白，从实际的观点出发，寻址板上栏孔太多，以致不能提供相同数目的阴极，而且阴极不能精确地做到一致，间隔也不能精确地做到一致。

以器件10为例的器件的另一缺点在于它用了缓冲电极25。如上所述，这个电极相对于阴极电压维持在正电压。结果，和通常也必须维持正电压的后电极的作用一样，缓冲电极造成固定的电流泄漏。

例示的器件10是扁平直视显示器件的一种方式。另一种方式在美国专利4，227，117;4，451，846;和4，158，210中所阐明。这些专利所述的器件应用了一连串协调一致工作的聚焦、偏转和加速电极，以在协同工作的正电性屏幕上产生一组独立的扫描电子束。虽这种器件一般没有洗衣板效应的问题，但是有阴极发射变化以及与偏转畸变和边缘对准有关的问题。

在又一个现有技术装置中，电子是由等离子体装置产生。借助于电子云前的寻址组件，自等离子体生成的电子云取出电子，并且引向正电性的屏幕。这种技术的一个问题是屏幕上的光输出受到限制（弱）。这种装置还有其它的公知的缺点。

另一种类型的扁平显示器件应用初始方向基本上平行于显示平面的单个、多个或带状电子束，随后主要在Z方向改变电子束方向，以便直接地、或有选择地、和/或借助聚焦栅结构来寻找适宜的显示靶区域。这些例子是艾肯（Aiken）、盖波尔（Gabor）的使用了单枪的器件分别叙述于美国专利2，928，014和2，795，729，以美国专利4，103，204和4，103，205例示的美国无线电公司（RCA）多束通道引导系统，以及西门子公司（Siemens A.G）的控制滑雪式带状器件（美国专利4，437，044）。这些系统的主要缺陷在于它们的结构和/或电的及电子光学控制复杂化。

海因兹（Heynish）的美国专利4，435，672所公开的西门子方式使用了以速度为1到2伏特的十分低速度的电子渗入的阴极区，其各种描述是“电子库”、“电子云”、“低速电子云”、“电储存空间”以及“电子气”等。存在的问题有：

1.保持电子密度均匀性的能力，因为即便极小的磁场，例如地球磁场或电路中电流产生的磁场的偶然变动也会扰动空间电荷云的均匀性：

2.由于整个阴极空间所需要的、相当大的体积使得缺少足够的电子密度;以及

3.没有合理地固定了的阴极距离，此距离是为了控制随后的聚焦以在屏幕上获得小的、边缘清晰的束斑点而起到一个虚阴极作用的。

综上所述，本发明的一个总目标是提供一种扁平高真空直视显示器件，它没有上述的非均匀性或洗衣板效应，也没有对磁场的过度敏感性。

本发明的另一个总目标是提供一种扁平直视显示器件，其工作时的能量效率高。

本发明的一个更为具体的目标是提供一种扁平直视显示器件，它包括一个栅极组件，此组件包含寻址电极及被寻址电极所应用的一个自由电子源，特别是提供这样一种器件，在其工作过程中，构成部分栅极组件的电极或任何其它电极并不从自由电子提取任何明显的电流或功率。

本发明的另一个具体目的是提供上文提及型式的扁平直视显示器件，只是对于一个给定的时间增量，其栅极组件的所有寻址栏孔通过相同数量的电子，因而确保克服了上述的非均匀性或洗衣板效应。

正如以下将更详细加以描述的。这里所公开的器件包括一个平面接收器，例如一种可以等同于器件10的一个组成部分的扁平显示屏，即有着一个前屏面和覆有正电性膜的后屏面，以及在后者之上的装置的面屏组件，当电子打在其上时可产生自面屏的前屏面看到的一个相应直视图象。然而，本发明不要求平面接收器是直视显示屏幕。例如，它可为驱动其它器件，比如液晶显示器的单独的电引线的终端平面。然而，为讨论之用，接收器将被描述为一个显示屏而整个器件将称为一个扁平的直视显示器件。这个器件也包括一个栅极组件，此组件可以等同于图1中的器件10组成部分的组件24，或者是一个仅包括栏孔寻址板的装置。此外，根据本发明在此公开的扁平直视显示器件使用了这样的装置，它包括阴极装置以便在与第一寻址栅平行并且就在其背面后边的平面区内建立密度均匀的自由电子空间电荷云，这样，在这种器件工作期间，寻址板上的每一栏孔通过并作用于相同数量的电子。

更进一步要求：上面提到的浓密的平面空间电荷云构成一个虚阴极，就是说，电荷动的密度必须使云中某平面（即上面所指的区）的电场至少为阴极电位或稍低。应清楚懂得，本文提到“空间电荷云”这一术语时就包括了这一要求。同样，术语“空间电荷云”或“虚阴极”可互换使用。

在此介绍的一个特定实施例中，均匀密度的自由电子空间电荷云或“虚阴极”的建立是借助于与前述器件栅极组件的第一寻址电极组分的后电极和加速电极，所有这三个电极作用于适当的阴极装置（如图1中的阴极20）提供的电子。如下面将详细描述的，这三个元件互相共同协作，使得由阴极装置发生的自由电子按照类似摆锤的方式在两个平面区之间来回运动，一个区在第一寻址电极后并靠近这个电极，另一个在后电极前并靠近后电极。

在这个同一特定实施例中，第一寻址电极保持在一个偏压上，使得在整个器件静止期间（即无寻址发生时）此偏压至多等于或稍负于阴极装置的电位。这确保了在静止期间邻近寻址板的空间电荷云始终与第一寻址电极在空间上间隔开。因此，不存在从这些自由电子到此电极的电流通道。与器件10相比，器件10的缓冲极连续地自阴极装置提取电流。因此，下面将会更清楚，这里介绍的器件可以在较高能量效率的方式下工作。

下面将结合附图对本文公开的整个扁平直视显示器件作更详细的描述。

图1是根据现有技术设计的扁平显示器件的侧视示意图;

图2是根据本发明的一个实施例设计的扁平直视显示器件的部分分解的透视图;

图3是图2的器件的侧视示意图;

图4示出了图2、3的器件工作方式的示意图;

图5是根据本发明的第二实施例设计的扁平直视显示器件的侧视示意图。

现在转向附图，在各附图中，相同的元件以相同的标号表示。由于图1已在前面讨论过，故现把注意力直接放在图2和图3。图2表明了根据本发明设计并以标号46概括表示的扁平直视器件。这个器件可以包括对应于前述的图1所示器件10中相同的面屏组件12（或其它的这类平面接收器）、后平板18、阴极20和栏孔寻址板26。栏孔寻址板26平行并直接位于面屏组件12的由被覆荧光体和铝的后屏面16之后。寻址电极42沿一个方向延伸，在寻址板衬底32的后面板38上，而第二寻址电极44在与寻址板相对一面上作垂直方向延伸。在寻址板上的栏孔40示于图2和图3两图中。

注意器件46的寻址板与屏幕之间不必要，至少不是必须包括（虽然它可以包括）附加的聚焦电极、偏转电极和/或寻址电极，这些相应于聚焦电极28和30以及其它诸如可能在器件10中组成栅极组件24的那些电极。还要注意，器件46的丝状阴极是平行于电极42，而不象器件10中那样垂直于这些电极。这样做只是为了图示之用，对于整个器件46的工作并无明显的影响。阴极能以两种方向排列。最后，应当注意到，器件46有一个最外部的外壳（未示出它的整体），此外壳包括面屏14、后板18，并且形成了一个真空室，这个室包含有显示屏面的荧光屏16、丝状阴极20和寻址板26及下面要讨论的其它元件。

除了迄今描述的元件而外，整个扁平直视显示器件46包括位于阴极20后并邻近和平行于后板18（可能还由后板支撑）平面上的平板样后电极50;以及包括位于平行并处于寻址板26和阴极丝20之间平面上的栅状加速极52。这两个附加元件在器件46中的工作方式将在后面描述。目前足以说，这两个元件与上述元件相组合而建立起一个第一均匀密度空间电荷云或者说自由电子虚阴极54，此虚阴极位于与第一寻址电极42相平行并就在其后的一个平面区上（如一个有厚度的扁平薄层）;以及建立自由电子的第二均匀密度空间电荷云56，此电荷云位于与后电极50平行并就在其前的平面区上。将会看到，对器件46的工作来说，关键是空间电荷云54，而空间电荷云56则是建立空间电荷云这种方法的结果，它不属器件工作的其它重要方面。因此，下面的所有讨论将主要针对空间电荷云54（尽管空间电荷云56有着同样的特性）。

如将要叙述的，从空间电荷云54建立的方式来说，会明显看到，这个自由电子存储库实质上有趋近Z轴及背离Z轴的零速度（例如与寻址板26的平面相垂直的方向上），以及在横向电子束（即平行于寻址板的平面上）的随机麦克斯韦速度，于是，在电子云中任何点的电场基本上为零。按另一种叙述方式，在距第一寻址电极42的给定平面距离处，在空间电荷云54中各点或每个子区域包括了与每一个其它点或区域有基本上相同的自由电子密度，显示出有着基本上相同的零场条件。按此方式，在寻址电极42之后的每一个栏孔40处建立的“虚阴极”彼此相同。如下面将要叙述的，在发射电子的数量远超过被栅极组件和加速电极所提取电流的条件下，在器件进行寻址方式期间通过栏孔自这些虚阴极提取电子时，这些电子所留下的空隙会立即被填上，从而保证了整个电子云的均匀性。这是因为，与寻址栏孔提取的自由电子数相比，在下述的情况下，电子云54有着足够的密度，这样，由该栏孔寻址的云对云场的影响最小。当从电了云提取电子时，电子云有保持均衡的趋向而引起电子的即时重新分布，即，就近的电子移入以填满空隙。这确保了每一栏孔能连续地供应要提取的电子，并且每个栏孔的供应是彼此相同的。

在已经描述了空间电荷云54以及在描述它是如何生成之前，把注意力放在与寻址板26组合使用的方式上，为的是使来自电子云的受控电子束通过选定的栏孔40，并引到屏幕16上，以便在屏幕上产生一个所希望的直视图象。为此，应当注意某些专门术语。明确地说，被激励或者说被寻址的那些栏孔就是引起电子从电荷云54导向屏幕16的那些栏孔。另一方面，未被激励或寻址的栏孔则保持在对电子通道的电隔离状态。

无论任何特定的栏孔是否被寻址取决于正交贯穿该栏孔的特定的第一和第二寻址电极42和44上的电压。在无栏孔被寻址的情况下，即在静止状态期间，第一寻址电极维持（偏置）在相对于阴极20至多相同或稍负的电位上，而第二寻址电极也维持于零或一个负的截止电压上。于是，在没有栏孔被寻址的情况下，没有电子从电荷云54吸向寻址板，因而没有任一个寻址电极提取电流，从而没有功率消耗。这与器件10不同，在器件10中有一个连续的电流通过始终维持在比阴极20为正电压的缓冲电极25流入栅极组件。

如果在组件中使用缓冲电极，第一寻址电极并不是必须为零或负电压，但必须与缓冲电极如此进行组合，以致没有电流通过第一寻址电极流入栅极组件。在某些情况下，在缓冲电极上加稍正的电压不会消耗大量功率，却有着可作为一个导致聚焦的装置的好处。

在每一组寻址栅上的“截止电压”必须精确地加以调整，使得不会因其它寻址栅的导通脉冲电压形成的场渗透而流过电流。如果缓冲电极被用于第一寻址电极的前面（将对应图5进行描述），那么它与第一寻址电极建立的合成电极必定起着与无缓冲电极存在时的第一寻址电极相同的作用。

为了激励或寻址一个特定的栏孔，其特定的第一和第二寻址电极必须都被激励到相对于阴极电位为正的电压电平上。

为此，应当明白，阴极电压即阴极参考电压是整个器件的寻址状态期间的单一电位值。如果阴极20是直接加热结构，则为了加热阴极必定有一个非寻址状态或周期。在器件处于这个非寻址状态期间，在所有的点上，阴极电位相对于第一寻址电极必须为零或为正。如果阴极被间接加热，则就没有非寻址状态的必要了。因为在寻址状态当中，与正被寻址的特定栏孔相关的第一寻址电极被增加到高于阴极电压的电压值，由于被激励的第一寻址电极的其余部分从电子云54吸引电子，将会造成一定的功率消耗。然而，由于仅有数量比较少的象素被同时寻址，比如沿着第一寻址电极的单或双行（或列）寻址，所造成的电流提取是可忽略的，因而功率消耗也可忽略。

在已经描述了空间电荷云54和寻址板26的工作方式之后，把注意力放在图4上，图4表示了空间电荷云54是如何建立的。一开始将假定整个寻址板26是在静止状态下，也就是说，每一个栏孔保持在非寻址状态。在此条件下，第一寻址板电极电压（以V_FE表示）保持在相对于阴极电压V_k为相等或稍负的截止值。如前所述，第二寻址电极电压（以V_se表示）保持于截止值。同时，后阴极50保持在接近于V_FE的电压V_BE，即等于或稍负于阴极电压V_k。对于所表明的特定阴极系统和特定的间隔，这样做常常是可取的，就是使后电极工作于稍正一点的电压下，以增强阴极发射，而所吸取的电流比起发射的增加是微不足道的。另一方面，加速电极52上的电压Vacc维持在相对于阴极电压和V_FE、V_BE两者为正的电平下。

也应当注意到，必须如此构成器件，即，使其栅极结构之后的区域中的边壁处于后电极电位。这将使自由电子封闭在由后板边壁和静止操作期间栅极组件的范围内，因而，加速极将成为仅有的电流收集器。

在上述的电压偏置条件下，当电子由丝状阴极20发射时，它们将自阴极被吸向加速电极，在某一有限的时间周期中，这些电子的一部分实际上将被加速极网所截获。由于惯性，余下的电子将通过网状加速极向第一寻址电极42运动。未被加速栅截获的电子的比率将大约等于此栅极的透射特性，为讨论之用，将假定这个值近似为95%。这意味着，每当有一定数量的电子被吸向加速极板时，95%的电子将通过而5%的电子将不能通过。如上所述，第一寻址电极被偏置在等于或稍负于阴极电压的电压电平上。因此，在这些电极和将到来的电子之间产生了排斥力，从而减慢了到来的电子，甚至使它们暂时停下并向着加速电极返回。一旦返到加速极网，一部分电子，例如5%的电子将被加速极所截获，而其余的通过加速极并向后电极运动。由于后电极处在与第一寻址电极相同的电压上，到来的电子将向加速极返回，这个过程将会象摆锤那样重复进行。

上面描述的过程以图4中重叠的波形60所表明。注意，在相邻于平行于第一寻址电极和后电极的一个平面区中的电子群在垂直于加速电极的方向（如沿Z方向）上的速度趋于零。在与第一寻址电极和后电极距离稍有不同的地方，电子速度趋于零。因而成为构成这些区的厚度的部分原因。这是因为电子自阴极发射时有着不同的热速度（在一个相当密集的范围内），因而电子以稍有不同的能量接近电极。结果，它们往往会群聚于这样限定的这些区内，从而形成了前述空间电荷云54和56。同时，形成电子云的电子在平行于加速极的方向（如在X和Y方向）趋向于随机运动。但是在这些方向上的空间电荷场趋向于自身抵消，因而有效地导致了在所有方向上有一个零电场的空间电荷云（如上面已讨论的那样）。

由前述应当明白，分别相对于第一寻址电极和后电极50的空间电荷云54和56的最邻近区域主要取决于这些电极和加速电极上的电压值。此外，空间电荷云距加速栅的最邻近区域基本上是通过加速栅的电流密度以及加速栅电压的函数。这个量的值能够由用于平面二极管3/2次方朗缪尔（Child Langmuir）方程所估算。

J＝a²Vacc^3/2/X² ₀

式中“J”是通过加速极的电流密度

“a²”是一个常数，等于2，335×10^-6安/伏

“Vacc”是加速极电压

“X₀”是对于上述电流和电压的给定值、并且忽略了热速度后的空间电荷的零电位近似边界。

以单位距离重新表述，X_o= (aVacc^3/4)/(J^1/2)

假定未表明阴极的结构，同样的公式也适用于加速极和后板之间的空间。当然，这要求一个稍微不同于给定例子的设计。

如果在栅极组件中，在第一电极（或为第一寻址电极或为缓冲电极）处的电压理想地等于阴极电压，那么，在X₀和第一个栅极组件元件之间的空间中的电子速度将基本上为Z方向以及在XY平面上的热速度。

负值将导致一个负的线性梯度，这将引起空间电荷离栅极组件最近的边界向回推，以及引起虚阴极区（如空间电荷云）被推离栅极，因而空间电荷区将变得更窄、更密。这将会要求提高在寻址条件下较高的第一寻址栅（或寻址栅与缓冲电极的组合）电压。

在组件入口处的稍正值将使3/2次方定律在X₀到组件区域内变得有效，这里将组件入口处电压代入方程而X₀是自电位最低值到组件入口处的距离。

出自上述的讨论，为了保持功率低、脉冲幅度最小的要求，由于明显的理由，设计的功能部件必须作这样的调整，以致

1.V_acc相当低

2.相邻于栅极组件的电子密度要高

3.高加速极的距离X₀要大于高栅极结构的距离

当然，考虑到聚焦，还能够如前所述而加以折衷处理。

应当注意，只要发射电流大于被栅格结构和靶或屏幕吸取的电流，虚阴极或均匀空间电荷云将始终存在。典型的电压值和其它参数例如是

V_BE＝0^V

V_ace＝15到20^V

组件入口处电场（静止状态）近于0^V

加速极到栅极组件的间隔＝0.070

阴极发射＝1毫安/每平方英寸显示面积。

下面将简单地再叙述一下。

本发明的一个目标是要能调整电荷云54相对于寻址板26的位置，以调整整个器件的聚焦和光强或亮度的能力。此外，借助于使电荷云尽可能靠近第一寻址电极，为了使电子进入并通过被寻址的给定栏孔所需要的能量为最小。同时，栏孔之间的“串扰”也是最小。这意味着电子被拉过一个被寻址的栏孔，而不是相邻的未寻址的栏孔，并且将不影响相邻栏孔的显示状态（亮度和/或聚焦）。

确保空间电荷云54尽可能靠近第一寻址电极的一种方式是把加速电极尽可能靠近第一寻址电极，然而，同时要维持V_FE尽可能靠近但是负于阴极电压V_k。按这种方法，空间电荷云被迫进入到这两个电极之间的一个小密度区域宽度中。按此后一种考虑中，加速电极不应当靠近第一寻址电极到如此程度，以便遮挡正在接近的电子。同时，最好按照所提到的特定设计把阴极20和加速电极之间的间隔减至最小，使得加速极上的电压可维持在为得到给定发射电流值的最小电平上。加速极越靠近阴极，为得到给定电流所需要的电压越低。于是，通过将给定电流下的电压减至最小（借助于将阴极/加速级的间隔减至最小）使所消耗的能量也最少。在仍然涉及阴极和加速极之间的位置关系时，加速极最好如图所示位于阴极和寻址板26之间。然而，对于这里所描述的设计，加速极也可位于阴极的对边。形成一通道，参见图4。由于空间电荷云54和56 的明显对称性，阴极和加速电极的位置可以互换。

在实际场合，一个典型的寻址板，受到行和列两方面的寻址。取决于整个器件46的应用，第一寻址电极将用作为行或列寻址，而第二寻址电极将以相反方式应用。如果组件结构未被用作为储存系统，那么器件最好以行或列的顺序系统的形式工作。那就是说，如果使用行顺序寻址，那么第一寻址电极被相继地接通，在一个时间接通一行，而对于每一行，所有的列被同时寻址。于是，栅极组件和屏幕协同趋向于吸取几乎相同分量的阴极电流，因而有助于维持显示亮度和聚焦的均匀性。在列顺序寻址的情况下，在第一控制栅极上的列被顺序地寻址，而在第二控制栅上，所有的行同时被寻址。如果被同时寻址的列或行阵列被分开，那么，两行或两列能够分别地在第一寻址电极上，按亮度或行、或列数的增加的折衷进行寻址。

为对图5中器件46′的栅状缓冲极62对栅极组件的电位进行寻址，倘若使用一个负的或也许是正的第一选择电极，以在这个电极产生一个适当的截止电平是必须的话，则在栅极组件的输入侧提供一个控制空间电荷的装置，用以完成聚焦调整，或对组件维持一个近于零的入口电场。器件46′除了缓冲电极62外，与器件46是相同的，并且包括上面与缓冲极一起描述的所有元件。此缓冲电极工作于这样的电压下，即让栅极组件入口电位为零或稍负于阴极电压V_k。空间电荷云54按这种方式，恰好建立在缓冲极的后面。

无论在器件46或器件46′中，用于提供自由电子源的装置被描述为平行阴极丝，而加速极被描述为栅状。自然，对构成器件46或46′的这些和其他元件可能作出设计上的变更而并没脱离本发明的精神。例如，只要能在器件内适宜的位置提供适当的电子供应，以建立所希望的空间电荷云，阴极完全不必呈平行阴极丝或丝状。

Claims

1、一种扁平直视显示器件，其特征在于它包括：

(a)一个扁平屏面，它有一个前屏面，一个相对的后屏面，以及在后屏面上的装置，当电子打在此装置上时，此装置在所说前屏面处提供一个可见图象；

(b)包括阴极装置的用来建立均匀自由电子空间电荷云的装置，所述空间电荷云限定了一个与阴极装置相隔一定距离并平行地位于所述显示屏后屏面的后面、充当虚阴极的平面区，所述装置包括除所述阴极装置以外的用来使某些所述自由电子在所述平面区和一个第二相隔一定距离的位置之间产生一次以上来回摆动的其它装置；和

(c)寻址装置，它位于所说屏面与所说均匀空间电荷云之间，面对着所说屏面的后屏面，且和它隔开，该装置以一种控制方式作用于所述电荷云中的电子，使这些受控的电子打在所说屏面的正电性屏幕的特定区域上，以在所说屏面的前屏面处产生理想图象。

2、一种根据权利要求1的器件，其特征在于，所说寻址装置包括一个寻址板，而所说寻址板包括：一个带栏孔电介质基底，它有一个对着所说屏面的前屏面以及对着所述空间电荷云的后屏面，位于所说基底背面上的第一电极阵列;位于所说基底前面上的第二电极阵列;给所说电极阵列偏置电压的装置，其偏置方式使得寻址板按所说的控制方式作用于所说电荷云中的电子，从而在所说屏面的前面处产生所述理想图象。

3、一种根据权利要求2的器件，其特征在于，所说的阴极装置用来提供在所说的寻址板后的自由电子，而其中所说用来建立所述均匀空间电荷云的装置包括：与所说阴极装置一起也构成所述寻址装置一部分的第一电极阵列，在平行于所述空间电荷云并在其后的一平面中延伸的电压偏置的后电极以及在平行于所述空间电荷云和所说后电极并在它们之间的一平面上延伸的电压偏置的栅状加速电极。所说第一电极阵列，后电极和加速电极一起用作所说除所述阴极装置以外的装置。

4、一种根据权利要求3的器件，其特征在于，在寻址装置未作用于所说电荷云中的任何电子时期，在所说第一电极阵列和后电极中的每一个上偏置的电压最多等于或者稍负于由所说阴极装置供应的所述自由电子的电荷，以使这些电子受到排斥，而在所说的加速电极上偏置的电压相对于所说阴极装置为正，从而，对于任何给定的时间增量，由所说阴极装置供应的电子中的一定百分比的电子将被所说加速极所收集，同时，当如此供应的电子的其余部分前后运动并且通过加速极时，将在相邻于所说第一电极阵列的平面区和所说后电极之间摆动，因而在相邻于所说第一电极阵列的平面区之内建立起所说的第一次提到的空间电荷云，以及在相邻于所说后电极的平面区内建立起第二均匀空间电荷云。

5、一种根据权利要求2的器件，其特征在于，所说的阴极装置包括在平行于所说空间电荷云并在其后的平面内的许多平行的丝状阴极，以在所说电荷云后提供一个自由电子源，以及其中为建立所说均匀空间电荷云的装置包括：和所说丝状阴极一起的所说第一电极阵列，在与所说丝状阴极平行并在其后的一平面中延伸的后电极，在平行于所说空间电荷云和所说丝状阴极并在这两者间的一平面中延伸的一个电压偏置加速电极，所说的第一电极阵列、后电极和加速电极一起用作所说除所述阴极装置以外的装置。

6、一种根据权利要求5的器件，其特征在于，在寻址装置未作用于所说电荷云中任何电子时期，在所说第一电极阵列和后电极中的每一个上偏置的电压基本上总是等于或稍负于所说丝状阴极，以使这些自由电子受到排斥，而在所说加速电极上偏置的电压相对于所说丝状阴极为正，从而对于任何给定的时间增量，由所说阴极装置供应的电子中的一定百分比的电子将被所述加速极所收集，同时，如此供应的电子的其余部分在前后运动并且通过加速极时，将在相邻于所述第一电极阵列的平面区和所述后电极之间摆动，因而在相邻于所说第一电极阵列的平面区之内建立起所说第一次提到的空间电荷云，以及在相邻于所说后电极的平面区内建立起第二空间电荷云。

7、一种根据权利要求2的器件，所说阴极装置用来提供在所说寻址板后的自由电子，而其中所说的建立均匀空间电荷云的装置包括：所述阴极装置以及电压偏置的栅状缓冲电极，此缓冲电极是在平行于所说寻址板和空间电荷云，并在其间的一个平面上延伸，在平行于所说空间电荷云并在其后的平面上延伸的电压偏置后电极，在平行于所说的空间电荷云和所说的后电极并在此两者之间的一个平面上延伸的电压偏置栅状加速电极，所说的缓冲电极，后电极和加速电极一起作为所述除所说阴极装置以外的装置。

8、一种根据权利要求7的器件，其特征在于，所说缓冲电极和后电极中的每一个上的偏置的电压等于或稍负于阴极装置的电压，以使所述自由电子受到排斥，而在所说加速电极上的偏置电压相对于所说阴极装置为正，从而，对于任何给定的时间增量，由所说阴极装置供应的电子中的一定百分比的电子将被所述加速极所收集，同时如此供应的电子的其余部分在前后运动并且通过加速极时，将在相邻于所说第二电极阵列和所说后电极的两平面区之间摆动，因而在相邻于所说缓冲电极的平面区内建立起所说第一次提到的空间电荷云，以及在相邻于所说后电极的平面区内建立起第二空间电荷云。

9、一种根据权利要求8的器件，其特征在于所说阴极装置包括许多平行的丝状阴极。它们位于平行于所说空间电荷云和所说后电极并在它们之间的一个平面上，以提供所说的自由电子源。

10、一种扁平直视显示器件，其特征在于它包括：

（a）一个扁平屏面，它有一个前屏面，一个相对的后屏面，以及在后屏面上的正电性装置，当电子打在此装置上时，此装置在所说前屏面处提供一个可见图象;

（b）用来在所说屏面之后并且和它间隔开的区域中提供自由电子源的阴极装置;

（c）包括了带栏孔寻址板的寻址装置，此寻址板与所说屏面的后屏面间隔一定距离且呈面对关系配置在所说后屏面和包含了所说自由电子源的所说区域之间;

（d）在平行于所说区域和在该区域之后的一个平面中延伸的后电极;

（e）在平行于所说寻址装置以及在所说区域中的所说后电极并且在这两者之间的一个平面上延伸的栅状加速电极;以及

（f）用来给所说寻址装置，所说后电极以及加速电极以这样一种方式偏置电压的装置，即让这三者在所说区域内作用于由所说阴极装置供应的自由电子，以建立自由电子的均匀空间电荷云，该电荷云限定了在平行于所说寻址板和加速栅极并在这两者之间和所述阴极装置相隔一定距离的一个平面区，自由电子的所述平面区起着一个对所述阴极装置远离的虚阴极作用，因而，寻址板能够以这样一种控制方式作用于由所说虚阴极提供的电子，以使受作用的电子打在所说屏面的后屏面的特定区域上，从而在屏面的前屏面上产生所希望的图象。

11、一种根据权利要求10的器件，其特征在于，所说阴极装置包括许多丝状阴极，这些阴极是在平行于所说屏面并在所说区域中的一个平面内。

12、一种根据权利要求11的器件，其特征在于，所说加速极配置在所说丝状阴极和所说寻址板之间。

13、一种根据权利要求10的器件，其特征在于，所说寻址装置包括在所说寻址板和所述加速极之间的一个缓冲电极。

14、一种扁平电子控制器件，其特征在于包括：

（a）限定一个电子接收平面的装置;

（b）包括阴极装置的装置，以便建立自由电子的均匀空间电荷云该电荷云限定了一个作为虚阴极的，与所述阴极装置相距一定距离并在平行于所说接收平面和在其后面的平面区;该装置包括除了所述阴极装置以外的装置，用以使某些所述自由电子在所述平面区和一个第二相隔一定距离的位置之间产生一次以上来回摆动，以及

（c）寻址装置，它面对着所说接收平面且以一定间距配置在所说接收平面和所说均匀空间电荷云之间，以这样一种控制方式作用于所说电荷云中的电子，致使被作用的电子引向所说接收平面的特定区域中。

15、一种在扁平显示屏面的前屏面上产生可见图象的方法，该屏面有所说前屏面和一个相对的后屏面，以及在后屏面上的装置，由于电子打在此装置上，在所说前屏面上提供所说的可见图象，所说方法包括下面的步骤：

（a）从阴极装置产生自由电子并为建立自由电子的均匀空间电荷云而对所述自由电子施加作用，使所述电荷云限定一个充当虚阴极的与阴极装置相隔一定距离并平行地位于所述显示屏后屏面之后面的平面区，所述自由电子一旦受到除所述阴极装置以外的装置如此作用，其某些被作用的自由电子便在所述平面区和一个第二相隔一定距离的位置之间进行一次以上的来回摆动;

（b）在所说后屏面和所说的均匀空间电荷云之间提供与所说屏面的后屏面间隔开并呈面对关系的寻址装置;以及

（c）操作所说寻址装置，使其以一种控制方法来作用于所说空间电荷云中的电子，使得被作用的电子打在所说屏面的后屏面的特定区域上，以便在所说屏面的前屏面处产生所说的图象。

16、一种控制自由电子流进入电子接收平面的方法，其特征在于包括下列步骤：

（a）从阴极装置产生自由电子并为建立自由电子的均匀空间电荷云而对所述自由电子起作用，使得所述电荷云限定一个与阴极装置相隔一定距离并平行地位于所述接收平面后面的、作为虚阴极的平面区，从而使所述自由电子一旦受到除所述阴极装置以外的装置如此作用，其某些被作用的自由电子便在所述平面区和一个第二相隔一定距离的位置之间进行一次以上的来回摆动;

（b）以一种控制方法作用于所说电荷云中的电子，使被作用电子引到所说接收平面的特定区域中。

17、在一个需要使用自由电子的器件中，一种供应所说自由电子的装置，其特征在于所说的装置包括一个阴极装置，用以在远离所说阴极装置的位置，以平面区的形式建立自由电子的均匀空间电荷云，自由电子的所述平面区起到一个远离所述实际阴极装置的虚阴极作用，所述装置包括除所述阴极装置以外的装置，该装置包括电极42、后电极50和栅状加速极52，用以使某些所述自由电子在所述平面区和第二个相隔一定距离的位置之间产生多于一次的来回摆动。

18、一个扁平电子控制器件包括限定电子接收平面的装置、自由电子源以及寻址装置，此寻址装置包括有许多贯通且间隔开的栏孔的寻址板，所说的寻址装置位于面对着所说接收平面且以一定的间隔配置在其后的位置上，而且以一种控制方式形成对来自所说电子源的自由电子的作用以使受作用的电子通过栏孔中特定的一些栏孔引到所说的接收平面的特定区域中，其特征在于改进之处包括：

（a）在远离所说寻址板处产生自由电子的阴极装置;以及

（b）不包括所述阴极装置而作用于所说自由电子的装置，该装置使某些被作用电子在两个间隔一定距离的位置之间作一次以上的来回摆动，以便建立自由电子的空间电荷云，此电荷云在紧挨着所说寻址板上的所述栏孔并在其后的所述位置处形成虚阴极，并用作为受所说寻址装置作用的自由电子源，每一个所说的空间电荷云显示出均匀的自由电子密度，此密度大于在所说电荷云和远离自由电子源处之间的空间中所填充的自由电子密度-至少在所述器件工作期间，当自由电子的供应不受所说的寻址装置作用时是如此。

19、根据权利要求18的改进，其特征在于，在所说的栏孔的任何给定的一个栏孔后的自由电子空间电荷云与其余栏孔后的其余电荷云相比有着基本上相同的自由电子均匀密度。

20、根据权利要求19的改进，其特征在于，其中所述用以在每一个所说栏孔后建立自由电子的空间电荷云的装置包括用于建立一个连续整体电荷云的装置，该电荷云限定出一个平行于所说寻址板的总平面区，因而，所说的整个电荷云的不同部分提供了紧挨着所说栏孔并在它们后面的所述第一次提到的电荷云。

21、根据权利要求18的改进，其特征在于，其中所说用于产生自由电子源的装置包括在所说寻址板和所说空间电荷云之后并和它间隔开的许多丝状阴极。

22、一个扁平电子控制器件，包括限定一个电子接收平面的装置、供应自由电子的源装置和包括一个寻址板的寻址装置，该寻址板有许多贯通的间隔开的栏孔，所说寻址装置同所说接收平面相对地配置在其后并与之相隔一定距离，以一种控制方法构成对来自所说源的自由电子的作用以使受作用的电子通过栏孔中的特定栏孔并进入所说接收平面上的特定区域，其特征在于，改进之处包括：

（a）在远离所说寻址板的一处用于产生一个自由电子源的阴极装置;以及

（b）作用于所述自由电子的不包括所述阴极装置的装置，用以使一部分受作用电子在如下两位置之间产生多于一次的来回摆动：

（ⅰ）紧换所述栏孔并在其后与离所述阴极装置相隔一定距离的第一位置，和

（ⅱ）在所述栏孔更后面的第二位置从而在所述第一位置处形成起到远距虚阴极作用的密集自由电子云，以便作为受所述寻址装置作用的所述自由电子源，

同时以便在所述第二位置形成密集的自由电子云。

23、一种扁平电子控制器件的操作方法，此器件包括限定电子接收平面的装置、供应自由电子的源装置和包括一个寻址板的寻址装置，此寻址板有着许多贯通的间隔开的栏孔，所说寻址装置位于正对所说接收平面并在其后与之间隔开，并以一种控制方法作用于来自所说电子源的自由电子，以使受作用的电子通过栏孔中的特定栏孔并导入所说接收平面上的特定区域中，其特征在于，改进之处包括以下步骤：

（a）在远离所说寻址板处从阴极装置产生自由电子;以及

（b）在不通过所述阴极装置的情况下，对所说自由电子起作用，使某些受作用的电子在两个相隔一定距离的位置之间产生一次以上的来回摆动，以建立自由电子的空间电荷云，此电荷云在紧挨着所说寻址板上的所说栏孔并在其后的预定位置上形成虚阴极，并用作为受所说寻址装置作用的所述自由电子源，每一个所说空间电荷云显示出均匀的自由电子密度，此密度大于在所说电荷云和远离自由电子源处之间的空间中填充的自由电子密度-至少在所述器件工作期间，当自由电子的供应不受所说寻址装置作用时是如此。

24、一种扁平电子控制器件的操作方法，此器件包括限定电子接收平面的装置、供应自由电子的源装置和包括一个寻址板的寻址装置，此寻址板有着许多贯通的间隔开的栏孔，所说寻址装置位于面对所说接收平面并在其后与之间隔开，并以一种控制方法作用于来自所说源的自由电子，以使受作用的电子进入所说接收平面的特定区域，其特征在于，改进之处包括以下步骤：

（a）利用适当装置在远离所说寻址板的第一位置处产生自由电子;以及

（b）在不用所述适当装置情况下，对所说自由电子起作用，以使一部分受作用的电子在紧挨着所说栏孔并在其后的远离所述第一位置的第二位置和在所说栏孔更后面的第三位置之间作一次以上的来回摆动，以形成在所说第一位置处作为虚阴极的密集自由电子云，来用作为受所说寻址装置作用的所说自由电子源，而在所说第三位置处形成密集的自由电子云。

25、一种扁平的电子控制器件，它包括限定一个电子接收平面的装置，一个自由电子源，和以一种控制方式对自由电子起作用的装置以便引导受作用的电子进入所述电子接收平面，其特征在于改进之处包括：

（a）用以在特定位置产生自由电子的装置;和

（b）对所述自由电子起作用的装置，以使一部分受作用电子在相对于所述特定位置远处的一个第一平面区和相对于所述第一平面区位置来说处在远处的一个第二平面区之间进行一次以上的来回摆动，从而在所述第一远处位置形成一个起虚阴极作用的密集自由电子云的平面区，用作为所述自由电子源;同时在所述第二位置形成一个自由电子的第二密集平面区。

26、一种扁平电子控制器件的操作方法，该器件包括限定一电子接收平面的装置，一个自由电子源和以一种控制方式对自由电子起作用的装置，以使受作用的电子被导入所述电子接收平面，该方法的特征在于包括以下改进步骤：

（a）在一个特定位置上形成一个自由电子源;及

（b）对所述自由电子源起作用，以使一部分受作用的电子在相对于所述特定位置的远处的一个第一平面区和相对于所述第一平面区远处的一个第二平面区之间产生不至一次地来回摆动，以便在所述第一远处位置上形成一个起虚阴极作用的密集自由电子云的平面区，用作为所述自由电子源;并在所述第二位置形成一个第二个自由电子密度平面区。

27、一种高真空显示器件，该器件包括一个平面型阴极发光屏和一个响应所施加电压的平面控制电极装置，所述装置使通过诸区域中的电子通道能服从于外部选择，所述器件的特征在于与下列装置的组合：

-阴极装置，该装置包括基本上配置在一个平面内的多个热离子式（thermionically）电子发射元件;

-用于限定与所述阴极装置平行相隔并在其后的一个边界电压的装置

-一个易于电子穿透的平面加速电极，该电极位于所述阴极装置和所述控制电极装置之间;

所述阴极装置和所述加速电极基本上平行于所述控制电极装置;

所述阴极装置，所述边界电位限定装置，所述加速电极及所述控制电极装置共同地限定了这样一个空间，在此空间中电子被俘获并被迫在下述两个高电子密度区之间作来回摆动，该第一区处在边界电位限定装置附近，该第二区处在临近和平行于所述控制电子装置的位置并构成一个虚阴极，该虚阴极远离所述阴极装置而且当控制电极装置发出命令时，电子可从此虚阴极被拉向所述发光屏。

28、一种高真空电子控制器件，该器件包括响应所加电压的平面控制电极装置，以使通过诸区域中的电子通道能服从于外部选择，本发明的特征在于与下列装置的组合：

-用于在距所述平面控制电极后面一定距离的一个给定平面范围内提供一个自由电子源的阴极装置;

-用于限定与所述给定平面相隔和平行处的一个边界电位的装置;

-一个有高度电子穿透性的平面加速电极，该电极位于所述给定平面和所述控制电极装置之间;

所述给定平面和所述加速电极大致位于平行于所述控制电极装置处;

所述边界电位限定装置，所述加速电极和所述控制电极装置共同限定了这样一个空间，在该空间中，所述自由电子被俘获并被迫在下述两个高电子密度区之间作来回摆动，该第一区临近所述边界电位限定装置，该第二区在临近和平行于所述控制电子装置处并构成一个远离所述阴极装置的虚阴极，而当控制电极装置发出命令时电子可从虚阴极被拉向所述发光屏。

29、一种扁平电子控制器件，该器件包括限定一电子接收平面的装置，自由电子和配置在所述接收平面后面与其面对相隔开的寻址装置，该寻址装置以一种控制方式构成对来自所述源的自由电子的作用，以使受作用电子导向所述接收平面的特定区域内，该器件特征在于包括以下改进：

（a）处在远离所述寻址板的某位置上的第一装置，用以在所述控制器件操作期间提供自由电子;和

（b）与所述第一装置相隔开的第二装置，该装置使一部分受作用电子在下述两位置之间作来回摆动，第一位置紧俟所述栏孔并在其后面，第二位置在所述栏孔更后面，从而在所述第一位置上形成密集自由电子云，以用作受所述寻址装置作用的所述自由电子源;并在所述第二位置形成密集的自由电子云;

（c）所述第二装置被这样构成，致使在任何给定的时间点，对由所述第一装置供应的任一特定的自由电子群来说，该群中至少有某些电子将在所述两位置间来回摆动若干次。

30、一种扁平电子控制器件的操作方法，该器件包括限定一电子接收平面的装置，自由电子，和置于所述接收平面之后与其相对立并隔开的寻址装置，该寻址装置以一种控制方式构成对来自所述源的自由电子的作用，以使受作用的电子被导入所述接收平面的特定区域内，该方法的特征在于包括以下步骤：

（a）利用阴极装置在所述控制器件的操作期间，在远离所述地址板的一个位置上提供自由电子;和

（b）在不通过所述阴极装置的情况下，对所述自由电子源起作用，以使受作用的一部分电子在下述第一位置和第二位置之间作来回摆动，该第一位置紧俟所述栏孔并在其后，该第二位置在所述栏孔的更后面，从而在所述第一位置处形成一片密集的自由电子云，以便用作受所述寻址装置作用的所述自由电子;并在所述第二位置形成一片密集的自由电子云;

（c）对所述电子起作用的所述步骤是这样进行的，以致在任何给定的时间点，对由所述阴极装置供应的任一特定自由电子群来说，该群中至少有一些电子将在所述位置之间来回摆动若干次。