CN1062054A - 平板图象显示装置 - Google Patents

Abstract

一种图象显示装置，具有一个带前壁和后壁的真 空外壳，前壁内侧有荧光屏，屏上有由三组元的红、 绿、蓝发光荧光元组成的重复图形；后壁离前壁很近； 前后壁之间有多个电子发射体以及与其配合工作的 多个并置的电子通道，通道壁由基本上电绝缘的材料 制成，该材料的二次发射系数适合通过真空传输所产 生的电子，以形成电子流。还配有在预定位置从各电 子通道提取电子流并将其引向荧光屏上所要求的位 置以产生由多个象素构成的图象的装置。

Description

本发明涉及一种具有一个带前壁、荧光屏和后壁的真空外壳的彩色图象显示装置，特别涉及与现代显示装置显然不同的一种平板图象显示装置（即厚度小的图象显示装置）。

目前在平板型图象显示装置技术领域中进行的研究着重于这样一些图象显示装置，这些装置具有一个透明的面板和一个后板，面板与后板由侧壁互相连接，面板的内侧设有荧光图形，图形的一面敷有导电层（这套组件通称为荧光屏）。后板上通常设有大量的电子束发生器件，还设有大量的使所产生的每个电子束扫描一部分荧光屏的偏转器件。（受视频信息控制的）电子束射到荧光屏上时，就有可见的图象形成，从面板正面可以看到这个图象。（电子束一词应理解为电子束中电子的路径基本上是平行的，或彼此只成一个小角度延伸，而且有一个主方向，各电子都沿这个主方向运动。）迄今已知的电子束控制装置需要特别复杂的电子束发生装置、聚焦和/或放大装置以及复杂的偏转装置。

显示装置是一个具有扁平面板和后板的薄型CRT（阴极射线管）显示装置时，其面板和后板会受到大气压施加的巨大压力。如果内部没有采取任何措施，则显示屏的尺寸越大，面板和后板也必须越厚。

鉴于上述情况，本发明的目的就是要提供一种基本上没有上述缺陷的平板图象显示装置。

因此，按照本发明，一种具有一个带前壁、荧光屏和后壁的真空外壳的彩色图象显示装置包括多个并置的电子发射源、多个毗邻后壁的电子通道、电子流提取装置和导流装置。这些电子通道与电子源配合工作，其通道壁由基本上电绝缘的材料制成，这种材料具有适当的二次发射系数，适合传输电子，以使电子穿过真空而形成电子流。电子流提取装置用以在预定的（特别是顺序的）位置上将各电子流从其通道中提取出来。导流装置则用以将所述电子流引向荧光屏上所要求的位置。所述荧光屏的图形是重复的，由多个发出不同颜色光（例如红、绿、蓝）的三组荧光元组成，靠近荧光屏设有电绝缘材料制成的荧光隔板结构。这里所谓荧光隔板结构是指毗邻荧光屏而设置的隔板。

本发明所提出的平板图象显示装置的方案是基于以下的发现：当电子射到由高电阻，即实际上为电绝缘材料（例如玻璃）构成的壁所围成的细长真空腔（称之为小室）的壁上时，如果（在小室两端加一个电压）使小室在纵向形成足够强的电场，就可以传输电子。发射到室壁上的电子与室壁相互作用，于是产生二次电子，这些二次电子被室壁的另一部分吸引，和该部分的室壁相互作用，又产生二次电子。稍后即将谈到，这时的环境条件（场强、室壁电阻、室壁的二次发射系数δ）可以选择得使小室中流有恒定的真空电流。

在所要求的位置（通过许多孔眼）从各小室中提取电子，借助于例如加速场将这些电子引向荧光屏，就可以在荧光屏上形成图象。

将荧光屏上的彩色图形做成三角形的形式（三组元荧光元配置成三角形的形式），就可以使电子束的着落区达到最大范围。这个着落区的范围可以大于例如彩条型荧光屏情况下的着落区范围。此外，对于具有彩条型荧光屏的矩阵排列显示器，图象上会出现人为的瑕疵（例如一种条纹结构），而这些瑕疵在本发明中却可避免。

本发明第一个实施例的特点在于，将各电子流引向荧光屏上所要求位置的导流装置有一个有许多孔眼的选择板，该选择板由电绝缘材料制成。并由荧光隔板结构将其与荧光屏隔开。选择板的每个孔眼都通过（特别是板形或蜂窝形的）荧光隔板结构中的孔眼与荧光元之一连通。这时，电子通道的侧壁、选择板、荧光隔板结构组合起来就可以保持所要求的真空。

荧光隔板结构可以是，例如，彼此平行的并与电子通道的侧壁成一定角度（大约60度）延伸的壁系。这样做之所以可能是因为各荧光元采取了三角形的配置方式，而且这样做使结构比起所述各侧壁和各隔板壁平行时更稳定。

但是，本发明的一个最佳实施例具有这样的特点：其荧光隔板结构由具有多个与各荧光元相对应的孔眼的板形或蜂窝形结构构成。这些孔眼使各荧光元与相邻的选择板上的一个孔眼连通。除了可以提高稳定性外，采用这类结构还具有这样的优点，即从荧光屏散射回来的电子不会落到其它荧光元上，从而既改善了对比度，又提高了色纯度。

配备有一个选择装置，方法是给选择板上的各孔眼成排配置电极，这些电极可借助第一（正）电压（脉冲）加以通电，以便经一排孔眼从各通道提取电子流，或者在没有电子可从各通道中局部提取时，可借助于第二（较低）电压加以激励。施加加速电压就可以使该选择装置吸引的电子射向荧光屏。

电子源所产生的所有电子流应在电子通道中跨过至少一部分引向荧光屏上边缘或下边缘的高度。为此可配备一排电子源或多排平行的电子源。

这些电子源中每一个都可安置在与其配合工作的电子通道内，或者也可安置在与它们配合工作的电子通道入口部分对面的外侧。

在电子源和与其配合工作的电子通道的入口部分之间加上足够大的正电压，就可以使发射出的电子朝电子通道方向加速，接着，这些电子就借助于它们与通道壁的相互作用而产生二次电子。

在各电子通道与荧光屏之间加上足够大（例如3千伏）的电压，就可以使从各电子通道依次逐行提取的电子（作为电子束）朝荧光屏方向加速。这样，每次都可写出一条图象线。视频信息（灰度级）可用例如脉冲宽度调制的形式表示。至荧光屏的距离可以非常小，因此光点能保持很小。

下面参照一些实施例进行说明，从这个说明即可清楚了解本发明的上述和其它方面。

图1是本发明的图象显示装置一部分结构的部分剖开的正透视图，图中示出了各电子通道、选择板和荧光隔板结构，但这些器件并不是按比例绘制的;

图1A是图1结构的侧面剖视图，说明了本发明图象显示装置的一般工作情况;

图1B是图1结构中使用的具有多个孔眼的选择板一部分的正视图;

图1C是从毗邻的荧光隔板结构的孔眼看去的配备有选择电极的选择板的一部分的正视图;

图2示出了与图1B类似的具有另一种结构的选择板;

图3示出了一种通道壁材料的二次发射系数δ作为一次电子能量Ep函数而绘制的作为本发明一个特征的曲线;

图4是通过带有预选和精选用的选择板的结构的一部分的“垂直”剖面图，是图1A结构的另一种替代方案;

图5示出了预选择的另一种结构;

图6示出了图5的细节;

图7示出了另一种结构的蜂窝形隔板结构。

图1和1A示出了本发明的平板图象显示装置1，该装置具有一个显示板（窗口）3和一个位于显示板对面的后壁4。荧光屏7配置在窗口3的内表面上，具有红（R）、绿（G）、蓝（B）三组荧光元组成的重复图形，如圆形插图所示。在有关情况下，三组元组成的点状荧光元位于边长为a的等边三角形的三个顶点处。将板3和后壁连起来的壁2的附近有一个电子源装置5，电子源装置5可以是例如一个线状阴极，它与多个电极一起形成许多（例如600个）电子发射体，或形成类似数量的分立的发射体。这些发射体中每一个只是用来提供较小的电流，因而有许多种阴极（冷阴极或热阴极）都适于作发射体。这些发射体可以连在一起配置或分开配置。它们的发射可以是恒定的或受控制的。电子源装置5配置在一排基本上平行于荧光屏的电子通道入口孔眼的对面。这些电子通道由多个小室6、6′、6″、……等组成。在此情况下，每个电子源都对应一个小室。这些小室具有多个由壁面围成的空腔11、11′、11″……。各小室的至少一个壁（最好是后壁）由适合本发明目的的高电阻值材料[例如陶瓷材料、玻璃、合成材料（有涂层或无涂层的）]制成，该材料的二次发射系数δ在给定的一次电子能量整个范围内应大于1（见图3）。腔壁材料的电阻值应能使流经壁中的总电流在传输电子所需的小室轴向上的场强为一百至几百伏/厘米的数量级时尽可能小（最好小于例如10毫安）。在一排电子源5与各小室6、6′、6″之间加上几十伏至几百伏数量级的电压（电压值视具体情况而定），就可以使电子从电子源朝各小室的方向加速，然后这些电子射到各小室的壁上，从而产生三次电子。

本发明是基于这样的认识提出的，即如果在小室的纵向上加足够强的电场（Ey），就有可能在室壁为电绝缘材料的小室内传输真空电子。这样的电场使注入小室中的电子形成一个给定的能量分布和空间分布，从而使工作时室壁的有效二次发射系数δ_eff平均值为1。在这些情况下，（平均说来），每有一个电子进入小室内就有一个电子离开小室。换句话说，整个小室内的电子流保持恒定，大致等于输入的电流。如果室壁材料的电阻足够大〔所有未经处理的合适玻璃类材料以及卡普顿（kapton）、酚醛塑料（pertinax）和陶瓷材料都属于此类〕，小室的室壁就不会产生或吸纳任何总电流，因此这个电流，即使为近似值，也等于输入电流。若增强电场，使其大于使发射系数δ_eff＝1所需要的最小值，则会发生下述情况：只要δ_eff略大于1，室壁就不均匀地带有正电荷（由于电导非常小，这个电荷减小不了）。于是平均说来电子到达室壁的时间要比没有这种正电荷时早，也就是说，在纵向上从电场吸收的平均能量要小一些，从而δ_eff＝1的情况会得到自行调整。这是有利的一面，因为这时电场的实际值并不重要，只要它大于上述最小值即可。

另一个优点在于，在δ_eff＝1的情况下，小室中的电流是恒定的，而且在进行测试和反馈，或在控制各小室的电流过程中也可使它们达到令人满意的相等，从而在荧光屏上能显示出一致的图象。

面对配置在板3内壁上的荧光屏7的小室壁是由图1实施例中的选择板10（见图1A）构成的。选择板10具有多个提取孔8、8′、8″……等。分别被激励的发射体最好与平行的、具有多个孔眼的条形选择电极9、9′、9″……的图形配用，由选择电压激励。这些电极处在板10的一个主表面上，或处在两个主表面上。在两种情况下，各孔眼的壁8、8′、8″……都可加以金属化。荧光隔板结构12在此情况下为具有多个使孔眼8、8′、8″……与荧光元R、G、B连通的孔眼14、……的一个板，该隔板结构使板10与面板3保持一段距离，并确保紧绕着电子束通路的孔眼14……中所提取的电子束横向定位。若各选择电极配置在板10面对着荧光屏7的表面上，则如果它们完全覆盖着至少那些位于结构12各孔眼14的壁之间的表面部位（见图1C的实例），将是有好处的。各图象线上的选择电极9、9′、9″、……是按图1B所示的方式（各插入电极在孔眼8、8′、8″、……的部位加宽）形成的。各电极的材料可盖住孔眼8、8′、8″、……的壁。荧光屏7上所要求的各位置可以通过对各个分立的阴极和选择电极9、9′、9″、……进行（矩阵）驱动的方式而编址。（从阴极侧看去）基本上成线性增加的电压，例如借助于分压电阻，加到选择电极9、9′、9″、……上。需要启动某一图象线时，即需要通过一行孔眼中的各个孔眼从流经这些孔眼之后的平行列中的电子流里提取电子时，可以在本地电压上加一个脉冲电压△U。鉴于各小室中的电子由于与室壁碰撞而使其速度较低，因而△U可以较低（例如为100伏至200伏）。在小室整个高度两端加上电压Va使之形成传输场。

用作电子通道壁的材料必须有高电阻，其二次发射系数δ至少在一次电子能量Ep的一定范围E_Ⅰ-E_Ⅱ内要大于1，见图3。E_Ⅰ最好尽可能低，例如，10电子伏的1倍至若干倍。特种类型的玻璃（E_Ⅰ大约为30电子伏）、陶瓷材料、酚醛塑料和卡普顿尤其能满足此要求。不能满足这个要求的材料也可以例如涂上适当的涂层（如MgO涂层）而使用。

电阻大小不仅取决于是否要求对各电子通道的电子进行引导，而且还取决于是否要求（在部分或整个电子通道长度上）进行放大，以及究竟有多少总电流可流经室壁而散发能量。

只采用电子引导的方式是较为理想的。这时，电阻可以在10⁶与10¹⁵欧姆之间。不然也可以使电子通道的阴极侧部分的电阻较低，例如，在10千欧与100千欧之间，以确保放大作用。在上述值下，所需用的功率可低于100瓦。

在某给定情况下，电子传输可以在长为17厘米、孔径为1毫米（整个室长上测得的电阻值＞10¹⁵欧）的铅玻璃小室中实现，这时在小室两端加有3.5千伏的电压。

还应该指出的是，通道壁可以由结构性能和二次发射功能良好的电绝缘材料构成。不然通道壁也可以由结构性能良好的电绝缘材料（例如合成材料）构成，而在该材料上敷上一层二次发射功能良好的材料（例如石英或玻璃，或者如MgO之类的陶瓷材料）。

电子通道两端引导电子所需的电压是随通道长度的增加而增高的。但这个电压可以通过将（线状）排列的电子源配置在例如显示装置中央而不是配置在靠近显示装置的一端（如图1所示）使其降低。这时可以在各通道中央与其一端之间加上例如3千伏的电压，以便在一个方向上提取电子流，接着就可将同样的电压加在各通道中央与其另一端之间，以便在相反的方向上提取电子流，而不是象电子源配置在靠近显示装置的一端时那样，在通道的整个高度上加6千伏的电压。在这方向，采用多个平行的成排排列的电子源甚至更有好处。

由选择电极从电子通道的孔眼提取的电子进一步被引向荧光屏7，于是在荧光屏上一次就能写出一条图象线。视频信息可用例如脉冲宽度调制的形式施加。举例说，与一个电子通道配合工作的阴极可以在较短或较长的时间内激励。在这种情况下，要产生一个白色的象素时，可以使阴极在整个行周期期间被激励。另一种办法是在整个行周期期间始终对阴极进行激励，同时控制发射量。

图2是具有多个孔眼和选择条的一种选择板20的一部分的正视图。通过各孔眼可以看到荧光屏上的各荧光元R、G、B等。这些荧光元是按图1圆形插图中所示方式配置的。在此情况下，选择板20不是与（具有多个六角形孔眼的）板形隔板配合工作，而是与具有彼此平行的壁21、22、23、24、……的隔板结构配合工作，平行壁21、22、23、24、……以节距a配置，且与以

的节距配置的电子通道侧壁25、26、27、……成大约60度的角度延伸。

如本说明书开始部分所指出的那样，采用多孔眼的板形结构或蜂窝形隔板结构在对比度和色纯度方面比采用各壁成60度角配置的隔板结构更好。蜂窝形28的一部分如图7中所示。

图4示出了本发明显示装置一部分的一个实施例的示意剖视图。该显示装置有一个选择板结构32，包括具有多孔眼31、31′、……的预选择板29A和一个具有三孔眼R、G、B的精选择板29B。在此情况下，三个精选择孔眼R、G、B与各预选择孔眼31、31′等连通（见圆形插图）。也可取其它数目。预选择板29A与精选择板29B之间配置有一个中间隔板结构29C。

电子传输通道30在结构32与后壁之间形成。为了能够通过各孔眼31、31′、……从传输通道30中提取电子，在板29A上设置多个穿孔的金属预选择电极34、34′等。各孔眼31、31′、……的整个孔壁都镀上金属，但板29A的电子到达一侧的表面上的金属不多或没有金属。这是为了确保在访问过程中没有电子停留在选择电极上（即电极不应提取电流）。另一个解决提取电流问题的办法是：如果选择板表面上有电极金属，其上有电子着落，则应确保这种金属有很大的二次发射系数，以致不会提取任何总电流。

与图1结构的板10类似，精选择板29B具有（精）选择电极，供选择彩色之用。在这方面，重要的是，应尽可能使各彩色选择电极对每种色彩都有直通的电连接（electric  through-connection）（例如通过各耦合电容器）。事实上，预选择过程已在进行，因而各电子不会再到达错误的位置。这就是说，对于这种形式的彩色选择过程，只需要三个分别激励的彩色选择电极中的一组或少数几个组。虽然也可以采用其它方式，但激励过程是按例如下列方式进行的。在精选择电极的电位略低于粗选择电极的电位情况下，使粗选择电极和精选择电极上施加基本上呈线性增加的电位（例如借助于适当的分压电阻）。通过向所要求的粗选择电极上加例如为200伏的正电压脉冲，选取一条（或多条）图象线。然后在各精选择电极上加幅值例如为300伏的较短的脉冲，以此来逐次访问各彩色象素。

精选择板29B可用前面说过的荧光隔板结构（图1A中的“12”;图2中的“21”、“22”、“23”、和“24”;图7中的“28”）与荧光屏隔开。荧光隔板的材料最好是二次发射能力小的材料，否则须在该材料上涂上具有这种性能的涂层。此外，要达到令人满意工作的另一个重要条件是，每个（精）选择电极的尺寸都应取得使选择板的绝缘材料在通过隔板孔眼看去时看不出来，参看图1C。

图5示意性地示出了构成节距为P的传输沟道41、41′、41″、……的前壁的选择板40的一部分。图象的水平分辨率由传输通道的节距确定。减小这个节距可以进一步改善分辨率。但这样做也有缺点，即通道长度两端传输电子流所需要的电压会增加，这始终不是我们所希望的。这个问题可以通过采用适当形式的选择孔眼和电极来解决，而其中传输通道的节距不变，如图5所示。

图5示出了每一排中的各预选择位置上配有两个预选择孔眼的情况，其间距为（P/2）。各选择电极42如图所示那样划分成两个具有多个孔眼的分电极43a和43b，从而简化了接续过程。这样，图4所示的结构其水平分辨率就可以提高一倍，而传输通道11、11′、11″、……中每个都与一个电子发射体以同样的方式和同样的电压配合工作。选择红（R）、绿（G）、蓝（B）、三色所用的精选择板上的三个精选择孔眼是与例如图6所示的各预选择孔眼44、44′、……连通的。这里所述的系统可以多路复用的方式工作。这就是说，例如，可以用一个电子发射体在一个行周期内驱动两个平行的电子流和六个荧光元（多路复用）。还可采用其它的多路复用方式。

Claims (12)

1、一种彩色图象显示装置，具有一个真空外壳，该真空外壳有一个前壁、一个荧光屏和一个后壁；所述显示装置包括多个并置的电子发射源、多个毗邻后壁的电子通道、电子流提取装置和导流装置；这些电子通道与电子源配合工作，其通道壁由基本上电绝缘的材料制成，其二次发射系数适合传输电子，以使电子穿过真空而形成电子流；所述电子流提取装置用以在预定的位置上将各电子流从其通道中提取出来；所述导流装置则用以将所述电子流引向荧光屏上所要求的位置；所述荧光屏具有由红、绿、蓝三组元的发光荧光元组成的重复图形，靠近荧光屏设有电绝缘材料制成的荧光隔板结构。

2、如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述荧光隔板结构包括一个具有多个对应于各荧光元的孔眼的板形或蜂窝形结构。

3、如权利要求2所述的显示装置，其特征在于，所述将各电子流引向荧光屏的所要求位置上的导流装置包括一个具有多个孔眼的选择板，该选择板由电绝缘材料制成，由所述荧光隔板结构将其与荧光屏隔开，该选择板的各孔眼通过所述板形或蜂窝形结构上的孔眼与其中一个荧光元连通。

4、如权利要求3所述的显示装置，其特征在于，所述选择板与一个具有多个孔眼的预选择板配合工作，该预选择板上的各孔眼与所述传输通道连通，在所述预选择板与选择板之间设有一个中间隔板结构，所述预选择板上的每个孔眼都与所述选择板上的至少两个孔眼连通。

5、如权利要求4所述的显示装置，其特征在于，所述预选择板上的每个孔眼都与所述选择板上的三个孔眼连通，在所述三个孔眼中，一个孔眼与三组元的发红光的荧光元连通，另一个孔眼与发蓝光的荧光元连通，第三个孔眼与发绿光的荧光元连通。

6、如权利要求3或4所述的显示装置，其特征在于，所述（预）选择板的各孔眼中设有成排的条形（预）选择电极，这些电极插入各孔眼所在的位置。

7、如权利要求6所述的显示装置，其特征在于，所述各（预）选择电极通过分压电阻连接在一起。

8、如权利要求6所述的显示装置，其特征在于，各选择电极对每一种色彩都是直通电连接的。

9、如权利要求4所述的显示装置，其特征在于，所述每个传输通道都与预选择板上两个平行排的孔眼连通。

10、如权利要求9所述的显示装置，其特征在于，所述电子通道的节距为三组元荧光元的间距的两倍。

11、如权利要求6所述的显示装置，其特征在于，所述条形（预）选择电极配置在所述（预）选择板的朝荧光屏的一面上。

12、如权利要求11所述的显示装置，其特征在于，从所述荧光隔板结构的各孔眼看去，围绕所述选择板孔眼的四周只能看到所述选择电极的材料。

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