CN1106665C - 阴极构件及使用该阴极构件的crt电子枪 - Google Patents

Abstract

提供阴极构件和使用该阴极构件的CRT电子枪。阴极构件包括外壳；填充在外壳中的绝缘体；固定地插入绝缘体中的多根杆，杆端部从绝缘体的上表面延伸；连在绝缘体上的场致发射器件(FED)部件；和电连接FED部件与杆的端部的导线。利用场效应而不是热电子发射发射电子。

Description

阴极构件及使用该阴极构件的CRT电子枪

发明领域

本发明涉及为电子发射源的阴极构件和使用该阴极构件的阴极射线管(CRT)的电子枪。

背景技术

通常，CRT包括屏盘100和漏斗形部分200，荧光膜400形成在屏盘内表面上，漏斗形部分200与屏盘100相连，它包括内装电子枪300的颈部201和在其周围装有偏转系统203的锥体202，如图1所示，参考标号301代表支撑电子枪300的支架。

上述结构的CRT中，发自电子枪300的电子束被偏转系统203偏转后投射在荧光膜400上，从而激活其上的荧光材料，形成图像。

如图2所示，为发射电子将电子枪300装在漏斗形部分200的颈部201中。电子枪300包括管脚11、固定在管脚11上的发射电子束的阴极构件310、控制栅14、屏栅15、和从屏栅15开始顺序装配、构成电子透镜的聚焦电极16和后加速电极17。

将预定电压供给这样构成的电子枪300的各电极和阴极构件310，阴极构件310就发射电子，在相邻电极14-17之间还形成电子透镜。由阴极构件310所发射的电子束穿过这些电子透镜时，便被聚焦和加速。

由阴极构件310决定发自电子枪300的电子束所需要的正常时间和电子束的电流密度。图3中更详细地示出了阴极构件310的结构。阴极构件310包括三个阴极组件12、固定在图2中控制电极14上的外壳13、和外壳13内的绝缘体28，穿过绝缘体28设置三个阴极组件12。

各阴极组件12包括圆柱形套筒21、固定于套筒21端部上的端帽22、涂敷于端帽22的上表面上的电子发射材料层23、和支撑套筒21下部的支座25。各阴极组件12固定在内壳26内，绝缘体28使外壳13与内壳26隔离。此外，图3中的阴极组件12为间热式，热子24插入套筒21中。另一方面，直热式阴极结构中，热子与阴极直接相连。

当预定电压供给这种发射型的阴极构件310的热子24时，热子24辐射热量。热子24发射的热量被传送并由此加热端帽22、套筒21和支座25。若端帽22被加热至例如约800℃，则将从涂敷于端帽22的上表面上的电子发射材料层23发射电子。

有两种类型的电子发射材料层：一种是氧化物型，在含还原材料的底金属上涂敷含碱土金属氧化物为主要成份的材料就可制得；另一种为浸渍型，在多孔金属的孔隙中浸渍电子发射材料而制得。

可是，常规阴极结构中，在端帽和套筒被热子加热之后，电子发射材料被加热，因而正常的电子发射需要较长的时间。因此，需要延长的时间周期、一般8-9秒才能在CRT的荧光屏上形成图像。

此外，工作时，因热子，阴极构件的端帽和套筒被加热并由此热膨胀，从而产生会聚位移和电子束位移等热位移。为防止这些位移，在制造过程中应进行电子束发射老炼，长时间地加热阴极，使阴极具有更可靠地准确地发射电子的物理和化学结构。结果，生产率下降。

激活红、蓝和绿荧光材料的彩色CRT中，由于各阴极构件、控制栅和屏栅的初始热膨胀的瞬间差异，白平衡的稳定时间就较长。

并且，常规阴极构件为加热电子发射层消耗电功率如2-4W，其电子发射特性也因相应于红、蓝和绿阴级的热辐射不均匀而呈现一种分布。

此外，热子和其支架装在电子枪中，使电子枪的总长度变长，并且，热子的制造工艺很复杂，从而导致生产率下降和废品率增加。

发明内容

本发明的目的是提供一种阴极构件和使用该阴极构件的彩色CRT电子枪，它能减少在荧光屏上形成图像的时间和白平衡的稳定时间，并易于制造，可提高生产率。

为实现上述目的，提供下列阴极构件，它包括：外壳；填充在外壳中的绝缘体；固定地插入绝缘体中的多根管脚，管脚的端部从绝缘体的上表面延伸；连在绝缘体上的场发射器件(FED单元)；和电连接FED单元与管脚的端部的金属线。

FED单元包括：在衬底上相隔预定距离的三个FED，各FED皆包括硅衬底；和与FED电连接的多个端子、以传送由金属线提供的电能。

按照本发明的另一个实施例，提供下列阴极构件，它包括：带埋入电子枪管脚中的埋置部分的外壳；具有与所述外壳内表面相匹配的外表面的固定器，它插入所述外壳内；插入所述外壳中并装配在所述固定器上的FED单元；和弹性导体，它有固定地埋入所述管脚中的埋置部分和弹性地压在所述FED单元的上表面上的接触部分，接触部分与所述FED单元的上表面接触，提供电能给所述FED单元。

按照本发明的另一方案，提供CRT的电子枪，它包括阴极构件、和聚焦及加速从所述阴极构件发射的电子束的聚焦电极和后加速电极，该阴极构件包括：外壳；填充在外壳中的绝缘体；固定地插入绝缘体中的多根管脚，管脚的端部从绝缘体的上表面延伸；连在绝缘体上的FED单元；和电连接FED单元与管脚的端部的金属线。

按照本发明的再一方案，提供CRT的电子枪，它包括阴极构件、和聚焦及加速从所述阴极构件发射的电子束的聚焦电极和后加速电极，该阴极构件包括：带埋入电子枪管脚中的埋置部分的外壳；具有相应于外壳内表面的外表面的固定器，它插入该外壳内；插入外壳中并装配在固定器上的FED单元；和弹性导体，它有固定地埋入管脚中的埋置部分和弹性地压在所述FED单元的上表面上的接触部分，接触部分与所述FED单元的上表面接触，提供电能给FED单元。

下面参照附图详细地描述本发明的优选实施例，将明了本发明的上述目的和优点。

附图说明

图1是普通CRT的剖视图；

图2是使用常规阴极构件的电子枪的剖视图；

图3是示于图2中的常规阴极构件的局部剖面透视图；

图4是使用本发明实施例的阴极构件的电子枪的剖视图；

图5是图4所示本发明阴极构件的透视图；

图6是示于图5中的场致发射器件(FED)的平面图；

图7是图6中的FED的放大透视图；

图8是摘取图7的部分“A”的透视图；

图9是本发明另一实施例的阴极构件的分解透视图；

图10是与管脚接合的图9中阴极构件的平面图；和

图11是包括沿图10中XI-XI线取的剖面的图9中阴极构件的侧视图。

具体实施方式

图4示出本发明第一实施例的使用阴极构件320的CRT电子枪。其中：与图1、2和3相同的参考标号代表相同的单元。如图所示，本发明的阴极构件320固定在管脚302上。按照本发明的特征，CRT电子枪使用因场效应而发射电子的冷阴极型场致发射器件(FED)作阴极构件。

参见图5，阴极构件包括外壳31，带有与图4中的管脚302支撑接合的边缘形状；填充在外壳31中的绝缘体32；固定地插入绝缘体32中的多根管脚33，其上端33a从绝缘体32的上表面延伸；连接在绝缘体32上表面的FED单元40；和连接管脚33的上端33a和FED单元40的端子35，以对FED单元40供电的金属线34。金属线34的直径约10-15μm，最好用半导体制造工艺中的引线键合工艺进行制造。

如图6所示，FED单元40中成一字形地排列三个FED40a。参见图7和8，各FED40a皆包括硅衬底41；形成在衬底41上表面的阴极42；排列在阴极42上的多个微尖42a，其主要成份为钼；由SiO₂形成的绝缘层43，它包围在微尖42a周围；和形成在绝缘层43上表面的栅极44，它带有开口44a以露出微尖42a。提供给形成在衬底41上的各微尖42a50-100nA的电流，那么用至少10,000个微尖42a便可获得大于1mA的电流。因此，可以用足够的电流激活CRT的荧光膜。

参见图4-8，将描述采用如上所述结构的阴极构件的CRT的工作。首先，将预定电压供给聚焦电极16和后加速电极17，在相邻的电极之间形成电子透镜。然后，将预定电压供给FED单元40的微尖42a和栅极44，在它们之间产生电场，从而从微尖42a发射电子束。当发射的电子束穿过形成在上述电极之间的电子透镜时，被聚焦和加速，在被图1中的偏转系统203偏转之后，撞击在荧光膜上，从而在荧光膜上形成图像。

图9-11示出本发明的第二实施例的阴极构件。本实施例的阴极构件包括：带边缘的外壳51；插入外壳51中的固定器52，其外表面与外壳51的内表面相对应；连接在外壳51中的固定器52上的FED单元53；和压在FED单元53的上表面上的弹性导体54。由金属形成外壳51，将其埋置部分51a埋入图10中的管脚302中，进行固定。固定器52插入外壳51中并焊接。安装在固定器52上的FED单元53的FED53a之结构与图7和8中所示的结构相同。此外，各弹性导体54皆包括埋置部分54b和接触部分54a，连接部分54b牢固地埋入管脚302中，接触部分54a压在与焊盘53b接触的FED单元53的端子53b上。弹性导体54是导电的并由弹性材料制成。尽管图9中只示出了两个弹性导体，但相应于FED单元53的四个端子53b，有四个弹性导体54。因此，弹性导体54用于将电压供给FED53a和固定FED单元53。端子53b中的三个与图8所示的FED53a的阴极42相连，另一个与栅极44相连。因此，通过弹性导体54的外端54c将负电压供给与FED53a的阴极42相连的三个端子，通过外端54c将栅电压供给与栅极44相连的端子。

此外，如图11所示，弹性导体54的埋置部分54b最好与电子枪的电子束轴平行。如果埋置部分54b垂直于电子枪的电子束轴，在埋入管脚的给定宽度的部分中的埋置部分54b之间的距离太小，从而降低连接强度。

按照本实施例的阴极构件，将电源供给FED单元53，其端子与弹性导体54而不是第一实施例中的图5的金属线34相连，因此，不涉及因高压或外部冲击而引起的对FED单元53的损伤，且组装简单。

本实施例的阴极构件以及使用该阴极构件的CRT电子枪的工作与第一

实施例的相同。

按照本发明的阴极构件和CRT电子枪，由于将预定电压加给阴极构件时，便从阴极构件的微尖发射电子，因此，从阴极构件正常发射电子的时间可被缩短。从而在荧光屏上形成图像所需要的时间也被缩短。

此外，利用场效应而不是加热实现了电子发射，防止了因加热，阴极构件的零单元热膨胀而产生的热位移和电子束位置的位移，并降低了加热阴极所需的功率。并且，没有由相应于各阴极的非均匀热传送所引起的电子发射特性的分布。

此外，在彩色CRT的情况下，由于不用加热阴极，没有阴极构件自身以及控制栅和屏栅的热膨胀产生，因此白平衡的稳定时间被减短。

采用本发明的阴极构件的电子枪中，用于电子发射的热子和其支撑件以及控制栅和屏栅都不需要，因此，可使电子枪做得更小，产品的小型化是可能的。

如上所述，阴极构件和使用该阴极构件的电子枪并不限于以上实施例，显然，本领域的技术人员在本发明的范围和实质内仍可进行许多变化。

Claims (14)

1、阴极构件，包括：

外壳；

填充在所述外壳中的绝缘体；

固定地插入所述绝缘体中的多根管脚，管脚的端部从所述绝缘体的上表面延伸；

连接在所述绝缘体上的场致发射器件(FED单元)；和

电连接所述FED单元与所述管脚的端部的金属线。

2、如权利要求1的阴极构件，其特征在于所述FED单元包括：

在衬底上相隔预定距离的三个FED，FED皆包括硅衬底；和

与所述FED电连接的多个端子，以传送由所述金属线提供的电能。

3、如权利要求2的阴极构件，其特征在于有四个端子和四根管脚，所述四个端子中的三个与所述三个FED的阴极相连，另一个端子与所述三个FED的栅极相连。

4、阴极射线管的电子枪，包括：

阴极构件，它具有外壳；填充在所述外壳中的绝缘体；固定地插入所述绝缘体的多根管脚，管脚的端部从所述绝缘体的上表面延伸；连在所述绝缘体上的FED单元；和电连接所述FED单元和所述管脚的端部的金属线；和

聚焦和加速从所述阴极构件发射的电子束的聚焦电极和后加速电极。

5、如权利要求4的电子枪，其特征在于所述FED单元包括：

在衬底上相隔预定距离的三个FED，各FED皆包括硅衬底；

与所述FED电连接的多个端子，以传送由所述金属线提供的电能。

6、如权利要求5的电子枪，其特征在于有四个端子和四根管脚，所述四个端子中的三个与所述三个FED的阴极相连，另一个端子与所述三个FED的栅极相连。

7、阴极构件，包括：

带有埋入电子枪管脚中的埋置部分的外壳；

具有与所述外壳内表面相匹配的外表面的固定器，它插入所述外壳内；

插入所述外壳中并装配在所述固定器上的FED单元；和

弹性导体，具有固定地埋入所述管脚中的埋置部分和弹性地压在所述FED单元的上表面上的接触部分，接触部分与所述FED单元的上表面接触，提供给所述FED单元电能。

8、如权利要求7的阴极构件，其特征在于所述FED单元包括：

衬底；

在所述衬底上相隔预定距离的三个FED；和

与所述FED电连接的多个端子，以传送由所述弹性导体提供的电能。

9、如权利要求8的阴极构件，其特征在于有四个端子，所述四个端子中的三个与所述三个FED的阴极相连，另一个端子与所述三个FED的栅极相连。

10、如权利要求9的阴极构件，其特征在于所述弹性导体还包括用于外部电接触的外端。

11、CRT的电子枪，包括：

阴极构件，它具有带埋入电子枪管脚中的埋置部分的外壳；有与所述外壳内表面相匹配的外表面的固定器，它插入所述外壳内；插入所述外壳中并装配在所述固定器上的FED单元；和弹性导体，它有固定地埋入所述管脚中的埋置部分和弹性地压在所述FED单元的上表面上的接触部分，接触部分与所述FED单元的上表面接触，提供给所述FED单元电能；和

聚焦和加速从所述阴极构件发射的电子速的聚焦电极和后加速电极。

12、如权利要求11的CRT电子枪，其特征在于所述FED单元包括：

衬底；

在所述衬底上相隔预定距离的三个FED；和

与所述FED电连接的多个端子，以传送由所述弹性导体提供的电能。

13、如权利要求12的CRT电子枪，其特征在于有四个端子，所述四个端子中的三个与所述三个FED的阴极相连，另一个端子与所述三个FED的栅极相连。

14、如权利要求13的CRT电子枪，其特征在于所述弹性导体还包括用于与外部电接触的外端。

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