CN1295717A - 沿水平和垂直偏转器具有多种控制和聚焦用电极的场发射阴极射线管 - Google Patents

Abstract

多个场发射阴极(601)产生电子发射,其中,随后使用多种电极(602、603、604)控制和聚焦电子的发射形成电子束。与阴极射线管中所使用的技术相似的水平和垂直偏转技术(分别为605、606),用来扫描单个电子束到荧光显示屏(401)的区域上以产生图像。使用多个场发射阴极可提供比普通阴极射线管更扁平的屏深度。

Description

沿水平和垂直偏转器具有多种控制 和聚焦用电极的场发射阴极射线管

本发明一般涉及显示器，尤其涉及场发射显示器。

目前用于平面显示器的主流是有源矩阵液晶显示器(LCD)。然而，场发射显示器(FED)技术具有替代LCD的潜力，主要是因为它制造成本更低。

场发射显示器基于从冷阴极的电子发射和阴极发光产生光，形成类似于阴极射线管(CRT)的视频图像。场发射显示器是在很多方面与CRT相似的发射显示器。最主要的区别在于电子发射器的类型和数量。CRT中的电子枪从阴极通过热电子发射产生电子(见图1)。根据电子扫描系统的设置，CRT有一个或几个电子枪。发出的电子由电子枪聚焦，并且当电子加速冲向视屏时电磁偏转线圈用于扫描通过涂有荧光物层的荧光屏的电子束。这就要求在偏转线圈和荧光屏之间有较大的距离。CRT观察区域越大，所要求的扫描电子束的深度就越大。

图2示出典型的FED，它具有多个与视屏201上每个像素相关的电子发射器或阴极202。这就不需要控制单个电子束的电磁偏转线圈。结果FED比CRT薄得多。而且，由于发射器在可寻址矩阵中的布置，FED没有传统的与CRT相关的非线性和枕形失真效果的缺点。

然而，FED具有在用来实现FED设计的矩阵可寻址设计中所固有的缺陷。FED需要很多电子发射阴极，且它们是矩阵可寻址的，并且所有的电子发射阴极都必须是非常均匀且有很高的位置密度。在希望的显示器中基本上对每个像素都需要单个场发射器。对于高分辨率和/或大显示器来说，就要求非常大量的这种有效阴极。为形成此种阴极结构，需要有极其复杂的半导体制造工艺来生产大量的Spindt类发射器，同时，为了制造扁平阴极容易，就很难形成高密度。

因此，在该技术领域需要一种改进的FED。

本发明通过降低阴极或场发射器的数量，并通过使用与CRT中相似的电子束形成和偏转技术，解决与矩阵可寻址FED相关的一些问题。因为需要更少的阴极，所以阴极结构更容易制作。使用电子束形成和偏转技术就不需要大量的阴极。而且，电子束形成和偏转技术降低对高密度的阴极结构进行场发射的要求。另外，在任何一个特定的阴极内，当场发射点减少时显示器仍然可操作，因为在特定的阴极内其它的场发射点会继续提供必需的电子束。

多个阴极组成阴极结构。对于每个阴极，电子束聚焦和偏转结构对从每个阴极发射的电子进行聚焦并提供与在CRT中所使用的相似偏转功能。特定的阴极可扫描显示屏上多个像素。可利用软件消除电子束的重叠以使每个阴极产生的图像联合在显示器上形成总体图像。

可使用任何形式的场发射阴极，包括薄膜、Spindt器件、扁平阴极、边缘发射器、表面传导电子发射器等等。

前面已笼统概括本发明的特征和技术优点，以使随后的对本发明的详述更容易被理解。本发明的其它的特征和优点将在后面描述，它们形成本发明权利要求的主题。

为了更充分理解本发明及其优点，现在结合附图进行详细描述，其中：

图1示出现有技术的CRT；

图2示出现有技术的FED；

图3示出使用具有电子束偏转的FED的原理；

图4示出根据本发明设置的显示器的侧视图；

图5示出根据本发明设置的显示器的正视图；

图6示出本发明显示器中一个阴极的横截面视图；

图7示出根据本发明的显示器适配器的详细原理图；

图8示出根据本发明设置的数据处理系统；

图9示出本发明一个实施例的侧视图；以及

图10示出图9实施例的展开图。

在以下描述中，给出大量的具体细节以便对本发明有一个详尽的理解。然而，对于本领域技术人员很显然，即使没有这些特定细节本发明也是可以实现的。另一方面，公知的电路以框图形式示出以免本发明陷于不必要的罗嗦之中。一般来说，省略了涉及时间考虑等的细节，因为这些细节对于充分理解本发明是不必要的，而且对于相关领域普通技术人员是熟知的。

现在参照附图，其中描述的元件没有必要按尺寸示出，并且其中相同或相似的元件在多个视图中采用相同的标号。

本发明把与FED电子束生成相关的技术和优点与CRT偏转技术结合起来。尽管本发明不利用在显示器内每个像素上生成图像的独立阴极，但使用用来通过生成和偏转由多个阴极产生的电子束而在多个像素上生成图像的多个阴极。基本上，使用的阴极越多，显示器就能越扁平。这一点参照图3可看出，其中多个阴极305的每一个都生成电子束302，302被电子束偏转或聚焦器件303偏转。使用这种器件，显示屏301上的多个像素可由一个电子束302来照射。显示屏301上能被一个电子束302覆盖的像素区域用标号为304的圆锥表示。

因为以上讨论的各种优点，FED技术用来生成电子束。使用FED比使用从加热的阴极进行热电子场发射有很多优点。使用这种热电子发射已在美国专利第5436530号中公开。然而，与使用场发射比较时，加热的阴极显示出系统中的功率损失。用于加热阴极的丝本质上是脆弱的(必须使用细线以减小需要的功率)，易于振动和弯曲。振动和弯曲通常通过增加弹簧和小心地控制丝的具体形状来解决。然而，这就需要有更多的制造步骤和成本，并导致更不可靠的设备。而且，从热丝附近产生的热效应会导致结构各部分的膨胀，从而使显示器的电气特性变化。还有，使用冷阴极允许结构可被部分地或整个地制作成集成设备。

图4示出显示器400，其中通过从FED源402生成电子束并偏转而在显示屏401上而产生图像。各种电子束的偏转或聚焦通过电子束偏转器件403来进行。多个圆锥404表示显示屏401上被每个所生成的电子束照射的区域。电子束通过激发显示屏401上的荧光来产生图像。显示的图像可为单色的或彩色的。

图5示出显示屏401的正视图。显示屏401的每个标号为501的区域，代表一个阴极及其相关电子偏转器件产生的图像。使用特殊的软件消除区域501之间的电子束重叠，从而使观察者看不到由虚线表示的边界。这种软件在本申请中不作详细讨论，因为它对于理解本发明并不重要。

图6示出显示设备400中的一个阴极402及其相关的电子聚焦和偏转器件的横截面视图。在基片607上形成阴极601，这种阴极601可包括微尖头(micro-tip)、边缘发射阴极、负电子亲和阴极、金刚石和类金刚石的碳膜或者表面传导电子发射器。

由于分离栅极(extraction grid)602与阴极601之间的势能差，分离栅极602可以从阴极601分离电子。

控制栅极603用于调制电子束电流，又调制光的输出。

用于对电子束聚焦的电子光学部件如图604所示；然而，这可由具有多种施加到其上的势能的多个栅极组成。这些多个栅极在图9和10进一步详述。

水平偏转栅极605和垂直偏转栅极606以与CRT中电磁偏线圈相似的方式工作，把电子束扫描到显示屏401的单个像素上。

图9和10示出本发明的一个实施例，它示出能产生扫描显示屏401上多个观察区域501的多个电子束910的一个阴极组件900。示出的电子束910在阴极601上产生。这些电子束用虚线表示。注意，还有四个电子束从阴极601产生，但为清晰起见，这些电子束未用虚线表示出来。而且，图9和10没有示出用于把各种电极和偏转器彼此分开且与阴极601分开的隔离元件。这些隔离元件可由绝缘材料组成。

压板1004与基片载体902耦合。压板用于提供一种介质，通过该介质，例如通过使用压力夹，可把阴极结构900的所有各种元件连接在一起。阴极基片901位于基片载体902上并用夹子905固定就位。隔离器1005用来在多个不同的电极和偏转器之间形成间隔。对于理解本发明而言，没有必要进一步描述压力板1004和隔离器1005。

连接线904从连接导线903向阴极601提供电势，连接导线903穿过绝缘器906到达阴极结构900的底侧。

在阴极601上形成电子发射点以产生电子，它们进而由在后面进一步描述的各种电极、阳极和偏转器来控制和聚焦。注意，可用某些技术在阴极601的特定位置上定位发射点。

如上所述，分离栅极602协助从阴极601上分离电子，这些电子穿过在分离栅极602上形成的孔。控制栅极603进一步协助控制电子束。

电子聚焦器件可由第一和第二阳极1003和1001、以及聚焦电极1002组成，它们都有自己的施加到其上的偏势能。接着，电子束穿过水平偏转器605和垂直偏转器606中的间隙，偏转器用来以被控制的方式扫描电子束到显示屏401上。

作为一个替代实施例，在图6、9和10中示出的结构的一部分或全部可由使用普通的淀积、蚀刻等微电子制造技术的整体式(或单片)结构来实施。

下面参照图8，它示出协助根据本发明的显示器400的操作的数据处理系统800。

根据本发明，工作站800包括中央处理单元(CPU)810，例如常规的微处理器，以及一些通过系统总线812互联的其它单元。工作站813包括随机存取存储器(RAM)814，只读存储器(ROM)816，用于把外围设备例如磁盘单元820和磁带驱动器840连接到总线812上的输入/输出(I/O)适配器818，用于把键盘824、鼠标826、扬声器828、麦克风832和/或其它的用户界面设备如触摸屏设备(未示出)连接到总线812上的用户界面适配器822、把工作站813连接到数据处理网络的通信适配器834，以及把总线812连接到显示器设备400上的显示适配器700。CPU810可包括此处未示出的其它电路，它包括一般能在微处理器中发现的电路，例如执行单元、总线界面单元、算术逻辑单元等。CPU810还可存在于单个集成电路上。

以下参照图7，它进一步示出显示适配器700的细节。微控制器701利用状态器、硬件和/或软件来操作多个阴极400以便在显示器400的显示区域501上产生图像。一部分电子702用来对聚焦电极604加偏压。水平和垂直偏转电极606和605分别由方框703和704控制。阴极驱动器705操作各种阴极601，而控制栅极603的控制由控制栅极驱动器706来执行。

控制器701以某种方式操作在区域501上产生各种图像，该方式使得在区域501之间没有明显的边界，并且使区域501产生多个独立的图像501或者在整个显示器401上产生组合图像。注意，随着显示区域501的变化，任意结合的组合图像可在显示屏401上显示。

尽管本发明及其优点已经详细描述，但应该理解，只要不偏离在后附权利要求中限定的本发明精神和范围，就可以做各种改变、替换、变更。

Claims (27)

1．一种场发射阴极结构，其中包括：

场发射阴极；

一个或多个可用来形成电场以促进电子从阴极发射的电极；

可用来从发射的电子产生电子束的电子光学部件；以及

可用来把电子束聚焦和偏转成多个矢量的电子束器件。

2．如权利要求1所述的阴极结构，其中阴极包括一个或多个微尖头。

3．如权利要求1所述的阴极结构，其中阴极包括扁平阴极。

4．如权利要求1所述的阴极结构，其中阴极包括低功函数的材料。

5．如权利要求1所述的阴极结构，其中阴极包括表面传导电子发射器。

6．如权利要求1所述的阴极结构，其中阴极包括边缘发射器。

7．如权利要求1所述的阴极结构，其中一个或多个电极包括分离电极和控制栅极。

8．如权利要求1所述的阴极结构，其中电子光学部件包括一个或多个电偏压聚焦阳极。

9．如权利要求1所述的阴极结构，其中电子束器件包括通过矢量扫描电子束的水平和垂直偏转器。

10．一种阴极板，包括多个相邻布置的阴极结构，其中多个阴极结构的每一个都包括：

场发射阴极；

一个或多个可用来形成电场以促进电子从阴极发射的电极；

可用来从发射的电子产生电子束的电子光学部件；以及

可用来把电子束聚焦和偏转成多个矢量的电子束器件。

11．如权利要求10所述的阴极板，其中阴极包括一个或多个微尖头。

12．如权利要求10所述的阴极板，其中阴极包括扁平阴极。

13．如权利要求10所述的阴极板，其中阴极包括低功函数的材料。

14．如权利要求10所述的阴极板，其中阴极包括表面传导电子发射器。

15．如权利要求10所述的阴极板，其中阴极包括边缘发射器。

16．如权利要求10所述的阴极板，其中一个或多个电极包括分离电极和控制栅极。

17．如权利要求10所述的阴极板，其中电子光学部件包括一个或多个电偏压聚焦阳极。

18．如权利要求10所述的阴极板，其中电子束器件包括通过矢量扫描电子束的水平和垂直偏转器。

19．一种显示器，包括：具有荧光层的屏，该屏划分成多个像素；一种包括多个相邻布置的阴极结构的阴极板，其中多个阴极结构的每一个都包括：

场发射阴极；

一个或多个可用来形成电场以促进电子从阴极发射的电极；

可用来从发射的电子产生电子束的电子光学部件；以及

可用来把电子束聚焦和偏转到一部分像素上的电子束器件。

20．如权利要求19所述的显示器，其中阴极包括一个或多个微尖头。

21．如权利要求19所述的显示器，其中阴极包括扁平阴极。

22．如权利要求19所述的显示器，其中阴极包括低功函数的材料。

23．如权利要求19所述的显示器，其中阴极包括表面传导电子发射器。

24．如权利要求19所述的显示器，其中阴极包括边缘发射器。

25．如权利要求19所述的显示器，其中一个或多个电极包括分离电极和控制栅极。

26．如权利要求19所述的显示器，其中电子光学部件包括一个或多个电偏压聚焦阳极。

27．如权利要求19所述的显示器，其中电子束器件包括用来扫描电子束到多个像素区域上的水平和垂直偏转器。

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