CN1679135A - 离子损伤减小的真空显示器 - Google Patents

Abstract

一种真空显示器件，具有：显示屏，用于显示图像信息；和阴极装置，包括用于发射电子的发射体材料。通过电子集中器收集电子，电子集中器重新分配电子，使之成为均匀的电子束(EB)。发射体材料安排在第一表面上，所说的第一表面不包括通过电子集中器的正离子着陆的第一冲击区域。因此，在所说的第一冲击区域上基本上没有任何发射体材料，从而减小了由正离子在阴极装置上引起的损伤。优选地，显示器件在阴极装置和后面板之间具有一个抽吸室，用于从显示器件中清除残余气体。

Description

离子损伤减小的真空显示器

技术领域

本发明涉及真空显示器，包括：

一个显示屏，用于显示图像信息；

阴极装置，包括用于发射电子的发射体材料；和

一个电子集中器，用于收集电子，具有一个出口孔径，用于释放击中显示屏的电子束。

背景技术

例如在未公开的欧洲专利申请01204291.7中描述了这样一种显示器件的实施方案。

在所述的显示器件中，显示屏包括安排成行和列的一系列图像元素(像素)。每个像素对应于一个电子束导引腔，电子束导引腔集中并重新分配由阴极装置发射的电子使之成为一个电子束。这样，在操作中，每个像素都接收一个单独的电子束。

电子束向显示屏加速，因为显示屏加有相当高的阳极电压，例如有5千伏。像素包括发光材料，发光材料在受到加速的电子束轰击时能够发光。通过按照提供给显示器件的图像信息来寻址这些像素，所说的图像信息就可以作为光图像显示在显示屏上。

显示器件在真空条件下操作。然而，在抽真空以后仍旧剩余少量的残余气体。当电子与残余气体原子碰撞时，形成正离子，正离子沿着与电子相反的方向运动。这样，正离子将要向阴极装置运动。这是不期望的，因为正离子在冲击阴极装置时将要损坏阴极装置。

为了承受大气压力，在一般情况下要为抽空的显示器件提供一个屏垫。屏垫定位在通道板和显示屏之间，通道板上设有电子束导引腔。在一般情况下，屏垫是一个垫板，包括一系列小室，一个小室例如对应于单个像素、一行像素、或者一列像素。

所述的显示器件在它的寿命期间图像亮度下降的速率是相当低的。这是因为，击中在阴极装置上的正离子的数目是相当小的。正离子中只有穿过相当小的出口孔径的一部分才能抵达阴极装置。结果，正离子对于阴极装置产生的损伤相当小，阴极装置在显示器件的整个寿命期间的发射性质是相当稳定的。

然而，还期望进一步减小冲击阴极装置的正离子的数目，并且期望进一步减小在阴极装置上引起的损伤。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供如在本文开始段提到的一种真空显示器件，其中可进一步减小轰击在阴极装置上的正离子的数目。

通过按照本发明的独立权利要求1中所述的真空显示器件来实现这个目的。在从属权利要求2-11中限定了另外的有益的实施方案。

这样，按照本发明的真空显示器件的特征在于：在第一表面上安排发射体材料，所说的第一表面不包括用于接收正离子的第一冲击区域，所说的第一冲击区域安排在面对出口孔径的第二表面上，并且包括在所说的第二表面上的出口孔径的一个突起。

在本专利申请中，“第一表面”应该被认为是提供发射体材料的一个表面或者一个表面的一部分。

本发明基于如下的认识：电子集中器的存在可以使阴极装置的设计有很大的自由度。更加具体地说，在选择第一表面的形状和/或取向方面有很大的自由度。

尽管在常规的显示器件中第一表面的形状和/或取向的变化可能会在显示屏上导致一个扰动的电子束斑点，但是这样的扰动在具有电子集中器的显示器件中几乎不会发生。电子集中器收集发射的电子并且在电子束内重新分配它们。这个电子束的形状是通过电子集中器的出口孔径的形状确定的，在重新分配的电子束内电子的能量分布是相当均匀的。

结果，就不再需要包括不间断的并且直接面对显示屏的发射体材料的第一表面，同时在显示屏上仍旧可以获得有足够高质量的电子束斑点。因此，有可能设计阴极装置，以使穿过出口孔径的正离子着陆的第一冲击区域基本上可以没有发射体材料。

在一个优选实施例中，第二表面至少部分地包括第一表面，所说的第一表面封闭第一冲击区域。这样，发射体材料可以面对电子集中器的出口孔径并且包围电子集中器在第二表面上的突起。

优选地，第一表面是环形形状。发射体材料封闭圆形的或者椭圆形的第一冲击区域。

在一个优选实施例中，第一冲击区域至少部分是凹陷的。落在第一冲击区域上的正离子在一般情况下将使来自第二表面的材料发生溅射。这是不期望的，因为在电子集中器内部可能会淀积溅射材料并且在它的内壁上形成一层膜，由此使电子集中器的操作性能变坏。而且，在阴极装置上也可能会淀积溅射材料，因此使阴极装置的操作性能下降。

然而，溅射材料难以从凹陷中逃出。所以，如果第一冲击区域至少是部分凹陷的，绝大多数的溅射材料都要陷入凹陷中，能够从凹陷中逃出并且淀积在电子集中器内的溅射材料的数量都将减小。因此，电子集中器在整个显示器件寿命期间的操作会更加稳定。

优选地，显示器件在电子集中器的发射体一侧包括一个抽吸室，用于清除残余气体。在这种应用中，术语“残余气体”应该被认为是包含在抽真空以后在显示器件内剩余的气体以及在操作期间在显示器件内形成的气体这两者。如果剩余气体的数量减小，则由此形成的正离子的数量也要减小。

在上述的显示器件中，还提供一个抽吸室，不过这个抽吸室定位在显示器件的侧面。按照本发明的这种结构将使抽吸速度增加，因而能更加有效地清除残余气体。这样，在真空显示器内残余气体的数量会尽可能地低。抽吸室应该与显示器件的尽可能多的抽真空部分开通连接，特别是电子集中器和在屏垫板内的各个室。

在显示器件内残余气体的减少是特别重要的，因为这些残余气体还可能会直接损伤阴极装置，例如通过氧化过程。通过应用抽吸室还将减小由于与残余气体直接相互作用而对阴极装置产生损伤的程度。

在一个优选实施例中，第一表面基本上面对抽吸室。这样，通过出口孔径进入电子集中器的正离子不可能抵达发射体材料。虽然电子是沿抽吸室的方向发射的，但是电子可能通过适当的电场进入电子集中器。在电子集中器中，电子混合并重新安排，成为相当均匀的电子束。

例如，第一表面和第二表面可以在一个障碍物的相对的两侧。第二表面接收正离子，而从发射体材料发出的电子沿障碍物的侧面通过和进入电子集中器。

按照另一种方式，第一表面基本上面对出口孔径，并且封闭第一冲击区域。在它的优选实施例中，所说的第一冲击区域设有与抽吸室连接的一个孔径，用于将正离子传送到所说的抽吸室。

在这个实施例中，抽吸室通过这个孔径与显示器件的其它抽真空部分开通连接。这样，残余气体能够有效地抵达抽吸室，并且能够从显示器件特别满意地清除掉。

而且，现在的绝大多数正离子都能穿过这个孔径，落在距阴极装置和电子集中器有相当大距离的抽吸室中。因此，这些离子几乎不会损伤阴极装置，在淀积在电子集中器内部的溅射材料方面，不会存在任何问题。

优选地，抽吸室包括一个第二冲击区域，用于接收正离子，所说的第二冲击区域至少部分是凹陷的。所说的第二冲击区域例如位于抽吸室的后壁。如果第一冲击区域设有孔径，则第二冲击区域最好在抽吸室的后壁包括与所说孔径对应的突起。

具有凹陷的第二冲击区域的优点与具有凹陷的第一冲击区域的优点类似，即，将溅射材料有效地陷入在凹陷内。能够从凹陷中逃脱的溅射材料的数量特别少。在这种情况下，从抽吸室的后壁溅射所说的材料。

在一个优选实施例中，抽吸室包括吸气剂。以此方式清除残余气体特别有效，显示器件的抽吸速度特别高。可以将吸气剂安排成一个膜，覆盖抽吸室的内壁。按照另一种方式，可以只将吸气剂安排在抽吸室的侧面。吸气剂例如可以包括钡(Ba)。

电子集中器最好包括一个电子束导引腔，电子束导引腔设有二次发射材料，它的入口大于出口孔径。在上述的未公开的欧洲专利申请01204291.7中描述了这样一个电子集中器。通过这样一种电子束导引腔的电子迁移过程是基于电子的跳动，电子跳动是一个二次发射过程。

在一般情况下，这样一种电子束导引腔的内表面包括具有二次发射功能的电绝缘材料。当电子轰击内表面时，电子被吸收并且释放二次电子，二次电子向出口孔径加速。对于每个进入腔内的电子，平均来说，通过出口孔径发射一个电子。所说的腔收集来自相当大的入口的电子，并且集中和重新分配这些电子，使之成为通过相当小的出口孔径出射的电子束。

优选地，发射体材料是一种场发射体。场发射体只要求相当低的功率就可以产生足够大数目的电子。而且，使用场发射体材料，容易安排阴极装置，使之具有适合于实现本发明的任何形状。由于场发射体材料对于离子损伤也是相当敏感的，所以与包括场发射体材料的阴极装置结合起来使用本发明是特别有益的。

附图说明

从参照下面描述的实施例，本发明的这些和其它方面将变得显而易见。在附图中：

图1是按照本发明的显示器件的第一优选实施例；

图2更加详细地表示适合于用在显示器件中的阴极装置的一个实施例；

图3是按照本发明的显示器件的第二优选实施例；

图4是按照本发明的显示器件的第三优选实施例。

具体实施方式

显示器件的第一优选实施例具有显示屏130和阴极装置120，显示屏130安排在前面板151的附近，阴极装置120安排在后面板152的附过，用于形成多个电子束EB。显示屏130包括像素135。虽然在图1中所示的显示屏130只有几个像素135，但实际的显示器件的像素数要多得多，如800×600。

每个像素135都设有发光材料，例如磷，当像素受到电子束EB的轰击时，发光材料发光。在彩色显示器件中，涂敷不同的发光材料，每种发光材料对应于红、绿、蓝色中的一种。所说的光通过前面板151射向观察者，观察者从外部观看显示器件。

在显示屏130和阴极装置120之间并且靠近阴极装置120安排一个通道结构110。通道结构110设有电子集中器115。优选地，电子集中器115是基本上成漏斗形的电子束导引腔，电子集中器115还有一个入口116和一个出口孔径117，入口116用于收集阴极装置120发射的电子，出口孔径117用于释放电子束EB。在电子集中器115的内部，使发射的电子重新分布并且集中在电子束EB内，电子束EB具有相当高的束流。

对于每个像素135，通道结构110都具有一个对应的电子集中器115。电子集中器115的内表面118至少部分地涂以电绝缘材料，电绝缘材料对于预定范围的电子冲击能量的二次发射系数δ至少是1，因此当电子冲击所说的电绝缘材料的时候，内壁118能上能够发射二次电子。这就允许电子通过电子集中器115实现所谓的跳动迁移。二次发射材料例如包括氧化镁(MaO)。通道结构110的厚度例如是400微米。

为了实现电子跳动迁移，在电子集中器115的显示屏面对侧提供跳动电极111。在操作中，向跳动电极111加跳动电压，以便在电子集中器115的内部建立一个电场。跳动电压可以具有恒定数值，并且最好可用于控制电子束EB的束流。

在后一种情况下，当跳动电压等于预定阈值跳动电压的时候，电子的跳动迁移开始。通过增加跳动电压，电子束EB的束流增加。最大的跳动电压对应于阴极装置120发射峰值束流的电压。例如，阈值跳动电压在从50伏到200伏的一个范围内，最大跳动电压(大于阈值跳动电压)在从100伏到500伏的一个范围内。

在一般情况下，出口孔径117小于面对阴极装置120的入口116。优选地，入口116与出口孔径117的表面面积之比应该明显大于1，例如应该是5或者20。例如，入口116的直径是600微米，出口孔径117的直径是100微米。这些数值，再结合通道结构110的厚度(这个厚度等于电子集中器115的长度)，可使电子束EB具有足够大的束流以及特别均匀一致的能量分布。

在通道结构110和显示屏130之间安排一个屏垫，与先前描述过的显示器件类似。

在通道结构110和显示屏130之间形成的正离子借助于显示器件内部的电场向通道结构110加速。出口孔径117相当小，因此绝大多数的正离子将冲击通道结构110的显示屏面对的表面。然而，一系列正离子通过出口孔径117并且到达阴极装置120。这些正离子具有相当高的能量，因此在阴极装置120上引起的整个损伤中的一个相当大的部分是由通道结构110和显示屏130之间形成的正离子的碰撞引发的。

为了解决这个问题，阴极装置120在优选实施例中是环形形状，并且封闭了在第二表面104上的第一冲击区域106。在附图中用符号117`表示在第二表面104上出口孔径117的突起。优选地，这个突起117`整个地位于第一冲击区域106的内部。

由于环形形状的阴极装置120，所以通过出口孔径117进入电子集中器115的正离子几乎不能落在所说的阴极装置120上。因而，减小了正离子与阴极装置120的碰撞的数目，并且改善了在显示器件的整个寿命期间的图像亮度。

有益地，第一冲击区域包括如图所示的凹陷108。更加有益地，第二表面104在出口孔径117的突起117`的位置是凹陷的。由冲击的正离子引起的从第二表面溅射的材料绝大多数仍旧保存在凹陷108内，不可能污染电子集中器115或场发射体材料224。

图2更加详细地表示适合于用在按照本发明的显示器件内的阴极装置220的剖面图。

阴极装置220包括设置在第一表面202上的阴极电极222和设置在阴极电极222上的场发射体材料224。场发射体材料224设置在电阻层226中的孔225内，所说的电阻层涂敷有栅极电极228。在附图中，所示的场发射体材料224由微型尖端发射体组成，但还可应用任何其它场发射体材料取而代之，如碳纳米管或石墨发射粒子。

通过在阴极电极222和栅极电极228之间施加一个电压差，就可激励场发射体材料224发射电子。这个电压差可能相当低，例如100伏的电压差足以获得束流为20微安的电子束EB。

在图3中表示按照本发明的显示器件的另一个优选实施例。在这个实施例中，形成显示屏330和用于保持电子集中器315的通道结构310的方式与前一个实施例相似。

在这个实施例中，在后面板352和通道结构310之间存在抽吸室340。抽吸室340沿垂直于图面的方向从显示器件的一侧延伸到对侧。抽吸室的功能是排除在抽真空后仍旧留在显示器件内的残余气体。这是有益的，因为减小了在阴极电极320上引起的损伤。因为残余气体压力较低，所以形成较少的正离子，并且减小了直接的相互作用过程，如阴极氧化。

包括阴极装置320的第一表面302面对抽吸室340。这样，阴极装置320就朝向显示器件的后面板352，而不是朝向显示屏330。第二表面304面对电子集中器315。第一冲击区域306包括在第二表面304上的出口孔径317的突起317`，第一冲击区域306最好是凹陷的。

沿抽吸室340的方向发射所发出的电子，但是借助于电场使所发出的电子发生偏转并进入电子集中器315内。最好通过适当地设定跳动电压来产生所说的电场。阈值跳动电压和最大跳动电压可以等于第一实施例中的对应的电压，或者可以使这些电压中的每一个都增加(例如)50伏或者100伏。

在这个特定的实施例中，两个相邻的电子集中器315共享一个阴极装置320。优选地，相邻的电子集中器315的跳动电极311是可以逐个寻址的，以使离开相邻电子集中器315的电子束的束流可以独立地修改。

以上的两个实施例的主要结果只是减小了离子损伤。在第二实施例中，抽吸速度的增加不足以明显减小直接相互作用效应。因此，在如图4所示的第三优选实施例中，极大地增加了抽吸速度，更加有效地清除了残余气体。同时，离子损伤可以与其它实施例中的离子损伤类似。

显示器件的第三实施例与第一实施例差不多，具体来说，显示屏430和用于保持电子集中器415的通道结构410的形成方式类似。包括阴极装置420的第一表面402面对显示屏430，并且安排在电子集中器415的附近。阴极装置420的形状与第一实施例相似，例如阴极装置420是环形形状，封闭第一冲击区域406。

抽吸室440设在阴极装置420和后面板452之间。在第二表面404上面对电子集中器415的第一冲击区域406现在设有一个孔408。通过电子集中器415的出口孔径417的正离子现在进一步穿过孔408进入抽吸室440。

抽吸室440经过孔408与显示器件中其它的抽空空间(如电子集中器415、在通道结构410和显示屏430之间的空间)开通连接。以此方式，在器件操作期间产生的气体可能会穿过孔408进入抽吸室440，从抽吸室440将所说的气体清除。

抽吸室440可在它的边缘即显示器件的侧面提供吸气剂。

然而，优选的作法是，抽吸室440的壁上设有由吸气剂如钡(Ba)材料构成的膜442。在这种情况下，抽吸表面相当大，并且气体只需运动一个很短的距离就可以抵达吸气剂。这些效果导致在这个实施例中抽吸速度的极大增加。

穿过孔408的正离子现在落在第二冲击区域446，第二冲击区域包括在后壁452上的孔408的突起408`。第二冲击区域446是凹陷的，并且基本上没有由吸气剂材料覆盖。如果没有凹陷，吸气剂材料就可能由正离子溅射并且重新淀积在阴极装置420上或者淀积在电子集中器415内。这可能对显示器件的操作产生不利的影响。

在开始时提供的吸气剂材料例如是线444的形式。在显示器件的制造期间，可能发生一个所谓的闪光步骤，借此来激励吸气剂材料，并且将吸气剂材料淀积在抽吸室440的内壁上。通过将线444加热到足够高的温度可以激励吸气剂材料，由此使吸气剂材料蒸发并作为膜42淀积在内壁上。

抽吸室440可以是单个的室，覆盖的表面积与显示屏430基本上相同。然而，在抽吸室440内，通常需要一个内部真空支撑。

附图是示意的，没有绘出标度。虽然结合优选实施例已经描述了本发明，然而应该理解，不应该认为本发明只限于优选实施例。相反，本发明包括落在所附的权利要求书的范围内的、可能由本领域的普通技术人员作出的所有的变化。

总之，本发明涉及一种显示器件，所说的显示器件具有用于显示图像信息的显示屏和包括用于发射电子的发射体材料的阴极装置。发射的电子由电子集中器收集，电子集中器在均匀的电子束(EB)内重新分配电子。发射体材料安排在除了第一冲击区域的第一表面上，穿过电子集中器的正离子落在第一冲击区域上。因此，在第一冲击区域基本上没有任何发射体材料，所以可以减小由正离子在阴极装置上引起的损伤。优选地，显示器件在阴极装置和后面板之间有一个抽吸室，用于从显示器件中清除残余气体。

Claims (11)

1.一种真空显示器件，包括：

显示屏(130)，用于显示图像信息；

阴极装置(120)，包括用于发射电子的发射体材料(224)；和

电子集中器(115)，用于收集电子，具有出口孔径(117)，用于释放射在显示屏(130)上的电子束(EB)，

其特征在于：在第一表面(102)上安排有发射体材料(224)，所说的第一表面(102)不包括用于接收正离子的第一冲击区域(106)，所说的第一冲击区域(106)安排在面对出口孔径(117)的第二表面(102)上，并且包括在所说的第二表面(104)上的出口孔径(117)的一个突起(117`)。

2.根据权利要求1所述的显示器件，其特征在于：第二表面(104)至少部分地包括第一表面(102)，所说的第一表面(102)封闭第一冲击区域(106)。

3.根据权利要求2所述的显示器件，其特征在于：第一表面(102)是环形形状。

4.根据权利要求1所述的显示器件，其特征在于：第一冲击区域(106)至少部分是凹陷的。

5.根据权利要求1所述的显示器件，其特征在于：显示器件在电子集中器(315)的发射体一侧包括一个抽吸室(340)，用于清除残余气体。

6.根据权利要求5所述的显示器件，其特征在于：

第一表面(302)基本上面对抽吸室(340)。

7.根据权利要求2和5所述的显示器件，其特征在于：第一冲击区域(406)设有一个孔(408)，孔(408)与抽吸室(440)相连，用于将正离子传送到所说的抽吸室(440)。

8.根据权利要求5或6所述的显示器件，其特征在于：抽吸室(440)包括第二冲击区域(408)，用于接收正离子，所说的第二冲击区域(408)至少部分是凹陷的。

9.根据权利要求5所述的显示器件，其特征在于：抽吸室(440)包括吸气剂。

10.根据权利要求1所述的显示器件，其特征在于：电子集中器(115)包括一个电子束导引腔，电子束导引腔设有二次发射材料，它的入口(116)大于出口孔径(117)。

11.根据权利要求1所述的显示器件，其特征在于：发射体材料(224)包括一种场发射体。