DE69525980T2

DE69525980T2 - Elektronenquelle

Info

Publication number: DE69525980T2
Application number: DE69525980T
Authority: DE
Inventors: John Beeteson; Andrew Knox
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1995-08-25
Filing date: 1995-12-27
Publication date: 2003-01-09
Anticipated expiration: 2015-12-28
Also published as: GB2304987A; KR19990035786A; GB2304985B; US5917277A; JPH10511217A; GB9800718D0; GB2304986B; JP3185984B2; GB9605209D0; GB9604750D0; EP0846331A1; GB2304985A; GB2304988A; GB9524613D0; GB2304986A; GB9604991D0; KR100352085B1; GB9517465D0; WO1997008726A1; GB2304981A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Magnetmatrix- Elektronenquelle.
Eine Magnetmatrix-Elektronenquelle der vorliegenden Erfindung ist insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, nützlich bei Anzeigeanwendungen, insbesondere Anzeigeanwendungen mit Flachbildschirm. Zu solchen Anwendungen gehören Fernsehgeräte und visuelle Anzeigeeinheiten für Computer, insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, tragbare Computer, Personal Organizer, Kommunikationseinrichtungen und dergleichen. Anzeigeeinheiten mit Flachbildschirm auf der Grundlage einer Magnetmatrix-Elektronenquelle der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden als Magnetmatrixanzeigen (Magnetic Matrix Displays) bezeichnet.
Die Herstellung herkömmlicher Anzeigen mit Flachbildschirm, beispielsweise Flüssigkristall-Anzeigefelder und Feldemissionsanzeigen, ist kompliziert, da der Anteil von Halbleitern, empfindlichen Materialien und engen Toleranzbereichen bei der Herstellung verhältnismäßig groß ist.
JP-A-60 093 742 beschreibt eine Elektronenquelle, die ein Katodenmittel und einen Dauermagneten umfasst, der von einer Vielzahl von Kanälen durchdrungen ist, die sich zwischen entgegengesetzten Polen des Magneten erstrecken, wobei jeder Kanal vom Katodenmittel empfangene Elektronen zu einem Elektronenstrahl formt, der in Richtung eines Ziels gelenkt wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird nun eine Elektronenquelle bereitgestellt, die ein Katodenmittel und einen Dauermagneten umfasst, der von einer Vielzahl von Kanälen durchdrungen ist, die sich zwischen entgegengesetzten Polen des Magneten erstrecken, wobei in jedem Kanal ein Magnetfeld auf Elektronen wirkt, die zur Leitung in Richtung eines Ziels vom Katodenmittel empfangen werden. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Dauermagnet ein elektrisch nichtleitender Block ist, jeder der Kanäle eine Länge hat, die größer als seine Breite ist, das Magnetfeld so wirkt, dass die empfangenen Elektronen gebündelt werden, und die Elektronenquelle ein Gitterelektrodenmittel umfasst, das zwischen dem Katodenmittel und dem Magnetblock angeordnet ist, um verschiedene der Kanäle selektiv zu adressieren, um den Elektronenfluss vom Katodenmittel durch die selektiv adressierten Kanäle in Richtung des Ziels zu steuern.
Die Kanallänge ist mindestens fünfundzwanzigmal so groß wie die Kanalbreite.
Die Kanäle werden im Magneten vorzugsweise in einer zweidimensionalen Anordnung von Zeilen und Spalten angeordnet.
Vorzugsweise umfasst das Gitterelektrodenmittel eine Vielzahl von parallelen Zeilenleitern und eine Vielzahl von parallelen Spaltenleitern, die senkrecht zu den Zeilenleitern angeordnet sind, wobei sich jeder Kanal an einem anderen Schnittpunkt eines Zeilenleiters und eines Spaltenleiters befindet.
Das Gitterelektrodenmittel kann auf der Oberfläche des Katodenmittels gegenüber dem Magneten angeordnet sein. Alternativ kann das Gitterelektrodenmittel auf der Oberfläche des Magneten gegenüber dem Katodenmittel angeordnet sein.
Das Katodenmittel kann eine Kaltemissionseinheit (cold emission device) sein, beispielsweise eine Feldemissionseinheit. Alternativ kann das Katodenmittel eine Fotokatode umfassen. In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann die Katode eine thermische Emissionseinheit (thermionic emission device) umfassen.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hat jeder Kanal einen Querschnitt, der sich hinsichtlich der Form und/oder des Bereichs seiner Länge nach ändert. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung läuft jeder Kanal spitz zu, wobei das Ende des Kanals den größten Oberflächenbereich gegenüber dem Katodenmittel aufweist.
Der Magnet umfasst vorzugsweise Ferrit. In einigen bevorzugten Ausführungen der vorliegenden Erfindung kann der Magnet Keramikmaterial umfassen. In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann der Magnet außerdem ein Bindemittel (binder) umfassen. Das Bindemittel kann organisch oder anorganisch sein. Vorzugsweise umfasst das Bindemittel Siliciumdioxid.
In bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Etfindung ist der Kanal im Querschnitt vierseitig. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Querschnitt quadratisch oder rechteckig. Die Ecken und Kanten jedes Kanals sind vorzugsweise gerundet.
Der Magnet kann einen Stapel von durchlöcherten Schichten umfassen, wobei die Perforationen in jeder Schicht mit den Perforationen in einer angrenzenden Schicht ausgerichtet sind, um den Kanal durch den Stapel fortzusetzen, wobei der Stapel so angeordnet ist, dass gleiche Pole der Schichten einander gegenüber liegen. Zwischen den Schichten können Abstandhalter eingefügt werden, um dem Stapel einen verbesserten Linseneffekt zu geben.
Auf mindestens eine Oberfläche des Magneten kann eine Isolierschicht aufgebracht werden, um Überschläge (flashovers) zu verringern.
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können ein Anodenmittel umfassen, das auf der von der Katode abgewandten Oberfläche des Magneten angeordnet ist, um Elektronen durch die Kanäle zu beschleunigen.
Das AnodenmitteL kann vorzugsweise eine Vielzahl von Anoden umfassen, die sich parallel zu den Spalten von Kanälen erstrecken, wobei die Anoden Paare von Anoden umfassen, die jeweils einer anderen Spalte von Kanälen entsprechen, wobei jedes Paar eine erste Anode bzw. eine zweite Anode umfasst, die sich entlang gegenüberliegenden Seiten der entsprechenden Spalte von Anoden erstrecken, wobei die ersten Anoden miteinander verbunden sind und die zweiten Anoden miteinander verbunden sind. Vorzugsweise umgeben die Anoden teilweise die Kanäle.
Besonders bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfassen ein Mittel zum Anlegen einer Ablenkspannung an den ersten und zweiten Anoden, um aus den Kanälen kommende Elektronenstrahlen abzulenken.
Unter einem anderen Aspekt betrachtet, stellt die vorliegende Erfindung eine Anzeigeeinheit bereit, die Folgendes umfasst: eine Elektronenquelle der hierin zuvor beschriebenen Art; einen Bildschirm zum Empfangen von Elektronen aus der Elektronenquelle, wobei der Bildschirm einen Phosphorüberzug gegenüber der von der Katode abgewandten Seite des Magneten aufweist; und Mittel zum Senden von Steuersignalen zum Gitterelektrodenmittel und zum Anodenmittel, um den Elektronenfluss von der Katode über die Kanäle zum Phosphorüberzug selektiv zu steuern, um ein Bild auf dem Bildschirm zu erzeugen.
Unter noch einem anderen Aspekt betrachtet, stellt die vorliegende Erfindung eine Anzeigeeinheit bereit, die Folgendes umfasst: eine Elektronenquelle der hierin zuvor beschriebenen Art; einen Bildschirm zum Empfangen von Elektronen aus der Elektronenquelle, wobei der Bildschirm einen Phosphorüberzug gegenüber der von der Katode abgewandten Seite des Magneten aufweist, wobei der Phosphorüberzug eine Vielzahl von Gruppen von verschiedenen Leuchtstoffen umfasst, wobei die Gruppen in einem sich wiederholenden Muster angeordnet sind, wobei jede Gruppe einem anderen Kanal entspricht; Mittel zum Senden von Steuersignalen zum Gitterelektrodenmittel und zum Anodenmittel, um den Elektronenfluss von der Katode über die Kanäle zum Phosphorüberzug selektiv zu steuern; und Ablenkmittel (deflection means) zum Senden von Ablenksignalen zum Anodenmittel, um aus den Kanälen kommende Elektrone n sequenziell zu verschiedenen der Leuchtstoffe für den Phosphorüberzug zu adressieren, wodurch ein Farbbild auf dem Bildschirm erzeugt wird. Die Leuchtstoffe umfassen vorzugsweise rote, grüne und blaue Leuchtstoffe.
Das Ablenkmittel ist vorzugsweise so angeordnet, dass es aus den Kanälen kommende Elektronen zu verschiedenen der Leuchtstoffe in der sich wiederholenden Folge Rot, Grün, Rot, Blau usw. adressiert. Alternativ kann das Ablenkmittel so angeordnet werden, dass es aus den Kanälen kommende Elektronen zu verschiedenen der Leuchtstoffe in der sich wiederholenden Folge Rot, Grün, Rot, Blau usw. adressiert.
Bevorzugte Beispiele von Anzeigeeinheiten der vorliegenden Erfindung umfassen eine letzte Anodenschicht, die auf dem Phosphorüberzug angeordnet ist.
Der Bildschirm kann in mindestens einer Richtung gekrümmt sein, und jede Zwischenverbindung zwischen angrenzenden ersten Anoden und zwischen angrenzenden zweiten Anoden umfasst ein Widerstandselement.
Besonders bevorzugte Beispiele von Anzeigeeinheiten umfassen Mittel zum dynamischen Ändern eines an das Anodenmittel angelegten Gleichspannungspegels, um aus den Kanälen kommende Elektronen mit dem Phosphorüberzug auf dem Bildschirm auszurichten.
Einige Bespiele der Anzeigeeinheiten der vorliegenden Erfindung können eine an den Phosphorüberzug angrenzende Aluminiumrückschicht (aluminium backing) umfassen.
Es wird verstanden, dass sich die vorliegende Erfindung auf ein Computersystem erstreckt, das Folgendes umfasst: Speichermittel; Datenübertragungsmittel zum Übertragen von Daten zu und vom Speichermittel; Prozessormittel zum Verarbeiten von im Speichermittel gespeicherten Daten; und eine Anzeigeeinheit, die die hierin zuvor beschriebene Elektronenquelle umfasst, um vom Prozessormittel verarbeitete Daten anzuzeigen.
Des Weiteren wird verstanden, dass sich die vorliegende Erfindung auf einen Druckkopf (print-head) erstreckt, der eine Elektronenquelle umfasst, wie sie hierin zuvor beschrieben wurde. Außerdem wird noch verstanden, dass sich die vorliegende Erfindung auf eine Vorrichtung zur Dokumentenverarbeitung erstreckt, die einen solchen Druckkopf zusammen mit einem Mittel zum Senden von Daten zum Druckkopf umfasst, um einen gedruckten Eintrag in Abhängigkeit von den Daten zu erzeugen.
Unter einem weiteren Aspekt betrachtet, stellt die vorliegende Erfindung eine Triodeneinheit bereit, die Folgendes umfasst: ein Katodenmittel; einen Dauermagneten, der von einer Vielzahl von Kanälen durchdrungen ist, die sich zwischen entgegengesetzten Polen des Magneten erstrecken, wobei jeder Kanal vom Katodenmittel empfangene Elektronen zu einem Elektronenstrahl formt; ein Gitterelektrodenmittel, das zwischen dem Katodenmittel und dem Magneten angeordnet ist, um den Elektronenfluss vom Katodenmittel in die Kanäle zu steuern; und ein Anodenmittel, das auf der von der Katode abgewandten Oberfläche des Magneten angeordnet ist, um Elektronen durch die Kanäle zu beschleunigen.
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun lediglich beispielhaft mit Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
Fig. 1 Explosions-Darstellung der Anzeigevorrichtung der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 2A eine Querschnittansicht durch einen Schacht einer Elektronenquelle der vorliegenden Erfindung ist, um die Magnetfeldausrichtung zu zeigen;
Fig. 2B eine Querschnittansicht durch einen Schacht einer Elektronenquelle der vorliegenden Erfindung ist, um die Ausrichtung des elektrischen Feldes zu zeigen;
Fig. 3 eine isometrische Ansicht eines Schachtes einer Elektronenquelle der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 4A eine Draufsicht eines Schachtes einer Elektronenquelle der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 4B eine Draufsicht einer Vielzahl von Schächten einer Elektronenquelle der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 5 ein Querschnitt eines Stapels von Magneten einer Elektronenquelle der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 6A eine vereinfachte Seitenansicht eines Schachtes einer Elektronenquelle der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 6B eine andere vereinfachte Seitenansicht eines Schachtes einer Elektronenquelle der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 7A eine Draufsicht einer Druckgießform (die) zur Herstellung eines Magneten für eine Elektronenquelle der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 7B eine isometrische Ansicht eines Stiftes (pin) der Druckgießform ist;
Fig. 8 ein Querschnitt einer Vorrichtung zur Herstellung eines Magneten für eine Elektronenquelle der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 9A eine Seitenansicht einer alternativen Druckgießform zur Herstellung eines Magneten für eine
Elektronenquelle der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 9B eine isometrische Ansicht eines Elementes der alternativen Druckgießform ist;
Fig. 10A eine Draufsicht einer Anzeige der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 105 ein Querschnitt durch die Anzeige von Fig. 10A ist;
Fig. 11 eine Darstellung eines Adressiersystems für eine Anzeige der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 12 ein Zeitdiagramm ist, das dem Adressiersystem von Fig. 11 entspricht;
Fig. 13 ein Querschnitt durch einer Anzeige der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 14A eine Draufsicht einer herkömmlichen Bildelementstruktur ist;
Fig. 14B eine Draufsicht einer Bildelementstruktur der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 14C ein Primärfarbenbild ist, das von der herkömmlichen Bildelementstruktur von Fig. 14A erzeugt wird;
Fig. 14D das Bild von Fig. 14C ist, wenn es von der Bildelementstruktur von Fig. 14B erzeugt wird;
Fig. 14E eine Sekundärfarbenzeile ist, die von der Bildelementstruktur von Fig. 14B erzeugt wird;
Fig. 14F die Zeile von Fig. 14E ist, wenn sie von der herkömmlichen Bildelementstruktur von Fig. 14A erzeugt wird.
Mit Bezugnahme auf Fig. 1 umfasst eine Magnetmatrix- Farbanzeige der vorliegenden Erfindung als Erstes Folgendes: eine erste Glasplatte 10, die eine Katode 20 trägt, und eine zweite Glasplatte 90, die einen Überzug von gegenüber der Katode 20 sequenziell angeordneten roten, grünen und blauen Phosphorstreifen 80 trägt. Die Leuchtstoffe sind vorzugsweise Hochspannungsleuchtstoffe (high voltage phosphors). Eine letzte Anodenschicht (nicht gezeigt) ist auf dem Phosphorüberzug 80 angeordnet. Ein Dauermagnet 60 ist zwischen den Glasplatten 90 und 10 angeordnet. Der Magnet wird von einer zweidimensionalen Matrix von Perforationen oder "Bildelementschächten" ("pixel wells") 70 durchdrungen. Auf der Oberfläche des Magneten gegenüber den Leuchtstoffen 80 ist eine Anordnung von Anoden 50 angeordnet. Für die Erläuterung der Funktionsweise der Anzeige wird diese Oberfläche als Oberseite des Magneten 60 bezeichnet. Jeder Spalte der Matrix von Bildelementschächten 70 ist ein Paar von Anoden 50 zugeordnet. Die Anode jedes Paares erstreckt sich entlang gegenüberliegenden Seiten der entsprechenden Spalte von Bildelementschächten 70. Ein Steuergitter (control grid) 40 ist auf der Oberfläche des Magneten gegenüber der Katode 20 angeordnet. Für die Erläuterung der Funktionsweise der Anzeige wird diese Oberfläche als Unterseite des Magneten 60 bezeichnet. Das Steuergitter 40 umfasst eine erste Gruppe von parallelen Steuergitterleitern, die sich in einer Spaltenrichtung über die Magnetoberfläche erstrecken, und eine zweite Gruppe von parallelen Steuergitterleitern, die sich in einer Zeilenrichtung über die Magnetoberfläche erstrecken, so dass sich jeder Bildelementschacht 70 am Schnittpunkt einer anderen Kombination eines Zeilengitterleiters und eines Spaltengitterleiters befindet. Wie an späterer Stelle beschrieben wird, werden die Platten 10 und 90 und der Magnet 60 zusammengefügt, versiegelt, und anschließend wird das Ganze evakuiert. Im Betrieb werden Elektronen von der Katode abgelöst und in Richtung des Steuergitters 40 angezogen. Das Steuergitter 40 stellt einen Zeilen-/Spaltenmatrix- Adressiermechanismus für den selektiven Durchlass von Elektronen in jeden Bildelementschacht 70 bereit. Elektronen fließen durch das Gitter 40 in einen adressierten Bildelementschacht 70. In jedem Bildelementschacht 70 ist ein intensives Magnetfeld vorhanden. Das Paar von Anoden 50 am Anfang des Bildelementschachtes 70 beschleunigt die Elektronen durch den Bildelementschacht 70 und stellt seine selektive Seitwärtsablenkung des herauskommenden Elektronenstrahls 30 bereit. Der Elektronenstrahl 30 wird sodann in Richtung einer Anode mit höherer Spannung beschleunigt, die auf der Glasplatte 90 angeordnet ist, um einen Elektronenstrahl 30 mit hoher Geschwindigkeit zu erzeugen, der ausreichend Energie aufweist, um die Anode zu durchdringen und die tiefer liegenden Leuchtstoffe 80 zu erreichen, was zu einer Ionenlichtaussendung (ion light output) führt. Die Anode mit der höheren Spannung kann normalerweise bei 10 kV gehalten werden.
Es folgt eine Beschreibung der physikalischen Grundlagen der Einheit, die einer Einheit der vorliegenden Erfindung zugeordnet werden, in der die folgenden Größen und Gleichungen verwendet werden:
Ladung eines Elektrons: 1,6 · 10&supmin;¹&sup9; C
Energie von 1 Elektronvolt: 1,6 · 10&supmin;&sup9; J
Ruhemasse von 1 Elektron: 9,108 · 10&supmin;³¹ kg
Elektronengeschwindigkeit: v = (2eV/m)1/2 m/s
Kinetische Energie eines Elektrons: mv²/2
Elektronenimpuls: mv
Zyklotronfrequenz: f = qB/(2·pi·m) Hz
Fig. 2A zeigt eine vereinfachte Darstellung von Magnetfeldern mit zugeordneten Bahnen von Elektronen (electron trajectories), die den Bildelementschacht 70 durchlaufen. Fig. 2B zeigt eine Darstellung von elektrostatischen Feldern mit zugeordneten Bahnen von Elektronen, die den Bildelementschacht 70 durchlaufen. Zwischen der Oberseite und der Unterseite des Magneten 60 wird ein elektrostatisches Potential angelegt, was dazu führt, dass Elektronen durch das bei 100 gezeigte Magnetfeld angezogen werden. Die Katode 20 kann eine Glühkatode oder eine Feldemissions- Kontaktspitzenanordnung (field emission tip array) oder eine andere herkömmliche Elektronenquelle sein.
Im unteren Teil des Magnetfeldes 100 am Eingang zum Bildelementschacht 70 ist die Elektronengeschwindigkeit verhältnismäßig niedrig (1 eV über der Katodenarbeitsfunktion stellt eine Elektronengeschwindigkeit von etwa 6 · 10&sup5; m/s dar). Elektronen 30' in diesem Bereich bilden eine Wolke, wobei sich jedes Elektron in seine eigene willkürliche Richtung bewegt. Wenn die Elektronen vom elektrostatischen Feld angezogen werden, steigt ihre vertikale Geschwindigkeit. Falls sich ein Elektron in genau dieselbe Richtung wie das Magnetfeld 100 bewegt, wird keine Querkraft (lateral force) auf dieses ausgeübt. Das Elektron bewegt sich daher durch das Vakuum, indem es den elektrischen Feldlinien folgt. Im allgemeineren Fall ist die Richtung des Elektrons jedoch nicht gleich der Richtung des Magnetfeldes.
Mit Bezugnahme auf Fig. 2B ist die magnetische Kraft auf ein sich bewegendes Elektron sowohl senkrecht zum Magnetfeld als auch zur Geschwindigkeit des Elektrons (F = e(E + v · B)). Lediglich im Falle eines einheitlichen Magnetfeldes beschreibt das Elektron folglich eine Kreisbahn. Wenn das Elektron jedoch außerdem durch ein elektrisches Feld beschleunigt wird, wird die Bahn spiralförmig, wobei der Durchmesser der Spirale von der Magnetfeldstärke und der Geschwindigkeit der Elektronen x,y gesteuert wird. Die Periodizität der Spirale wird von der vertikalen Geschwindigkeit der Elektronen gesteuert. Eine gute Analogie dieses Verhaltens ist diejenige eines Korkens in einem Wasserwirbel oder von Staub in einem Tornado.
Es wird vorgeschlagen, dass ein Elektron mit einer dreidimensionalen Geschwindigkeit v in das Magnetfeld 100 gelangt. Es gibt von null verschiedene x-, y- und z- Geschwindigkeitskomponenten, wobei x und y sich in der Ebene des Magneten 60 befinden und z aufwärts durch den Magneten 60 verläuft. Es wird vorausgesetzt, dass die Geschwindigkeit in der Ebene Vx,y 6 · 10&sup5; m/s beträgt.
Der Radius der Spirale in der xy-Ebene ist gegeben durch r = mv/gS. Unter der Voraussetzung einer Magnetfeldstärke von B = 0,5 T im Zentrum des Schachtes 70 beträgt der Radius der Spirale etwa 6,8 · 106 m. Am Anfang des Schachtes 70 ist die Feldstärke auf B/2 abgefallen, wodurch der Radius verdoppelt wird. Der Radius der Spirale steigt weiterhin an, da sich das Elektron vom Schacht 70 weg in Richtung des Phosphors 80 bewegt. Die Magnetfeldstärke kann auf der Oberfläche des Magneten 60 schnell abfallen, wodurch bewirkt wird, dass der Elektronenstrahl 30 divergierend wird. Die Beschleunigung der Elektronen in Richtung der letzten Anode dämpft diesen Effekt jedoch.
Zusammengefasst treten Elektronen an der Unterseite des Magneten 60 in ein Magnetfeld B 100 ein, werden durch den Schacht 70 im Magnet 60 beschleunigt und treten an der Oberseite des Magneten 60 in einem schmalen, aber divergierenden Strahl aus.
Indem nun die Anzeige als Ganzes anstelle eines einzelnen Bildelementes betrachtet wird, so wird das in Fig. 2 gezeigte Magnetfeld von einem Kanal oder Bildelementschacht 70 durch einen Dauermagneten 60 gebildet. Jedes Bildelement erfordert einen gesonderten Bildelementschacht 70. Der Magnet 60 hat die Größe des Anzeigebereichs und ist von einer Vielzahl von Bildelementschächten 70 durchdrungen.
Mit Bezugnahme auf Fig. 3 ist nun die Magnetfeldstärke im Schacht 70 verhältnismäßig hoch; die einzige Bahn für die Schließung der Feldlinien (flux lines) befindet sich am Rand des Magneten 60 oder durch die Schächte 70. Die Schächte 70 können spitz zulaufen, wobei das schmale Ende an die Katode 20 angrenzt. In diesem Bereich ist das Magnetfeld am stärksten und die Elektronengeschwindigkeit am niedrigsten. Folglich wird eine wirksame Elektronenansammlung erhalten.
Mit erneuter Bezugnahme auf Fig. 2B wird der Elektronenstrahl 30 als in ein elektrostatisches Feld E eintretend gezeigt. Wenn sich ein Elektron im Strahl durch das Feld bewegt, gewinnt es Geschwindigkeit und Impuls. Die Bedeutung dieser Steigerung des Elektronenimpulses wird kurz erläutert. Wenn sich das Elektron der Oberseite des Magneten 60 nähert, tritt es in einen Bereich ein, der von Ablenkanoden 50 beeinflusst wird. Unter der Voraussetzung einer Anodenspannung von 1 kV und einer Katodenspannung von 0 V, beträgt die Elektronengeschwindigkeit an dieser Stelle 1,875 · 102 m/s oder etwa 6% der Lichtgeschwindigkeit. An der letzten Anode beträgt die Elektronengeschwindigkeit 5,93 · 10&sup7; m/s oder 0,2 c, da das Elektron sich durch 10 kV bewegt hat. Die Anoden 51 und 52 auf jeder Seite des Ausgangs vom Bildelementschacht 70 können einzeln gesteuert werden. Mit Bezugnahme auf die Fig. 4A und 4B werden die Anoden 51 und 52 nun im Interesse einer einfacheren Herstellung vorzugsweise in einer Kammkonfiguration (comb configuration) angeordnet. Die Anoden 51 und 52 sind durch Isolierbereiche 53 vom Schacht 70 und vom Gitter 40 getrennt. Es gibt die folgenden vier möglichen Zustände für die Anoden 51 und 52.
1. Die Anode 51 ist AUS; die Anode 52 ist AUS: In diesem Fall gibt es keine Beschleunigungsspannung Va zwischen der Katode 20 und den Anoden 51 und 52. Dieser Zustand wird im normalen Betrieb der Anzeige nicht verwendet.
2. Die Anode 51 ist EIN; die Anode 52 ist EIN: In diesem Fall gibt es eine Beschleunigungsspannung Va symmetrisch über den Elektronenstrahl. Die Elektronenbahn ist unverändert. Wenn die Elektronen den Bereich der Steueranode verlassen, bewegen sie sich weiter, bis sie auf den grünen Phosphor treffen.
3. Die Anode 51 ist AUS; die Anode 52 ist EIN: In diesem Fall gibt es eine asymmetrische Steueranodenspannung Vd. Die Elektronen werden in Richtung der spannungführenden Anode 52 angezogen (die noch immer eine Beschleunigungsspannung in Bezug auf die Katode 20 bereitstellt). Der Elektronenstrahl wird folglich in Richtung des roten Phosphors elektrostatisch abgelenkt.
4. Die Anode 51 ist EIN; die Anode 52 ist AUS: Dies ist das Gegenteil zu 3. oben. In diesem Fall wird der Elektronenstrahl in Richtung des blauen Phosphors abgelenkt.
Es wird verstanden, dass andere Folgen von Leuchtstoffen mit einer entsprechenden Umordnung der Daten auf dem Bildschirm aufgebracht werden können.
Außerdem muss verstanden werden, dass das obige Ablenkverfahren die Größe der Elektronenenergie nicht verändert.
Wie oben beschrieben wird, wird der Elektronenstrahl 30 gebildet, wenn Elektronen sich durch den Magneten 60 bewegen. Obwohl die Stärke des Magnetfeldes B 100 abnimmt, ist es noch immer über dem Magneten und im Bereich der Anoden 50 vorhanden. Folglich macht der Betrieb der Anoden 50 es außerdem erforderlich, dass sie eine ausreichende Wirkung haben, um den Elektronenstrahl 30 in einem Winkel durch das Magnetfeld B 100 zu steuern. Die Impulsänderung des Elektrons zwischen dem Ende und dem Anfang des Schachtes 70 liegt im Bereich von 32X (für eine Anodenspannung von 1 kV). Die Wirkung des divergenten Magnetfeldes B 100 kann zwischen Ende und Anfang um einen ähnlichen Betrag verringert werden.
Einzelne Elektronen neigen dazu, sich in einer geraden Linie weiterzubewegen. Es gibt jedoch die folgenden drei Kräfte, die den Elektronenstrahl 30 streuen können:
1. Das divergente Magnetfeld B 100 bewirkt auf Grund der Verteilung von vxy ein Divergieren des Elektronenstrahls 30;
2. Das elektrostatische Feld E bewirkt eine Ablenkung des Elektronenstrahls 30 in seine Richtung; und 3. Raumladungseffekte (space charge effects) im Strahl 30 selbst bewirken eine gewisse Divergenz.
Die spiralförmige Bewegung eines einzelhen Elektrons wird außerdem durch die elektrostatische Ablenkung hervorgehoben, da seine Geschwindigkeit in der x,y-Ebene deutlich erhöht wurde. Geringe Ablenkungswinkel setzen dies auf ein Minimum herab.
Mit Bezugnahme auf Fig. 5 wird der Magnet 60 in einer Änderung am hierin zuvor beschriebenen Beispiel der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durch einen Stapel 61 von Magneten 60 ersetzt, wobei gleiche Pole einander gegenüberliegen. Dies erzeugt eine magnetische Linse in jedem Bildelementschacht 70, wodurch eine Strahlenbündelung (beam collimation) vor der Ablenkung unterstützt wird. Dadurch wird eine zusätzliche Bündelung (focusing) des Elektronenstrahls bereitgestellt. Sofern der Stapel 61 aus einem oder mehreren Paaren von Magneten besteht, wird die spiralförmige Bewegung der Elektronen außerdem aufgehoben. In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können Abstandshalter (spacers) (nicht gezeigt) zwischen Magneten 60 eingefügt werden, um den Linseneffekt des Stapels 61 zu verbessern.
Es folgt eine vereinfachte Erläuterung der elektrostatischen Ablenkung mit Hilfe von Grundlagen in Bezug auf die Geometrie einer Magnetmatrix-Anzeigeeinheit der vorliegenden Erfindung. Die Erläuterung wird um eine Berechnung des Ablenkungswinkels des Elektronenstrahls 30 herum erstellt. Diese Berechnung erfolgt ohne Berücksichtigung der Auswirkungen einer Magnetfelddivergenz und von elektrostatischen Streuungseffekten der Feldlinien (fringing effects) an den Rändern von Ablenkanoden 50. Es muss verstanden werden, dass die elektrostatischen Felder sich über die Anoden 50 hinaus erstrecken und dass diese Felder eine deutliche Auswirkung auf die tatsächliche Ablenkung haben können. Die Beschleunigungswirkung der letzten Anode wird für diese Erläuterung ebenfalls ignoriert.
Fig. 6A zeigt ein vereinfachtes elektrostatisches Ablenksystem zusammen mit der entsprechenden Geometrie.
Die elektrische Feldstärke E = (VAnode51 - VAnode52)/S.
wobei S der Anodenabstand ist.
Folglich ist die Kraft auf das Elektron = eE und die Elektronenbeschleunigung ay = eE/m = eVA/ml.
Die horizontale Elektronengeschwindigkeit vX bleibt konstant, folglich ist die Zeit, während der sich das Elektron zwischen den Ablenkanoden 50 befindet, t = L/Vx.
Die vertikale Geschwindigkeit, die während dieser Zeitspanne erreicht wird, ist vY = ayt, und die vertikale Verschiebung ist y' = 1/2 ay².
Beim Verlassen des Ablenkfeldes beschreibt die Elektronengeschwindigkeit v einen Winkel Q, wobei die x-Achse so ist, dass tanQ = Vy/Vx. Zwischen den Ablenkanoden 50 ist die Elektronenbahn jedoch parabolisch, sie kann als ein Vektor dargestellt werden, der am Mittelpunkt A der Ablenkanoden 50 entspringt, wobei er einen Winkel Q mit der x-Achse bildet.
Folglich findet die Kollision des Elektronenstrahls 30 mit dem Phosphor 80 im Abstand y von der x-Achse statt, wobei tanQ = y/(D + L/2). Durch Umordnen ergibt sich Folgendes:
y = (V&sub2;/V&sub1;) (L/2S·(D + L/2))
wobei V&sub1; die Spannung an der letzten Anode und V2 die Ablenkspannung ist.
Fig. 6B zeigt die gemäß der obigen Formel festgelegte Geometrie zur Bereitstellung einer Ablenkung von +/- 0,15 mm. Die wichtigen Parameter für die obige Berechnung sind: die Dicke der Ablenkanode = 0,01 mm; der Abstand zwischen Phosphor 80 und den Beginn der Ablenkanode 50 = 3 mm; die Breite des Bildelementschachtes = 0,1 mm; und die Phosphor- und Ablenkanodenspannungen sind gleich. Die Ablenkung von +/- 0,15 mm stellt eine Ablenkung des Elektronenstrahls 30 auf die roten und blauen Leuchtstoffe bereit; wodurch folglich der erforderliche Grad an Strahlenindexierung (beam indexing) bereitgestellt wird.
Für die obigen Berechnungen wurde vorausgesetzt, dass sich die Anoden 50 auf demselben Potential wie die Leuchtstoffe 80 befinden, so dass ein konstantes elektrisches Feld zwischen den beiden vorhanden ist. Diese Anordnung ist annehmbar, falls Niederspannungsleuchtstoffe (low voltage phosphors) verwendet werden. In bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden jedoch Hochspannungsleuchtstoffe verwendet, die es erforderlich machen, dass sich die letzte Anode auf einem viel höheren Potential als die Ablenkanoden 50 befindet. Folglich wird der Elektronenstrahl 30 weiterhin in Richtung der letzten Anode beschleunigt, nachdem er sich nicht mehr in der Nähe der Anoden 50 befindet. Dies bewirkt wiederum eine Änderung der Bahn des Elektrons, bevor es auf den Phosphor 80 trifft. Bei einer Spannung der letzten Anode im Bereich von 10 kV sind die sich ergebenden elektrischen Beanspruchungen so hoch, dass die Ablenkanoden mit einer derart hohen Spannung nicht betrieben werden können, abgesehen von den praktischen Schwierigkeiten, die mit dem Betrieb der Anoden 50 auf diesem Potential verbunden sind. Bei 10 kV an den Anoden 50 kann insbesondere ein Überschlag (flash-over) zu einem fortwährenden Lichtbogen (sustained arc) werden. Das beschleunigende elektrische Feld zwischen den Anoden 50 und der letzten Anode verringert jedoch die Ablenkungswirkung der Anoden 50. Daher kann die Länge der Anoden 50 erhöht werden, ohne dass das Risiko einer Kollision mit einer nennenswerten Anzahl von Elektronen mit diesen besteht. Dies verringert die Empfindlichkeit der Anzeige gegen Herstellungstoleranzen während der Herstellung der Ablenkanoden.
Mit Bezugnahme auf Fig. 1 und insbesondere auf den Magneten 60 ermöglichen die Perforationen 70 im Magneten 60 nun das Schließen der Feldlinie, wie zuvor erwähnt wurde, wodurch starke Felder im Schacht 70 bereitgestellt werden. Folgende Merkmale des Magneten 60 sind wünschenswert: eine verhältnismäßig kostengünstige Herstellung; dass er nichtleitend ist, wodurch es möglich ist, ihn als Substrat für die Herstellung leitender Spuren zu verwenden; eine mechanische Robustheit; eine thermische Stabilität; dass er nicht zu massiv ist; und dass er für die Herstellung von Anzeigen in allen Größen geeignet ist.
Zumindest einige der obigen Eigenschaften können vom Magneten 60 erfüllt werden, der aus festem Ferritmaterial gebildet wird. In einem solchen Material können Perforationen durch Stanzwerkzeuge (press tools), Laserbohrer, Diamantbohrer oder Wasserstrahlbohrer (water jetting) gebildet werden. Feste Ferritschichtmagneten (solid ferrite sheet magnets) werden normalerweise aus einer wässrigen Masse (wet slurry) gebildet, die in eine Form gepresst wird, um soviel Wasser wie möglich zu entfernen, wobei ein Magnetfeld angelegt wird, um die Partikel in ihrer bevorzugten Magnetisierungsrichtung auszurichten. Nach dem Pressen wird der Magnet 60 aus der Form genommen und getrocknet, bevor er einen Sintertunnel (sintering tunnel) bei 1000ºC durchläuft. Bei diesem Prozess können die folgenden Probleme auftreten: Curling, Brechen und Wellen der Schicht. Wichtiger ist jedoch, dass das fertiggestellte Schichtmaterial verhältnismäßig zerbrechlich ist. Die Zerbrechlichkeit des Materials kann durch Verkleidung (cladding) von einer oder beiden Oberflächen des Magneten 60 mit einer nichtmagnetischen, nichtleitenden Stützschicht beseitigt werden, bevor irgendwelche Spuren auf den Magneten 60 aufgebracht werden.
Außerdem sind flexible Magneten erhältlich. Diese Magneten werden normalerweise durch Mischen von 85% Ferritpartikeln mit einem organischen Polymerbindemittel, beispielsweise Dupont-Nitril (Dupont nitrile) hergestellt. Die Mischung wird anschließend gewalzt (rolled) oder extrudiert (extruded); während ein Magnetfeld angelegt wird. Dieser Prozess kann einen verhältnismäßig kostengünstigen Magneten bereitstellen, dessen Abmessungen einem typischen Anzeigebildschirm entsprechen. Flexible Magneten können mit einer Magnetfeldstärke von bis zu 2600 Gauß hergestellt werden, was etwa dem mittleren Bereich von festen Ferritmagneten entspricht, jedoch mehr als ausreichend zum Bereitstellen des hierin zuvor beschriebenen Bildelementschacht-Effektes ist. Das organische Bindemittel ist nicht für die Verwendung in einer Vakuumumgebung geeignet, die hochenergetische Elektronen enthält.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Magnet 60 aus einer Mischung aus Ferritpartikeln in einem anorganischen Bindemittel gebildet. Die Mischung wird entgast (outgassed) und in eine Form mit einer Vielzahl von Stiften zum Formen von Bildelementschächten 70 gegossen. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die Ferritpartikel mit Glaspartikeln gemischt und in die Form gegeben. Anschließend wird die Form erhitzt, um das Glas zu schmelzen, wobei ein Magnetfeld zur Ausrichtung angelegt wird. Die Form bleibt für kurze Zeit stehen, die notwendig ist, damit sich die Glas-Ferrit-Mischung setzen kann. Diese Vorgehensweise wird gegenüber der oben beschriebenen Vorgehensweise mit festen Ferritmagneten bevorzugt, da sie es ermöglicht, einen großflächigen Schichtmagneten ohne hohe Kapitalinvestition in Werkzeuge und Druckverfahren herzustellen; sie stabilisiert die Ferritoberflächen; sie verleiht eine starke mechanische Unterstützung und verringert die Sprödigkeit (brittleness); sie stellt eine gute Oberfläche für eine fotolithografische Aufbringung von Anoden 50 bereit; und sie stellt eine perfekte Oberfläche für eine Glas-/Glas- Versiegelung (glass/glass sealing) bereit.
Es wird verstanden, dass herkömmliche Stanz- oder Bearbeitungsverfahren (punching or machining techniques) für die Herstellung von Bildelementschächten 70 im Magneten 60 nicht bevorzugt werden, da die Dicke des Magneten 60 viel größer als der Durchmesser der Schächte ist. Mit Bezugnahme auf die Fig. 7A und 7B werden die Bildelementschächte 70 in einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stattdessen jeweils von einem anderen Stift 110 in einer Anordnung 120 von Stiften gebildet, die von einer Pressanordnung unterstützt werden. Die Stifte 110 können in einer Druckgießform aus einem Stück geformt werden. Die Druckgießform kann hergestellt werden, indem die Stiftprofile in ein einzelnes Stahlstück hineingearbeitet werden. Diese Druckgießform ist besonders nützlich für die Herstellung einer kleinen Anzeige mit geringer Auflösung, da es möglicherweise schwierig ist, große Anzahlen von Stiften 110 zu bearbeiten, und die Stiftgröße begrenzt sein kann. Außerdem kann das Zerbrechen eines einzigen Stiftes 110 zu einem Verlust der ganzen Druckgießform führen. In anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird jeder Stift 110 alternativ einzeln bearbeitet und anschließend zusammen mit den restlichen Stiften 110 in der Anordnung 120 von einem Träger unterstützt. Der Vorteil dieser Anordnung ist, dass zerbrochene Stifte im Träger problemlos ersetzt werden können. Diese Anordnung ist besonders nützlich für Anzeigen mit mittlerer bis hoher Auflösung, wobei die Druckgießform beispielsweise etwa 750.000 Stifte benötigt. Mit Bezugnahme auf Fig. 9 kann die Druckgießform 125 in weiteren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung von einer Verbundstruktur (laminar structure) von abwechselnd ersten und zweiten Platten 112 und 111 gebildet werden, die zusammengeklemmt werden. Die ersten Platten 112 werden präzisionsgeätzt (precision etched), um entlang einer Seite eine Anordnung von Zähnen 113 zu erzeugen. Die zweiten Platten 111 fungieren als Abstandshalter, die zwischen benachbarten gezahnten Platten 112 angeordnet werden. Die Platten 111 und 112 werden durch Klemmlöcher (clamping holes) 114 zusammengehalten, durch die ein Präzisionspassstift (precision dowel) 116 eingefügt wird. Führungslöcher 115 ermöglichen eine Ausrichtung der Platten vor dem Klemmen. Die Druckgießform 125 ist besonders nützlich zur Herstellung kleiner Anzeigen mit sehr hoher Auflösung für Projektionsanwendungen (projection applications).
Mit Bezugnahme auf Fig. 8 wird nun ein Magnet 60 in einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durch die Herstellung einer Vorrichtung gefertigt, die eine Form 130 umfasst, in die ein nachgiebiges Substrat (compliant base) 131 gegeben wird, das beispielsweise aus einem verhältnismäßig harten Gummi besteht. Anschließend wird gemahlener Ferrit 132 oder vorzugsweise eine Mischung aus gemahlenem Ferrit und Glas in die Form 130 gegeben. Dieser Prozess kann in einem Vakuum oder in einer Niederdruckumgebung (low pressure environment) ausgeführt werden, um ein Entgasen des Magneten 60 zu verhindern. Anschließend wird ein Träger 133, der die Anordnung von Stiften 110 enthält, in die Form 130 abgesenkt. Wenn der Träger 133 abgesenkt wird, greift ein Satz von aus der Form 130 nach oben ragenden Positionierbolzen (locating studs) 134 in Aufnahmelöcher 135 im Träger 133 ein. Das Eingreifen der Bolzen 134 in die Löcher 135 dient dazu, die Stifte 110 mit dem darunter befindlichen Pulver 132 auszurichten, und später auch dazu, einen Bezugspunkt für die nachfolgende Fotolithographie bereitzustellen (siehe später). Es wird verstanden, dass die Tiefe, bis zu der das Pulver 132 in die Form 130 gegeben wird, von der gewünschten Magnetdicke, dem Pressdruck und der Stiftgeometrie abhängt. Wenn der Träger 133 weiter abgesenkt wird, beginnen die Stifte 110, in das Pulver 132 einzutauchen. Anfänglich verdrängen die Stifte 110 das Pulver 132, wenn sie sich in Richtung des Substrates 131 bewegen. Die Stifte 110 laufen jedoch spitz zu, und das Gesamtvolumen, das dem Pulver 132 zur Verfügung steht, nimmt allmählich ab. Folglich wird das Pulver unter zunehmendem Druck verdichtet. Schließlich durchdringen die Stifte 110 den Boden des Pulvers 132 und gelangen in das Substrat 131, wodurch die Bildelementschächte 70 fertiggestellt werden. Inzwischen ist die gewünschte Komprimierung des Pulvers 132 erreicht. Es wird verstanden, dass der Druck in der Form 130 einheitlich ist (unter der Voraussetzung einer einheitlichen Pulveraufbringung) und dass es keine seitliche Ablenkungskraft auf die Stifte 110 wirkt. Folglich wird die X-Y-Geometrie der Struktur nicht deformiert.
Zur Unterstützung der Komprimierung des Pulvers 132 können die Stifte 110 mit hochfrequenten Schwingungen in das Pulver 132 getrieben werden. Dies unterstützt das Verdichten (packing) des Pulvers 132, wenn die Stifte 110 dieses durchdringen, und verbessert die mechanische Integrität der fertigen Struktur. Nach der Formung kann der Ferritblock aus der Form 130 entfernt werden und zu einem Sinterprozess weitergeleitet werden.
Unter der Voraussetzung, dass der Wärmeausdehnungskoeffizient der Stifte 110 nicht zu groß ist, können die Stifte 110 während des Sinterns in der Form 130 belassen werden, um zu gewährleisten, dass keiner der Bildelementschächte 70 zusammenfällt. Die spitz zulaufende Form der Stifte 110 unterstützt die Entfernung des Werkzeugs. Nach der Entfernung des Werkzeugs können die Magnetflächen zur Verbesserung der Ebenheit geschliffen und anschließend gereinigt werden. Wenn das Pulver 132 Glas enthält, wird die Form 130 erhitzt, um das Glas zu schmelzen und anschließend zum Abkühlen stehengelassen, bis die geschmolzene Mischung fest wird. Wenn das Pulver 132 Ferrit ohne begleitendes Bindemittel umfasst, kann eine Isolierschicht auf die Magnetoberflächen aufgebracht werden, um Überschläge bei der Verwendung zu verhindern.
Die Bildelementschächte 70 in der Nähe der Kante des Magnetes 60 können vom Schließen der Feldlinien an der Magnetgrenze beeinflusst werden. Dies kann die Leistungsfähigkeit der Elektronenansammlung verringern. In bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird der Magnet 60 daher mit einem peripheren Unempfindlichkeitsbereich (dead band) ohne Bildelementschächte 70 hergestellt. Der Unempfindlichkeitsbereich stellt Positionen für die Platzierung eines Steuerchips (driver chip) und für Verbindungskontakte (connection tabs) sowie eine Verbesserung der mechanischen Starrheit und Festigkeit bereit. Um eine Beschädigung des Magnetfeldes durch Erschütterungen zu verhindern, wird der Magnet 60 vorzugsweise durch ein nachgiebiges Befestigungssystem unterstützt, beispielsweise eine elastische Kantenabschlussvorrichtung (edge seal) oder dergleichen. Es wird verstanden, dass ein permanentes Gleichstrom-Magnetfeld vom Magneten 60 ausstrahlt. Die Anordnung steht nicht im Widerspruch zu Emissionsgrenzwerten, beispielsweise MPR II, da das Feld nicht zeitveränderlich ist.
Wie zuvor erwähnt wurde, weist die Anzeige ein Katodenmittel 20, Gitter- oder Gate-Elektroden 40 und eine Anode auf. Die Anordnung kann folglich als eine Triodenstruktur betrachtet werden. Der Elektronenfluss vom Katodenmittel 20 wird durch das Gitter 40 geregelt, wodurch der zur Anode fließende Strom gesteuert wird. Es sei darauf hingewiesen, dass die Helligkeit der Anzeige nicht von der Geschwindigkeit der Elektronen abhängt, sondern von der Menge von Elektronen, die auf den Phosphor 80 treffen.
Wie oben erwähnt wurde, fungiert der Magnet 60 als ein Substrat, auf dem die verschiedenen Leiter angeordnet werden, um die Triode zu bilden. Die Ablenkanoden 50 werden auf der Oberseite des Magneten 60 und das Steuergitter 40 wird auf der Unterseite des Magneten 60 angeordnet. Mit erneuter Bezugnahme auf Fig. 3 wird es verstanden, dass die Abmessungen dieser Leiter verhältnismäßig groß sind verglichen mit jenen, die in gegenwärtigen Flachbildschirmtechnologien verwendet werden, beispielsweise in Flüssigkristall- oder Feldemissionseinheiten. Die Leiter können vorteilhafterweise durch herkömmliche Siebdruckverfahren (screen-printing techniques) auf dem Magneten 60 aufgebracht werden, was im Vergleich mit gegenwärtigen Flachbildschirmtechnologien zu einer kostengünstigeren Herstellung führt.
Mit erneuter Bezugnahme auf Fig. 4 werden die Ablenkanoden 50 auf jeder Seite des Schachtes 70 platziert. Im hierin zuvor beschriebenen Beispiel stellte eine Anodendicke von 0,01 mm eine annehmbare Ablenkung bereit. Es können jedoch größere Abmessungen mit geringeren Ablenkspannungen verwendet werden. Die Ablenkanoden 50 können außerdem so angebracht werden, dass sie zumindest teilweise in den Bildelementschacht 70 hineinreichen. Es wird verstanden, dass eine Anodenumschaltung oder -modulation in einem Beispiel einer einfarbigen Anzeigeeinheit der vorliegenden Erfindung nicht erforderlich ist. Die Anodenbreite wird so ausgewählt, dass kapazitive Effekte vermieden werden, die erkennbare Zeitverzögerungen bei der Anodenumschaltung auf der Anzeige verursacht. Ein anderer Faktor, der die Anodenbreite beeinflusst, ist die Strombelastbarkeit (current carrying capacity), die vorzugsweise ausreichend groß ist, dass ein Überschlag benachbarte Anoden nicht zusammenschmilzt und die Anzeige folglich beschädigt.
In einer der Einfachheit halber bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Strahlenindexierung durch abwechselndes Schalten von Steuerspannungen zu den Ablenkanoden 50 realisiert. In einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird eine verbesserte Leistung erhalten, indem eine Modulationsspannung an die Ablenkanoden 50 angelegt wird. Die Impulsform der Modulationsspannung kann eine von vielen verschiedenen Formen haben. Eine Sinuswelle wird jedoch bevorzugt, um Rückwirkungen von elektromotorischen Kräften (back emfeffects) auf Grund des vorhandenen Magnetfeldes zu verringern.
Das Katodenmittel 20 kann eine Anordnung von Feldemissions- Kontaktspitzen oder Feldemissions-Flächenemitter (beispielsweise amorpher Diamant oder Silicium) enthalten. In solchen Fällen kann das Steuergitter 40 auf dem Substrat der Feldemissionseinheit gebildet werden. Alternativ kann das Katodenmittel 20 Plasma- oder Glühkatoden enthalten, wobei das Steuergitter 40 in diesen Fällen auf der Unterseite des Magneten angeordnet werden kann, wie hierin zuvor beschrieben wurde. Ein Vorteil des Ferritblockmagneten ist, dass der Ferritblock als Träger fungieren und alle Strukturen der Anzeige unterstützen kann, die eine Präzisionsausrichtung benötigen, und dass diese Strukturen durch eine geringwertige (low-grade) Fotolithographie oder durch Siebdruck aufgebracht werden können. In noch einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das Katodenmittel 20 eine Fotokatode.
Wie oben erwähnt wurde, steuert das Steuergitter 40 den Strahlstrom und folglich die Helligkeit. In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann die Anzeige ausschließlich auf digitale Videosignale ansprechen, d. h., die Bildelemente sind ein oder aus ohne Graustufung. In solchen Fällen stellt ein einzelnes Gitter 40 eine ausreichende Steuerung des Strahlstroms bereit. Die Anwendung von solchen Anzeigen ist jedoch begrenzt, und im Allgemeinen ist irgendeine Form von analoger Steuerung oder Graustufensteuerung wünschenswert. In anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden daher zwei Gitter bereitgestellt: eines zum Einstellen des Schwarzwertes (black level) oder des Vorspannungswertes (biassing) und ein anderes zum Einstellen der Helligkeit der einzelnen Bildelemente. Eine solche doppelte Gitteranordnung kann außerdem eine Matrixadressierung von Bildelementen ausführen, wo es möglicherweise schwierig ist, die Katode zu modulieren.
Eine Anzeige der vorliegenden Erfindung unterscheidet sich insofern von einer herkömmlichen Katodenstrahlröhren-Anzeige, dass in einer Anzeige der vorliegenden Erfindung eine ganze Zeile oder Spalte zum Leuchten gebracht wird, während in einer Katodenstrahlröhren-Anzeige zu einem bestimmten Zeitpunkt nur ein Bildelement zum Leuchten gebracht wird. Ein anderer Vorteil der Anzeige der vorliegenden Erfindung liegt in der Verwendung von Zeilen- und Spaltensteuerungen. Während eine typische Flüssigkristallanzeige eine Steuerung für jeden der roten, grünen und blauen Kanäle der Anzeige benötigt, verwendet eine Anzeige der vorliegenden Erfindung einen einzigen Bildelementschacht 70 (und folglich ein einziges Gitter) für alle drei Farben. In Verbindung mit der zuvor erwähnten Strahlenindexierung bedeutet dies, dass die Notwendigkeit einer Steuerung in Bezug auf eine vergleichbare Flüssigkristallanzeige um einen Faktor 3 verringert wird. Ein weiterer Vorteil ist, dass leitende Spuren in aktiven Flüssigkristallanzeigen zwischen Halbleiterschaltern auf dem Bildschirm hindurchlaufen müssen. Da die Spuren kein Licht aussenden, muss ihre Größe begrenzt werden, so dass sie für einen Benutzer nicht sichtbar sind. In Anzeigen der vorliegenden Erfindung werden alle Spuren unter dem Phosphor 80 oder auf der Unterseite des Magneten 60 verborgen. Aufgrund der verhältnismäßig großen Abstände zwischen benachbarten Bildelementschächten 70 können die Spuren verhältnismäßig groß sein. Folglich können Kapazitätseffekte (capacitance effects) problemlos vermieden werden.
Die relative Leistungsfähigkeit der Leuchtstoffe 80 legt zumindest teilweise die Steuereigenschaften der Gate-Struktur fest. Eine Möglichkeit zur Verringerung der beim Betrieb eines strahlenindexierten Systems beteiligten Spannungen ist eine Änderung der Art und Weise der Abtastung (scanning convention). In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Abtastung so organisiert, dass statt der üblichen Abtastung von R G B R G B usw. der am wenigsten wirksame Phosphor in einem Phosphorstreifenmuster zwischen den beiden wirksameren Leuchtstoffen platziert wird. Falls der am wenigsten wirksame Phosphor beispielsweise Rot ist, folgt die Abtastung folglich dem Muster B R G R B R G R usw.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine überlagerte Gleichspannung (standing d.c. potential difference) an die Ablenkungsanoden 50 angelegt. Die Spannung kann durch eine Einstellung am Stellwiderstand (potentiometer) verändert werden, um eine Korrektur einer eventuell verbleibenden Dejustierung zwischen den Leuchtstoffen 80 und den Bildelementschächten 70 zu ermöglichen. Eine zweidimensionale Dejustierung kann durch Anwenden einer veränderlichen Modulation kompensiert werden, da die Zeilenabtastung von oben nach unten abläuft.
Mit Bezugnahme auf Fig. 10a werden die Verbindungsspuren 53 zwischen den Ablenkanoden 50 nun in einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einem Widerstand versehen. Dies führt zu einer leicht unterschiedlichen Gleichspannung vom Zentrum zum Rand der Anzeige. Die Elektronenbahn ändert folglich allmählich ihren Winkel, wie in Fig. 10b gezeigt wird. Dies ermöglicht die Kombination eines flachen Magneten 60 mit nichtflachem Glas 90 und insbesondere mit zylindrischem Glas. Zylindrisches Glas ist Flachglas vorzuziehen, da es die mechanische Beanspruchung unter atmosphärischem Druck verringert. Flachbildschirme benötigen eher einen zusätzlichen Implosionsschutz, wenn sie in Hochvakuumröhren (vacuum tubes) verwendet werden.
Wie hierin zuvor beschrieben wurde, beinhaltet eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Bildelementadressierverfahren, das sich von jenen unterscheidet, die in Katodenstrahlröhren und Flüssigkristallanzeigen verwendet werden. In herkömmlichen Katodenstrahlröhren-Anzeigen werden die Bildelemente' adressiert, indem ein Elektronenstrahl für eine Datenzeile horizontal und für aufeinanderfolgende Datenzeilen vertikal abgetastet wird. Die tatsächliche Zeitspanne der Phosphoranregung (phosphor excitation) ist für ein einzelnes Bildelement sehr kurz, und die Dauer zwischen aufeinanderfolgenden Anregungen, d. h. die Bildwiederholrate (frame rate) der Anzeige, ist lang. Folglich ist die Lichtaussendung von jedem Bildelement begrenzt. Eine Graustufung wird durch Verändern der Strahlstromdichte erreicht. In herkömmlichen aktiven Matrix- Flüssigkristallanzeigen besteht jedes Bildelement aus drei Teilbildelementen (Rot, Grün und Blau), wobei jedes seinen eigenen Schalttransistor aufweist. Die Farbauswahl kann auf einer Zeilen- oder Spaltensteuerung beruhen. Herkömmlicherweise beruht die Farbauswahl jedoch auf einer Spaltensteuerung. Videodaten aus einer Videoquelle werden in ein Schieberegister getaktet, bis der Wert einer Zeile (d. h. 640 · 3 Teilbildelemente für VGA-Grafiken) summiert wurde. Die Daten werden sodann parallel zu einem Speicher übertragen, der außerdem als Digital-Analog-Umsetzer (DAC) für jede Spalte fungiert. Normalerweise werden 3-Bit- und 6-Bit-DACs verwendet. Zeilensteuerungen wählen die zu adressierende Zeile aus. Bei einer Graustufung von 3 Bits pro Farbe sind 512 Farben erhältlich. Dies kann durch eine zeitweilige Modulation (dither) von einem Bit auf 4096 Farben erweitert werden. Eine weitere Erweiterung über 4096 Farben hinaus kann durch eine räumliche Modulierung mit Hilfe von Software eingeführt werden. Bei einer Graustufung von 6 Bits pro Farbe sind 262.144 Farben erhältlich, erweitert durch räumliche Modulation mit Hilfe von Software. Die Lichtaussendung ist abhängig von der Hintergrundlicht-Wirksamkeit (back-light efficiency), von Polarisationsverlusten, von der Zellenapertur (cell aperture) und von Farbfilterdurchlassverlusten. Normalerweise beträgt der Durchlassgrad nur 4%.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Farbauswahl durch Strahlenindexierung ausgeführt. Zur Erleichterung einer solchen Strahlenindexierung ist die Zeilenrate dreimal schneller als normal, und die R-, G- und B-Zeile werden sequenziell gemultiplext. Alternativ kann die Bildwiederholrate dreimal schneller als üblich sein, und es wird eine feldsequenzielle Farbe verwendet. Es muss verstanden werden, dass eine feldsequenzielle Abtastung für einen Beobachter, der sich in Bezug auf die Anzeige bewegt, störende visuelle Effekte erzeugen kann. Zu wichtigen Merkmalen einer Anzeige der vorliegenden Erfindung gehört Folgendes:
1. Jedes Bildelement wird von einem einzigen Bildelementschacht 70 erzeugt.
2. Die Farbe eines Bildelementes wird durch eine relative Steuerungsintensität festgelegt, die auf jede der drei Primärfarben angewandt wird.
3. Der Phosphor 80 wird in Form von Streifen auf der Glasscheibe 90 aufgebracht.
4. Primärfarben werden über ein Strahlenindexsystem abgetastet, das mit der Gittersteuerung synchronisiert wird.
5. Es wird ein Elektronenstrahl verwendet, um Hochspannungsleuchtstoffe anzuregen.
6. Eine Graustufung wird durch die Steuerung der Gitterspannung im unteren Teil jedes Bildelementschachtes (und folglich der Elektronenstrahldichte) erreicht.
7. Eine ganze Zeile oder Spalte wird gleichzeitig adressiert. 8. Bei Bedarf kann der am wenigsten wirksame Phosphor 80 doppelt abgetastet werden, um Anforderungen an die Gittersteuerung zu erleichtern.
9. Der Phosphor 80 wird bei einer konstanten Gleichspannung gehalten.
Die obigen Merkmale stellen beträchtliche Vorteile gegenüber herkömmlichen Flachbildschirmanzeigen bereit, wie im Folgenden beschrieben wird, wobei im Allgemeinen die oben angegebene Reihenfolge eingehalten wird.
1. Das Konzept der Bildelementschächte verringert die Gesamtkomplexität der Anzeigeherstellung.
2. Während in einer Katodenstrahlröhrenanzeige nur etwa 11% des Elektronenstrahlstroms die Schattenmaske (shadow mask) verlässt, um die Phosphortriaden anzuregen, wird der Elektronenstrahlstrom in einer Anzeige der vorliegenden Erfindung zu oder nahezu zu 100% des Strahlstroms für jeden Phosphorstreifen verwendet, auf den er vom Strahlenindexierungssystem gerichtet wird. Eine Gesamtstrahlstromnutzung von 33% ist erreichbar, dreimal mehr als die in einer herkömmlichen Katodenstrahlröhrenanzeige erreichbare Nutzung.
3. In Streifen angeordnete Leuchtstoffe verhindern eine Moire- Interferenz, die in Richtung der Streifen auftritt.
4. Steuerstrukturen und Spuren für das Strahlenindexsystem können problemlos in einem verfügbaren Bereich auf der Oberseite des Magneten untergebracht werden, wodurch die Notwendigkeit einer engen und genauen Fotolithographie überwunden wird, wie es bei herkömmlichen Flüssigkristallanzeigen der Fall ist.
5. Hochspannungsleuchtstoffe sind gut bekannt und problemlos erhältlich.
6. Die Gitterspannung steuert ein analoges System. Folglich wird die tatsächliche Anzahl von Bits für jede Farbe nur durch den zum Ansteuern des Gitters 40 verwendeten Digital- Analog-Umsetzer begrenzt. Da nur ein DAC pro Bildelementschacht-Zeile beteiligt ist und die zur digitalen und analogen Umsetzung verfügbare Zeit sehr lang ist, ist eine höhere Auflösung hinsichtlich der Wertabstufung (grey-scale granularity) technisch ausführbar. Folglich ist die Erzeugung von "echter Farbe" (24 Bits oder mehr) bei verhältnismäßig geringen Kosten ausführbar.
7. Wie herkömmliche Flüssigkristallanzeigen verwendet eine Anzeige der vorliegenden Erfindung ein Zeilen-/ Spaltenadressierverfahren. Im Gegensatz zu herkömmlichen Katodenstrahlröhren-Anzeigen beträgt die Anregungszeit des Phosphors jedoch in der Tat ein Drittel der Zeilenperiode, z. B. zwischen 200 und 530 mal länger als diejenige für eine Katodenstrahlröhren-Anzeige für eine Auflösung zwischen 600 und 1600 Bildelementen pro Zeile. Es sind sogar noch höhere Verhältnisse möglich, insbesondere bei höheren Auflösungen. Der Grund hierfür ist, dass die bei einer herkömmlichen Katodenstrahlröhren-Anzeige für den Zeilen- und Bildrücklauf (line and frame flyback) benötigte Zeit für Anzeigen der vorliegenden Erfindung nicht benötigt wird. Allein die Zeilenrücklaufzeit beträgt bei einer herkömmlichen Katodenstrahlröhren-Anzeige normalerweise 20 % der gesamten Zeilenperiode. Außerdem sind die Zeiten für die vordere und hintere Schwarztreppe (front and back porch) in Anzeigen der vorliegenden Erfindung unnötig, was zu einem zusätzlichen Vorteil führt. Zu weiteren Vorteilen gehört Folgendes:
a) Pro Zeile/Spalte wird nur eine Steuerung benötigt (herkömmliche Farb-Flüssigkristallanzeigen benötigen drei);
b) Es sind sehr starke Lichtaussendungen möglich. In einer herkömmlichen Katodenstrahlröhren-Anzeige ist die Anregungszeit des Phosphors viel kürzer als seine Abklingzeit (decay time). Dies bedeutet, dass während jeder Bildabtastung nur ein Photon pro Bildschirmpunkt ausgesendet wird. In einer Anzeige der vorliegenden Erfindung ist die Anregungszeit länger als die Abklingzeit, und folglich werden während jeder Abtastung pro Bildschirmpunkt mehrere Photonen ausgesendet. Folglich kann eine viel höhere Lichtaussendung erreicht werden. Dies ist sowohl für Projektionsanwendungen als auch für Anzeigen, die in direktem Sonnenlicht betrachtet werden müssen, sehr attraktiv.
c) Die Gitterumschaltungsgeschwindigkeiten sind ziemlich niedrig. Es wird verstanden, dass die auf dem Magneten angebrachten Leiter in einer Anzeige der vorliegenden Erfindung in einem Magnetfeld betrieben werden. Folglich verursachen die Leiterinduktionen eine unerwünschte elektromagnetische Kraft (EMK). Eine Verringerung der Umschaltgeschwindigkeiten verringert die EMK und außerdem magnetische und elektrische Streufelder (stray magnetic and electrical fields).
8. Die Gittersteuerspannung steht mit den Kosten der Schaltelektronik in Zusammenhang. Eine CMOS- Schaltelektronik bietet eine kostengünstige Möglichkeit, jedoch sind die Signalpegel von CMOS-Schaltungen auch stets niedriger als die Signalpegel alternativer Technologien, beispielsweise der Bipolartechnologie. Eine Doppelabtastung, z. B. das Halbieren des Bildschirms und das parallele Abtasten der 32 Hälften, wie in Flüssigkristallanzeigen verfahren wird, stellt folglich eine günstige Ansteuertechnologie bereit. Im Gegensatz zur Flüssigkristalltechnologie verdoppelt eine Doppelabtastung in einer Anzeige der vorliegenden Erfindung jedoch die Helligkeit.
9. In Niederspannungs-FED-Bildschirmen werden Phosphorspannungen zum Bereitstellen einer Bildelementadressierung umgeschaltet. Bei kleinen Phosphorstreifenabständen führt dieses Verfahren zu einer deutlichen Belastung durch ein elektrisches Feld zwischen den Streifen. FED-Bildschirme mit mittlerer oder höherer Auflösung sind daher nicht ohne das Risiko eines elektrischen Ausfalls möglich. In Anzeigen der vorliegenden Erfindung werden die Leuchtstoffe jedoch wie in einer herkömmlichen Katodenstrahlröhren-Anzeige bei einer einzigen Gleichspannung der letzten Anoden gehalten. In bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird eine Aluminiumrückschicht auf den Leuchtstoffen platziert, um eine statische Aufladung (charge accumulation) zu verhindern und die Helligkeit zu verbessern. Die Energie der Elektronenstrahlen ist ausreichend hoch, um die Aluminiumschicht zu durchdringen und eine Photonenaussendung vom darunterliegenden Phosphor zu bewirken.
Mit Bezugnahme auf Fig. 11 umfasst nun ein bevorzugtes Matrixadressiersystem für eine Anzeige der vorliegenden Erfindung mit N x M Bildelementen einen n-Bit-Datenbus 143. Eine Datenbusschnittstelle 140 empfängt eingehende rote und blaue Videosignale und platziert sie auf dem Datenbus in einem digitalen n-Bit-Format, wobei p von n Bits anzeigt, an welche der M Zeilen die n Bits adressiert sind. Jede Zeile ist mit einem Adressendecodierer 142 versehen, der mit einem q-Bit-DAC verbunden ist, wobei p + q = n. In bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist q = 8. Der Ausgang von jedem DAC ist mit einem entsprechenden Zeilenleiter des Gitters 40 verbunden, der einer entsprechenden Zeile von Bildelementen 144 zugeordnet ist. Jede Spalte ist mit einer Spaltensteuerung 141 versehen. Der Ausgang von jeder Spaltensteuerung 141 ist mit einem entsprechenden Spaltenleiter des Gitters 40 verbunden, der einer entsprechenden Spalte von Bildelementen 144 zugeordnet ist. Jedes Bildelement 144 befindet sich folglich am Schnittpunkt einer unterschiedlichen Kombination von Zeilen- und Spaltenleitern des Gitters 40.
Mit Bezugnahme auf Fig. 12 werden die Anoden 51 und 52 im Betrieb mit Impulsformen 150 bzw. 151 angesteuert, um den Elektronenstrahl 30 von jedem Bildelementschacht 70 über rote, grüne und blaue Phosphorstreifen 80 in der bei 152 gezeigten Reihenfolge abzutasten. Rote, grüne und blaue Videodaten, die durch Impulsformen 153, 154 und 155 dargestellt werden, werden synchron mit den Strahlenindexierungs-Impulsformen 150 und 151 sequenziell auf die Zeilenleiter gesteuert. Die Spaltensteuerungen 1, 2, 3 und N erzeugen die Impulsformen 156, 157, 158 bzw. 159, um jedes folgende Bildelement in einer gegebenen Zeile auszuwählen.
Die Tabelle 1 unten vergleicht eine herkömmliche Katodenstrahlröhrenanzeige mit einer Anzeige der vorliegenden Erfindung für ein Bild von 480 · 480 Bildelementen ohne Zeilensprungverfahren (non-interlaced), das mit 60 Hz wiederholt wird. Für das Katodenstrahlröhrenbild werden eine vertikale Austastungsperiode (blanking period) von 5% und eine horizontale Austastungsperiode von 25% vorausgesetzt. TABELLE 1
Tabelle 2 unten wiederholt den Vergleich von Tabelle 1 für ein Bild von 1280 · 1024 Bildelementen ohne Zellensprungverfahren bei einer Bildwiederholrate von 100 Hz. TABELLE 2
Es sei darauf hingewiesen, dass die obigen Figuren bezüglich der Anzeige der vorliegenden Erfindung für einen einmalig abgetasteten zentralen Phosphor gelten.
Mit Bezugnahme auf Fig. 13 wird nun das Katodenmittel 20 in einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung von Feldemissionseinheiten bereitgestellt. Der Magnet 60 wird durch Glasstützen unterstützt, durch die Verbindungen zu den Zeilen- und Spaltenleitern des Gitters 40 verlaufen. Eine Verbindung 162 zur letzten Anode 160 verläuft durch die seitlichen Glasstützen 161. Während der Herstellung wird die Anordnung über ein Absaugloch (exhaust hole) 163 evakuiert, das anschließend bei 164 mit einer Abdeckung versehen wird. Während der Vakuumerzeugung kann ein Getter zur Entfernung von verbleibenden Gasen verwendet werden. In kleinen tragbaren Anzeigen der vorliegenden Erfindung ist die Frontscheibe 90 möglicherweise dünn genug, dass Abstandshalter eingepasst werden, um die Frontscheibe 90 in einem bestimmten Abstand zum Magneten 60 zu halten. In größeren Anzeigen kann die Frontscheibe 90 aus dickerem selbsttragendem Glas gefertigt werden.
Mit Bezugnahme auf Fig. 14A werden die Leuchtstoffe 80 nun in hierin zuvor beschriebenen Beispielen der vorliegenden Erfindung in aufeinanderfolgenden Streifen von roten, grünen und blauen Leuchtstoffen angeordnet. Jedes Bildelement eines angezeigten Bildes ist aus drei Teilbildelementen aufgebaut. Jedes Teilbildelement wird von einem Phosphorstreifen bereitgestellt. Es ist wünschenswert, dass jedes Bildelement quadratisch ist. Folglich ist es wünschenswert, dass jedes Teilbildelement rechteckig ist, wobei es ein Verhältnis von Höhe zu Breite oder ein Seitenverhältnis (aspect ratio) von mindestens 1 : 3 und einen Oberflächenbereich und eine Form aufweist, die dem aus dem entsprechenden Schacht 70 kommenden Elektronenstrahl entsprechen. In der Praxis ist das Seitenverhältnis noch größer, da Anodenspuren zwischen benachbarten Schächten 70 in einer reihenweisen Richtung auf dem Magneten 60 verlaufen müssen, wie zuvor erwähnt wurde. Die rechteckigen Teilbildelemente erzeugen zwei unerwünschte visuelle Effekte:
a. Mit Bezugnahme auf Fig. 14C sind die Breiten von vertikalen und horizontalen Zeilen bei Primärfarben (Rot, Grün, Blau) verschieden; und
b. Mit Bezugnahme auf Fig. 14F wird nun bei Sekundärfarben, insbesondere bei Magentarot, auf Grund des Abstandes zwischen roten und blauen Teilbildelementen ein Konvergenzfehler wahrgenommen.
Die obigen Effekte verschwinden nur bei weißen (oder Graustufungs-) Bildern vollständig.
Mit Bezugnahme auf Fig. 14B werden die oben erwähnten Probleme in einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gelöst, indem das Teilbildelementmuster in der Spaltenrichtung des Bildschirms versetzt wird. Mit Bezugnahme auf Fig. 14D wird es verstanden, dass die versetzte Bildelementstruktur vertikale und horizontale Primärfarbenzeilen erzeugt, die beide dieselbe Dicke aufweisen. Ebenso wird mit Bezugnahme auf Fig. 14E verstanden, dass die versetzte Struktur den andernfalls wahrgenommenen Konvergenzfehler wirkungsvoll beseitigt. Außerdem wird es verstanden, dass eine Änderung der Routine des Strahladressiermechanismus erforderlich ist, um die versetzte Teilbildelementstruktur mit dem zuvor erwähnten Strahlenindexierungsverfahren abzutasten.
Beispiele von Magnetmatrixanzeigen unter Verwendung der vorliegenden Erfindung wurden hierin zuvor beschrieben. Nun wird es verstanden, dass solche Anzeigen eine Kombination von elektrostatischen und magnetischen Feldern verwenden, um die Bahn von hochenergetischen Elektronen in einem Vakuum zu steuern. Solche Anzeigen weisen eine Anzahl von Bildelementen auf, und jedes wird an seinem eigenen Bildschirmpunkt innerhalb der Anzeigenstruktur erzeugt. Die Lichtaussendung wird durch den Einfall von Elektronen auf Phosphorstreifen erzeugt. Es sind sowohl Schwarz/Weiß- als auch Farbanzeigen möglich. Die Farbversion verwendet ein Schaltanodenverfahren zum Ausführen der Strahlenindexierung. Nun wird es außerdem verstanden, dass die vorliegende Erfindung bei der Anwendung nicht auf die Anzeigentechnologie begrenzt ist und in anderen Technologien verwendet werden kann, beispielsweise in der Druckertechnologie. Insbesondere wird es verstanden, dass die vorliegende Erfindung so angeordnet werden kann, dass die als Druckkopf bei der Dokumentenerstellung und/oder in einer Vervielfältigungsvorrichtung, beispielsweise in Druckern, Kopierern oder Faxgeräten, verwendet werden kann.

Claims

1. Elektronenquelle, die ein Katodenmittel (20) und einen Dauermagneten (60) umfasst, der von einer Vielzahl von Kanälen durchdrungen ist, die sich zwischen entgegengesetzten Polen des Magneten erstrecken, wobei in jedem Kanal ein Magnetfeld auf Elektronen wirkt, die zur Leitung in Richtung eines Ziels (80) vom Katodenmittel empfangen werden;

dadurch gekennzeichnet, dass:

der Dauermagnet ein elektrisch nichtleitender Block ist, jeder der Kanäle eine Länge hat, die größer als seine Breite ist, das Magnetfeld so wirkt, dass die empfangenen Elektronen gebündelt werden, und die Elektronenquelle ein Gitterelektrodenmittel (40) umfasst, das zwischen dem Katodenmittel und dem Magnetblock angeordnet ist, um verschiedene der Kanäle zum Steuern des Elektronenflusses vom Katodenmittel durch die selektiv adressierten Kanäle in Richtung des Ziels zu leiten.

2. Elektronenquelle nach Anspruch 1, wobei die Länge des Kanals (70) mindestens fünfundzwanzigmal so groß wie die Kanalbreite ist.

3. Elektronenquelle nach Anspruch 1, wobei die Kanäle (70) im Magneten (60) in einer zweidimensionalen Anordnung von Reihen und Spalten angelegt sind.

4. Elektronenquelle nach Anspruch 3, wobei das Gitterelektrodenmittel (40) eine Vielzahl von parallelen Reihenleitern und eine Vielzahl von parallelen Spaltenleitern umfasst, die senkrecht zu den Reihenleitern angeordnet sind, wobei sich jeder Kanal an einem anderen Kreuzungspunkt eines Reihenleiters und eines Spaltenleiters befindet.

5. Elektronenquelle nach Anspruch 3, wobei das Gitterelektrodenmittel (40) auf der Oberfläche des Katodenmittels (20) gegenüber dem Magneten (60) angeordnet ist.

6. Elektronenquelle nach Anspruch 3, wobei das Gitterelektrodenmittel (40) auf der Oberfläche des Magneten (60) gegenüber dem Katodenmittel (20) angeordnet ist.

7. Elektronenquelle nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, wobei das Katodenmittel (40) eine Feldemissionseinheit umfasst.

8. Elektronenquelle nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, wobei das Katodenmittel (40) eine Fotokatode umfasst.

9. Elektronenquelle nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, wobei sich der Querschnitt von jedem Kanal (70) über der Länge ändert.

10. Elektronenquelle nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, wobei jeder Kanal (70) konisch zuläuft, wobei das Kanalende die größte Querschnittsfläche gegenüber dem Katodenmittel (20) aufweist.

11. Elektronenquelle nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, wobei der Magnet (60) Ferrit umfasst.

12. Elektronenquelle nach Anspruch 11, wobei der Magnet (60) ein Bindemittel umfasst.

13. Elektronenquelle nach Anspruch 12, wobei das Bindemittel Siliciumdioxid umfasst.

14. Elektronenquelle nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, wobei jeder Kanal (70) im Querschnitt vierseitig ist.

15. Elektronenquelle nach Anspruch 14, wobei jeder Kanal (70) im Querschnitt rechteckig ist.

16. Elektronenquelle nach Anspruch 14, wobei jeder Kanal (70) im Querschnitt quadratisch ist.

17. Elektronenquelle nach Anspruch 13 oder Anspruch 14, wobei die Ecken und Kanten von jedem Kanal (70) gerundet sind.

18. Elektronenquelle nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, wobei der Magnet (60) einen Stapel (61) von durchlöcherten Schichten umfasst, wobei die Perforationen in jeder Schicht mit den Perforationen in einer angrenzenden Schicht ausgerichtet sind, um den Kanal (70) durch den Stapel fortzusetzen.

19. Elektronenquelle nach Anspruch 17, wobei jede Schicht im Stapel (61) durch einen Abstandhalter von einer angrenzenden Schicht getrennt wird.

20. Elektronenquelle nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 10, die eine Isolierschicht umfasst, die auf mindestens einer Oberfläche des Magneten (60) aufgebracht ist.

21. Elektronenquelle nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, die ein Anodenmittel (51, 52) umfasst, das auf der von der Katode (20) abgewandten Oberfläche des Magneten (60) angeordnet ist, um Elektronen durch die Kanäle (70) zu beschleunigen.

22. Elektronenquelle nach Anspruch 21, wobei das Anodenmittel (51, 52) eine Vielzahl von Anoden (51, 52) umfasst, die sich parallel zu Spalten des Kanals (70) erstrecken, wobei die Anoden (51, 52) Paare von Anoden (51, 52) umfassen, die jeweils einer anderen Spalte von Kanälen (70) entsprechen, wobei jedes Paar eine erste Anode (51) und eine zweite Anode (52) umfasst, die sich jeweils entlang gegenüberliegenden Seiten der entsprechenden Spalte von Anoden (51, 52) erstrecken, wobei die ersten Anoden (51) miteinander verbunden sind und die zweiten Anoden (52) miteinander verbunden sind.

23. Elektronenquelle nach Anspruch 22, wobei die ersten und zweiten Anoden (51, 52) seitliche Strukturen umfassen, die Ecken der Kanäle (70) umgeben.

24. Elektronenquelle nach Anspruch 22 oder Anspruch 23, die ein Mittel zum Anlegen einer Ablenkspannung an die ersten und zweiten Anoden (51, 52) umfasst, um aus den Kanälen (70) kommende Elektronenstrahlen abzulenken.

25. Anzeigeeinheit, die Folgendes umfasst: eine Elektronenquelle nach Anspruch 21 oder Anspruch 22; einen Bildschirm (90) zum Empfangen von Elektronen aus der Elektronenquelle, wobei der Bildschirm (90) einen Phosphorüberzug (80) gegenüber der von der Katode (20) abgewandten Seite des Magneten (20) aufweist; und Mittel zum Anlegen von Steuersignalen an das Gitterelektrodenmittel (40) und an das Anodenmittel (51, 52), um den Elektronenfluss von der Katode (20) über die Kanäle (70) zum Phosphorüberzug (80) selektiv zu steuern, um ein Bild auf dem Bildschirm zu erzeugen.

26. Anzeigeeinheit, die Folgendes umfasst: eine Elektronenquelle nach Anspruch 21; einen Bildschirm (90) zum Empfangen von Elektronen aus der Elektronenquelle, wobei der Bildschirm (90) einen Phosphorüberzug (80) gegenüber der von der Katode (20) abgewandten Seite des Magneten (20) aufweist, wobei der Phosphorüberzug (80) eine Vielzahl von Gruppen von verschiedenen Leuchtstoffen umfasst, wobei die Gruppen in einem sich wiederholenden Muster angeordnet sind, wobei jede Gruppe einem anderen Kanal (70) entspricht; Mittel zum Anlegen von Steuersignalen an das Gitterelektrodenmittel (40) und an das Anodenmittel (51, 52), um den Elektronenfluss von der Katode (20) über die Kanäle (70) zum Phosphorüberzug (80) selektiv zu steuern; und Ablenkmittel zum Anlegen von Ablenksignalen an das Anodenmittel (51, 52), um aus den Kanälen (70) kommende Elektronen sequenziell zu verschiedenen der Leuchtstoffe für den Phosphorüberzug (80). zu richten, wodurch ein Farbbild auf dem Bildschirm (90) erzeugt wird.

27. Anzeigeeinheit nach Anspruch 26, wobei die Leuchtstoffe (80) rote, grüne und blaue Leuchtstoffe umfassen.

28. Anzeigeeinheit nach Anspruch 27, wobei das Ablenkmittel so angeordnet ist, dass es aus den Kanälen kommende Elektronen auf verschiedene der Leuchtstoffe in der sich wiederholenden Folge Rot, Grün, Rot, Blau richtet.

29. Anzeigeeinheit nach irgendeinem der Ansprüche 25 bis 28, die eine letzte Anodenschicht umfasst, die auf dem Phosphorüberzug (80) angeordnet ist.

30. Anzeigeeinheit nach irgendeinem der Ansprüche 25 bis 29, wobei der Bildschirm (90) in mindestens einer Richtung gekrümmt ist und jede Zwischenverbindung zwischen angrenzenden ersten Anoden (51) und zwischen angrenzenden zweiten Anoden (52) ein Widerstandselement umfasst.

31. Anzeigeeinheit nach irgendeinem der Ansprüche 25 bis 30, die Mittel zum dynamischen Ändern eines an das Anodenmittel (51, 52) angelegten Gleichspannungspegels umfasst, um aus den Kanälen (70) kommende Elektronen auf den Phosphorüberzug (80) auf dem Bildschirm auszurichten.

32. Anzeigeeinheit nach irgendeinem der Ansprüche 25 bis 31, die eine an den Phosphorüberzug (80) angrenzende Aluminiumverstärkung umfasst.

33. Computersystem, das Folgendes umfasst: Speichermittel; Datenübertragungsmittel zum Übertragen von Daten zu und vom Speichermittel; Prozessormittel zum Verarbeiten von im Speichermittel gespeicherten Daten; und eine Anzeigeeinheit nach irgendeinem der Ansprüche 25 bis 32 zum Anzeigen von Daten, die vom Prozessormittel verarbeitet wurden.

34. Druckkopf, der eine Elektronenquelle nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 23 umfasst.

35. Vorrichtung zur Dokumentenverarbeitung, die einen Druckkopf nach Anspruch 34 und Mittel zum Senden von Daten zum Druckkopf umfasst, um eine gedruckte Aufzeichnung in Abhängigkeit von den Daten zu erzeugen.