DE69821407T2 - Gestaltung eines Abstandshalters, eines Trägers, eines Gitters und einer Anode für eine Anzeigevorrichtung - Google Patents

Gestaltung eines Abstandshalters, eines Trägers, eines Gitters und einer Anode für eine Anzeigevorrichtung Download PDF

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Magnetmatrixanzeigeeinheit und insbesondere Abstandshalter, Träger, Gitter- und Anodenelektroden zur Verwendung in einer solchen Anzeige.
  • Eine Magnetmatrixanzeige der vorliegenden Erfindung ist besonders – jedoch nicht ausschließlich – hilfreich in Anwendungen mit Flachbildschirm, beispielsweise in Fernsehempfängern und visuellen Anzeigeeinheiten für Computer, insbesondere – jedoch nicht ausschließlich – in tragbaren Computern, Personal Organizers, Datenfernübertragungsgeräten und dergleichen.
  • Die Herstellung von herkömmlichen Flachbildschirmanzeigen, beispielsweise Flüssigkristallanzeigen und Feldemissionsanzeigen, ist kompliziert, da sie jeweils einen verhältnismäßig hohen Grad an Halbleiterherstellung, empfindliche Materialien und enge Toleranzbereiche beinhaltet.
  • Die PCT-Patentanmeldung WO 97/08726 beschreibt eine Magnetmatrixanzeige mit einer Katode zum Aussenden von Elektronen, einem Dauermagneten mit einer zweidimensionalen Anordnung von Kanälen, die sich zwischen entgegengesetzten Polen des Magneten erstrecken, wobei die Richtung der Magnetisierung von der der Katode gegenüberliegenden Oberfläche zur gegenüberliegenden Oberfläche verläuft. Der Magnet erzeugt in jedem Kanal ein Magnetfeld, um Elektronen vom Katodenmittel zu einem Elektronenstrahl zu formen. Außerdem weist die Anzeige einen Bildschirm zum Empfangen eines Elektronenstrahls aus jedem Kanal auf. Der Bildschirm weist einen Leuchtstoffüberzug gegenüber der von der Katode abgewandten Seite des Magneten auf, wobei der Leuchtstoffüberzug eine Vielzahl von Bildelementen umfasst, die jeweils einem anderen Kanal entsprechen.
  • Bei der Magnetmatrixanzeige wird ein dickes Glas für den Bildschirm und die Montageplatte (backplate) verwendet, um sicherzustellen, dass eine selbsttragende Struktur erhalten wird, wenn das Glasgehäuse evakuiert wird. Die zum Bereitstellen dieser selbsttragenden Struktur benötigte Glasdicke begrenzt in der Tat diesen Ausführungstyp auf Bildschirmdiagonalen von bis zu 24 Zoll (610 mm).
  • Um Bildschirmgrößen mit einer Diagonalen von mehr als 24 Zoll (610 mm) oder eine Verringerung der Glasdicke und folglich des Gewichts der Anzeige zu ermöglichen, muss ein dünneres Glas verwendet werden. Dies macht die Verwendung von vorderseitigen Abstandshaltern und rückseitigen Trägern erforderlich, um dem atmosphärischen Druck auf die Außenseite des Glasgehäuses aufgrund des in diesem vorhandenen Vakuums standzuhalten. Solche Abstandshalter und Träger können entwickelt werden, jedoch ändert die Dielektrizitätskonstante eines isolierenden Trägers die Position der fernen Katode und die Elektronendichte in der Nähe des Trägers. Dies bewirkt eine Gitterblockierung und die Aussendung von Elektronen. Die Dielektrizitätskonstante eines isolierenden Abstandshalters ändert die elektrostatischen Feldmuster in der Nähe des Abstandshalters oder des Trägers und ändert folglich die Form und/oder die Richtung des Elektronenstrahls.
  • Folglich erscheint an den Positionen, wo sich die Abstandshalter oder die Träger befinden, ein sichtbares Muster auf dem Bildschirm. Falls eine Komponente (Abstandshalter oder Träger) zwischen jedem Bildelement des Bildschirms verwendet wird, verursacht eine solche sichtbare Musterung kein Problem, da sie auf dem gesamten Bildschirmbereich einheitlich vorhanden ist. Bei einer praktischen Ausführung werden solche Abstandshalter und Träger in Intervallen von etwa 10 mm positioniert, und so kann die Musterung im von der Anzeige erzeugten Schirmbild wahrgenommen werden.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird nun eine Magnetmatrixanzeigeeinheit bereitgestellt, die Folgendes umfasst: ein Substrat; ein Katodenmittel zum Aussenden von Elektronen; einen Dauermagneten; eine zweidimensionale Anordnung von Kanälen, die sich zwischen entgegengesetzten Polen des Magneten erstrecken; wobei der Magnet in jedem Kanal ein Magnetfeld erzeugt, um die Elektronen aus dem Katodenmittel zu einem Elektronenstrahl zu formen; einen Bildschirm zum Empfangen des Elektronenstrahls aus jedem Kanal, wobei der Bildschirm einen Leuchtstoffüberzug gegenüber der von der Katode abgewandten Seite des Magneten aufweist, wobei der Leuchtstoffüberzug eine Vielzahl von Bildelementen aufweist, die jeweils einem anderen Kanal entsprechen; und Gitterelektrodenmittel, die zwischen dem Katodenmittel und dem Magneten angeordnet sind, um den Elektronenfluss vom Katodenmittel in jeden Kanal zu steuern, wobei die Gitterelektrodenmittel eine Vielzahl von Löchern aufweisen, wobei jedes Loch einem der Kanäle entspricht (WO 97/08726).
  • Die vorliegende Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetmatrixanzeigeeinheit außerdem Folgendes umfasst: einen oder mehrere Träger zwischen dem Substrat und dem Magneten; und wobei die Löcher in der Nähe der Träger einen veränderlichen Querschnitt aufweisen, so dass festgestellte Änderungen der Aussendung von Elektronen durch das Katodenmittel in der Nähe der Träger, die durch einen oder mehrere Träger verursacht werden, kompensiert werden (Anspruch 1).
  • Die Änderungen des Querschnitts der Löcher ermöglichen es, dass jede Verschiebung der Position der fernen Katode und jede Änderung der Elektronendichte in der Nähe des Trägers kompensiert werden. Diese Kompensation kann mittels einer Änderung des Durchmessers der Löcher oder durch eine Änderung der Form der Löcher erfolgen. Normalerweise ist die Form der am nächsten bei den Abstandshaltern gelegenen Löcher nicht kreisförmig, sondern vorzugsweise elliptisch.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Katodenmittel zum Aussenden von Elektronen ein Extraktionsgitter; und der eine oder die mehreren Träger zwischen dem Substrat und dem Magneten sind so angeordnet, dass sie das Extraktionsgitter halten. Dies ermöglicht es, dass der Abstandshalter eine zweite Funktion erfüllt, wodurch kein gesonderter Träger für das Extraktionsgitter benötigt wird. Außerdem umfasst das Katodenmittel zum Aussenden von Elektronen in einer bevorzugten Ausführungsform Glühkatodenheizfäden; und der eine oder die mehreren Träger zwischen dem Substrat und dem Magneten sind so angeordnet, dass sie die Glühkatodenheizfäden halten. Dies ermöglicht es, dass der Abstandshalter eine dritte Funktion erfüllt, wodurch kein gesonderter Träger für die Glühkatodenheizfäden benötigt wird.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Anzeige außerdem Folgendes: einen oder mehrere Abstandshalter zwischen dem Bildschirm und dem Magneten; und Anodenmittel, die auf der von der Katode abgewandten Oberfläche des Magneten angeordnet sind, um Elektronen durch die Kanäle zu beschleunigen, wobei die Anodenmittel in der Nähe der Abstandshalter eine veränderliche Form aufweisen, so dass festgestellte Änderungen der Form und der Position des Elektronenstrahls, die durch den einen oder die mehreren Abstandshalter verursacht werden, kompensiert werden.
  • Die veränderliche Form der Anodenmittel in der Nähe des Abstandshalters ermöglicht es, dass jede Änderung der elektrostatischen Feldmuster in der Nähe des Abstandshalters und folglich jede Änderung der Form der Richtung des Elektronenstrahls kompensiert wird.
  • Vorzugsweise weisen der eine oder die mehreren Träger zwischen dem Substrat und dem Magneten und der eine oder die mehreren Abstandshalter zwischen dem Bildschirm und dem Magneten eine geringe Leitfähigkeit auf, so dass eine statische Aufladung verhindert wird. In einer bevorzugten Ausführungsform bestehen der eine oder die mehreren Träger zwischen dem Substrat und dem Magneten und der eine oder die mehreren Abstandshalter zwischen dem Bildschirm und dem Magneten aus Glaskeramik.
  • Nun werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung lediglich beispielhaft mit Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
  • 1 eine vereinfachte Querschnittsansicht eines Beispiels einer Magnetmatrixanzeigeeinheit nach dem Stand der Technik ist;
  • 2 eine Schnittperspektive des Beispiels von 1 ist;
  • 3 eine vereinfachte Querschnittsansicht einer praktischen Magnetmatrixanzeigeeinheit nach dem Stand der Technik ist;
  • 4 eine grafische Darstellung des Anzeigengewichts als Funktion von der Glasdicke für veränderliche sichtbare Diagonalgrößen des Bildschirms nach dem Stand der Technik ist;
  • 5 eine vereinfachte Querschnittsansicht einer praktischen Magnetmatrixanzeigeeinheit gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
  • 6 eine Ansicht von Abstandshaltern nach dem Stand der Technik ist;
  • 7 eine Ansicht von Abstandshaltern ist, die mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden können;
  • 8 eine Ansicht eines auf der Magnetoberfläche befindlichen Abstandshalters ist;
  • 9 eine Ansicht von rückseitigen Trägern ist, die mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden können;
  • 10 eine ferne virtuelle Glühkatode nach dem Stand der Technik zeigt, die in einer Magnetmatrixanzeige verwendet wird;
  • 11 die Auswirkung eines rückseitigen Trägers auf die Katodenposition und die Elektronendichte zeigt; und
  • 12 die veränderlichen Gitterlöcher gemäß der vorliegenden Erfindung in der Nähe des rückseitigen Trägers zeigt.
  • Mit Bezugnahme auf 1 umfasst ein Beispiel einer Magnetmatrixanzeigeeinheit 10 eine Flächenkatode 20 gegenüber einer Flächenanode 30. Auf der von Katode abgewandten Seite der Anode 30 ist ein Leuchtstoffüberzug 150 aufgebracht. Ein Dauermagnet 140 ist zwischen der Anode 30 und der Katode 20 angeordnet. Der Magnet 140 ist durch eine zweidimensionale Matrix von Kanälen 160 perforiert. Zwischen dem Magneten 140 und der Katode 20 ist eine Gitteranordnung angebracht. Die Gitteranordnung umfasst eine erste und eine zweite elektrisch isolierte Anordnung von parallelen Leitern, die im Folgenden als erste Gitter 71 bzw. zweite Gitter 72 bezeichnet werden. Die ersten Gitter 71 sind senkrecht zu den zweiten Gittern 72 angeordnet, so dass ein Gittermuster (lattice pattern) gebildet wird. In die ersten Gitter 71 und die zweiten Gitter 72 sind Löcher geformt. Die Löcher befinden sich an jedem Schnittpunkt eines ersten Gitters 71 und eines zweiten Gitters 72. Jedes Loch ist mit einem anderen Kanal 160 ausgerichtet. Der Leuchtstoffüberzug umfasst eine Vielzahl von Bildelementen, die jeweils einem anderen Kanal entsprechen. Bei einer Farbmagnetmatrixanzeige kann jedes der entsprechenden Leuchtstoffbildelemente eine Gruppe von Leuchtstoffelementen sein, wobei jede Gruppe einem anderen Kanal entspricht und normalerweise ein rotes, ein grünes und ein blaues Leuchtstoffelement umfasst. Die Ablenkanoden (deflection anodes) 302, 304 sind als ein Paar von Kämmen (combs) zwischen dem Magneten 140 und der Anode 30 angeordnet, um aus den Kanälen kommende Elektronenstrahlen an verschiedene der Leuchtstoffelemente zu adressieren.
  • Mit Bezugnahme auf 2 ist eine Spaltenansteuerschaltung (column drive circuitry) 170 mit den ersten Gittern 71 verbunden. Eine Zeilenansteuerschaltung (row drive circuitry) 180 ist mit den zweiten Gittern 72 verbunden. Dies hat den Vorteil, dass in einer herkömmlichen Anzeige mit einem Seitenverhältnis (aspect ratio) von vier zu drei, wobei mehr Spalten als Zeilen vorhanden sind, die Anzahl von komplexeren teuren Analogtreibern zugunsten von einfacheren, preisgünstigeren digitalen Schaltern verringert wird. Mit erneuter Bezugnahme auf 1 wird die Anode 30 während des Betriebs auf einer höheren Spannung als die Katode 20 gehalten. von der Katode 20 ausgesendete Elektronen werden folglich in Richtung auf die Anode 30 beschleunigt. Wenn Elektronen in jeden der Kanäle 160 im Magnet 140 eintreten, werden sie durch das darin vorhandene Magnetfeld zu einem dichten Strahl gebündelt. während des Betriebs wird der Durchlass von Elektronen durch die Kanäle durch die Gitteranordnung selektiv gesteuert. Jeder Kanal 160 ist durch geeignete Spannungssignale adressierbar, die durch die Zeilenansteuerschaltung 180 und die Spaltenansteuerschaltung 170 an das entsprechende erste Gitter 71 und zweite Gitter 72 angelegt werden. Elektronen werden folglich selektiv durchgelassen oder am Eintreten in jeden Kanal 160 gehindert, wobei sie den Magneten 140 passieren und den entsprechenden Bereich des Leuchtstoffüberzugs 150 erreichen, um ein Bildelement eines auf dem Bildschirm angezeigten Bildes zu bilden. Die Bildelemente des angezeigten Bildes werden in einem Aktualisierungsmuster (refresh pattern) abgetastet. Zur Erzeugung des Aktualisierungsmusters wird eine Spalte von Bildelementen durch Anlegen einer geeigneten Spannung über die Zeilenansteuerschaltung 180 an das entsprechende zweite Gitter 72 angesteuert, wobei die Spannung an den ersten Gittern 71 über die Spaltenansteuerschaltung 170 so eingestellt wird, dass kein Strahlstrom fließt. Die Spannungen an den verbleibenden ersten Gittern 71 werden von der Spaltenansteuerschaltung 170 so eingestellt, dass für jede Betriebsspannung an den zweiten Gittern 72 kein Strahlstrom fließt. Die Spannungen an den zweiten Gittern 72 werden sodann durch die Zeilenansteuerschaltung 180 in Abhängigkeit von Eingabebilddaten moduliert, die der angesteuerten Spalte von Bildelementen entsprechen. Der Prozess wird sodann für die als nächste folgende Spalte wiederholt. Die Zeilen- und Spaltenfunktionen werden entsprechend den üblicherweise in LCDs verwendeten Funktionen transponiert, das heißt, die Zeilen werden durch eine Analogspannung angesteuert, und die Spalten werden zwischen zwei Analogpegel geschaltet, eine solche Transposition (transposition) ist jedoch kein wesentliches Merkmal einer Magnetmatrixanzeige.
  • 3 zeigt eine Explosionsansicht eines Aufbaus einer Magnetmatrixanzeigeeinheit nach dem Stand der Technik. Der Magnet 140, die ersten 71 und zweiten 72 Gitter und die Ablenkanoden 302, 304 werden zusammen mit den Ansteuerschaltungen 170, 180 für die ersten 71 und zweiten 72 Gitter im Zentrum gezeigt. Der Magnet 140 ist etwa 2 mm dick.
  • Ein metallisiertes Gittergegengewicht (grid stand off) ist auf der unteren Seite des Magneten angebracht. Das Gegengewicht umfasst eine isolierende Schicht 314 mit einem dünnen Metallüberzug 316.
  • Auf der Seite des Magneten mit dem metallisierten Gittergegengewicht befindet sich ein Substratglas 310, auf dem die Anzeigeeinheit befestigt ist. Das Substratglas 310 weist Absauglöcher (exhaust holes) 312 zum Evakuieren des kompletten Glasgehäuses auf. Das Substratglas 310 ist normalerweise 20 mm dick, so dass das Substrat selbsttragend ist, wenn die Anzeigestruktur evakuiert ist. Das Substratglas 310 ist vom Magneten 140, den Gittern 71, 72 und den Ablenkanoden 302, 304 durch untere Glasseitenträger (lower glass side supports) 318 getrennt, die aus dem Substratglas 310 geformt sind. Diese unteren Seitenträger 318 sind etwa 5,5 mm hoch und stellen einen Zwischenraum zwischen dem Glassubstrat 310 und dem Gittergegengewicht bereit, in dem sich eine Katode 20 befindet. Die Katode besteht aus Katodenheizdrähten 24 und einem Extraktionsgitter 22.
  • Auf der vom metallisierten Gittergegengewicht abgewandten Seite des Magneten befindet sich das Bildschirmglas 308, auf dem sich der Leuchtstoffüberzug 150 und die die Anode 30 formende Aluminiumrückwand befinden. Normalerweise ist dieses Bildschirmglas ebenfalls 20 mm dick, so dass es selbsttragend ist, wenn die Anzeigestruktur evakuiert wird. Das Bildschirmglas 308 ist vom Magneten 140, den Gittern 71, 72 und den Ablenkanoden 302, 304 durch obere Glasseitenträger 306 getrennt. Diese oberen Glasseitenträger 306 sind etwa 5 mm hoch. Zwischen den oberen Glasseitenträgern 306 und dem Bildschirmglas befindet sich eine Fritteglasabschlussvorrichtung (glas frit seal) 318. Eine Verbindung 312 zur Anode 30 durchläuft das Glasgehäuse bei der Fritteglasabschlussvorrichtung 318, um das Herstellen einer Verbindung zu ermöglichen. Auf der Frontfläche des Bildschirmglases ist eine Implosionsschutzschicht mit Antireflexionsüberzug (anti-reflective coated implosion protection film) 309 vorhanden.
  • 4 zeigt eine grafische Darstellung des Magnetmatrixanzeigengewichtes als Funktion der Mindestdicke des für das Substrat und das Bildschirmglas verwendete Glas bei unterschiedlichen Bildschirmgrößen. Die Linie 402 entspricht einer Magnetmatrixanzeige mit einer sichtbaren Diagonalen von 14 Zoll (356 mm). Die Linien 404 und 406 entsprechen Magnetmatrixanzeigen mit einer sichtbaren Diagonalen von 16 Zoll (406 mm) bzw. 20 Zoll (508 mm). Beispielsweise wird für eine Anzeige von 15 Zoll (381 mm) Glas mit einer Dicke zwischen 12 und 14 mm benötigt. Eine solche Anzeige wiegt zwischen 7 und 8 kg. Bei einer Anzeige von 21 Zoll (533 mm) steigt die benötigten Dicke auf rund 20 mm. Eine solche Anzeige wiegt etwa 14 kg. Bei einer Anzeige von dieser Größe mit dieser Glasdicke ist das Gewicht beträchtlich. Außerdem erreicht die verwendbare Glasdicke eine Obergrenze aufgrund des Auftretens von optischen Verzerrungen, die ein Bild konkav gewölbt erscheinen lassen. In der Praxis ist eine sichtbare Diagonale von etwa 24 Zoll die Grenze für eine Anzeige mit Flachbildschirm mit einer nichtgestützten planen Glasscheibe.
  • 5 ist eine vereinfachte Querschnittsansicht einer praktischen Magnetmatrixanzeigeeinheit gemäß der vorliegenden Erfindung. Im Vergleich zu 3 ist die Dicke des Bildschirmglases von 20 mm auf 2 mm verringert. Es kann jede Verringerung der Dicke von den typischen 20 mm nach dem Stand der Technik verwendet werden, eine Verringerung der Glasdicke auf 2 mm ist jedoch für die vorliegende Erfindung von Vorteil. Das Substratglas ist ähnlich hinsichtlich seiner Dicke auf 2 mm verringert. Dieses kann ebenfalls eine beliebige Dicke aufweisen, die Wahl 2 mm ist jedoch für die vorliegende Erfindung von Vorteil. Der Abstand zwischen dem Magneten und der Aluminiumrückwand zu den Leuchtstoffen ist von 5 mm auf 2 mm verringert worden. Auch diese Abmessung kann verändert werden, ohne von der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
  • Um die Magnetanordnung 140 von der planen Glasscheibe 308 zu trennen und um dem atmosphärischen Druck auf die Außenseite des Glasgehäuses aufgrund des innen vorliegenden Vakuums standzuhalten, werden konische Abstandshalter 502 verwendet. Ähnlich werden rückseitige Träger 504 verwendet, um die Magnetanordnung 140 vom Substratglas 310 zu trennen und dem atmosphärischen Druck auf die Außenseite des Glasgehäuses aufgrund des innen vorliegenden Vakuums standzuhalten. Die Verwendung der konischen Abstandshalter 502 und der rückseitigen Träger 504 ermöglicht die Verwendung von dünnerem Glas für das Bildschirmglas 308 und für das Substratglas 310. Die in 5 gezeigten vorderseitigen Abstandshalter und die rückseitigen Träger dienen nicht als Maßstab und veranschaulichen die Position zwischen dem Magneten und der planen Glasscheibe und dem Substrat. In einer bevorzugten Ausführungsform werden die vorderseitigen Abstandshalter normalerweise in einem Abstand von etwa 10 mm positioniert. Die rückseitigen Träger werden in einer bevorzugten Ausführungsform ebenfalls in einem Abstand von etwa 10 mm positioniert. Die Größe der vorderseitigen Abstandshalter und der rückseitigen Träger wird in den 7 bzw. 9 gezeigt. Die Position der Anstandshalter in Bezug auf die Kanäle im Magneten wird in 8 gezeigt.
  • 6 zeigt vorderseitige Bildschirmabstandshalter, die in Feldemissionsanzeigen (FEDs) nach dem Stand der Technik verwendet werden. Bei 602 wird ein von Micron hergestellter FED-Abstandshalter mit einer Länge von etwa 0,7 mm und einem Durchmesser von etwa 0,03 mm gezeigt. Bei 604 wird ein von Candescent hergestellter FED-Abstandshalter mit einer Länge von etwa 0,5 mm und einem Querschnitt von etwa 0,1 mm mal 0,2 mm gezeigt. Zum vergleich werden in 6 außerdem zwei SMT-Elemente mit Standardgröße gezeigt. Bei 606 wird ein 201 messendes SMT mit einer Höhe von 0,5 mm und einem Querschnitt von 0,25 mm mal 0,25 mm gezeigt. Bei 608 wird ein 402 messendes SMT mit einer Höhe von 1 mm und einem Querschnitt von 0,5 mm mal 0,5 mm gezeigt.
  • 7 zeigt Abstandshalter, mit denen die vorliegende Erfindung verwendet werden kann. Bei 702 wird ein konischer Abstandshalter mit einer Länge von etwa 1 mm und einem Maximaldurchmesser von 0,244 mm gezeigt. Bei 704 wird eine alternative Ausführung eines Abstandshalters in Form eines Sterns gezeigt. Dieser Abstandshalter hat eine Länge von etwa 1 mm und einen Maximaldurchmesser von 0,72 mm. Bei 706 wird ein konischer Abstandshalter mit einer Länge von etwa 2 mm und einem Maximaldurchmesser von 0,244 mm gezeigt. Bei 708 wird eine alternative Ausführung eines Abstandshalters in Form eines Sterns gezeigt. Dieser Abstandshalter hat eine Länge von etwa 2 mm und einen Maximaldurchmesser von 0,72 mm. Bei 720 wird als Maßstab das Leuchtstoff-/Schwarz-Matrixmuster (phosphor/black matrix pattern) auf dem Bildschirm gezeigt.
  • Die Spitze des Abstandshalters muss auf den schwarzen Matrixbereich passen, der in 720 als 50 μm breit gezeigt wird.
  • Die Abstandshalter in 7 sind verhältnismäßig breit im Vergleich zu denjenigen nach dem Stand der Technik in 6. Sie sind verhältnismäßig einfach aus Keramik oder Glas herzustellen. Die Platzierung der Abstandshalter in der Anzeige ist eine Technologie, die nach dem Stand der Technik für die Verwendung von Abstandshaltern für FEDs allgemein bekannt ist.
  • 8 zeigt die Positionierung der Abstandshalter bei Betrachtung der Oberfläche des Magneten 140. Die einzelnen Kanäle 160 des Magneten sind zusammen mit den Ablenkanoden 302, 304 zu erkennen. In 8 werden sowohl ein konischer Abstandshalter, beispielsweise 702 oder 706 von 7, als auch ein sternförmiger Abstandshalter gezeigt, beispielsweise 704 oder 708 von 7. In einer praktischen Anzeige würden im Allgemeinen nicht beide Typen von Abstandshaltern in derselben Anzeige verwendet. Außerdem wäre der Zwischenraum zwischen den Abstandshaltern größer als der gezeigte. Die gezeigten Kanäle 160 befinden sich in einem Abstand von 300 μm voneinander und haben einen Durchmesser von 180 μm. Die Spitzen der Abstandshalter sind auf der Oberfläche des Magneten 140 zwischen den Kanälen 160 zu erkennen.
  • 9 zeigt rückseitige Träger, mit denen die vorliegende Erfindung verwendet werden kann. Bei 902 wird ein sternförmiger rückseitiger Träger mit einer Länger von etwa 5,5 mm, einem Maximaldurchmesser von 2 mm und einem Mindestdurchmesser von 0,244 mm gezeigt. Zum Vergleich werden außerdem das 201 messende SMT 606 und das 402 messende SMT 608 von 6 gezeigt. Bei 904 wird ein sternförmiger rückseitiger Träger mit einer Länge von etwa 5,5 mm, einem Maximaldurchmesser von 2 mm und einem Mindestdurchmesser von 0,72 mm gezeigt. An der Stelle des Mindestdurchmessers ist der Träger noch immer sternförmig anstatt kreisförmig.
  • Nun wird die Auswirkung des rückseitigen Trägers auf das elektrostatische Feld erläutert. 10 zeigt eine in einer Magnetmatrixanzeige verwendete ferne Katode nach dem Stand der Technik. Die Katode kann vom Glühkatoden- oder Kaltkatodentyp sein. Das Beispiel von 10 zeigt eine Glühkatode im Querschnitt. Die Elektronen werden von einem Gitter (22 in 5, in 10 nicht gezeigt) über einer Anordnung von Heizfäden (filaments) 20 extrahiert. Die extrahierten Elektronen durchlaufen eine Bahn (cycle) zwischen einer Position nahe beim Magneten 140 und dem rückseitigen Glassubstrat. Das Ergebnis ist eine Ebene von Elektronen mit geringer Geschwindigkeit in der Nähe der Steuergitter auf dem Magneten. Der Abstand dieser Ebene von Elektronen von den Steuergittern und die Dichte der Elektronen in der Ebene sind Parameter, die die an den ersten Gittern 71 eingestellte Sperrspannung (cut off voltage) und den durch die Spannung an den zweiten Gittern 72 eingestellten Elektronenstrahl-Bildelementstrom beeinflussen.
  • Die zwischen dem Magneten und dem rückseitigen Glassubstrat eingefügten rückseitigen Träger haben zwei Auswirkungen:
    • 1. Das physische Hindernis des Trägers bewirkt, dass einige Elektronen verloren gehen.
    • 2. Die Dielektrizitätskonstante ändert das Potential des lokalen elektrostatischen Feldes und bewirkt eine lokale Änderung der Elektronenposition und -dichte. Der typische Abstandshalter besteht aus einem Glaskeramikmaterial und weist eine Dielektrizitätskonstante von 5 auf.
  • Welche Störung genau auftritt, ist schwierig vorauszubestimmen, die Störung selbst ist jedoch für jede gegebene Struktur wiederholbar. 11 zeigt ein typisches Ergebnis, einschließlich der Verschiebung der Position der fernen Katode und der Änderung der Elektronendichte.
  • In der gleichzeitig anhängigen GB-Patentanmeldung 9711744.4 der Anmelder wird beschrieben, dass die Sperrspannung und der Verstärkungsfaktor (gain) jedes Bildelementes durch den Lochdurchmesser des ersten Gitters 71 und des zweiten Gitters 72 gesteuert werden können. Diese Lochdurchmesser können vom Lochdurchmesser im Magneten verschieden sein. Normalerweise ist der Lochdurchmesser des zweiten Gitters 72 etwas größer als derjenige des Magneten 140, und der Lochdurchmesser des ersten Gitters 71 ist etwas größer als derjenige des zweiten Gitters 72. Die Größen von jedem oder von beiden von diesen Lochdurchmessern kann in den einen Träger umgebenden Bereichen um geringe Beträge erhöht oder vermindert werden, um die Sperrspannung und die Verstärkungsfaktoren auf einen geeigneten Wert auszugleichen. Da der Störeffekt des rückseitigen Trägers mit zunehmender Entfernung von diesem abnimmt, würden die Lochdurchmesser stufenweise auf die nominellen Durchmesser zurückgehen. Folglich schafft die vorliegende Erfindung die Voraussetzungen für die zunehmende Änderung der Lochdurchmesser des ersten Gitters 71 und des zweiten Gitters 72 um einen Träger herum. Der Träger kann außerdem verwendet werden, um das virtuelle Katodenextraktionsgitter 22 zu tragen.
  • In einer Änderung der vorliegenden Erfindung sind die Lochdurchmesser des ersten Gitters 71 und des zweiten Gitters 72 nicht kreisförmig, sondern ändern sich im Bereich des Trägers. Beispielsweise können die Löcher in der Nähe des Trägers elliptisch oder eiförmig sein. 12 zeigt, wie sich die Form der Gitterlöcher in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ändert. Die genauen Einzelheiten der Form, der Größe und des Musters der Löcher müssen für jede gegebene Anwendung durch Simulation und Experimentieren festgestellt werden.
  • Nun wird die Auswirkung des vorderseitigen Trägers auf das elektrostatische Feld erläutert. Im Bereich des Magneten 140 bis zum Bildschirm 150 verlässt ein Elektron einen Bildelementschacht oder Kanal und passiert eine Elektronenlinse, die durch die EHT-Spannung an der letzten Anode 30, die Spannung an der Ablenkanode 302, 304 und die Dielektrizitätskonstante des magnetischen Materials gebildet wird, bevor es auf die Leuchtstoffe auf dem Bildschirm trifft. Ein zwischen dem Magneten 140 und dem Bildschirm 150 angebrachter Abstandshalter muss physisch so gestaltet sein, dass er den Elektronenstrahl nicht behindert. Die Dielektrizitätskonstante der Abstandshalterkomponente, normalerweise 5, bewirkt jedoch aufgrund der Auswirkung auf die elektrostatischen Felder eine Änderung an der Strahlform und -position. Obwohl der Widerstand des Abstandshalters hoch ist, um einen Ladungsaufbau zu verhindern, muss außerdem ein begrenzter Grad an Leitfähigkeit vorliegen. Der Widerstand eines solchen leicht leitenden Abstandshalters verändert sich mit dem Querschnittsbereich, wodurch das Feldmuster noch komplizierter wird.
  • Die Form und die Position des Elektronenstrahls können durch die präzise Gestaltung der Ablenkanoden um die Bildelemente herum gesteuert werden. Die Form der Ablenkanoden 302, 304 kann im Bereich des Abstandshalters auf zunehmende Weise verändert werden, so dass den Auswirkungen der Material-Dielektrizitätskonstante entgegengewirkt wird.

Claims (14)

  1. Magnetmatrixanzeigeeinheit, die Folgendes umfasst: ein Substrat (310); ein Katodenmittel (20) zum Aussenden von Elektronen; einen Dauermagneten (140); eine zweidimensionale Anordnung von Kanälen (160), die sich zwischen entgegengesetzten Polen des Magneten erstrecken; wobei der Magnet in jedem Kanal ein Magnetfeld erzeugt, um die Elektronen aus dem Katodenmittel zu einem Elektronenstrahl zu formen; einen Bildschirm (308) zum Empfangen des Elektronenstrahls aus jedem Kanal, wobei der Bildschirm einen Leuchtstoffüberzug (150) gegenüber der von der Katode abgewandten Seite des Magneten aufweist, wobei der Leuchtstoffüberzug eine Vielzahl von Bildelementen aufweist, die jeweils einem anderen Kanal entsprechen; und Gitterelektrodenmittel (71, 72), die zwischen dem Katodenmittel und dem Magneten angeordnet sind, um den Elektronenfluss vom Katodenmittel in jeden Kanal zu steuern, wobei die Gitterelektrodenmittel eine Vielzahl von Löchern aufweisen, wobei jedes Loch einem der Kanäle entspricht; dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetmatrixanzeigeeinheit außerdem Folgendes umfasst: einen oder mehrere Träger (504) zwischen dem Substrat und dem Magneten; und wobei die Löcher in der Nähe der Träger einen veränderlichen Querschnitt aufweisen, so dass festgestellte Änderungen der Aussendung von Elektronen durch das Katodenmittel in der Nähe der Träger, die durch einen oder mehrere Träger verursacht werden, kompensiert werden.
  2. Magnetmatrixanzeigeeinheit nach Anspruch 1, wobei die Änderung des Querschnitts der Löcher eine Änderung des Durchmessers der Löcher ist.
  3. Magnetmatrixanzeigeeinheit nach Anspruch 1, wobei die Änderung des Querschnitts der Löcher eine Änderung der Form der Löcher ist.
  4. Magnetmatrixanzeigeeinheit nach Anspruch 3, wobei die Form von Löchern in der Nähe von dem einen oder den mehreren Trägern (504) nicht kreisförmig ist.
  5. Magnetmatrixanzeigeeinheit nach Anspruch 3, wobei die Form von Löchern in der Nähe von dem einen oder den mehreren Trägern (504) elliptisch ist.
  6. Magnetmatrixanzeigeeinheit nach Anspruch 1, wobei das Katodenmittel (20) zum Aussenden von Elektronen ein Extraktionsgitter umfasst; und wobei ein oder mehrere Träger (504) zwischen dem Substrat und dem Magneten so angeordnet sind, dass sie das Extraktionsgitter halten.
  7. Magnetmatrixanzeigeeinheit nach Anspruch 1, wobei das Katodenmittel zum Aussenden von Elektronen Glühkatodenheizfäden umfasst; und wobei der eine oder die mehreren Träger zwischen dem Substrat und dem Magneten so angeordnet sind, dass sie die Glühkatodenheizfäden halten.
  8. Magnetmatrixanzeigeeinheit nach Anspruch 1, wobei der eine oder die mehreren Träger (504) zwischen dem Substrat (310) und dem Magneten (140) im Wesentlichen isolierend sind.
  9. Magnetmatrixanzeigeeinheit nach Anspruch 8, wobei der eine oder die mehreren Träger (504) zwischen dem Substrat (310) und dem Magneten (140) eine geringe Leitfähigkeit aufweisen, so dass eine statische Aufladung verhindert wird.
  10. Magnetmatrixanzeigeeinheit nach Anspruch 8, wobei der eine oder die mehreren Träger (504) zwischen dem Substrat (310) und dem Magneten (140) aus Glaskeramik bestehen.
  11. Magnetmatrixanzeigeeinheit nach Anspruch 1, die außerdem Folgendes aufweist: einen oder mehrere Abstandshalter (502) zwischen dem Bildschirm (308) und dem Magneten (140); und Anodenmittel (302, 304), die auf der von der Katode abgewandten Oberfläche des Magneten angeordnet sind, um Elektronen durch die Kanäle zu beschleunigen, wobei die Anodenmittel in der Nähe der Abstandshalter eine veränderliche Form aüfweisen, so dass festgestellte Änderungen der Form und der Position des Elektronenstrahls, die durch den einen oder die mehreren Abstandshalter verursacht werden, kompensiert werden.
  12. Magnetmatrixanzeigeeinheit nach Anspruch 11, wobei der eine oder die mehreren Abstandshalter (502) zwischen dem Bildschirm (308) und dem Magneten (140) im Wesentlichen isolierend sind.
  13. Magnetmatrixanzeigeeinheit nach Anspruch 12, wobei der eine oder die mehreren Abstandshalter (502) zwischen dem Bildschirm (308) und dem Magneten (140) eine geringe Leitfähigkeit aufweisen, so dass eine statische Aufladung verhindert wird.
  14. Magnetmatrixanzeigeeinheit nach Anspruch 12, wobei der eine oder die mehreren Abstandshalter (502) zwischen dem Bildschirm (308) und dem Magneten (140) aus Glaskeramik bestehen.
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