JPH0721994B2 - 自由電子の均一な空間電荷雲を実質上のカソ−ドとして用いた平坦型電子制御装置 - Google Patents

自由電子の均一な空間電荷雲を実質上のカソ−ドとして用いた平坦型電子制御装置

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JPH0721994B2
JPH0721994B2 JP61190399A JP19039986A JPH0721994B2 JP H0721994 B2 JPH0721994 B2 JP H0721994B2 JP 61190399 A JP61190399 A JP 61190399A JP 19039986 A JP19039986 A JP 19039986A JP H0721994 B2 JPH0721994 B2 JP H0721994B2
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、一般に、平坦型の電子制御装置に係り、特
に、公知のものとは極端に異なる特別設計の平坦型可視
表示装置に係る。
従来の技術 平坦な陰極可視表示装置に対する典型的な公知の解決策
が第１図に示されている。第１図は、参照番号10で一般
的に示された公知の高真空装置の一部分を概略的に示す
ものである。この高真空装置10は、フェイスプレート14
と、電気的に正の燐光被覆アルミ処理のバックフェイス
16（スクリーン又はアノードとも称する）とを有するフ
ェイスプレート組立体12を備えており、このバックプレ
ートは、電子が当ることにより、プレート14の前面から
見た時に可視像を形成する。フェイスプレートは、平坦
なものとして示されているが、製造上の目的で若干カー
ブさせることができ（比較的大きな半径を定める）、そ
れ以外は全て平坦な部品で全装置が構成される。これ
は、本発明の装置についても云えることである。このた
め、「平坦」という用語は、これらの若干カーブしたも
のも含むものとする。スクリーンの後方で且つバックプ
レート18及びバック電極19の前方には、一連の熱イオン
加熱のワイヤカソード20がこれらのスクリーン及びバッ
クプレートの両方と平行な平面内でこれらに対して間隔
をおいて配置されている。各カソードは、個々の電子雲
22によって一般的に示されたように、それ自体の長さに
沿って且つその周りにそれ自体で自由電子雲を発生供給
する役目を果たす。これらの自由電子は、アドレス電
極、バッファ電極、収束電極及び或る場合には偏向手段
（これらは全て以下で説明する）で構成されたグリッド
スタック24によって作用を受け、これら作用を受けた電
子はフェイスプレート組立体12のスクリーン16の特定の
領域に衝突し、プレート14の前面に所望の像を形成す
る。説明上、カソード、スクリーン、グリッドスタック
及びバックプレートを含む平面をｘ及びｙ軸で定め、こ
れに垂直な軸をｚ軸とする。
第１図の説明を続けると、電極のグリッドスタック24
は、電気的に分離されたバッファ電極25と、１つ以上の
穴付きのアドレスプレート26と、１つ以上の収束電極
（そのうちの２つが28及び30で示されている）とを備え
ている。アドレスプレート26の一例として、このプレー
トは誘電基体32を備えており、この誘電基体は、前面36
と、後面38と、これら面間でｚ方向に行列のアレイとし
て延びている接近離間された穴40とを有している。又、
図示されたこの特定のアドレスプレートは、基体32の後
面に配置された第１組の平行なストリップアドレス電極
42と、後面38の電極42に直角な第２組の平行なストリッ
プアドレス電極44も備えている。説明上、アドレス電極
42は第１アドレス電極と称し、電極ストリップ44は第２
アドレス電極と称する。というのは、これら電極の電子
の供給に対して最も近いアドレス電極と第２番目に近い
アドレス電極だからである。電極42は第１のアドレス電
極であるが、実際には、バッファ電極25がカタックにお
いて第１の電極であることに注意されたい。
前記したように、全表示装置10を形成する部品は一般の
部品であり、従って、これ以上詳細には説明しない。
又、装置10を形成する全ての部品が図示されているので
はないことを理解されたい。例えば、全装置は、ハウジ
ング即ち包囲体を含み、これは、フェイスプレート12及
びバックプレート18を一体的に組み込むものであっても
よいしそうでなくてもよいが、前記した電気的に正の燐
光被覆スクリーン16、バック電極19、カソード20及びグ
リッドスタック24を含む真空内部を画成するものであ
る。又、この装置は、高い真空を維持するためのゲッタ
のようなガス吸収装置や、自由電子22の各雲を形成して
制御された正の無指向性電界を形成するようにカソード
20を付勢する適当な手段や、その他の種々の電極を電圧
バイアスしてカソード電圧に対して正のバイアスをバッ
ク電極19にかけ、カソードによって発生された自由電子
に作用を及ぼして、これらの作用を受けた電子が比較的
均一な流れで且つ比較的均一なｚ軸速度でバッファ電極
に向かって移動するようにさせる手段（図示せず）も備
えている。このプロセス全体にわたり、バッファ電極25
は、カソード電圧に対して正の電圧に維持され、電子を
これに引き付けるという積極的な役割を果たす。これと
同時に、所与の時間に第１及び第２の電極の選択された
部分をアドレスし（適当な電圧バイアスによって）、特
定の穴40を通してスクリーン12の方向に電子を引き付け
る手段（図示せず）も設けられている。これらの電子が
選択された穴をいったん通過すると、残りの電極28及び
30（及びもし設けられていれば他の電極）がこれら穴を
通過する電子をスクリーンに収束するか又は偏向するか
さもなくば更に指向するように働く。
装置10は、公知の或る分類の一般的な例として設けられ
たもので、公知装置の全ての特徴を含むものではない
し、又、特定の装置を代表するものでもないことを理解
されたい。例えば、他の公知装置は、別の構成のアドレ
ス及び収束電極を利用することもあるし及び／又は別の
形式の個々のカソードを備えていることもある。然し乍
ら、第１図に一般的に示す形式の公知適用例の各々にお
いては（本出願人の知る限り）、空間的に非均一な供給
自由電子が発生され、バッファ、アドレス及び収束電極
（及びおそらくは偏向電極）によって直接作用を受け、
所望の像を形成する。装置10の場合には、カソード20を
取り巻く自由電子の雲22がこのような供給電子となり、
グリッドスタック24によって直接的に作用を受ける。
発明が解決しようとする問題点 装置10によって例示された平坦な表示装置は、空間的な
観点から制御不能に輝度が変化する傾向のある可視表示
装置を形成することが分かっている。この「ウォッシュ
ボード（洗濯板）」作用については基本的に２つの原因
がある。先ず第１に、カソードワイヤによって発生され
た自由電子にはカソードワイヤに対してその密度が異な
る。より詳細には、グリッドスタックに接近する自由電
子であってアドレスプレートの或る部分のすぐ後方で該
部分から出て来る自由電子の数は、別の部分の後方で該
部分から出て来る電子の数と異なる。それ故、スクリー
ン上に等しい輝度のピクセルを形成するために同じ長さ
の時間に同じ個数の電子を通過させるように２つの異な
った穴がアドレスされたとしても、実際には異なった量
の電子が穴を通過し、それ故、全体的に異なった輝度の
ピクセルが形成される。第２のウォッシュボード作用
は、アドレスされる所与の穴に向かって移動されている
電子の幾つかが広い角度で接近することによるものであ
る。この「広角度」の電子は、軸を外れて特定の穴を通
過し、収束に変動を生じさせる。
理想的には、上記のウォッシュボード作用を排除する１
つの方法は、装置10にカソード20を各穴40の真後に接近
して正確な間隔で設けて、これら穴の各々が同様の電子
貯蔵部から電子を引き出せるようにすることである。こ
のようにすれば、２つ以上の穴が同じ長さの時間に対し
てアドレスされた場合に、これらの穴は理想的な条件の
もとで同じ数の電子を引っ張り、それ故、同じ輝度でス
クリーンを照射する。然し乍ら、実際上の観点から、ア
ドレスプレートの多数の穴と同じ数のカソードを設ける
ことはできず、又、カソード及び間隔を正確に同じにす
ることはできない。
装置10によって例示された装置の別の欠点は、バッファ
電極25の使い方にある。上記したように、この電極は、
カソード電圧に対して正の電圧に維持される。その結
果、バッファ電極は、バック電極（一般的にこれも正の
電圧に維持しなければならない）と同様に、定電流ドレ
インとして働く。
例示装置10は、平坦型の可視表示装置に対する１つの解
決策である。別の解決策が米国特許第4,227,117号、第
4,451,846号及び第4,158,210号に開示されている。これ
ら特許には、一緒に動作する一連の収束、偏向及び加速
電極を用いて、個々の走査電子ビームのアレイを電気的
に正の協働スクリーンに形成する装置が開示されてい
る。この形式の装置には、一般的にウォッシユボードの
問題はないが、カソードからの電子放出に変動があるこ
とと、偏向歪及び基線整列に関連した問題がある。
更に別の公知解決策においては、電子がプラズマによっ
て発生される。電子は、プラズマで発生された雲から該
雲の前方にあるアドレススタックによって抽出され、電
気的に正のスクリーンに向けられる。この技術に伴う問
題は、スクリーンの電位を最小とするために電気的に正
のスクリーンとアドレススタックとの間に非常に小さな
スペースを設けなければならないために、スクリーンの
光出力が制限される（弱くなる）ことである。このた
め、両者の間の大きな電位がグリッドスタックとスクリ
ーンとの間のガスをブレークダウンさせる傾向がある。
又、この解決策には、その他の欠点も知られている。
別の分類の平坦型表示装置では、１本、多数本又はリボ
ン形のビームが使用されて最初は本質的に表示装置の平
面に平行に向けられ、次いで、本質的にＺ方向に向きを
変えられ、直接的にか或いは選択及び／又は収束グリッ
ド構造体によって表示ターゲットの適当な領域をアドレ
スする。それらの例としては、米国特許第2,928,014号
及び第2,795,729号に各々開示された単一の銃を用いた
エイケン（Eiken）氏及びガバー（Gabor）氏の装置、米
国特許第4,103,204号及び第4,103,205号によって例示さ
れるRCA多ビームチャンネルガイドシステム及び米国特
許第4,437,044号に開示されたシーメンス（Siemens）の
A.G.制御スラロム（slalom）リボン装置が挙げられる。
これらシステムのほとんどの欠点は、それらの構造及び
／又は電気的及び電子的な光学制御器の複雑さにある。
ハイニッシユ（Heynisch）氏の米国特許第4,435,672号
に開示されたシーメンスの解決策では、１ないし２ボル
トの速度を有すると記載され且つ「電子貯蔵部」、「電
子雲」「低速度電子の雲」、「電子蓄積スペース」及び
「電子ガス」というように色々に記載された非常に低速
度の電子が貫通するカソード領域が使用されている。こ
れらに伴う問題は、次のとおりである。
1.これまでは、地磁気によって生じるものや回路の電流
によって生じるもののような僅かな磁界でも空間電荷雲
の均一性が妨げられるので、密度を均一に維持できるこ
と。
2.全カソードスペースに比較的大きな体積が必要とされ
るために、充分な電子密度に欠けること。
3.スクリーンに小さな良好に定められたスポットを得る
ために必要とされる収束作用を制御する目的で実質上の
カソードとして働き得る適度な一定のカソード距離がな
いこと。
問題点を解決するための手段 以上に鑑み、本発明の一般的な目的は、上記したような
非均一な作用もウォッシュボード作用も受けず、又、磁
気放射に著しく敏感でないような平坦型の高真空可視表
示装置を提供することである。
本発明の別の目的は、作動上エネルギ効率の高い平坦型
の可視表示装置を提供することである。
本発明の更に特定の目的は、アドレス電極を組み込んだ
グリッドスタックを備えており、アドレス電極によって
使用するための自由電子を供給するようにされた平坦型
の可視表示装置であって、特に、スタックの一部分を形
成する電極或いはその他の電極が装置の作動中に自由電
子から著しい電流もしくは電力を引きだすことがないよ
うな装置を提供することである。
本発明の別の特定の目的は、最後に述べた形式の平坦型
可視表示装置であって、グリッドスタックの全てのアド
レスされた穴が所与の時間増分中に同じ数の電子を通
し、これにより、上記した非均一性又はウォッシュボー
ド作用に対して保証するような表示装置を提供すること
である。
以下で詳細に述べるように、ここに開示する装置は、平
らなリセプタ、例えば、装置10の一部分を形成したもの
と同一の平坦な表示スクリーンを備えており、即ち前面
と、被覆された電気的に正の後面と、この後面上にあっ
て電子が当ることにより上記前面から見た時に対応する
可視像を形成するような手段とを有したフェイスプレー
ト組立体を備えている。然し乍ら、本発明は、平らなリ
セプタが可視表示スクリーンである必要はない。例え
ば、液晶表示装置のような他の装置を作動するための個
々の電子リードの端面であってもよい。又、この装置
は、第１図の装置10の一部分を形成するスタック24と同
一のグリッドスタックを備えているか、又は、穴付きの
アドレスプレートのみを含む構成体を備えている。更
に、本発明によれば、ここに開示する平らな可視表示装
置は、装置の作動中にアドレスプレートの各々の穴が電
子の等しい供給を受けてこれに作用するように、自由電
子の均一密度の空間電荷雲を第１アドレスグリッドの後
面のすぐ後ろにある該後面と平行な平らなバンド内に確
立するカソード手段を含む構成体を使用している。
更に、上記した高密度の平らな空間電荷雲は、実質上の
カソードを形成することが必要とされ、即ち、雲の密度
は、雲内の電界が或る平面（例えば、上記したバンド
内）において少なくともカソード電位まで或いはそれよ
り若干下まで低下するようなものでなければならない。
「空間電荷雲」という表現を使用する時には、この要求
事項が含まれることを理解されたい。又、「空間電荷カ
ソード」或いは「実質上のカソード」という用語は交換
可能に使用することができる。
ここに示す１つの特定の実施例においては、自由電子の
均一な高密度の空間電荷雲、即ち、「実質上のカソー
ド」は、バック電極及び加速電極に組合せて前記した装
置のグリッドスタックの第１アドレス電極を使用するこ
とによって確立され、これら３つの全電極は、第１図の
カソード20のような適当なカソード手段によって供給さ
れる電子に作用する。以下で詳細に述べるように、これ
ら３つの部品は、カソード手段によって放出された自由
電子を２つの平らなバンド間で振子状に前後に振動させ
るように互いに協働し、上記２つのバンドの一方は、第
１のアドレス電極に隣接してその後方にあり、もう一方
は、バック電極に隣接してその前方にある。
ここに示す或る特定の実施例においては、第１のアドレ
ス電極は、全装置の休止中に（例えば、アドレス動作が
行なわれない時に）カソード手段に対してほゞ等しいか
若干負であるようなバイアス電圧に維持される。これ
は、休止時間中に、アドレスプレート付近の空間電荷雲
が常に第１のアドレス電極から空間的に分離されること
を保証する。その結果、自由電子からこの電極に電流が
流れることはない。これに対して、装置10では、そのバ
ッファ電極がそのカソード手段から常時電流を引き出
す。従って、ここに開示する装置は、以下で詳細に明ら
かとなるように、非常にエネルギ効率のよい方法で作動
する。
ここに開示する平坦型の可視表示装置全体を添付図面を
参照として以下に詳細に説明する。
実施例 同じ部品が種々の図面全体にわたって同じ参照番号で示
された添付図面を参照し、第１図は既に説明したから第
２図及び第３図について詳細に述べる。第２図は、本発
明によって構成され参照番号46で一般的に示された平坦
型可視表示装置を示している。この装置は、第１図の装
置10について既に述べたように、同じフェイスプレート
組立体12（又は他のこのような平らなリセプタ）と、バ
ックプレート18と、カソード20と、穴付きのアドレスプ
レート26とを備えている。穴付きのアドレスプレート26
は、フェイスプレート組立体12の燐光被覆アルミ処理の
後面16の真後でこれと平行な関係に配置される。アドレ
ス電極42は、アドレスプレートの基体32の後面38上を一
方向に延びるように示されており、第２のアドレス電極
44はアドレスプレートの逆の面上を直角方向に延びる。
アドレスプレートの穴40は、第２図及び第３図の両方に
示されている。
装置46は、アドレスプレートと、スクリーンとの間に、
装置10の収束電極28及び30並びにそのグリッドスタック
24を形成する他の電極に対応する更に別の収束、偏向及
び／又はアドレス電極を必ずしも含むものではなく或い
は少なくとも含む必要がない（含んでもよいが）ことに
注意されたい。又、装置46のワイヤ状のカソードは、装
置10の場合のようにG1電極42に垂直ではなくて、これら
電極に平行に延びることに注目されたい。カソードは、
各々の方向に延びることができる。更に、装置46は、最
も外部の包囲体を有しており、これは、その全体が示さ
れていないが、フェイスプレート14及びバックプレート
18を含むものであって、、表示フェイスプレートの燐光
スクリーン16、ワイヤ状カソード20、アドレスプレート
26及び以下で述べる他の部品を含む真空チャンバを画成
する。
以上に述べた部品に加えて、全平坦型可視表示装置46
は、バックプレート18に隣接し且つこれと平行な（そし
ておそらくはこれによって支持された）平面内において
カソード20の後方に配置されたプレート状のバック電極
50と、アドレスプレート26とカソードワイヤ20との間で
これらと平行な平面内に配置されたグリッド状の加速電
極52とを備えている。これら２つの付加的な部品が装置
46においていかに動作するかは以下で詳細に説明する。
ここでは、前記したものと組み合わされたこれら２つの
付加的な部品は、第１のアドレス電極42のすぐ後ろでこ
れと平行な関係に配置された平らなバンド（例えば、或
る厚みの平らな層）内に自由電子の第１の均一な高密度
の空間電荷雲即ち実質上のカソード54を確立すると共
に、バック電極50のすぐ前でこれと平行な関係に配置さ
れた平らなバンド内に自由電子の第２の均一な高密度の
空間電荷雲56を確立する。明らかなように、空間電荷雲
54は装置46の動作にとって重要なものであり、一方、空
間電荷雲56はこれらの空間電荷雲がいかに確立されるか
によるものであり、装置の動作にとって重要なものでは
ない。それ故、以下の説明は、主として空間電荷雲54に
ついてのものであるが、空間電荷雲56も同じ作用を含む
ことを理解されたい。
空間電荷雲54が確立される方法から、以下で述べるよう
に、この自由電子貯蔵部は前方及び後方のｚ軸速度が本
質的に０であり（例えば、アドレスプレート26の平面に
直角な方向に）そしてマクスウエリアンのクロスビーム
速度がランダムであり（アドレスプレートの平面に平行
に）、従って、雲内のいかなる点の電界も本質的に０で
ある。別の方法として、第１のアドレス電極42から所与
の平面距離にある空間電荷雲54内の各点即ちサブエリア
は、他の各点即ちサブエリアと同じ本質的に０の電界状
態を表示する本質的に同じ自由電子密度を備えている。
このように、互いに同一な「実質上のカソード」は、ア
ドレス電極42のすぐ後方の各穴40に確立される。装置の
アドレスモード中に電子が穴によってこれらの実質上の
カソードから引き出された時には、これらが残すボイド
が直ちに埋められて雲全体の均一性を保持するようにさ
れる。但し、これは、放出される電子の数が以下で述べ
るようにグリッドスタック及び加速電極によって引き出
される電流より充分に大きい場合がある。このため、雲
54は、アドレスされた穴へ引き込まれる自由電子の数に
比して以下で述べるように充分に高密度とされ、穴によ
って雲をアドレスする場合には雲の電界への作用が最小
とされる。電子が雲から引き出された時には、平衡状態
を維持しようとする雲の傾向により、すぐ周囲にある電
子が移動してボイドを埋めるように瞬間的な再分布が生
じる。これは、各穴が電子の連続的な供給を引き出し、
各供給が互いに他の供給と同じであるようにする。
空間電荷雲54について説明したが、この雲をいかに確立
するかについて述べる前に、この雲をアドレスプレート
26に組合せて使用し、制御された電子ビームを雲から選
択された穴40を通してスクリーン16に向けてこれに所望
の可視像を形成する方法に注目する。このため、幾つか
の用語について述べなければならない。特に、付勢即ち
アドレスされる穴は、雲54からの電子をスクリーン16に
向けさせる穴である。一方、付勢即ちドレスされない穴
は、電子の通過に対して電子的に閉じた状態に保たれ
る。
特定の穴がアドレスされるか否かは、その穴を互いに直
交して横切る特定の第１及び第２のアドレス電極42及び
44にかゝる電圧によって左右される。全く穴がアドレス
されない場合、即ち、静止モード中には、第１アドレス
電極がカソード20にほゞ等しいか或いはそれに対して若
干負の電圧に維持され（バイアスされ）、一方、第２ア
ドレス電極はゼロ又は負のカットオフ電圧に維持され
る。従って、全く穴がアドレスされない場合には、雲54
からの電子がアドレスプレートに吸引されず、それ故、
いずれのアドレス電極によっても電流が引き出されず、
電力は全く消費されない。これは、カソード20に対して
常に正の電圧に維持されたバッファ電極25を通して連続
的に電流が引き出された装置10と区別されるべきであ
る。
バッファ電極をスタックに使用する場合には、第１のア
ドレス電極は必ずしもゼロ又は負である必要はないが、
バッファと組合せたときに第１アドレス電極を通してグ
リッドスタックへ電流が流れ込まないようにしなければ
ならない。或る場合には、多量の電力を消費しないよう
な僅かな量の正のバッファ電圧が収束を行なう手段とし
て効果的である。
各組のアドレスグリッドにかゝる正確な「カットオフ」
電圧は、互いに他の組みのターン・オンパルス電圧によ
って電界貫通による電流が流れないように調整しなけれ
ばならない。バッファ電極を第１のアドレス電極の前方
に使用した時には、第５図について述べるように、この
後者によって確立された組合せ電界がバッファの存在し
ない第１アドレス電極と同じ機能を果たさねばならな
い。
特定の穴を付勢即ちアドレスするためには、その特定の
第１及び第２のアドレス電極が両方ともカソード電位に
対して正のカソード電圧レベルに付勢されねばならな
い。説明上、カソード電位もしくはカソード基準電圧は
全装置のアドレスモード中にはその単電位値であること
を理解されたい。カソード20が直熱構造体である場合に
は、カソードを加熱するために非アドレスモード即ち周
期がなければならない。装置のこの非アドレスモード中
には、カソード電位が全ての点で第１アドレス電極に対
して正であるかもしくはゼロでなければならない。カソ
ードが加熱された場合には、非アドレスモードの必要は
なくなる。アドレスモード中にアドレスされる特定の穴
に関連した第１アドレス電極はカソードより高い電圧に
増加されるので、付勢された第１アドレス電極以外のも
のを通して雲54から電子が吸引されることにより或る程
度の電力が消費される。然し乍ら、これによって生じる
電流の引き出しは、例えば、第１アドレス電極に沿った
単一又は二重の行もしくは列に含まれたもののように比
較的少数のピクセルが同時にアドレスされるだけである
から無視することができ、それ故、電力ロスも無視する
ことができる。
空間電荷雲54と、アドレスプレート26を作動する方法と
について説明したが、空間電荷雲54をいかに確立するか
を示した第４図について説明する。先ず、全アドレスプ
レート26が静止モードにあり、即ち、各穴が非アドレス
状態に保たれるものと仮定する。この状態のもとでは、
第１アドレス電極の電圧（VFEで示す）は、カソード電
圧Vkに等しいか又はそれより若干負であるカットオフ値
に保たれる。前記したように、第２のアドレス電極の電
圧（Vseで示す）は、カットオフに保たれる。これと同
時に、バック電極50は、カソード電圧Vkに等しいか又は
それより若干負であるVFEに近い電圧VBEに保たれる。図
示された特定のカソードシステム及び特定の間隔につい
ては、カソードの電子放出を増加しつつも、この増加し
た放出に比して著しい電流を吸収しないように、バック
電極を非常に僅かに正である電圧で作動させことがしば
しば望ましい。一方、加速電極52の電圧Vaccは、カソー
ド電圧及び両電圧VFE及びVBEに対して正のレベルに維持
される。
装置は、グリッド構造体の後方の領域にある側壁がバッ
ク電極の電位となるように構成しなければならない。こ
れは、静止作動中にバックプレートの側壁とグリッドス
タックとの境界内に自由電子を閉じ込め、それ故、加速
板は唯一の電流収集器となる。
前記した電圧バイアス状態のもとで、電子がワイヤ状の
カソード20から放出される時には、これらがカソードか
ら加速電極に向かって引き出され、その一部分が或る有
限の時間周期において加速電極のメッシュによって実際
上さえぎられる。慣性により、他の部分はメッシュ状の
加速電極を通して第１アドレス電極42へ向かう。加速電
極のグリッドによってさえぎられなかった電子の部分
は、グリッドの透過特性、説明上約95％とする、にほゞ
等しくなる。これは、所与の数の電子が加速プレートに
向かって吸引されるたびに、その95％が透過し、５％が
透過しないことを意味する。上記したように、第１のア
ドレス電極は、カソード電圧に等しいか或いはそれより
若干負の電圧レベルにバイアスされる。従って、これら
の電極と到来する電子との間に反発力が発生し、これに
より、電子の速度を低下し、結局は、これらを瞬間的に
停止させ、加速電極に向かって後方に反発させる。加速
電極のメッシュに戻ると、これら電子の一部分、例え
ば、５％の加速電極によってさえぎられ、一方、その他
の部分はこれを貫通し、バック電極に向かって移動す
る。バック電極は第１アドレス電極と同じ電圧であるの
で、到来する電子は加速電極に向かっても度され、プロ
セス自体が振子状に繰り返される。
上記の作用が第４図に重畳する波形60によって概略的に
示されている。電子は、それらの速度が加速電極に直角
な方向に（例えば、Ｚ方向に）ゼロになる時に、第１ア
ドレス電極及びバック電極に平行で且つこれに隣接した
平らなバンドにおいて分岐することに注意されたい。電
子の速度は、第１アドレス電極及びバック電極から若干
異なった距離においてゼロになり、バンドの厚みが部分
的に考慮される。このため、電子は異なった熱速度（比
較的狭い範囲内の）でカソードから放出され、それ故、
電子は若干異なったエネルギで接近する。その結果、こ
のように画成されたバンド内で電子は束になる傾向があ
り、前記の空間電荷雲54及び56が形成される。これと同
時に、雲を形成する電子は、加速電極と平行なランダム
な方向に（例えば、ｘ及びｙ方向に）移動しようとす
る。然し乍ら、これら後者の方向の空間電荷フィールド
はそれら自体で互いに打ち消し合う傾向があり、従っ
て、前記したように全ての方向にゼロのフィールドを効
果的に有する空間電荷雲が形成される。
以上の説明から明らかなように、第１アドレス電極及び
バック電極50に対する空間電荷雲各々54及び56の接近領
域は、主として、これら後者の電極にかゝる電圧の値と
加速電極の電圧の値とによって左右される。更に、加速
グリッドからの空間電荷雲の接近領域は、本質的に、加
速グリッドに流れる電流の密度と加速グリッドの電圧と
の関数である。この大きさの値は、プレーナダイオード
に対するチャイルド・ラングミュアの式から推定でき
る。
但し、Ｊは加速電極を通る電極の密度であり、 a2は2,335×10-6アンペア／ボルトに等しい定数であ
り、 Vaccは加速電圧であり、 Xoは熱速度を無視する上記電流及び電圧の所与の値に対
する空間電荷のほゞゼロの電位境界である。
従って、単位距離において次のように書き直すことがで
きる。
カソード構造体が存在しないと仮定すれば、加速電極と
バックプレートとの間のスペースについても同じことが
云える。これは、もちろん、所与の例からの若干の設計
的な相違を必要とする。
グリッドスタックの第１電極（第１アドレス電極又はバ
ッファ電極）のフィールドが理想的にカソード電位と等
しい場合には、xoと第１のグリッドスタック素子との間
の空間の電子速度がｚ方向及びxy平面において本質的に
熱的となる。
負の値は、リニアな負の勾配を生じ、これにより、グリ
ッドスタックに至る空間電荷の接近境界が後方に押され
ると共に、実質上のカソード（即ち、空間電荷雲）がグ
リッドから離れるように押され、空間電荷がより狭く且
つ高密度になる。これは、第１アドレスグリッド又はア
ドレスグリッドとバッファ電極の組合体をアドレスする
状態においてより高い電圧の必要性を増す傾向がある。
スタックの入口の値が若干正である場合には、チャイル
ド・ラングミュアの法則がxoからスタックまでの領域に
おいて有効となる。但しここでスタック入口の電圧が式
に代入され、Xoは最小電位からスタックの入口までの距
離である。
以上の説明と、電力レベルを低く保ち且つパルス振幅を
最小に保つ要望から、種々の理由で、設計上の関数を次
のように調整しなければならない。
1.Vaccを適度に低くする。
2.スタックの近くの電子の密度を高くする。
3.加速電極からの距離xoをグリッド構造体からの距離よ
りも大きくする。
収束を目的とする兼ね合いは、もちろん、前記したよう
に行なうことができる。
放出電子の電流がグリッド構造体及びターゲット即ちス
クリーンによって吸収される電流よりも大きいならば、
実質上のカソード即ち均一な空間電荷雲は常に存在する
ことに注意されたい。電圧及び他のパラメータの典型的
な値は、例えば、次の通りである。
VBE＝0V Vacc＝15ないし20V スタック入口のフィールド（静止）＝ほゞ0V 加速電極とグリッドスタックの間隔＝.070 カソードの電子放出＝ma/表示面積in2 再び簡単に述べると、次のことに注意されたい。
本発明の目的は、装置全体の収束及び強さ、即ち輝度容
量を調整するためにアドレスプレート26に対して雲54の
位置を調整できるようにすることである。又、雲を第１
のアドレス電極にできるだけ近づけて配置することによ
り、アドレスされる所与の穴へ電子を引き込んで通すに
必要なエネルギの量が最小とされる。これと同時に、穴
と穴との間の「クロストーク」も最小とされる。これ
は、電子がアドレスされた１つの穴を通して引き出され
るがそれに隣接するアドレスされない穴を通して引き出
されることはなく、隣接する穴の表示状態（輝度及び／
又は収束）には影響しないことを意味する。
空間電荷雲54を第１のアドレス電極にできるだけ近づけ
るようにする１つの方法は、加速電極を第１のアドレス
電極にできるだけ近づけて配置すると同時に、VFEをカ
ソード電圧Vkにできるだけ近く然もそれに対して負に維
持することである。このようにして、空間電荷雲は、２
つの間の小さな高密度のバンド巾に押し込まれる。この
後者の点については、近づきつつある電子の影となるよ
うに加速電極を第１のアドレス電極に近づけてはならな
い。これと同時に、問題とする特定の領域においてカソ
ード20と加速電極との間隔を最小としてカソードにかゝ
る電圧を所与の放射電流レベルに対して最小のレベルに
維持できることが所望される。加速電極がカソードに接
近している程、所与の電流に対して必要とされる電圧が
低くなる。従って、所与の電流において電圧を最小とす
ることにより（カソード／加速電極の間隔を最小とする
ことによって）、エネルギ消費を最小とすることができ
る。カソードと加速電極との位置関係について更に述べ
ると、加速電極は図示されたようにカソードとアドレス
プレート26との間にあるのが好ましい。然し乍ら、ここ
に述べる構成の場合には、加速電極をカソードの反対側
に配置することもできる。
実際の場合には、典型的なアドレスプレートが行列のア
ドレス動作を受ける。全装置46の用途にもよるが、第１
アドレス電極は、行又は列のアドレス動作に使用され、
第２のアドレス電極は逆の方法で使用される。スタック
構造体が蓄積システムとして使用されない場合には、装
置は行又は列の逐次システムとして最も良好に作動され
る。
換言すれば、行の逐次アドレス動作が使用される場合に
は、第１のアドレス電極が一度に１行づつ逐次にオンに
され、各行に対して全ての列が同時にアドレスされる。
従って、グリッドスタック及びスクリーンの組合体は、
カソード電流の厳密に同じ一部分を吸収する傾向があ
り、それ故、表示輝度及び収束の均一性を維持する助け
をする。列を逐次にアドレスする場合には、第１の制御
グリッドにおいて列が逐次にアドレスされ、全ての行は
第２の制御グリッドにおいて同時にアドレスされる。同
時にアドレスされた列又は行のアレイが分割される場合
には、輝度或いは行又は列の量の平均を高めるようにし
て２つの行又は列を各々第１アドレス電極でアドレスす
ることができる。
第５図の装置46に示された電位グリッド状のバッファ電
極52をグリッドスタックの入力側でグリッドスタックに
対してアドレスする目的により、負又はおそらく正の第
１選択電極を用いてこの電極に適切なカットオフレベル
を形成することが必要とされる場合に、収束を調整する
か又はスタックに対してほゞゼロの入口フィールドを維
持するように空間電荷を制御する手段が提供される。こ
のような装置46′は、そのバッファ電極62を除けば、装
置46と同一であり、上記した全ての部品及びバッファ電
極を備えている。この後者の電極は、グリッドスタック
に対する入口フィールドがカソード電圧Vkに対して若干
負となるか或いはゼロとなるような電圧で作動される。
このように、空間電荷雲54は、バッファ電極のすぐ後方
に確立される。
装置46又は46′のいずれかにおいて、自由電子を供給す
る手段は平行なカソードワイヤとして説明し、加速電極
はグリッド状のものとして説明した。装置46又は46′を
形成するこれらの部品及び他の部品は、本発明の精神か
ら逸脱せずに設計上変更できることを理解されたい。例
えば、所望の空間電荷雲を確立するために装置内の適当
な位置に適当な電子供給が与えられる限り、カソードは
平行なカソードワイヤもしくはワイヤの形態である必要
が全くない。
電子の放出電極が表示装置の活性領域から外部に配置さ
れている場合には、ｘ−ｙ方向及びｚ方向の両方に比較
的大きな角度的な広がりで且つ加速電極を通過する時に
受ける最大速度より小さいか又はそれに近い速度で電子
を注入するのが好ましい。これは、最大のランダムな広
がりを確保する。
【図面の簡単な説明】
第１図は、公知技術によって構成された平坦型の表示装
置の概略側面図、 第２図は、本発明の一実施例によって構成された平坦型
の可視表示装置の部分破断分解斜視図、 第３図は、第２図の装置の概略側面図、 第４図は、第２図及び第３図の装置を作動上の観点から
示した図、そして 第５図は、本発明の第２の実施例によって構成された平
坦型可視表示装置の概略側面図である。 10……公知の平坦型可視表示装置 12……フェイスプレート組立体 16……燐光被覆アルミ処理の後面 18……バックプレート 20……ワイヤ状カソード 24……グリッドスタック 26……穴付きのアドレスプレート 28、30……収束電極 32……アドレスプレートの基体 38……後面 40……穴、42……アドレス電極 44……第２のアドレス電極 46……本発明の平坦型可視表示装置 50……プレート状バック電極 52……グリッド状加速電極 54……空間電荷雲即ち実質上のカソード 56……第２の空間電荷雲

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】（ａ）前面と、その反対の後面と、この後
    面上にあって、これに電子が当たることにより上記前面
    に可視像を形成する手段とを有している平らなフェイス
    プレートと、 （ｂ）実質上のカソードとして機能する平らなバンドを
    定める自由電子の均一な空間電荷雲を確立するカソード
    手段を含み、上記空間電荷雲を上記カソード手段から離
    されており、上記空間電荷雲が上記フェイスプレートの
    後面より後方でこれと平行であり、上記自由電子の幾つ
    かを上記平らなバンドと第２の空間的に離された位置と
    の間で一度以上前後に振動させる上記カソード手段とは
    別の手段を含む構成体と、 （ｃ）上記フェイスプレートの後面と直面し且つこれか
    ら離れた関係で上記フェイスプレートと上記均一な空間
    電荷雲との間で配置されていて、上記雲内の電子に制御
    されたやり方で作用し、この作用を受けた電子が上記フ
    ェイスプレートの特定の領域に当たって上記フェイスプ
    レートの前面に所望の像を形成するようにさせるアドレ
    ス手段とを具備することを特徴とする平坦型の可視表示
    装置。
  2. 【請求項２】上記アドレス手段はアドレスプレートを備
    え、このアドレスプレートは、上記フェイスプレートに
    直面する前面及び上記空間電荷雲に直面する後面を有し
    た穴付きの誘電基体と、この基体の後面に配置された第
    １電極アレイと、上記基体の前面に配置された第２電極
    アレイと、上記フェイスプレートの上記特定の領域に上
    記雲内の電子を向けるように上記電極アレイを電圧バイ
    アスするための手段とを備えている特許請求の範囲第１
    項に記載の装置。
  3. 【請求項３】上記カソード手段は上記アドレスプレート
    の後方に自由電子の供給を与えるように働き、均一な空
    間電荷雲を確立するための上記構成体は、上記アドレス
    手段の一部を形成する上記第１電極アレイ及び上記カソ
    ード手段と、上記空間電荷雲の後方でこれと平行にされ
    た平面内を延びる電圧バイアスされたバック電極と、上
    記空間電荷雲と上記バック電極との間でこれと平行にさ
    れた平面内を延びる電圧バイアスされたグリッドの加速
    電極とを備え、上記第１電極アレイ、バック電極及び加
    速電極は、一体となって上記カソード手段とは別の手段
    として機能する特許請求の範囲第２項に記載の装置。
  4. 【請求項４】アドレス手段が上記雲内の電子に作用しな
    い時間中に、上記第１電極アレイ及びバック電極の各々
    にかかるバイアス電圧は、上記カソード手段によって送
    られる上記自由電子の電荷にほぼ等しいか又はそれより
    若干負であってこれら自由電子を反発し、上記加速電極
    にかかるバイアス電圧は上記カソード手段に対して正で
    あり、これにより、所与の時間増分中に、上記カソード
    手段によって送られる電子の一部分が上記加速電極によ
    って収集され、一方、このように送られる電子の他部分
    は、加速電極に向い且つこれを通して前後に引張られる
    時に上記第１電極アレイ及び上記バック電極の付近の平
    らなバンド間で振動し、これにより、上記第１電極アレ
    イに隣接した平らなバンド内に上記第１に述べた空間電
    荷雲を確立すると共に、上記バック電極に隣接した平ら
    なバンド内に第２の均一な空間電荷雲を確立する特許請
    求の範囲第３項記載の装置。
  5. 【請求項５】（ａ）前面と、その反対の後面と、この後
    面上にあって、これに電子が当たることにより上記前面
    に可視像を形成する電気的に正の手段とを有する平らな
    フェイスプレートと、 （ｂ）上記フェイスプレートより後方でここから離間さ
    れた領域に自由電子の供給を与えるカソード手段と、 （ｃ）上記フェイスプレートの後面と直面し且つこれか
    ら離れた関係で上記自由電子の供給を含む上記領域との
    間に配置された、穴付きのアドレスプレートを備えてい
    るアドレス手段と、 （ｄ）上記領域の後方でこれと平行にされた平面内に延
    びるバック電極と、 （ｅ）上記領域内において上記アドレス手段と上記バッ
    ク電極との間でこれらと平行にされた平面内に延びてい
    るグリッド状の加速電極と、 （ｆ）上記アドレス手段と、上記バック電極及び加速電
    極が上記領域内で上記カソード手段により送られる自由
    電子に作用を及ぼすようにさせて、上記カソード手段か
    ら離されており且つ上記アドレスプレートと加速グリッ
    ドとの間でこれらと平行にされた平らなバンド内に自由
    電子の均一な空間電荷雲を確立し、上記自由電子の平ら
    なバントが上記カソード手段に対して離れた実質上のカ
    ソードとして機能するように、上記アドレス手段、上記
    バック電極及び加速電極を電圧バイアスする手段とを具
    備し、これにより、上記アドレスプレートは制御された
    やり方で上記実質上のカソードによって供給された電子
    に作用して、これらの作用を受けた電子が上記フェイス
    プレートの前面に所望の像を形成することを特徴とする
    平坦型の可視表示装置。
  6. 【請求項６】（ａ）電子受入平面を画成する手段と、 （ｂ）実質上のカソードとして機能する平らなバンドを
    定める自由電子の均一な空間電荷雲を確立するカソード
    手段を含み、上記空間電荷雲が上記カソード手段から離
    されており、上記空間電荷雲が上記受入平面より後方で
    これと平行であり、上記自由電子の幾つかを上記平らな
    バンドと第２の空間的に離された位置との間で一度以上
    前後に振動させる上記カソード手段とは別の手段を含む
    構成体と、 （ｃ）上記フェイスプレートの後面と直面し且つこれか
    ら離れた関係で上記フェイスプレートと上記均一な空間
    電荷雲との間で配置されていて、上記雲内の電子に制御
    されたやり方で作用し、この作用を受けた電子が上記フ
    ェイスプレートの特定の領域に当たって上記フェイスプ
    レートの前面に所望の像を形成するようにさせるアドレ
    ス手段とを具備することを特徴とする平坦型の可視表示
    装置。
  7. 【請求項７】上記カソード手段は上記アドレス手段から
    離れた位置に上記自由電子を発生し、 上記アドレス手段は複数の離間された貫通穴を有し、 上記構成体は上記アドレス手段内の上記穴の後方でその
    すぐ近くにある位置に実質上のカソードを形成する自由
    電子の複数の空間電荷雲を確立し、上記空間電荷雲の各
    々が均一な自由電子密度を表していることを特徴とする
    請求項６記載の装置。
  8. 【請求項８】電子受入平面を画成する手段、 自由電子の供給源、 自由電子に制御されたやり方で作用して、この作用を受
    けた電子を上記電子受入平面に向けるアドレス手段、 特定の領域に自由電子を発生する手段、および 上記自由電子に作用して、作用を受けた電子を第１の位
    置と第２の位置との間で前後に振動するようにさせる手
    段とを具備し、 （ｉ）上記第１の位置は上記特定の位置から離れてい
    て、上記第１の位置で実質上のカソードとして機能する
    自由電子の集中した雲を形成し、上記アドレス手段の作
    用を受ける上記自由電子の供給源として働き、 （ii）そして上記第２の位置は、上記第１の位置から離
    れて位置していて、上記第２の位置に自由電子の集中し
    た雲が形成されることを特徴とする装置。
  9. 【請求項９】上記アドレス手段は複数の離間された貫通
    穴を有するアドレスプレートを含み、上記アドレス手段
    は上記受入平面の後方でこれから離れて直面する関係で
    設置されていると共に、制御された仕方で上記供給源か
    らの自由電子に作用して、作用を受けた電子が特定の上
    記穴を通して上記受入平面の特定の領域へ向けられるよ
    う構成され、 上記電子を発生する手段は上記アドレスプレートから離
    れた位置に自由電子の供給源を提供するカソード手段を
    含み、そして 上記第１の位置は上記穴の後方のすぐ近くにあり且つ上
    記カソード手段から離されており、上記第２の位置は上
    記穴の後ろに位置していることを特徴とする請求項８記
    載の装置。
  10. 【請求項１０】印加電圧に応答して、外部選択に基づく
    領域を電子が通過することを可能にするための平面制御
    電極手段と、 上記平面制御電極手段の後方にありこれから離された所
    与の面内に自由電子の供給源を提供するカソード手段
    と、 上記所与の面と平行でこれから離れた境界電位を決める
    手段と、 電子に対して高い透過性を有し、上記所与の面と上記制
    御電極手段との間に位置する平面加速電極とを具備し、 上記所与の平面及び上記加速電極は実質的に上記制御電
    極手段と平行であり、 上記境界電位を決める手段、上記加速電極及び上記制御
    電極手段が一緒に成って、上記自由電子がトラップされ
    て、高い電子密度の二つの領域の間で前後に振動するよ
    うにされる空間を決めており、第１の領域は上記境界電
    位を決める手段に隣接しており、第２の領域は上記制御
    電極手段に隣接してこれに平行であると共に、実質上の
    カソードを構成しており、この実質上のカソードは上記
    カソード手段から離れており、上記実質上のカソードか
    ら制御電極手段によって指示された時にスクリーンに電
    子が引き出される電子制御装置。
  11. 【請求項１１】電子受入平面への自由電子の流れを制御
    する方法が、 （ａ）カソード手段から自由電子を供給し、上記自由電
    子に作用して、自由電子の均一な空間電荷雲を確立し、
    実質上のカソードとして機能する平らなバンドを画成
    し、この平らなバンドは、上記カソード手段から離れて
    いると共に、上記受入平面の後方でこれと平行であり、
    上記自由電子は上記カソード手段以外の手段によって作
    用を受け、作用を受けた自由電子の幾つかが上記平らな
    バンドと第２の離れた位置との間で一度以上前後に振動
    するようにし、そして （ｂ）作用を受けた電荷が上記受入平面の特定の領域に
    向けられるように制御されたやり方で上記雲内の電子に
    作用する工程からなる電子受入平面への自由電子の流れ
    を制御する方法。
  12. 【請求項１２】前面とその反対の後面とを有し、上記後
    面が上記電子受入平面内に位置している平らな表示フェ
    イスプレートを設け、この後面に電子が当たることによ
    り上記前面に可視像を形成する手段を上記平坦表示平面
    の上記後面に設けることを含み、 上記工程（ｂ）が、 （b1）上記プレートと上記均一な空間電荷雲との間に上
    記フェイスプレートの後面と直面し且つ離れた関係でア
    ドレス手段を提供し、 （b2）上記アドレス手段に作用して、このアドレス手段
    が上記空間電荷雲内の電子を上記フェイスプレートの後
    面の特定の領域に当たるようにして、上記フェイスプレ
    ートの前面に上記像を形成することを含むことを特徴と
    する特許請求の範囲第11項記載の方法。
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