專利名稱：靜電偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)和顯示設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于偏轉(zhuǎn)電子束的靜電偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)。本發(fā)明還涉及一種包含這種靜電偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)的陰極發(fā)光矩陣顯示設(shè)備。
背景技術(shù)：
靜電偏轉(zhuǎn)是用于在例如陰極射線管(CRT)，光刻機器，掃描電子顯微鏡及一些其它分析儀器中的表面上掃描電子束。一般通過在電子束穿過的一對電極上施加電壓差(偏轉(zhuǎn)電壓)來獲得靜電偏轉(zhuǎn)。所述電極間的最終電場使電子束偏轉(zhuǎn)。為了在表面上掃描電子束，使用動態(tài)偏轉(zhuǎn)電壓，即電極上的電壓差具有依賴于時間的分量。
靜電偏轉(zhuǎn)的典型優(yōu)點是電子束可以以高速偏轉(zhuǎn)(允許高的掃描頻率)，且相對簡單，構(gòu)造也不昂貴。
可選擇地，可以使用磁場來偏轉(zhuǎn)電子束。盡管磁偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，但其本身具有高偏轉(zhuǎn)靈敏度的優(yōu)點。
為了在使用靜電偏轉(zhuǎn)時獲得大的偏轉(zhuǎn)角，一般需要使用相對高的偏轉(zhuǎn)電壓。結(jié)果，偏轉(zhuǎn)電極之間的強電場對電極間穿過的電子束具有非常顯著的散焦效應(yīng)。由此使得將要被掃描的表面上的電子束的點尺寸變得相當大。
對于顯示的應(yīng)用，靜電偏轉(zhuǎn)一般僅用于其中偏轉(zhuǎn)角不大于大約45度的應(yīng)用，例如示波鏡的陰極射線管。迄今為止，在電視或監(jiān)視器的CRT中，一直使用磁偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)。
使用靜電偏轉(zhuǎn)的顯示設(shè)備的例子是從US5,189,335中了解到的矩陣顯示設(shè)備。該矩陣顯示設(shè)備使用多個電子束，其中每個電子束都與顯示屏的一部分相關(guān)。為每個電子束都提供一靜電偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)。在穿過偏轉(zhuǎn)電極之前，通過聚焦用于確定等電位電子透鏡的電極來將電子束聚焦。
此外，偏轉(zhuǎn)散焦大。為了解決該問題，在US5,189,335中，給聚焦電極施加動態(tài)聚焦電壓，并在一個偏轉(zhuǎn)器內(nèi)將電子束形成為橫渡(cross-over)的線。盡管該設(shè)計中點尺寸均勻，但其仍就相對大，從而導致了較差的圖像質(zhì)量和清晰度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種靜電偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)，其減小了在被掃描的表面上的電子束的點尺寸。
該目的通過依照本發(fā)明的如獨立權(quán)利要求1中所述的靜電偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)來實現(xiàn)。從屬權(quán)利要求2-6中描述了進一步有利的實施方案。
依照本發(fā)明的靜電偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)在操作過程中形成了與至少一組偏轉(zhuǎn)電極集成的聚焦電子透鏡。在聚焦電極與至少第一偏轉(zhuǎn)電極之間形成了雙電位型電子透鏡場。該電子透鏡提供了對電子束相對強的聚焦作用。為了形成合適的電子透鏡場，一般在各個電極之間施加一或幾kV的電壓差。
一般地，雙電位型聚焦透鏡包括負透鏡部分和正透鏡部分，其每一個基本上都定位在組成電子透鏡場的各個電極之一上。在本情形中，這意味著聚焦透鏡場從聚焦電極一直分布到第一偏轉(zhuǎn)點，也就是，在其中基本上發(fā)生第一偏轉(zhuǎn)電極偏轉(zhuǎn)作用的點。
結(jié)果，現(xiàn)在可通過聚焦透鏡來補償?shù)谝黄D(zhuǎn)電極的偏轉(zhuǎn)散焦效應(yīng)。由此，依照本發(fā)明的靜電偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)減小了被掃描的表面上的電子束的點尺寸。優(yōu)選地，會聚效果使得將電子束聚焦在將被掃描的表面上。
在操作中，聚焦電極通常接收聚焦電壓。第一和第二偏轉(zhuǎn)電極優(yōu)選每個都以一對電極設(shè)置在穿過電子束的相對側(cè)面上的形式而提供。成對的偏轉(zhuǎn)電極都接收靜態(tài)(DC)偏轉(zhuǎn)電壓，在其上添加動態(tài)(AC)偏轉(zhuǎn)電壓。該動態(tài)偏轉(zhuǎn)電壓作為所述對中單個電極間的電壓差來施加。
因而，形成了電子束穿過的電子偏轉(zhuǎn)場，所述場的分量基本上垂直于電子束的傳播方向。因而電子束可以偏轉(zhuǎn)的第一和第二方向垂直于電子束傳播的方向。
依照本發(fā)明，一般給電極施加千伏數(shù)量級的靜態(tài)電壓，而動態(tài)偏轉(zhuǎn)電壓是一百或幾百伏的數(shù)量級。與靜態(tài)偏轉(zhuǎn)電壓相比，動態(tài)偏轉(zhuǎn)電壓很小，結(jié)果偏轉(zhuǎn)散焦相對很小，且減小了由偏轉(zhuǎn)電極分散的束。
聚焦電極一般與第一偏轉(zhuǎn)電極合作，從而組成在第一方向上起作用的聚焦電子透鏡。優(yōu)選地，聚焦電極還與第二偏轉(zhuǎn)電極結(jié)合，從而聚焦電子透鏡還在第二方向上起作用。該情形中，由于現(xiàn)在可在兩個方向上聚焦，因此點尺寸可以尤其地小。
在優(yōu)選的實施方案中，聚焦電極和第一和第二偏轉(zhuǎn)電極被定位，使得當從電子束傳播方向看時，聚焦電極最靠近形成電子束的裝置設(shè)置，第一和第二偏轉(zhuǎn)電極定位在聚焦電極的后面。
在該情形中，聚焦透鏡的正部基本上位于聚焦電極上，第一方向的聚焦透鏡的負部基本上位于第一偏轉(zhuǎn)電極上，第二方向的聚焦透鏡的負部基本上位于第二偏轉(zhuǎn)電極上。穿過的電子束首先被會聚，且在偏轉(zhuǎn)電極的位置處其再次被分散為較小的程度。
如果點尺寸在一個方向上小于在另一個方向上，該實施方案是最有利的。通過適當?shù)卦O(shè)置第一和第二偏轉(zhuǎn)電極的靜態(tài)偏轉(zhuǎn)電壓，可對第一和第二方向調(diào)整負透鏡部分的強度。也就是說，對于兩個方向，負透鏡部分可以大約相等，或可選擇地，負透鏡部分對于一個方向相對較強，而對于另一個方向相對較弱。
在后一情形中，為該對偏轉(zhuǎn)電極設(shè)置靜態(tài)偏轉(zhuǎn)電壓為相同的值，可在最接近聚焦電極的偏轉(zhuǎn)電極處有效切斷聚焦透鏡場。結(jié)果，聚焦透鏡對于另一組偏轉(zhuǎn)電極基本上不具有負部。
例如，如果第一偏轉(zhuǎn)電極比第二偏轉(zhuǎn)電極更靠近聚焦電極，則第二方向的聚焦透鏡僅由基本上位于聚焦電極上的正部構(gòu)成，并基本上不具有負部，因為電場被切斷了。因而聚焦透鏡的會聚效果在第二方向上可以盡可能的高。而且，負透鏡部的缺少顯著減少了對第二方向上非常小的點尺寸有貢獻的透鏡像差。
在第二個優(yōu)選的實施方案中，聚焦電極與第一何第二偏轉(zhuǎn)電極設(shè)置為使得在電子束傳播的方向上看時，第一和第二偏轉(zhuǎn)電極之一設(shè)置為最靠近用于形成電子束的裝置，且聚焦電極設(shè)置在第一和第二偏轉(zhuǎn)電極后面。
在該實施方案中，偏轉(zhuǎn)電極設(shè)置在聚焦電極前面。在常規(guī)的設(shè)計中，這將導致電子束在進入聚焦透鏡前而被預(yù)偏轉(zhuǎn)，導致電子束偏離中心并以相對于透鏡主軸的某一角度進入聚焦透鏡。這導致了大的透鏡像差，因而導致較差的點質(zhì)量，由于聚焦透鏡動作的低偏轉(zhuǎn)靈敏度使得電子束朝著光軸向回彎曲。
在第二個優(yōu)選實施方案中已經(jīng)克服了這種預(yù)偏轉(zhuǎn)問題。將聚焦透鏡與偏轉(zhuǎn)器集成，特別是與基本上位于與偏轉(zhuǎn)電極相同位置處的透鏡的正部。因此，電子束在進入聚焦透鏡之前不會偏轉(zhuǎn)。集成的聚焦透鏡具有良好的點質(zhì)量和良好的偏轉(zhuǎn)靈敏度。
優(yōu)選地，動態(tài)(AC)偏轉(zhuǎn)電壓至多是靜態(tài)(DC)偏轉(zhuǎn)電壓的10％。結(jié)果，由偏轉(zhuǎn)電極分散的電子束特別低，獲得了屏幕上特別小的點尺寸。
優(yōu)選地，聚焦電極中的孔具有不對稱的形狀，更優(yōu)選地為橢圓形。在該情形中，對于第一和第二方向，可獨立地調(diào)整位于聚焦電極處或附近的聚焦透鏡部的強度。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種具有靜電偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)的顯示設(shè)備，其中圖像質(zhì)量相對高。
該目的通過獨立權(quán)利要求7中所述的矩陣顯示器來實現(xiàn)。從屬權(quán)利要求8和9中給出了進一步有利的實施方案。
因而，依照本發(fā)明的矩陣顯示設(shè)備包括用于產(chǎn)生電子束的裝置和具有多個圖像元的顯示屏，所述顯示屏供給有陽極電壓，并設(shè)置成用于接收所述電子束，所述電子束與包括預(yù)定數(shù)量圖像元的所述顯示屏的一部分相關(guān)。
所述電子束借助在上面列出的靜電偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)的實施方案是可偏轉(zhuǎn)的。該偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)在顯示屏的表面上，尤其在與電子束相關(guān)的顯示屏的部分上掃描所述電子束。通過雙電位聚焦電子透鏡，電子束聚焦在顯示屏上，從而顯示屏上電子束的點尺寸非常小。同時，大大防止了偏轉(zhuǎn)散焦，因為部分透鏡與偏轉(zhuǎn)器重合。
與裝配有靜電偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)的現(xiàn)有顯示設(shè)備相比，這些效果導致了相對高的圖像銳度和質(zhì)量。
該矩陣顯示設(shè)備一般依靠使用多個電子束，每個都與顯示屏的一部分相關(guān)。以下述方式構(gòu)造該靜電偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)，即其能在每個電子束上操作。
在優(yōu)選的實施方案中，最靠近顯示屏設(shè)置的一個所述電極的靜態(tài)電壓至少為陽極電壓的50％。就是說，如果聚焦電極最靠近顯示屏，則聚焦電極至少為陽極電壓的50％，如果其中一個偏轉(zhuǎn)電極最靠近顯示屏，則相應(yīng)的靜態(tài)偏轉(zhuǎn)電壓至少為陽極電壓的50％。
在該情形中，最后的電極與顯示屏之間的加速場相對較弱。這防止了反向散射電子的問題。
當電子束與顯示屏碰撞時，一般入射電子的大約30％被反向散射。如果加速場相當大，則反向散射的電子可以偏轉(zhuǎn)回屏幕，其中它們在不希望的位置處產(chǎn)生了光，由此導致相對亮的圖像背景，并因而導致不足夠的暗黑級。減小了對比度，甚至可能在10∶1之下，這對于顯示器應(yīng)用是不能接受的。通過給最末電極提供充分高的電壓(即陽極電壓的至少50％)，可大大防止該問題。
此外，相對強的加速場還影響電子束偏轉(zhuǎn)。通過加速場來使電子束朝著其原始方向向回彎曲，這樣減小了偏轉(zhuǎn)靈敏度。而且當首次向回彎曲的電子束增加了像差時，惡化了點質(zhì)量，并且在偏轉(zhuǎn)電極處需要較大的偏轉(zhuǎn)角，其導致了額外的偏轉(zhuǎn)散焦。此外，通過將最末電極的靜態(tài)電壓設(shè)置為充分高的值可再次防止或至少減小了這些影響。
優(yōu)選地，所述靜態(tài)電壓的最小值至少為陽極電壓的10％。


現(xiàn)在將參照附圖解釋和闡明本發(fā)明。附圖是示意性的并沒有以任何比例畫出。在附圖中圖1A和1B示出了依照本發(fā)明的靜電偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)第一個實施方案的頂視圖和側(cè)視圖；圖2A和2B示出了依照本發(fā)明的靜電偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)第二個實施方案的頂視圖和側(cè)視圖；和圖3示出了包含第二個實施方案的矩陣顯示設(shè)備。
具體實施例方式
圖1中示出了依照本發(fā)明靜態(tài)偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)的第一個實施方案。其是具有簡單構(gòu)造的帶有集成的電子束聚焦的緊湊型偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括三個電光元件，即，從電子源130看去為聚焦電極110、一對水平偏轉(zhuǎn)電極(x-偏轉(zhuǎn)器)112和一對垂直偏轉(zhuǎn)電極(y-偏轉(zhuǎn)器)114。因而聚焦電極110最靠近電子源130，偏轉(zhuǎn)電極對中的一個，即y-偏振器114最靠近要被掃描的表面140。一般地，在y-偏轉(zhuǎn)器114和表面140之間設(shè)置漂移空間144。
操作時，聚焦電極110接收幾千伏，例如4kV的聚焦電壓。偏轉(zhuǎn)電極112，114接收靜態(tài)偏轉(zhuǎn)電壓，該電壓優(yōu)選比聚焦電壓大幾千伏，例如為11kV。此外，偏轉(zhuǎn)電極112，114接收具有例如大約1kV幅度的動態(tài)偏轉(zhuǎn)電壓。
這些電光元件合作來使電子束132偏轉(zhuǎn)。通過電子源130產(chǎn)生電子束132。通過給偏轉(zhuǎn)電極112，114供給具有依賴于時間的分量的動態(tài)偏轉(zhuǎn)電壓，可在表面140上掃描電子束132。在偏轉(zhuǎn)之前，電子束132沿電光主軸134傳播。
聚焦電子透鏡與偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)集成。該實施方案中的電子透鏡聚焦電子束132，使得基本上在一個方向上聚焦于表面140，該情形中為垂直方向上。聚焦電子透鏡由在水平方向上用等位線120表示、而在垂直方向上用等位線121表示的聚焦透鏡場構(gòu)成。
聚焦透鏡場基本上限定在聚焦電極110與x-偏轉(zhuǎn)器112之間。所述電極間的電壓差略微較大，如幾千伏，從而形成充分強的雙電位型聚焦透鏡。由于x-偏轉(zhuǎn)器112和y-偏轉(zhuǎn)器114接收相同的或相似的靜態(tài)電壓，x-偏轉(zhuǎn)器與y-偏轉(zhuǎn)器之間的空間128基本上沒有電場。
聚焦透鏡的正部126形成在聚焦透鏡場的低電壓側(cè)上，因而基本上在聚焦電極110的位置處。在水平方向上，聚焦透鏡的負部127形成在聚焦透鏡場的高電壓側(cè)上，因而在x-偏轉(zhuǎn)器112的位置處。在垂直方向上，水平偏轉(zhuǎn)電極112為垂直偏轉(zhuǎn)電極114遮蔽了聚焦透鏡場。結(jié)果，聚焦透鏡在垂直方向上基本不具有負部。在垂直方向上缺少負透鏡部顯著減小了透鏡像差，因而導致了在表面140上點142的垂直直徑由其的小。
如引言中所述，偏轉(zhuǎn)電極112，114導致的靜電偏轉(zhuǎn)引起了電子束132的偏轉(zhuǎn)散焦。然而，在本發(fā)明的實施方案中偏轉(zhuǎn)散焦是一個小問題，因為(動態(tài))偏轉(zhuǎn)電壓比(靜態(tài))偏轉(zhuǎn)電壓小得多。
聚焦電極110包括用來使電子束132穿過的孔，該孔可以是不對稱的形狀，優(yōu)選為橢圓形。因而，在該實施方案中，該孔直徑在水平方向上小于在垂直方向上。在水平方向上聚焦透鏡的正部126強于垂直方向上。這補償了僅存在于水平方向上的負透鏡部127。這有利于也減小水平方向上表面140上點142的直徑。
可以改變x-偏轉(zhuǎn)器112單個電極的分離，從而在高偏轉(zhuǎn)靈敏度(需要小的分離)和高聚焦透鏡質(zhì)量(需要大的分離)之間調(diào)整偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)。由于透鏡質(zhì)量不是問題，因此y-偏轉(zhuǎn)器114的單個電極的分離可以盡可能地小。在該第一個實施方案中，x-偏轉(zhuǎn)器112的厚度應(yīng)當是其分離的數(shù)量級，以確保有效地將y-偏轉(zhuǎn)器114與聚焦透鏡場屏蔽。一般地，偏轉(zhuǎn)器的厚度和分離是幾毫米的數(shù)量級。
漂移空間144一般沒有電場，其意味著要被掃描的表面140應(yīng)優(yōu)選與偏轉(zhuǎn)電極112，114處于相同的靜態(tài)電壓。如果在漂移空間144中存在電場，則這是有利的，電子束132將向著電光主軸134的方向向回彎曲。因而，具有無場漂移空間144的電光偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)具有相對高的偏轉(zhuǎn)靈敏度。
盡管靜電偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)的第一個實施方案允許將電子束有效地聚焦在要被掃描的表面上，以及可以忽略的偏轉(zhuǎn)散焦，但缺點是為了獲得無場漂移空間144，給偏轉(zhuǎn)電極112，114施加了大約10kV的相對高的靜態(tài)偏轉(zhuǎn)電壓。結(jié)果，動態(tài)偏轉(zhuǎn)電壓必須相對較高，需要更昂貴的驅(qū)動電子裝置，以便保持足夠高的偏轉(zhuǎn)角，和/或偏轉(zhuǎn)電極本身必須相對厚。
圖2中所示的第二個實施方案允許使用幾千伏，如3kV的較低靜態(tài)偏轉(zhuǎn)電壓，因而可使用較低的動態(tài)偏轉(zhuǎn)電壓。通過改變聚焦電極和偏轉(zhuǎn)電極的順序，使之成為可能?，F(xiàn)在，將聚焦電極210設(shè)置為最靠近表面240，偏轉(zhuǎn)電極212，214設(shè)置在電子源230與聚焦電極210之間。一般地，漂移空間244設(shè)置在聚焦電極210與表面240之間。
借助y-偏轉(zhuǎn)器214偏轉(zhuǎn)電子束，從而使其沿著y-偏轉(zhuǎn)器214與表面240之間的垂直偏轉(zhuǎn)軸237傳播。此外，其被x-偏轉(zhuǎn)器212偏轉(zhuǎn)，從而其沿著x-偏轉(zhuǎn)器212與表面240之間的水平偏振軸236傳播。
為了該目的，x-偏轉(zhuǎn)器212接收水平偏轉(zhuǎn)電壓。在x-偏轉(zhuǎn)器212的單個電極之間構(gòu)成了水平偏轉(zhuǎn)場222。類似地，y-偏轉(zhuǎn)器214接收垂直偏轉(zhuǎn)電壓，在y-偏轉(zhuǎn)器214的單個電極之間構(gòu)成了垂直偏轉(zhuǎn)場224。
如前面所述，第二個實施方案的偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)不會或幾乎不受到使點質(zhì)量退化的預(yù)偏轉(zhuǎn)問題的影響。這是由下列事實導致的，即聚焦透鏡的正部226與各個偏轉(zhuǎn)器重合。因而，在水平方向上正部226位于水平偏轉(zhuǎn)電極212處，且在垂直方向上正部226位于垂直偏轉(zhuǎn)電極214處。
由于其位置在偏轉(zhuǎn)電極本身處，聚焦透鏡的正部226大大抵償了偏轉(zhuǎn)散焦的影響。而且，電子束在進入聚焦透鏡之前不被偏轉(zhuǎn)。結(jié)果，集成的聚焦透鏡具有良好的點質(zhì)量和高的偏轉(zhuǎn)靈敏度。
在該實施方案中，聚焦透鏡的正部226與偏轉(zhuǎn)器重合。在y-偏轉(zhuǎn)器214與聚焦電極210之間分布垂直方向上的聚焦透鏡場221，且在聚焦電極210與x-偏轉(zhuǎn)器212之間分布水平方向上的聚焦透鏡場220。
為了到達該目的，該實施方案中提供給兩對偏轉(zhuǎn)電極的靜態(tài)偏轉(zhuǎn)電壓通常不是相同的。例如，可以給x-偏轉(zhuǎn)器212提供2,5kV，可以給y-偏轉(zhuǎn)器214提供3,5kV。此外，偏轉(zhuǎn)電極與聚焦電極210之間的電壓差是幾千伏，從而獲得充分強的雙電位型聚焦透鏡。給聚焦電極210例如提供7kV。
y-偏轉(zhuǎn)器214更靠近表面240，然而由于在垂直方向上聚焦透鏡場221的較高的電場強度，所以垂直方向上的聚焦透鏡的正部226強于水平方向上。因而，可以設(shè)計聚焦透鏡，使得電子束232在兩個方向上都聚焦到要被掃描的表面240上。
現(xiàn)在在聚焦電極210的位置處聚焦透鏡具有兩個方向的負部227。然而，由于透鏡強度依賴于聚焦電極與偏轉(zhuǎn)電極間的電壓差，且該電壓差充分大時，不會危及透鏡的聚焦作用。在該實施方案中，負透鏡部227甚至有利于增加偏轉(zhuǎn)靈敏度，因為其能偏轉(zhuǎn)電子束232進一步遠離電光主軸234。
減小的靜態(tài)偏轉(zhuǎn)電壓還減小了將要提供給偏轉(zhuǎn)電極的動態(tài)偏轉(zhuǎn)電壓。例如，以最高水平偏轉(zhuǎn)角施加在x-偏轉(zhuǎn)器212的電極之間的電壓差為125V(疊加在2,5kV的靜態(tài)電壓上)，以最高垂直偏轉(zhuǎn)角施加在y-偏轉(zhuǎn)器214的電極之間的電壓差為300V(疊加在3,5kV的靜態(tài)電壓上)。
例如將6,5kV提供給聚焦電極210，供給要被掃描的表面240例如11kV。在該情形中，在漂移空間244中存在小的加速場。然而，模擬顯示出這種場不會顯著使偏轉(zhuǎn)的電子束232在光電主軸234的方向上向回彎曲。
依照本發(fā)明的靜電偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)優(yōu)選地應(yīng)用在陰極發(fā)光顯示設(shè)備中。在這種顯示設(shè)備中，要被掃描的表面是包含設(shè)置有磷光材料的圖像元(像素)346的顯示屏340。當被電子束撞擊時磷光材料發(fā)光。通過在顯示屏340的像素346上掃描一個或多個電子束，可在顯示屏340上顯示圖像。由此，可根據(jù)施加給顯示設(shè)備的視頻信息來調(diào)制電子束的束電流。
在圖3中，示出了矩陣顯示設(shè)備，其包含有依照前面所列出的第二個實施方案的靜電偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)。
顯示屏340上的像素346以片344組成，每個片都與電子源330相關(guān)。電子源330可以是熱離子陰極，線陰極或冷陰極，例如半導體陰極或場發(fā)射陰極。在最后一種情形中，場發(fā)射陰極包括多個尖錐(Spindt)發(fā)射器或碳納米管?？蛇x擇地，電子源330可包括電子壓縮器，像例如在國際專利申請WO 2003/041039中所公開的電子束引導腔，其具有下述優(yōu)點，即通過電子源330的出射孔而提供了相對亮且同質(zhì)的電子束。在另一個可選擇的實施方案中，電子源330是電子束引導溝道的提取孔，如申請人的未公開歐洲專利申請02077523.5中所述的。
在顯示屏340與電子源330之間設(shè)置靜電偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)300，與上面的第二個實施方案相似。因而，電子束332在撞擊到顯示屏340上之前首先穿過x-偏轉(zhuǎn)器312，313，y-偏轉(zhuǎn)器314，315，然后是聚焦電極310。操作時，偏轉(zhuǎn)器在與所述電子源330相關(guān)的片344的整個表面上掃描源于電子源330的電子束332。
x-偏轉(zhuǎn)器312，313具有例如0,2mm的厚度，y-偏轉(zhuǎn)器314，315具有例如0,6mm的厚度。x偏轉(zhuǎn)器312，313和y-偏轉(zhuǎn)器314，315之間的間隔d1例如為0,5mm，y-偏轉(zhuǎn)器314，315與聚焦電極310之間的間隔d2例如為1mm。
操作時偏轉(zhuǎn)器和聚焦電極310組成了聚焦電子透鏡，其將電子束332聚焦在顯示屏340上。在穿過聚焦電極310中的孔311后，電子束進入了基本沒有電場的漂移空間328。
因為漂移空間328基本沒有電場，所以后向散射的電子幾乎不會向著屏幕向回偏轉(zhuǎn)，而是向著聚焦電極310傳播并由此被俘獲。而且，通過這樣的無電場漂移空間328，可防止偏轉(zhuǎn)的電子束332向著電光主軸的方向向回彎曲的問題。也大大防止了漂移空間328中的束像差。
如所述的，漂移空間328基本上沒有電場，即可允許小的電加速場。這就可能減小施加給聚焦電極310的聚焦電壓。一般地，顯示屏340與聚焦電極310之間的電位差應(yīng)當小于后向散射電子束的整體能量(以電子伏特為單位)。如果漂移空間328的長度d3例如為2cm，則可計算出聚焦電壓應(yīng)當至少為施加給顯示屏340的陽極電壓的一半。例如，聚焦電壓為6,5kV，陽極電壓為11kV。
操作時，施加動態(tài)偏轉(zhuǎn)電壓作為相鄰偏轉(zhuǎn)電極312，313和314，315間的電壓差。在圖3中所示的設(shè)計中，這導致了相鄰的電子束相對地偏轉(zhuǎn)。結(jié)果，當電子束332尋址圖像元346時，在相鄰的塊344中尋址由347，348和349表示的圖像元。因此像素驅(qū)動電子裝置需要包含專門的驅(qū)動方案，其要考慮不同顯示屏塊344的不同掃描順序。
可選擇的設(shè)計對每個塊344都具有分別的兩組水平偏轉(zhuǎn)電極312，313和垂直偏轉(zhuǎn)電極314，315。盡管其允許使用更簡單的驅(qū)動方案，但需要更多的電極和電連接，從而該可選擇的設(shè)計具有更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。
該顯示設(shè)備例如是具有平坦顯示屏幕的32英寸屏幕直徑寬屏(16∶9縱橫比)顯像管。在電子源330為申請人的未公開歐洲專利申請02077523.5中所述的電子束引導溝道的提取孔的情形中，20mm的漂移空間328允許這種顯示設(shè)備的深度為大約80mm。可以評價，在該情形中，顯示屏340上的塊344應(yīng)具有大約9mm乘9mm的尺寸。
靜電偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)300的最大偏轉(zhuǎn)角限制了塊尺寸。在高端顯示設(shè)備中，對圖像銳度和因此對顯示屏上電子束點的最大可允許尺寸的要求，使得可以由靜電偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)300偏轉(zhuǎn)電子束322的最大角為大約25度。而且，因為小的漂移空間的長度僅僅為20mm，所以該情形中塊尺寸特別小。
假定可觀看的屏幕面積是約620mm乘350mm的32英寸寬屏管，則顯示屏340應(yīng)被分為大約2700個塊。
這種顯示設(shè)備具有類似陰極射線管的觀看特性，同時僅具有80mm的很小深度。常規(guī)32英寸陰極射線管的深度為大約500mm。
為了降低依照本發(fā)明的顯示設(shè)備的制造成本，可使用較大的塊，然而其需要聚焦電極與顯示屏之間的漂移空間在長度上增加。因為更長的漂移空間，所以顯示設(shè)備的深度也增加了。
例如，當結(jié)合了第二個實施方案的靜電偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)時，使用大約100mm的漂移空間可將塊尺寸增加到大約43mm乘43mm。因而，塊的數(shù)量減小到120個。然而，顯示器的深度增加到大約160mm。
附圖是示意性的并沒有以比例畫出。不同附圖中的相同元件用相同的參考標記表示。盡管已經(jīng)參照優(yōu)選的實施方案描述了本發(fā)明，但應(yīng)當理解到本發(fā)明不限于這些優(yōu)選的實施方案。而是其包括在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)由熟練技術(shù)人員所作的所有變化。
概括地，本發(fā)明涉及一種用于偏轉(zhuǎn)電子束的靜電偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)和一種設(shè)置有這種靜電偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)的矩陣顯示設(shè)備。偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)具有水平方向和垂直方向的偏轉(zhuǎn)器，以及聚焦電極。通過在聚焦電極與至少一個偏轉(zhuǎn)器之間施加充分高的電壓差，如幾千伏，則可將雙電位型聚焦電子透鏡與偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)集成。由此，系統(tǒng)獲得了電子束的同時偏轉(zhuǎn)并將電子束聚焦到要被掃描的表面上。在矩陣顯示設(shè)備中，電子束保持聚焦在顯示屏上，由此獲得了相對小的點尺寸和較高的圖像質(zhì)量。一般地，顯示屏被分為多個部分。操作時，每個部分都由分離的電子束掃描。
權(quán)利要求
1.一種用于偏轉(zhuǎn)電子束(132)的靜電偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)，包括-第一偏轉(zhuǎn)電極(112)，用于在第一方向上靜電偏轉(zhuǎn)電子束(132)；-第二偏轉(zhuǎn)電極(114)，用于在與第一方向垂直的第二方向上靜電偏轉(zhuǎn)電子束，以及-聚焦電極(110)，至少與所述第一偏轉(zhuǎn)電極(112)合作，用于在操作中在聚焦電極(110)與第一偏轉(zhuǎn)電極(112)之間建立聚焦電子透鏡場(120，121)，所述聚焦電子透鏡場(120，121)至少在第一方向上聚焦電子束。
2.如權(quán)利要求1中所述的靜電偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)，其中聚焦電極(210)與第一偏轉(zhuǎn)電極(212)和第二偏轉(zhuǎn)電極(214)合作，用于在第一和第二方向上聚焦電子束(232)。
3.如權(quán)利要求1或2中所述的靜電偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)，其中，當在電子束(132)傳播的方向上看時，聚焦電極(110)最靠近電子源(130)設(shè)置，第一和第二偏轉(zhuǎn)電極(112；114)位于聚焦電極(110)后面。
4.如權(quán)利要求1或2中所述的靜電偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)，其中，當在電子束(232)傳播的方向上看時，第一和第二偏轉(zhuǎn)電極(212；214)其中之一最靠近電子源(230)設(shè)置，聚焦電極(210)位于第一和第二偏轉(zhuǎn)電極后面。
5.如權(quán)利要求1中所述的靜電偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)，其中第一和第二偏轉(zhuǎn)電極(112，114)每個都設(shè)置用于接收靜態(tài)偏轉(zhuǎn)電壓和動態(tài)偏轉(zhuǎn)電壓，所述動態(tài)偏轉(zhuǎn)電壓至多為所述靜態(tài)偏轉(zhuǎn)電壓的10％。
6.如權(quán)利要求1中所述的靜電偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)，其中聚焦電極(110)設(shè)置有具有橢圓形狀的孔。
7.一種矩陣顯示設(shè)備，包括-用于產(chǎn)生電子束(332)的電子源(330)；-具有多個圖像元(346；347；348；349)的顯示屏(340)，所述顯示屏提供有陽極電壓，且設(shè)置成用于接收所述電子束(332)，該電子束與包含預(yù)定數(shù)量的圖像元的所述顯示屏(340)的一部分(344)相關(guān)，其中電子束(332)可通過權(quán)利要求1中所述的靜電偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)(300)來偏轉(zhuǎn)，用于在顯示屏(340)的相關(guān)部分(344)上掃描電子束(332)，電子束通過聚焦電子透鏡聚焦在顯示屏上。
8.如權(quán)利要求7中所述的矩陣顯示器，其中將聚焦電極(310)，第一偏轉(zhuǎn)電極(312，313)和第二偏轉(zhuǎn)電極(314，315)設(shè)置成用于至少接收靜態(tài)電壓，最靠近顯示屏(340)設(shè)置的所述電極(310)其中之一的靜態(tài)電壓至少為陽極電壓的50％。
9.如權(quán)利要求8中所述的矩陣顯示器，其中所述靜態(tài)電壓的最小值至少為陽極電壓的10％。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于偏轉(zhuǎn)電子束(132)的靜電偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)和一種設(shè)置有這種靜電偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)的矩陣顯示設(shè)備。該偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)具有水平方向和垂直方向的偏轉(zhuǎn)器(112，114)及聚焦電極(110)。通過在聚焦電極(110)與偏轉(zhuǎn)器(112，114)中的至少一個之間施加充分高的電壓差，例如幾千伏，則可將雙電位型聚焦電子透鏡與偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)集成。由此，該系統(tǒng)在獲得了電子束(132)偏轉(zhuǎn)的同時還將該電子束聚焦到要被掃描的表面(140)上。在矩陣顯示設(shè)備中，電子束(332)保持聚焦在顯示屏(340)上，由此獲得了相對小的點尺寸和高質(zhì)量的圖像。一般地，顯示屏被分為多個部分(344)。操作時，每個部分都由單獨的電子束(332)掃描。
文檔編號H01J31/12GK1806308SQ200480016220
公開日2006年7月19日 申請日期2004年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月12日
發(fā)明者M·C·J·M·維斯森伯格, F·A·范亞比倫, H·M·R·科坦拉亞德, A·H·M·霍特斯拉格 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司