專利名稱：沿水平和垂直偏轉(zhuǎn)器具有多種控制和聚焦用電極的場(chǎng)發(fā)射陰極射線管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及顯示器，尤其涉及場(chǎng)發(fā)射顯示器。
目前用于平面顯示器的主流是有源矩陣液晶顯示器(LCD)。然而，場(chǎng)發(fā)射顯示器(FED)技術(shù)具有替代LCD的潛力，主要是因?yàn)樗圃斐杀靖汀?br> 場(chǎng)發(fā)射顯示器基于從冷陰極的電子發(fā)射和陰極發(fā)光產(chǎn)生光，形成類似于陰極射線管(CRT)的視頻圖像。場(chǎng)發(fā)射顯示器是在很多方面與CRT相似的發(fā)射顯示器。最主要的區(qū)別在于電子發(fā)射器的類型和數(shù)量。CRT中的電子槍從陰極通過熱電子發(fā)射產(chǎn)生電子(見

圖1)。根據(jù)電子掃描系統(tǒng)的設(shè)置，CRT有一個(gè)或幾個(gè)電子槍。發(fā)出的電子由電子槍聚焦，并且當(dāng)電子加速?zèng)_向視屏?xí)r電磁偏轉(zhuǎn)線圈用于掃描通過涂有熒光物層的熒光屏的電子束。這就要求在偏轉(zhuǎn)線圈和熒光屏之間有較大的距離。CRT觀察區(qū)域越大，所要求的掃描電子束的深度就越大。
圖2示出典型的FED，它具有多個(gè)與視屏201上每個(gè)像素相關(guān)的電子發(fā)射器或陰極202。這就不需要控制單個(gè)電子束的電磁偏轉(zhuǎn)線圈。結(jié)果FED比CRT薄得多。而且，由于發(fā)射器在可尋址矩陣中的布置，F(xiàn)ED沒有傳統(tǒng)的與CRT相關(guān)的非線性和枕形失真效果的缺點(diǎn)。
然而，F(xiàn)ED具有在用來實(shí)現(xiàn)FED設(shè)計(jì)的矩陣可尋址設(shè)計(jì)中所固有的缺陷。FED需要很多電子發(fā)射陰極，且它們是矩陣可尋址的，并且所有的電子發(fā)射陰極都必須是非常均勻且有很高的位置密度。在希望的顯示器中基本上對(duì)每個(gè)像素都需要單個(gè)場(chǎng)發(fā)射器。對(duì)于高分辨率和/或大顯示器來說，就要求非常大量的這種有效陰極。為形成此種陰極結(jié)構(gòu)，需要有極其復(fù)雜的半導(dǎo)體制造工藝來生產(chǎn)大量的Spindt類發(fā)射器，同時(shí)，為了制造扁平陰極容易，就很難形成高密度。
因此，在該技術(shù)領(lǐng)域需要一種改進(jìn)的FED。
本發(fā)明通過降低陰極或場(chǎng)發(fā)射器的數(shù)量，并通過使用與CRT中相似的電子束形成和偏轉(zhuǎn)技術(shù)，解決與矩陣可尋址FED相關(guān)的一些問題。因?yàn)樾枰俚年帢O，所以陰極結(jié)構(gòu)更容易制作。使用電子束形成和偏轉(zhuǎn)技術(shù)就不需要大量的陰極。而且，電子束形成和偏轉(zhuǎn)技術(shù)降低對(duì)高密度的陰極結(jié)構(gòu)進(jìn)行場(chǎng)發(fā)射的要求。另外，在任何一個(gè)特定的陰極內(nèi)，當(dāng)場(chǎng)發(fā)射點(diǎn)減少時(shí)顯示器仍然可操作，因?yàn)樵谔囟ǖ年帢O內(nèi)其它的場(chǎng)發(fā)射點(diǎn)會(huì)繼續(xù)提供必需的電子束。
多個(gè)陰極組成陰極結(jié)構(gòu)。對(duì)于每個(gè)陰極，電子束聚焦和偏轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)對(duì)從每個(gè)陰極發(fā)射的電子進(jìn)行聚焦并提供與在CRT中所使用的相似偏轉(zhuǎn)功能。特定的陰極可掃描顯示屏上多個(gè)像素?？衫密浖娮邮闹丿B以使每個(gè)陰極產(chǎn)生的圖像聯(lián)合在顯示器上形成總體圖像。
可使用任何形式的場(chǎng)發(fā)射陰極，包括薄膜、Spindt器件、扁平陰極、邊緣發(fā)射器、表面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射器等等。
前面已籠統(tǒng)概括本發(fā)明的特征和技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，以使隨后的對(duì)本發(fā)明的詳述更容易被理解。本發(fā)明的其它的特征和優(yōu)點(diǎn)將在后面描述，它們形成本發(fā)明權(quán)利要求的主題。
為了更充分理解本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在結(jié)合附圖進(jìn)行詳細(xì)描述，其中圖1示出現(xiàn)有技術(shù)的CRT；圖2示出現(xiàn)有技術(shù)的FED；圖3示出使用具有電子束偏轉(zhuǎn)的FED的原理；圖4示出根據(jù)本發(fā)明設(shè)置的顯示器的側(cè)視圖；圖5示出根據(jù)本發(fā)明設(shè)置的顯示器的正視圖；圖6示出本發(fā)明顯示器中一個(gè)陰極的橫截面視圖；圖7示出根據(jù)本發(fā)明的顯示器適配器的詳細(xì)原理圖；圖8示出根據(jù)本發(fā)明設(shè)置的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；
圖9示出本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的側(cè)視圖；以及圖10示出圖9實(shí)施例的展開圖。
在以下描述中，給出大量的具體細(xì)節(jié)以便對(duì)本發(fā)明有一個(gè)詳盡的理解。然而，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員很顯然，即使沒有這些特定細(xì)節(jié)本發(fā)明也是可以實(shí)現(xiàn)的。另一方面，公知的電路以框圖形式示出以免本發(fā)明陷于不必要的羅嗦之中。一般來說，省略了涉及時(shí)間考慮等的細(xì)節(jié)，因?yàn)檫@些細(xì)節(jié)對(duì)于充分理解本發(fā)明是不必要的，而且對(duì)于相關(guān)領(lǐng)域普通技術(shù)人員是熟知的。
現(xiàn)在參照附圖，其中描述的元件沒有必要按尺寸示出，并且其中相同或相似的元件在多個(gè)視圖中采用相同的標(biāo)號(hào)。
本發(fā)明把與FED電子束生成相關(guān)的技術(shù)和優(yōu)點(diǎn)與CRT偏轉(zhuǎn)技術(shù)結(jié)合起來。盡管本發(fā)明不利用在顯示器內(nèi)每個(gè)像素上生成圖像的獨(dú)立陰極，但使用用來通過生成和偏轉(zhuǎn)由多個(gè)陰極產(chǎn)生的電子束而在多個(gè)像素上生成圖像的多個(gè)陰極。基本上，使用的陰極越多，顯示器就能越扁平。這一點(diǎn)參照?qǐng)D3可看出，其中多個(gè)陰極305的每一個(gè)都生成電子束302，302被電子束偏轉(zhuǎn)或聚焦器件303偏轉(zhuǎn)。使用這種器件，顯示屏301上的多個(gè)像素可由一個(gè)電子束302來照射。顯示屏301上能被一個(gè)電子束302覆蓋的像素區(qū)域用標(biāo)號(hào)為304的圓錐表示。
因?yàn)橐陨嫌懻摰母鞣N優(yōu)點(diǎn)，F(xiàn)ED技術(shù)用來生成電子束。使用FED比使用從加熱的陰極進(jìn)行熱電子場(chǎng)發(fā)射有很多優(yōu)點(diǎn)。使用這種熱電子發(fā)射已在美國(guó)專利第5436530號(hào)中公開。然而，與使用場(chǎng)發(fā)射比較時(shí)，加熱的陰極顯示出系統(tǒng)中的功率損失。用于加熱陰極的絲本質(zhì)上是脆弱的(必須使用細(xì)線以減小需要的功率)，易于振動(dòng)和彎曲。振動(dòng)和彎曲通常通過增加彈簧和小心地控制絲的具體形狀來解決。然而，這就需要有更多的制造步驟和成本，并導(dǎo)致更不可靠的設(shè)備。而且，從熱絲附近產(chǎn)生的熱效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)各部分的膨脹，從而使顯示器的電氣特性變化。還有，使用冷陰極允許結(jié)構(gòu)可被部分地或整個(gè)地制作成集成設(shè)備。
圖4示出顯示器400，其中通過從FED源402生成電子束并偏轉(zhuǎn)而在顯示屏401上而產(chǎn)生圖像。各種電子束的偏轉(zhuǎn)或聚焦通過電子束偏轉(zhuǎn)器件403來進(jìn)行。多個(gè)圓錐404表示顯示屏401上被每個(gè)所生成的電子束照射的區(qū)域。電子束通過激發(fā)顯示屏401上的熒光來產(chǎn)生圖像。顯示的圖像可為單色的或彩色的。
圖5示出顯示屏401的正視圖。顯示屏401的每個(gè)標(biāo)號(hào)為501的區(qū)域，代表一個(gè)陰極及其相關(guān)電子偏轉(zhuǎn)器件產(chǎn)生的圖像。使用特殊的軟件消除區(qū)域501之間的電子束重疊，從而使觀察者看不到由虛線表示的邊界。這種軟件在本申請(qǐng)中不作詳細(xì)討論，因?yàn)樗鼘?duì)于理解本發(fā)明并不重要。
圖6示出顯示設(shè)備400中的一個(gè)陰極402及其相關(guān)的電子聚焦和偏轉(zhuǎn)器件的橫截面視圖。在基片607上形成陰極601，這種陰極601可包括微尖頭(micro-tip)、邊緣發(fā)射陰極、負(fù)電子親和陰極、金剛石和類金剛石的碳膜或者表面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射器。
由于分離柵極(extraction grid)602與陰極601之間的勢(shì)能差，分離柵極602可以從陰極601分離電子。
控制柵極603用于調(diào)制電子束電流，又調(diào)制光的輸出。
用于對(duì)電子束聚焦的電子光學(xué)部件如圖604所示；然而，這可由具有多種施加到其上的勢(shì)能的多個(gè)柵極組成。這些多個(gè)柵極在圖9和10進(jìn)一步詳述。
水平偏轉(zhuǎn)柵極605和垂直偏轉(zhuǎn)柵極606以與CRT中電磁偏線圈相似的方式工作，把電子束掃描到顯示屏401的單個(gè)像素上。
圖9和10示出本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，它示出能產(chǎn)生掃描顯示屏401上多個(gè)觀察區(qū)域501的多個(gè)電子束910的一個(gè)陰極組件900。示出的電子束910在陰極601上產(chǎn)生。這些電子束用虛線表示。注意，還有四個(gè)電子束從陰極601產(chǎn)生，但為清晰起見，這些電子束未用虛線表示出來。而且，圖9和10沒有示出用于把各種電極和偏轉(zhuǎn)器彼此分開且與陰極601分開的隔離元件。這些隔離元件可由絕緣材料組成。
壓板1004與基片載體902耦合。壓板用于提供一種介質(zhì)，通過該介質(zhì)，例如通過使用壓力夾，可把陰極結(jié)構(gòu)900的所有各種元件連接在一起。陰極基片901位于基片載體902上并用夾子905固定就位。隔離器1005用來在多個(gè)不同的電極和偏轉(zhuǎn)器之間形成間隔。對(duì)于理解本發(fā)明而言，沒有必要進(jìn)一步描述壓力板1004和隔離器1005。
連接線904從連接導(dǎo)線903向陰極601提供電勢(shì)，連接導(dǎo)線903穿過絕緣器906到達(dá)陰極結(jié)構(gòu)900的底側(cè)。
在陰極601上形成電子發(fā)射點(diǎn)以產(chǎn)生電子，它們進(jìn)而由在后面進(jìn)一步描述的各種電極、陽(yáng)極和偏轉(zhuǎn)器來控制和聚焦。注意，可用某些技術(shù)在陰極601的特定位置上定位發(fā)射點(diǎn)。
如上所述，分離柵極602協(xié)助從陰極601上分離電子，這些電子穿過在分離柵極602上形成的孔?？刂茤艠O603進(jìn)一步協(xié)助控制電子束。
電子聚焦器件可由第一和第二陽(yáng)極1003和1001、以及聚焦電極1002組成，它們都有自己的施加到其上的偏勢(shì)能。接著，電子束穿過水平偏轉(zhuǎn)器605和垂直偏轉(zhuǎn)器606中的間隙，偏轉(zhuǎn)器用來以被控制的方式掃描電子束到顯示屏401上。
作為一個(gè)替代實(shí)施例，在圖6、9和10中示出的結(jié)構(gòu)的一部分或全部可由使用普通的淀積、蝕刻等微電子制造技術(shù)的整體式(或單片)結(jié)構(gòu)來實(shí)施。
下面參照?qǐng)D8，它示出協(xié)助根據(jù)本發(fā)明的顯示器400的操作的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)800。
根據(jù)本發(fā)明，工作站800包括中央處理單元(CPU)810，例如常規(guī)的微處理器，以及一些通過系統(tǒng)總線812互聯(lián)的其它單元。工作站813包括隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)814，只讀存儲(chǔ)器(ROM)816，用于把外圍設(shè)備例如磁盤單元820和磁帶驅(qū)動(dòng)器840連接到總線812上的輸入/輸出(I/O)適配器818，用于把鍵盤824、鼠標(biāo)826、揚(yáng)聲器828、麥克風(fēng)832和/或其它的用戶界面設(shè)備如觸摸屏設(shè)備(未示出)連接到總線812上的用戶界面適配器822、把工作站813連接到數(shù)據(jù)處理網(wǎng)絡(luò)的通信適配器834，以及把總線812連接到顯示器設(shè)備400上的顯示適配器700。CPU810可包括此處未示出的其它電路，它包括一般能在微處理器中發(fā)現(xiàn)的電路，例如執(zhí)行單元、總線界面單元、算術(shù)邏輯單元等。CPU810還可存在于單個(gè)集成電路上。
以下參照?qǐng)D7，它進(jìn)一步示出顯示適配器700的細(xì)節(jié)。微控制器701利用狀態(tài)器、硬件和/或軟件來操作多個(gè)陰極400以便在顯示器400的顯示區(qū)域501上產(chǎn)生圖像。一部分電子702用來對(duì)聚焦電極604加偏壓。水平和垂直偏轉(zhuǎn)電極606和605分別由方框703和704控制。陰極驅(qū)動(dòng)器705操作各種陰極601，而控制柵極603的控制由控制柵極驅(qū)動(dòng)器706來執(zhí)行。
控制器701以某種方式操作在區(qū)域501上產(chǎn)生各種圖像，該方式使得在區(qū)域501之間沒有明顯的邊界，并且使區(qū)域501產(chǎn)生多個(gè)獨(dú)立的圖像501或者在整個(gè)顯示器401上產(chǎn)生組合圖像。注意，隨著顯示區(qū)域501的變化，任意結(jié)合的組合圖像可在顯示屏401上顯示。
盡管本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)詳細(xì)描述，但應(yīng)該理解，只要不偏離在后附權(quán)利要求中限定的本發(fā)明精神和范圍，就可以做各種改變、替換、變更。
權(quán)利要求
1．一種場(chǎng)發(fā)射陰極結(jié)構(gòu)，其中包括場(chǎng)發(fā)射陰極；一個(gè)或多個(gè)可用來形成電場(chǎng)以促進(jìn)電子從陰極發(fā)射的電極；可用來從發(fā)射的電子產(chǎn)生電子束的電子光學(xué)部件；以及可用來把電子束聚焦和偏轉(zhuǎn)成多個(gè)矢量的電子束器件。
2．如權(quán)利要求1所述的陰極結(jié)構(gòu)，其中陰極包括一個(gè)或多個(gè)微尖頭。
3．如權(quán)利要求1所述的陰極結(jié)構(gòu)，其中陰極包括扁平陰極。
4．如權(quán)利要求1所述的陰極結(jié)構(gòu)，其中陰極包括低功函數(shù)的材料。
5．如權(quán)利要求1所述的陰極結(jié)構(gòu)，其中陰極包括表面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射器。
6．如權(quán)利要求1所述的陰極結(jié)構(gòu)，其中陰極包括邊緣發(fā)射器。
7．如權(quán)利要求1所述的陰極結(jié)構(gòu)，其中一個(gè)或多個(gè)電極包括分離電極和控制柵極。
8．如權(quán)利要求1所述的陰極結(jié)構(gòu)，其中電子光學(xué)部件包括一個(gè)或多個(gè)電偏壓聚焦陽(yáng)極。
9．如權(quán)利要求1所述的陰極結(jié)構(gòu)，其中電子束器件包括通過矢量掃描電子束的水平和垂直偏轉(zhuǎn)器。
10．一種陰極板，包括多個(gè)相鄰布置的陰極結(jié)構(gòu)，其中多個(gè)陰極結(jié)構(gòu)的每一個(gè)都包括場(chǎng)發(fā)射陰極；一個(gè)或多個(gè)可用來形成電場(chǎng)以促進(jìn)電子從陰極發(fā)射的電極；可用來從發(fā)射的電子產(chǎn)生電子束的電子光學(xué)部件；以及可用來把電子束聚焦和偏轉(zhuǎn)成多個(gè)矢量的電子束器件。
11．如權(quán)利要求10所述的陰極板，其中陰極包括一個(gè)或多個(gè)微尖頭。
12．如權(quán)利要求10所述的陰極板，其中陰極包括扁平陰極。
13．如權(quán)利要求10所述的陰極板，其中陰極包括低功函數(shù)的材料。
14．如權(quán)利要求10所述的陰極板，其中陰極包括表面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射器。
15．如權(quán)利要求10所述的陰極板，其中陰極包括邊緣發(fā)射器。
16．如權(quán)利要求10所述的陰極板，其中一個(gè)或多個(gè)電極包括分離電極和控制柵極。
17．如權(quán)利要求10所述的陰極板，其中電子光學(xué)部件包括一個(gè)或多個(gè)電偏壓聚焦陽(yáng)極。
18．如權(quán)利要求10所述的陰極板，其中電子束器件包括通過矢量掃描電子束的水平和垂直偏轉(zhuǎn)器。
19．一種顯示器，包括具有熒光層的屏，該屏劃分成多個(gè)像素；一種包括多個(gè)相鄰布置的陰極結(jié)構(gòu)的陰極板，其中多個(gè)陰極結(jié)構(gòu)的每一個(gè)都包括場(chǎng)發(fā)射陰極；一個(gè)或多個(gè)可用來形成電場(chǎng)以促進(jìn)電子從陰極發(fā)射的電極；可用來從發(fā)射的電子產(chǎn)生電子束的電子光學(xué)部件；以及可用來把電子束聚焦和偏轉(zhuǎn)到一部分像素上的電子束器件。
20．如權(quán)利要求19所述的顯示器，其中陰極包括一個(gè)或多個(gè)微尖頭。
21．如權(quán)利要求19所述的顯示器，其中陰極包括扁平陰極。
22．如權(quán)利要求19所述的顯示器，其中陰極包括低功函數(shù)的材料。
23．如權(quán)利要求19所述的顯示器，其中陰極包括表面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射器。
24．如權(quán)利要求19所述的顯示器，其中陰極包括邊緣發(fā)射器。
25．如權(quán)利要求19所述的顯示器，其中一個(gè)或多個(gè)電極包括分離電極和控制柵極。
26．如權(quán)利要求19所述的顯示器，其中電子光學(xué)部件包括一個(gè)或多個(gè)電偏壓聚焦陽(yáng)極。
27．如權(quán)利要求19所述的顯示器，其中電子束器件包括用來掃描電子束到多個(gè)像素區(qū)域上的水平和垂直偏轉(zhuǎn)器。
全文摘要
多個(gè)場(chǎng)發(fā)射陰極(601)產(chǎn)生電子發(fā)射,其中,隨后使用多種電極(602、603、604)控制和聚焦電子的發(fā)射形成電子束。與陰極射線管中所使用的技術(shù)相似的水平和垂直偏轉(zhuǎn)技術(shù)(分別為605、606),用來掃描單個(gè)電子束到熒光顯示屏(401)的區(qū)域上以產(chǎn)生圖像。使用多個(gè)場(chǎng)發(fā)射陰極可提供比普通陰極射線管更扁平的屏深度。
文檔編號(hào)H01J29/46GK1295717SQ99802404
公開日2001年5月16日 申請(qǐng)日期1999年1月29日 優(yōu)先權(quán)日1998年1月30日
發(fā)明者澤維·揚(yáng)尼弗, 羅納德·查理斯·羅賓德 申請(qǐng)人:Si戴夢(mèng)德技術(shù)公司