專利名稱:利用自由電子均勻空間電荷云作為虛陰極的扁平電子控制器件的制作方法
本發(fā)明一般地涉及到扁平電子控制器件，更具體地涉及到一種與現(xiàn)有技術(shù)顯然不同的、特別設(shè)計的扁平的直視顯示器件。
圖1表明了以一種典型的現(xiàn)有技術(shù)制作扁平陰極射線顯示器件的方法。圖中總體地表示了以參考數(shù)字10表示的現(xiàn)有技術(shù)高真空器件的一部分。這個高真空器件10包括一個有著屏面14和被覆著正電性熒光體并被鋁化的后屏面16的屏面組件12(也稱作屏幕或陽極)，當電子打在屏面上時，在屏面14的前面將看到一個可見的圖象。雖然屏面畫成平的，在制造過程中，它可以做得稍成曲面(由相當大的半徑所限定)，構(gòu)成整個器件的所有另外的平面元件也可制成輕微的曲面。對于本發(fā)明的器件也是這樣。為此，在本文中，詞語“扁平”包含著輕微的彎曲。自屏幕向后與后平板18及后電極19之前的空間中有一組熱離子加熱的陰極絲20，這些陰極置于與屏幕和后平板兩者平行的平面上。每一個陰極負責自己的自由電子供應(yīng)，這些自由電子是在繞著并沿著其長度方向的電子云中，一般以分立的電子云22來表示。這些自由電子受到柵極組件24作用，此組件包括尋址電極、緩沖電極、聚焦電極、以及在某些情況下包括偏轉(zhuǎn)裝置(所有這些裝置將在下面討論)這樣，電子受到作用而打在屏面組件12的屏幕16的特定區(qū)域上，以便在屏面14的前表面上產(chǎn)生所希望的圖象。為描述之用，包含陰極、屏幕、柵極組件和后平板的各平面將由X和Y軸及與它們相垂直的Z軸所限定。
仍參考圖1，柵極組件24的電極包括電絕緣的緩沖電極25、一個或多個帶欄孔的尋址平板26、一個或多個聚焦電極(其中的兩個以28和30作為例子)。作為尋址板26的一個例子，它可以包括一個介電基底32，此基底有一個前屏面36、一個后屏面38以及在此兩屏面之間沿Z方向延伸的緊密間隔的一組行、列欄孔40。圖示的這種特殊尋址板也包括在基底32的后屏面上的第一組平行條狀尋址電極42、以及垂直于前屏面36上的電極42的第二組平行條狀尋址電極44。為討論之用，尋址電極42將當作第一尋址電極，而電極條44將當作第二尋址電極，因為這些電極是最靠近和次靠近電子源的尋址電極。應(yīng)當注意，當電極42是第一尋址電極時，緩沖電極25實際上是在此組件中的第一電極。
如前所述，構(gòu)成整個顯示器件10的各元件是普通的元件，因而將不再作任何進一步的詳細討論。此外，應(yīng)當知道，并未把構(gòu)成器件10的所有元件都加以圖示了。例如，整個器件包括一個外殼，此外殼可以或不可以與前屏面12和后屏面18構(gòu)成一個整體。然而，盡管如此，此外殼卻劃定了一個抽空的內(nèi)部，它包含上述的被覆熒光體的正電性屏幕16、后電極19、陰極20以及柵極組件24。此器件也包括吸氣裝置，例如吸氣劑，以維持高真空;激勵陰極20的適當裝置，以產(chǎn)生與它們相應(yīng)的自由電子云22來提供一個受控制的正的單一方向的場;以及未示出的為各種其余電極提供偏壓的裝置，包括在后電極19上設(shè)置一個相應(yīng)于陰極的正偏壓，以便作用于陰極產(chǎn)生的自由電子，使這些電子以相當均勻的束流和相當均勻的Z軸速度向著緩沖電極運動。通過這個過程，緩沖電極25相對于陰極維持一個正電壓，因而起到吸引電子的促進作用，同時，通過適當?shù)仄秒妷?，提供在任何給定時間尋找第一和第二電極的選定部分的裝置(未示出)，使得電子在屏幕12的方向上流過特定的欄孔40。一旦這些電子通過選定的欄孔，其余的電極28和30(以及如果存在的其它電極)起到聚焦或偏置電子，或進而引導這些電子通過并到達屏幕的作用。
應(yīng)當明白，器件10是作為某種現(xiàn)有技術(shù)的一般例子提出的，并且并不企圖包括現(xiàn)有技術(shù)器件的所有特點或者表示一個特定的器件。例如，其它的現(xiàn)有技術(shù)器件可以使用不同設(shè)置的尋址和聚焦電極，和/或可以提供不同類型的單獨的陰極。然而，在圖1所總體地表明的這種型式的現(xiàn)有技術(shù)的一種應(yīng)用中(申請人所熟知的每一應(yīng)用)，產(chǎn) 非均勻的自由電子源，并且直接受到緩沖電極、尋址電極 (可能還有偏轉(zhuǎn)電極)的作用，以產(chǎn)生所希望的圖象。在 的情況下，繞著陰極20的自由電子云22提供了直接受柵極組件24作用的這樣一種電子源。
已經(jīng)得到產(chǎn)生多種直視顯示的、以器件10所例示的扁平顯示器件，而這些直視顯示從空間觀點看來，它的亮度改變是不可控的。有兩個主要原因造成此“洗衣板”效應(yīng)。首先，存在著由陰極絲產(chǎn)生并與其有關(guān)的自由電子密度變化，更具體地說，對于緊靠柵極組件，在尋址板的一個部分之后，并為這部分可利用的自由電子數(shù)量可能不同于在另一個部分之后，并為這另一部分可利用的自由電子數(shù)量。因而，即便兩個不同的欄孔同時尋址，以使相同數(shù)量的電子通過而在屏幕上提供相同發(fā)光的象素，事實上，通過欄孔的電子數(shù)量仍可能是不同的，因而導致這些象素有著完全不同的發(fā)光強度。造成第二個洗衣板效應(yīng)的原因是向著指定的正被尋址的欄孔運動的某些電子以較寬范圍的角度接近欄孔。這些“寬范圍角度”的電子企圖以離軸方式通過特定的欄孔，從而使聚焦成為可變的。
理想地，消除上述的洗衣板效應(yīng)的一個方法是提供這樣一種器件10，其陰極20直接在欄孔后、極其靠近欄孔并與每一個欄孔40精確地間隔，因此每一個欄孔能夠由類似的電子儲存庫得到電子。按那種方式，如果任何兩個或更多的欄孔在同時被尋址，它們應(yīng)當在理想的條件下得到同樣數(shù)量的電子，因而使屏幕以同樣的亮度發(fā)光。然而，應(yīng)當明白，從實際的觀點出發(fā)，在尋址板上欄孔太多，以致不能提供相同數(shù)目的陰極，而且陰極不能精確地做到一致，間隔也不能精確地做到一致。
以器件10為例的器件的另一缺點在于它使用了緩沖電極25。如上所述，這個電極相對于陰極維持在正電壓。結(jié)果，和通常也必須維持正電壓的后電極的作用一樣，緩沖電極造成固定的電流泄漏。
例示的器件10是扁平直視顯示器件的一種方式。另一種方式在美國專利4，227，117;4，451，846;和4，158，210中所闡明。這些專利所述的器件應(yīng)用了一連串協(xié)調(diào)一致工作的聚焦、偏轉(zhuǎn)和加速電極，以在協(xié)同工作的正電性屏幕上產(chǎn)生一組獨立的掃描電子束。雖這種器件一般沒有洗衣板效應(yīng)的問題，但是有陰極發(fā)射變化以及與偏轉(zhuǎn)畸變和邊緣對準有關(guān)的問題。
在又一個現(xiàn)有技術(shù)裝置中，電子是由等離子體裝置產(chǎn)生。借助于電子云前的尋址組件，自等離子體生成的電子云取出電子，并且引向正電性屏幕。這種技術(shù)的一個問題是屏幕上的光輸出受到限制(弱)，因為必須使正電性的屏幕和尋址組件之間的間隙十分小，以降低屏幕的電位。這是因為這兩者之間的電位差大時，會導致柵極組件和屏幕之間產(chǎn)生氣體擊穿。這種裝置還有其它的公知的缺點。
另一種類型的扁平顯示器件應(yīng)用了初始方向基本上平行于顯示平面的單個、多個或帶狀電子束，隨后主要在Z方向改變電子束方向，以便直接地、或有選擇地、和/或借助聚焦柵結(jié)構(gòu)來尋找適宜的顯示靶區(qū)域。這些例子是艾肯(Eiken)、蓋波爾(Gabor)的使用了單槍的器件分別敘述于美國專利2，928，014和2，795，729，以美國專利4，103，204和4，103，205例示的美國無線電公司(RCA)多束通道引導系統(tǒng)，以及西門子公司(Siemens A.G)的控制滑雪式帶狀器件(美國專利4，437，044)。這些系統(tǒng)的主要缺陷在于它們的結(jié)構(gòu)和/或電的及電子光學控制復雜化。
海因茲(Heynish)的美國專利4，435，672所公開的西門子方式使用了以速度為1到2伏特的十分低速度的電子滲入的陰極區(qū)，其各種描述是“電子倉庫”、“電子云”、“低速電子云”、“電子儲存空間”以及“電子氣”等。存在的問題有1、保持電子密度均勻性的能力，因為即便較小的磁場，例如地球磁場或電路中電流產(chǎn)生的磁場的偶然變動也會擾動空間電荷云的均勻性;
2、由于整個陰極空間所需要的、相當大的體積使得缺少足夠的電子密度;以及3、沒有合理地固定了的陰極距離，此距離是為了控制隨后的聚焦以在屏幕上獲得小的、邊緣清晰的束斑點而起到一個虛陰極的作用的。
綜上所述，本發(fā)明的一個總目標是提供一種扁平高真空直視顯示器件，它沒有上述的非均勻性或洗衣板效應(yīng)，也沒有對磁幅射的過度敏感性。
本發(fā)明的另一個總目標是提供一種扁平直視顯示器件，其工作時的能量效率高。
本發(fā)明的一個更為具體的目標是提供一種扁平直視顯示器件，它包括一個柵極組件，此組件和尋址電極及被尋址電極所應(yīng)用的自由電子源一起工作，特別是提供這樣一種器件，在其工作過程中，構(gòu)成柵極組件的電極或任何其它電極并不從自由電子云支取任何明顯的電流或功率。
本發(fā)明的另一個具體目標是提供上文提及型式的扁平直視顯示器件，只是對于一個給定的時間增量，其柵極組件的所有尋址欄孔通過相同數(shù)量的電子，因而確保克服了上述的非均勻性或洗衣板效應(yīng)。
以下將更詳細地加以描述。這里所公開的器件包括一個平面接收器，例如一種可以等同于器件10的一個組成部分的扁平顯示屏，即有著一個前屏面和覆有正電性的后屏面，以及在后者之上的裝置，使電子打在上面時可產(chǎn)生自屏面前屏面看到一個相應(yīng)的直視圖象。然而，本發(fā)明不要求平面接收器是直視顯示屏幕，例如，可以是驅(qū)動其余器件，比如液晶顯示的單獨的電引線的終端平面。然而，為討論之用，接收器將被描述為一個顯示屏而整個器件當作一個扁平的直視顯示器件。這個器件也包括一個柵極組件，此組件可以等同于圖1中的器件10組成部分的組件24，或者包括一個僅包括欄孔尋址板的裝置。此外，根據(jù)本發(fā)明在此公開的扁平直視顯示器件使用了這樣的裝置，它包括陰極裝置以便在與第一尋址柵平行并且就在其背后的平面區(qū)內(nèi)建立密度均勻的自由電子空間電荷云，這樣，在這種器件工作期間，尋址板上的每一欄孔通過并作用于相同數(shù)量的電子。
更進一步要求，上面提到的濃密的平面空間電荷云構(gòu)成一個虛陰極，就是說，電荷云的密度必須使云中某平面(即上面所指的區(qū))的電場至少為陰極電位或稍低。應(yīng)清楚懂得，本文提到“空間電荷云”這一術(shù)語時就包括了這一要求。即術(shù)語“空間電荷陰極”或“虛陰極”可交換地使用。
在此介紹的一個特定實施例中，均勻密度的自由電子空間電荷云或“虛陰極”的建立是借助于與前述器件柵極組件的第一尋址電極聯(lián)在一起的后電極和加速電極，所有這三個電極作用于由適當?shù)年帢O裝置(如圖1中的陰極20)提供的電子。如下面將詳細描述的，這三個元件互相共同協(xié)作，使得由陰極裝置發(fā)射的自由電子按照類似擺錘的方式在兩個平面區(qū)之間前后運動，一個區(qū)在第一尋址電極后并靠近這個電極，另一個是在后電極前并靠近后電極。
在下述的這個同一特定實施例中，保持第一尋址電極的偏壓，使得在整個器件靜止時(即無尋址發(fā)生時)此偏壓至多等于或稍負于陰極裝置的電位。這確保了在靜止期間鄰近尋址板的空間電荷云始終與第一尋址電極在空間上間隔開。結(jié)果，沒有電子從電子云流入此電極。與器件10相比，器件10的緩沖極連續(xù)地自陰極裝置支取電流。因此，下面將會更清楚，這里介紹的器件可以工作于較高能量效率的情況下。
將在下面結(jié)合附圖對這里公開的整個扁平直視顯示器件作更詳細的描述。
圖1是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)設(shè)計的扁平顯示器件的側(cè)視示意圖;
圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例設(shè)計的扁平直視顯示器件的部分分解的視圖;
圖3是圖2的器件的側(cè)視示意圖;
圖4示出了圖2、3的器件工作方式的示意圖;
圖5是根據(jù)本發(fā)明的第二實施例設(shè)計的扁平直視顯示器件的側(cè)視示意圖。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)向附圖，在各附圖中，相同的元件以相同的參考數(shù)號表示。由于圖1已在前面加以討論，現(xiàn)把注意力直接放在圖2和圖3。圖2表明了根據(jù)本發(fā)明設(shè)計并一般以參考數(shù)號46表示的扁平直視器件。這個器件可以包括對應(yīng)于前述的圖1的器件10中相同的屏面組件12(或其它的這種平面接收器)、后平板18、陰極20和欄孔尋址板26。欄孔尋址板26平行并直接位于屏面組件12的由被覆的熒光體和鋁后屏面16之后。在尋址平板的基底32的后面板38上，尋址電極42向一個方向延伸，而第二尋址電極34在與尋址板相對一面上作垂直方向延伸。在尋址板上的欄孔40示于圖2和圖3兩圖中。
注意器件46在尋址板與屏幕之間并不需要包括，至少不是必須包括(雖然它可以包括)附加的聚焦電極、偏轉(zhuǎn)電極和/或?qū)ぶ冯姌O，這些相當于聚焦電極28和30以及其它諸如可能在器件10中組成柵極組件24的那些電極。還要注意，器件46的絲狀陰極是平行于電極42，而不是象器件10中那樣垂直于這些電極。這樣做只是為了圖示之用，對于整個器件46的工作并無明顯的影響。陰極能以兩個方向排列。最后，應(yīng)當注意到，器件46有一個最外部的外殼(未示出它的整體)，此外殼包括屏面14、后平板18，并且形成了一個抽空室，這個室包含有顯示屏面的熒光屏16、絲狀陰極20和尋址板26及下面要討論的其它元件。
除了迄今描述的元件而外，整個扁平直視顯示器件46包括在鄰近并平行于后平板18(可能還由后平板支撐)的平面上的類似后電極50的平板，它位于陰極20后;以及包括位于平行并處于尋址板26和陰極絲20之間平面上的柵狀加速極52。這兩個附加元件在器件46中的工作方式將描述如下。目前足以說，這兩個元件與上述元件一起會建立一個第一均勻密度空間電荷云或者說自由電子虛陰極54，此虛陰極位于與第一尋址電極42相平行并就在其后的平面區(qū)上(如一個有厚度的扁平薄層);以及建立自由電子的第二均勻密度空間電荷云56，此電荷云位于與后電極50平行并就在其前的平面區(qū)上。將會看到，對器件46的工作來說，關(guān)鍵是空間電荷云54，而空間電荷云56則是建立空間電荷云方法的結(jié)果，它對于器件的工作并非不重要。下面的所有討論將主要針對空間電荷云54(雖然也會明白，空間電荷云56有著同樣的特性)。
如將要敘述的，從空間電荷云54建立的方式來說，明顯的是，這個自由電子存儲庫實質(zhì)上有趨近Z軸及遠離Z軸的零速度(例如與尋址板26的平面相垂直的方向上)，以及在電子束的截面上(即平行于尋址板的平面上)的隨機麥克斯韋速度，于是，在電子云中任何點的電場基本上為零。按另一種敘述方式，在距第一尋址電極42的給定平面距離處，在空間電荷云54中每一點或子區(qū)域包括了與每一個其它點或子區(qū)域有基本上相同的自由電子密度，顯示出有著基本上相同的零場條件。按此方式，在尋址電極42之后的每一個欄孔40處建立的“虛陰極”彼此相同。由于在器件的尋址方式中是通過欄孔自虛陰極支取電子，這些電子留下的空隙立即被填上，因此保證了整個電子云的均勻性。如下面將要敘述的，發(fā)射電子的數(shù)量遠超過被柵極組件和加速電極支取的電流。這是因為，與尋址欄孔支取的自由電子數(shù)相比，在下述的情況下，電子云54有著足夠的密度，這樣，受尋址的欄孔對電子云的場影響最小。當自電子云支取電子時，電子云有保持平衡的趨向而引起電子的即時重新分布，即就近的電子移入以填滿空隙。這確保了每一欄孔能連續(xù)地供應(yīng)要支取的電子，并且每個欄孔的供應(yīng)是彼此相同的。
在已經(jīng)描述了空間電荷云54以及在描述它是如何生成之前，把注意力放在與尋址板26共同使用的方式上，以這種方式通過選定的欄孔40，自電子云引出受控制的電子束并打在屏幕16上，以在屏幕上產(chǎn)生一個所希望的直視圖象。為此，應(yīng)當注意某些專門術(shù)語。明確地說，被激勵或者說被尋址的那些欄孔就是引起電子從電子云54向著屏幕16的那些欄孔。另一方面，未被激勵或?qū)ぶ返臋诳妆３纸闺娮油ㄟ^的電狀態(tài)。
無論任何特定的欄孔是否被尋址取決于正交貫穿該欄孔的特定的第一和第二尋址電極42和44上的電壓。在無欄孔被尋址的情況下，即在靜止狀態(tài)期間，第一尋址電極維持(偏置)在相對于陰極20至多相同或稍負的電位上，而第二尋址電極也維持于零或一個負的截止電壓上。于是，在沒有欄孔被尋址的情況下，沒有電子從電子云54吸向?qū)ぶ钒澹蚨鴽]有任一個尋址電板支取電流，從而沒有功率消耗。這與器件10不同，在器件10中有一個連續(xù)的電流通過始終維持在比陰極20為正電壓的緩沖電極25。
如果在組件中使用緩沖電極，第一尋址電極并不是必須為零或負電壓，而是必須與緩沖電極如此共同合作，以致沒有電流通過第一尋址電極流入柵極組件。在某些情況下，在緩沖電極上加稍正的電壓不會消耗大量功率，卻有著可作為產(chǎn)生聚焦的裝置的好處。
在每一組尋址柵上的“截止電壓”必須精確地加以調(diào)整，使得不會因其它尋址柵的導通脈沖電壓形成的場滲透而通過電流。如果緩沖電極被用于第一尋址電極的前面(將對應(yīng)圖5進行描述)，那么它與第一尋址電極建立的合成電場必定起著與無緩沖電極存在時的第一尋址電極相同的作用。
為了激勵或?qū)ぶ芬粋€特定的欄孔，其特定的第一和第二尋址電極必須都被激勵到相應(yīng)于陰極電位為正的電平上。
為此，應(yīng)當明白，陰極電壓即陰極參考電壓是整個器件的尋址狀態(tài)中的單一電位值。如果陰極20是直接加熱結(jié)構(gòu)，為了加熱陰極必定有一個非尋址狀態(tài)或周期。在器件的這個非尋址狀態(tài)中，在所有的點上，陰極電位相對于第一尋址電極必須為零或為正。如果陰極被加熱了，就沒有非尋址狀態(tài)的必要了。在尋址狀態(tài)當中，與正被尋址的特定欄孔相關(guān)連的第一尋址電極被增加到較陰極為正的電壓，通過被激勵的第一尋址電極的其余部分從電子云54吸引電子，將會造成一定的功率消耗。然而，由于僅有數(shù)量比較少的象素被同時尋址，比如沿著第一尋址電極的單或雙行(或列)尋址，所造成的電流支取可以被忽略，因而可忽略掉功率消耗。
在已經(jīng)描述了空間電荷云54和尋址板26的工作方式之后，把注意力放在圖4上，圖4表明了空間電荷云54是如何建立的。一開始將假定整個尋址板26是在靜止狀態(tài)下，也就是說，每一個欄孔保持在非尋址狀態(tài)。在此條件下，第一尋址電極電壓(以VFE表示)保持在相應(yīng)于陰極電壓Vk相等或稍負的截止值。如前所述，第二尋址電極電壓(以Vse表示)保持于截止值。同時，后電極50保持在接近于VFE的電壓VBE，即等于或稍負于陰極電壓Vk。對于所表明的特定陰極系統(tǒng)和特定的間隔，這樣做常常是可取的，就是使后電極工作于僅稍正的電壓下，以使陰極發(fā)射增加，而所接受的電流比起發(fā)射的增加是微不足道的。另一方面，加速電極52上的電壓Vacc維持在相應(yīng)于陰極電壓和VFE、VBE兩者為正的電平下。
也應(yīng)當注意到，必須如此構(gòu)成器件，即其柵極結(jié)構(gòu)之后的區(qū)域中的邊壁處于后電極電位。這將使自由電子封閉在由后平板邊壁和靜止過程中的柵極組件的區(qū)域內(nèi)，因而，加速器將成為僅有的電流收集器。
在上述的電壓偏置條件下，由于電子由絲狀陰極20所發(fā)射，它們將自陰極被吸向加速電極，在某一有限的時間周期中，這些電子的一部分將實際上被加速極網(wǎng)所截獲。由于慣性，余下的電子將通過網(wǎng)狀加速極向第一尋址電極42運動。未被加速柵截獲的電子的比率將大約等于此柵極的透射特性，為討論之用，將假定這個值近似為95%。這意味著，當每次有一定數(shù)量的電子吸向加速器平板時，95%的電子將通過而5%的電子將不能通過。如上所述，第一尋址電極被偏置在等于或稍負于陰極電位的電壓下。因此，在這些電極和將到來的電子之間的排斥力增大，而減慢了到來的電子，甚至使它們暫時停下并向著加速電極返回，返回加速極柵網(wǎng)后，一部分電子，例如5%的電子將被加速極所截獲，而其余的通過加速極并向后電極運動。因為后電極是處于與第一尋址電極相同的電位，到來的電子將向加速極返回，這個過程將會象擺錘那樣重復進行。
上面描述的過程以圖4中重疊的波形60所表明。注意，在相鄰于并平行于第一尋址電極和后電極的平面區(qū)中的電子群在垂直于加速電極的方向(即在子方向)上的速度趨于零。在與第一尋址電極和后電極距離稍有不同的地方，電子速度趨于零，因而成為構(gòu)成這些區(qū)的厚度的部分原因。這是因為電子自陰極發(fā)射時有著不同的熱速度(在一個相當密集的范圍內(nèi))，因而電子以稍有不同的能量接近電極。結(jié)果，它們往往會群聚于這樣限定的這些區(qū)內(nèi)，從而形成了前述空間電荷云54和56。同時，形成電子云的電子在平行于加速極的方向(如在X和Y方向)趨向于隨機地運動。但是在這些方向上的電場趨向于自身抵消，因而有效地導致了在所有方向上有一個零電場的空間電荷云(如上面已討論的那樣)。
由前述應(yīng)當明白，分別相應(yīng)于第一尋址電極和后電極50的空間電荷云54和56的最鄰近區(qū)域主要取決于這些電極和加速電極上的電壓值。此外，空間電荷云距加速柵的最鄰近區(qū)域基本上是通過加速柵的電流密度以及加速柵電壓的函數(shù)。這個量的值能夠由用于平面二極管的3/2次方朗繆爾(Child Langmuir)方程所估算。
J=a2Vacc32X20]]>式中，“J”是通過加速極的電流密度“a2”是一個常數(shù)，等于2、335×10-6安/伏“Vacc”是加速極電壓“Xo”是對于上述電流和電壓的給定值、并且忽略了熱速度后的空間電荷的零電位近似邊界。
以單位距離重新表述，X0=aVacc34J12]]>
假定未表明陰極的結(jié)構(gòu)，同樣的公式也適用于加速極和后平板之間的間隔。當然，這要求一個稍微不同于給定例子的設(shè)計。
如果在柵極組件中，在第一電極(或為第一尋址電極或為緩沖電極)處的電場理想地等于陰極電位，那么，在Xo和第一個柵極組件元件之間的空間中的電子速度將基本上為Z方向以及在XY平面上的熱速度。
負值將導致一個負的線性梯度，這將引起空間電荷離柵極組件最近的邊界向回推，以及引起虛陰極區(qū)(如空間電荷云)被推離柵極，因而空間電荷區(qū)將變得較窄、密度較大。這將會要求提高在尋址條件下較高的第一尋址柵(或?qū)ぶ窎排c緩沖電極共同的)的電壓。
在組件入口處的稍正值將使3/2次方定律在Xo到組件區(qū)域變得有效，這里將組件入口處電壓代入方程而Xo是自由位最低值到組件入口處的距離。
出自上述的討論，為了保持功率低、脈沖幅度最小的要求，由于明顯的理由，所設(shè)計的函數(shù)必須作這樣的調(diào)整，以致1、Vacc合理地降低2、相鄰于柵極組件的電子密度要高3、自加速極的距離Xo要大于自柵極結(jié)構(gòu)的距離當然，考慮到聚焦，還能夠如前所述而加以折衷處理。
應(yīng)當注意，使提供的假如發(fā)射電流大于被柵極結(jié)構(gòu)和靶或屏幕吸取的電流，虛陰極或均勻空間電荷云將始終存在。典型的電壓值和其它它參數(shù)例如是VBE＝0VVacc＝15到20V
組件入口處電場(靜止狀態(tài))近于0V加速極到柵極組件的間隔＝0.070陰極發(fā)射＝毫安/每平方英寸顯示面積。
下面將簡單地再敘述一下。
本發(fā)明的一個目標是能調(diào)整電子云54相應(yīng)于尋址極26的位置，以調(diào)整整個器件的聚焦和亮度。此外，借助于使電子云盡可能靠近第一尋址電極，為了使電子進入并通過被尋址的給定欄孔所需要的能量為最小。同時，欄孔之間的“串擾”也是最小。這意味著電子被拉過一個被尋址的欄孔，而不是相鄰的未尋址的欄孔，并且將不影響相鄰欄孔的顯示狀態(tài)(亮度和/或聚焦)。
確保空間電荷云54盡可能靠近第一尋址電極的一種方式是把加速電極盡可能靠近第一尋址電極，然而，同時要維持VFE盡可能靠近但是負于陰極電壓Vk。按這種方法，空間電荷云被迫進入到這兩個電極之間的一個密度小的區(qū)域?qū)挾戎?。按此后一種考慮中，加速電極不應(yīng)當靠近第一尋址電極到如此程度，以便遮擋正在接近的電子。同時，可以希望按照所提到的特定設(shè)計來減小陰極20和加速電極之間的間隔，使得陰極上的電壓維持在為得到給定發(fā)射電流值的最小電平上。加速極越靠近陰極，為得到給定電流所需要的電壓越低。于是，通過減小在給定電流下的電壓(借助于減小陰極/加速極間隔)，所消耗的能量也是最小。在仍然涉及陰極和加速極之間的位置關(guān)系時，加速極最好如圖所示位于陰極和尋址板26之間。然而，對于這里所描述的設(shè)計，加速極也位于陰極的對邊。
在實際場合，一個典型的尋址板，受到行和列兩方面的尋址。取決于整個器件46的應(yīng)用，第一尋址電極將用作為行或列尋址，而第二尋址電極將以相反方式應(yīng)用。如果組件結(jié)構(gòu)未被用作為儲存系統(tǒng)，那么器件最好以行或列的順序系統(tǒng)的形式工作。那就是說，如果使用行順序?qū)ぶ?，那么第一尋址電極被相繼地接通，在一個時間接通一行，對于每一行，所有的列同時被尋址。于是，柵極組件和屏幕共同趨向于吸取幾乎相同分量的陰極電流，因而有助于維持顯示亮度和聚焦的均勻性。在列順序?qū)ぶ返那闆r下，在第一控制柵極上的列被順序地尋址，而在第二控制柵上，所有的行同時被尋址。如果被同時尋址的列或行陣列被分開，那么，兩行或兩列能夠分別地在第一尋址電極上，按亮度或行、列數(shù)的增加的折衷進行尋址。
為尋址圖5中器件46′的柵狀緩沖極62對于柵極組件的電位，提供了一個控制空間電荷的裝置，以完成聚焦調(diào)整，或?qū)M件維持一個近于零的入口電場，使用一個負的(也許是正的)第一選擇電極，以在這個電極產(chǎn)生一個適當?shù)慕刂闺娖綉?yīng)當是必須的。除了緩沖電極62而外，器件46′與器件46是相同的，并且包括上面與緩沖極一起描述的所有元件。此緩沖電極工作于這樣的電壓下，即讓柵極組件入口電場為零或稍負于陰極電壓Vk。按這種方式，恰好在緩沖極之后建立起空間電荷云54。
無論在器件46或器件46′中，提供自由電子供應(yīng)的裝置被描述為平行陰極絲，而加速極被描述為柵狀。應(yīng)當懂得，對構(gòu)成器件46或46′的這些和其余元件能夠在設(shè)計上改變而并不脫離本發(fā)明的精神。例如，陰極并不是必須為平行陰極絲的形式，或者只要能在器件內(nèi)適宜的位置提供適當?shù)碾娮庸?yīng)，以建立所希望的空間電荷云，陰極完全不必為絲狀。
在發(fā)射體位于有效顯示區(qū)之外的系統(tǒng)中，注入的電子在X-Y和Z方向上最好有相當大的角度離散，速度則近于或小于它們通過加速極時所達到的最大速度。這就確保了最大的角度離散。
勘誤表
權(quán)利要求
1.一種扁平直視顯示器件，其特征在于它包括(a)一個扁平屏面，它有一個前屏面，一個相對的后屏面，以及在后屏面上的裝置，當電子打在此裝置上時，此裝置在所說前屏面處出現(xiàn)一個可見圖象；(b)包括了陰極裝置的設(shè)置，用來在平行于且在所說顯示屏面的后屏面后面的平面區(qū)中建立起均勻的自由電子空間電荷云；以及(c)尋址裝置，它位于所說屏面與所說空間電荷云之間，面對著所說屏面的后屏面，且和它隔開，其目的為以一種控制方式作用于電子云中的電子，使這些受控的電子打在所說屏面的正電性屏幕的特定區(qū)域上，以在所說屏面的前屏面處產(chǎn)生所希望的圖象。
2.一種根據(jù)權(quán)利要求
1的器件，其特征在于，所說尋址裝置包括一個尋址板，而所說尋址板包括一個帶欄孔電介質(zhì)基底，它有一個對著所說屏面的前屏面以及對著所說空間電荷云的后屏面，位于所說基底背面上的第一電極陣列;位于所說基底前面上的第二電極陣列;給所說電極陣列偏置電壓的裝置，使得尋址板按所說的控制方式作用于所說電子云中的電子，因而在所說屏面的前屏面處產(chǎn)生所希望的圖象。
3.一種根據(jù)權(quán)利要求
2的器件，其特征在于，所說的陰極裝置用來提供在所說的尋址板后的自由電子，而其中所說的建立均勻空間電荷云的設(shè)置包括與所說陰極裝置一起的第一電極陣列，在平行于空間電荷云并在其后的平面中延伸的加偏壓的后電極以及在平行于空間電荷云和所說后電極并在它們之間的平面上延伸的加了偏壓的柵狀加速電極。所說第一電極陣列，后電極和加速電極共同作用于所說陰極裝置所供應(yīng)的自由電子，以建立起所說空間電荷云。
4.一種根據(jù)權(quán)利要求
3的器件，其特征在于，在尋址裝置未作用于所說電子云中的任何電子時，在所說第一電極陣列和后電極中的每一個上偏置的電壓最多等于或者稍負于由所說陰極裝置供應(yīng)的自由電子的電荷，使這些電子受到排斥，而在所說的加速電極上偏置的電壓相對于所說的自由電子電荷為正而吸引電子，因而，對于任何給定的時間增量，由所說陰極裝置供應(yīng)的電子中的一定百分比的電子將被所說加速極所收集，同時，當如此供應(yīng)的電子的其余部分前后運動并且通過加速極時，將在相鄰于所說第一電極陣列的平面區(qū)和所說后電極之間振蕩，因而在相鄰于所說第一電極陣列的平面區(qū)之內(nèi)建立起所說的第一次提到的空間電荷云，以及在相鄰于所說后電極的平行區(qū)內(nèi)建立起第二均勻空間電荷云。
5.一種根據(jù)權(quán)利要求
2的器件，其特征在于，所說的陰極裝置包括在平行于所說空間電荷云并在其后的平面內(nèi)的許多平行的絲狀陰極，以在所說電子云后提供一個自由電子源，以及其中為建立所說均勻空間電荷云的設(shè)置包括和所說絲狀陰極一起的所說第一電極陣列，在與所說絲狀陰極平行并在其后的平面中延伸的加了偏壓的后電極，在平行于所說空間電荷云和所說絲狀陰極并在這兩者間的平面中延伸的加了偏壓的加速電極，所說的第一電極陣列、后電極和加速電極一起作用于由所說絲狀陰極供給的自由電子以建立起所說空間電荷云。
6.一種根據(jù)權(quán)利要求
5的器件，其特征在于，在尋址裝置未作用于所說電子云中任何電子時，在所說第一電極陣列和后電極中的第一個上偏置的電壓始終基本上等于或稍負于由所說陰極裝置供應(yīng)的自由電子的電荷，使這些電子受到排斥，而在所說加速電極上偏置的電壓相對于所說自由電子電荷為正而吸引電子，因而對于任何給定的時間增量，由所說陰極裝置供應(yīng)的電子中的一定百分比的電子將被加速極所收集，同時，如此供應(yīng)的電子的其余部分在前后運動并且通過加速極時，將在相鄰于第一電極陣列的平面區(qū)和后電極之間振蕩，因而在相鄰于所說第一電極陣列的平面區(qū)之內(nèi)建立起所說第一次提到的空間電荷云，以及在相鄰于所說后電極的平面區(qū)內(nèi)建立起第二空間電荷云。
7.一種根據(jù)權(quán)利要求
2的器件，其特征在于，所說陰極裝置用來提供在所說尋址板后的自由電子，而其中所說的建立均勻空間電荷云的設(shè)置包括與加了偏壓的柵狀緩沖電極一起的陰極裝置，此緩沖電極是在平行于所說尋址板和空間電荷云，并在其間的平面上延伸，在平行于所說空間電荷云并在其后的平面上延伸的加了偏壓的后電極，在平行于所說的空間電荷云和所說的后電極并在此兩者之間的平面上延伸的，加了偏壓的柵狀加速電極。所說的緩沖電極，后電極和加速電極共同作用于由所說陰極裝置供應(yīng)的電子，來建立所說的空間電荷云。
8.一種根據(jù)權(quán)利要求
7的器件，其特征在于，所說緩沖電極和后電極中的每一個上偏置的電壓等于或稍負于由所說陰極裝置供應(yīng)的自由電子電荷，使這些電子受到排斥，而在所說加速電極上偏置的電壓相對于所說自由電子電荷為正而吸引電子，因而，對于任何給定的時間增量，由所說陰極裝置供應(yīng)的電子中的一定百分比的電子將被加速極所收集，同時如此供應(yīng)的電子的其余部分在前后運動并且通過加速極時，將在相鄰于所說第二電極陣列和所說后電極的平面區(qū)之間振蕩，因而在相鄰于所說緩沖電極的平面區(qū)內(nèi)建立起所說第一次提到的空間電荷云，以及在相鄰于所說后電極的平面區(qū)內(nèi)建立起第二空間電荷云。
9.一種根據(jù)權(quán)利要求
8的器件，其特征在于所說陰極裝置包括許多平行的絲狀陰極。它們位于平行于所說空間電荷云和所說后電極并在它們之間的平面上，以提供所說的自由電子源。
10.一種扁平直視顯示器件，其特征在于它包括(a)一個扁平屏面，它有一個前屏面，一個相對的后屏面，以及在后屏面上的正電性裝置，當電子打在此裝置上時，此裝置在所說前屏面處提供一個可見圖象;(b)用來在所說屏面之后并且和它間隔開的區(qū)域中提供自由電子源的陰極裝置;(c)包括了帶欄孔尋址板的尋址裝置，此尋址板與所說屏面的后屏面間隔開且位于正對著它之處，是在所說后屏面和包含了所說自由電子源的所說區(qū)域之間;(d)在平行于所說區(qū)域和在該區(qū)域之后的平面中延伸的后電極;(e)在平行于所說尋址柵以及在所說區(qū)域中的所說后電極并且在這兩者之間的平面上延伸的柵狀加速電極;以及(f)用來給所說尋址裝置，所說后電極以及加速電極以這樣一種方式偏置電壓的裝置，即讓這三者在所說區(qū)域內(nèi)作用于由所說陰極裝置供應(yīng)的自由電子，而在平行于所說尋址板和加速柵極并在這兩者之間的平面區(qū)內(nèi)建立自由電子的均勻空間電荷云，因而，尋址板能夠以一種控制方式作用于所說電子云內(nèi)的電子，使被作用的電子打在所說屏面的后屏面的特定區(qū)域上，以在屏面的前屏面上產(chǎn)生所希望的圖象。
11.一種根據(jù)權(quán)利要求
10的器件，其特征在于，所說陰極裝置包括許多絲狀陰極，這些陰極是在平行于所說屏面并在所說區(qū)域中的平面內(nèi)。
12.一種根據(jù)權(quán)利要求
11的器件，其特征在于，所說加速極位于所說絲狀陰極和所說尋址板之間。
13.一種根據(jù)權(quán)利要求
10的器件，其特征在于，所說尋址裝置包括在所說尋址板和空間電荷云之間的一個緩沖電極。
14.一種扁平電子控制器件，其特征在于它包括(a)限定電子接收平面的裝置;(b)包括陰極裝置的設(shè)置，以便在平行于所說接收平面并在其后面的平面區(qū)中建立自由電子的均勻的空間電荷云;以及(c)尋址裝置，它位于正對著所說接收平面且和它間隔開，在所說接收平面和所說均勻空間電荷云之間，以一種控制方式作用于所說電子云中的電子，使被作用的電子引向所說接收平面的特定區(qū)域中。
15.一種在扁平顯示屏面的前屏面上產(chǎn)生可見圖象的方法，該屏面有所說前屏面和一個相對的后屏面，以及在后屏面上的裝置，由于電子打在此裝置上，在所說前屏面上提供所說的可見圖象，所說方法包括下面的步驟(a)在平行于所說顯示屏面的后屏面并在其后的平面區(qū)內(nèi)建立自由電子的均勻空間電荷云;(b)提供與所說屏面的后屏面間隔開的且正對著它的尋址裝置，此裝置是在所說屏面和所說的均勻空間電荷云之間;以及(c)操作所說尋址裝置，使其以一種控制方法來作用于所說空間電荷云中的電子，使得被作用的電子打在所說屏面的后屏面的特定區(qū)域上，以在所說屏面的前屏面處產(chǎn)生所說的圖象。
16.一種控制進入電子接收平面的自由電子流的方法，其特征在于它包括下列步驟(a)在平行于所說的接收平面并且在此平面后的一個平面區(qū)中建立自由電子的均勻空間電荷云;以及(b)以一種控制方法作用于所說電子云中的電子，使被作用的電子引到所說接收平面的特定區(qū)域。
17.在一個需要使用自由電子的器件中，一種供應(yīng)所說自由電子的設(shè)置，其特征在于所說的設(shè)置包括一個陰極，以在遠離所說陰極的位置，以平面區(qū)的形式建立自由電子的均勻空間電荷云。
18.一個扁平電子控制器件包括限定電子接收平面的裝置、自由電子源以及尋址裝置，此尋址裝置包括有許多貫通且間隔開的欄孔的尋址板，所說的尋址裝置位于正對著所說接收平面且和它間隔開的并在其后的位置上，而且以一種控制方式共同作用于所說電子源的自由電子以使受作用的電子通過欄孔中特定的一些欄孔引到所說的接收平面的特定區(qū)域中，其特征在于改進之處包括(a)在遠離所說尋址板處產(chǎn)生自由電子源的裝置;以及(b)作用于所說自由電子源的裝置，以建立自由電子的空間電荷云，此電子云在緊挨著所說尋址板上的欄孔并在其后的預定位置處形成虛陰極，并用作為受所說尋址裝置作用的自由電子源，每一個所說的空間電荷云顯示出均勻的自由電子密度，此密度大于在所說電子云和遠離自由電子云處之間的空間中所填充的自由電子密度，至少要大于器件工作過程中，當自由電子的供應(yīng)不受所說的尋址裝置作用時的密度。
19.根據(jù)權(quán)利要求
18的改進，其特征在于，在所說的欄孔的任何給定的一個欄孔后的自由電子空間電荷云與其余欄孔后的其余電子云相比有著基本上相同的自由電子均勻密度。
20.根據(jù)權(quán)利要求
19的改進，其特征在于，在每一個所說欄孔后建立自由電子的空間電荷云的裝置包括建立一個連續(xù)整體電子云的裝置，此裝置限定出一個平行于所說尋址板的總平面區(qū)，因而，所說的整個電子云的不同部分緊挨著所說的欄孔并在它們后面提供所說的第一次提到的電子云。
21.根據(jù)權(quán)利要求
18的改進，其特征在于，所說的產(chǎn)生自由電子源的裝置包括在所說尋址板和所說空間電荷云之后并和它間隔開的許多絲狀陰極。
22.根據(jù)權(quán)利要求
18的改進，其特征在于，作用于所說自由電子源，以在每一個所說欄孔后建立自由電子空間電荷云的所說裝置包括引起一部分所作用的電子前后振蕩的裝置振蕩是在鄰近所說欄孔并在其后的預定位置和遠離所說欄孔之后的位置之間發(fā)生的。
23.一個扁平電子控制器件包括限定電子接收平面的裝置、供應(yīng)自由電子的裝置和包括一個尋址板的尋址裝置，該尋址板有許多貫通的間隔開的欄孔，所說的尋址裝置位于正對所說接收平面并在其后與之間隔開，并以一種控制方法共同作用于來自所說自由電子源，以使受作用的電子通過欄孔中的特定欄孔并進入所說接收平面上的特定區(qū)域，其特征在于，改進之處包括(a)在遠離所說尋址板處產(chǎn)生一個自由電子源的裝置;以及(b)作用于所說自由電子源的裝置，以使一部分受作用的電子前后振蕩，振蕩之處是在緊挨著所說欄孔并在其后的第一位置和在所說欄孔更后的第二位置之間，以形成在所說第一位置處的密集自由電子云，以作為受所說尋址裝置作用的所說自由電子源，而在所說第二位置處形成密集的自由電子云。
24.一種扁平電子控制器件的操作方法，此器件包括限定電子接收平面的裝置、供應(yīng)自由電子的裝置和包括一個尋址板的尋址裝置，此尋址板有著許多貫通的間隔開的欄孔，所說的尋址裝置位于正對所說接收平面并在其后與之間隔開，并以一種控制方法作用于來自所說電子源的自由電子，以使受作用的電子通過欄孔中的特定欄孔并進入所說接收平面上的特定區(qū)域中，其特征在于，改進之處包括(a)在遠離所說尋址板處產(chǎn)生一個自由電子源;以及(b)作用于所說的自由電子源，以建立自由電子的空間電荷云，此電子去在緊挨著所說尋址板上的所說欄孔并在其后的預定位置處形成虛陰極，并用作為受所說尋址裝置作用的自由電子源，每一個所說的空間電荷云顯示出均勻的自由電子密度，此密度大于在所說電子云和遠離自由電子云處之間的空間中填充的自由電子密度，至少要大于器件工作過程中，當自由電子的供應(yīng)不受所說的尋址裝置作用時的密度。
25.一種扁平電子控制器件的操作方法，此器件包括限定電子接收平面的裝置、供應(yīng)自由電子的裝置和包括一個尋址板的尋址裝置，此尋址板有著許多貫通的間隔開的欄孔，所說的尋址裝置位于正對所說接收平面并在其后與之間隔開，并以一種控制方法作用于來自所說電子源的自由電子，以使受作用的電子進入所說接收平面的特定區(qū)域，其特征在于，改進之處包括(a)在遠離所說尋址板處產(chǎn)生一個自由電子源;以及(b)作用于所說的自由電子源，以使一部分受作用的電子前后振蕩，振蕩之處是在緊挨著所說欄孔并在其后的第一位置和在所說欄孔更后的第二位置之間，以形成在所說第一位置處的密集自由電子云，來用作為受所說尋址裝置作用的所說自由電子源，而在所說的第二位置處形成密集的自由電子云。
專利摘要
一種扁平直視顯示器件包括一個扁平屏面，此屏面有前屏面和后屏面及其上的正電性裝置，電子打在此裝置上時，通過前屏面產(chǎn)生可見圖象。此器件利用包括陰極裝置的設(shè)置，以在平行于顯示屏面的后屏面并在其后的平面區(qū)內(nèi)建立均勻密度自由電子空間電荷云。包括帶欄孔尋址板的裝置位于與后屏面相對并與之隔開、并在屏面與均勻空間電荷云之間，此裝置以一種控制方法作用于電子云中的電子，使電子打在正電性后屏面裝置的特定區(qū)域上，以通過前屏面產(chǎn)生希望的圖象。
文檔編號H01J37/06GK86105201SQ86105201
公開日1987年2月18日 申請日期1986年8月13日
發(fā)明者弗雷德里克·G·奧斯 申請人:源技術(shù)公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan