УСТРОЙСТВО ОТОБРАЖЕНИЯ ПЛОСКОГО ТИПА Российский патент 1997 года по МПК H01J31/12 

Изобретение относится к устройствам отображения изображений, имеющим вакуумную оболочку с люминесцентным экраном, расположенным на ее внутренней стороне, систему каналов, параллельных экрану, для прохода электронных потоков по меньшей мере от одного источника, при этом данные каналы имеют размещенные в ряд отверстия в стенке, обращенной к люминесцентному экрану, причем отверстия связаны с аналогично размещенным рядом адресных электродов, установленных ортогонально с каналом и предназначенных для управления проходом электронных потоков в области отверстий и систему распределения между адресными электродами и экраном.

Типичными представителями устройств типа плоских устройств отображения изображения являются устройства, имеющие прозрачную лицевую пластинку, внутренняя сторона которой снабжена люминоформными элементами, одна сторона которых снабжена электропроводным покрытием (такое сочетание также определяется как люминесцентный экран). Если электроны, управляемые видеоинформацией, подают на люминесцентный экран, то образуется изображение, визуально воспринимаемое с передней стороны лицевой пластины. Лицевая пластина может быть плоской или в необходимом случае криволинейной (например, сферической или цилиндрической).

В первой группе плоских устройств отображения изображений ряд нагреваемых проволочных катодов размещаются в плоскости, параллельной люминесцентному экрану внутри этого устройства в месте, удаленном от экрана, причем эти катоды предназначены для выработки требуемых электронов. Электроны могут быть выработаны в форме электронного облака. Для попадания электронов в определенные места люминесцентного экрана для образования изображения в таком устройстве из облака электронов должен быть сформирован требуемый ток электронов. Это требует использования группы адресных электродов (буферного электрода), фокусирующих электродов и в некоторых случаях отклоняющего средства. Трудности, возникающие в таких устройствах отображения изображений, связаны с тем, что в них проявляется заметное изменение яркости.

Другая группа плоских устройств отображения изображений использует один или несколько электронных пучков, которые первоначально проходят, по-существу, параллельно плоскости отображающего экрана и в конечном счете изгибаются к отображающему экрану таким образом, чтобы достичь желаемой зоны люминесцентного экрана непосредственно или, например, посредством избирательной решетчатой структуры (выражение "электронный пучок" означает, что траектории электронов в пучке являются по-существу параллельными либо находятся в переделах малого угла и что имеется главное направление движения электронов). Вышеупомянутые устройства требуют в числе прочего использования сложных электронно-оптических устройств.

Кроме того, устройства, отображения изображений с одним пучком в общем случае требуют использования сложного электронного умножителя матричного типа (конечно, если имеются несколько большие форматы экранов).

Более широкий обзор недостатков известных плоских устройств отображения информации приведен в [1]
Задачей изобретения является создание плоского устройства отображения, не имеющего недостатков вышеуказанных известных устройств.

Указанный результат достигается тем, что устройство отображения плоского типа отличается тем, что каждый канал имеет по меньшей мере одну стенку, выполненную из электроизолирующего материала с коэффициентом вторичной эмиссии, равным δ≥1, или снабжен слоем, имеющим аналогичный коэффициент вторичной эмиссии. Стенка, имеющая отверстия, выполнена из электрически прочного материала, и на стенке, имеющей отверстия, расположены адресные электроды, при этом система адресных электродов выполнена с возможностью подачи на них напряжения, линейно увеличивающего от уровня катода. Устройство предпочтительно содержит емкостные соединения с адресными электродами, причем управление адресацией адресных электродов обеспечивается посредством емкостных соединений.

Новый подход в создании плоского устройства отображения изображений базируется на том, что обнаружена возможность переноса электронов в удлиненной эвакуированной полости (так называемом отсеке), окруженной стенками из электрически изолирующего материала (например, стекла), если электрическое поле достаточной мощности приложено в продольном направлении отсека (посредством создания электрической разности потенциалов между концами отсека). Как будет описано далее, определенные условия (напряженность поля E, электрическое сопротивление стенок, коэффициент вторичной эмиссии стенок) могут быть выбраны таким образом, что в отсеке будет протекать постоянный ток вакуума. Для того, чтобы электронный поток выходил из отсека в требуемых (последовательных) положениях в направлении люминесцентного экрана, стенка отсека, обращенная к люминесцентному экрану, может быть снабжена рядом отверстий в сочетании с адресными электродами, возбуждаемыми первым (положительным) электрическим напряжением, чтобы вывести электронный поток из отсека через отверстие, или возбуждаемыми вторым электрическим напряжением, если электроны в данном положении не следует выводить из отсека.

Для генерирования электронных потоков, переносимых в вакууме в электронных каналах, можно использовать конфигурацию (линию) из множества электронных эмиттеров, параллельных люминесцентному экрану (его краю). Для этого могут быть использованы термокатоды и холодные катоды.

В пределах объема изобретения могут быть использованы различные способы переноса электронов в вакууме. Это может быть электронная проводимость либо электронное усиление в сочетании с электронной проводимостью для части (в особенности, канальной части) или для всего канала. Если предусмотрено усиление в электронных каналах, то достаточно, чтобы каждый эмиттер выдавал лишь небольшой ток (например, порядка нА). Конфигурация расположения эмиттеров может представлять собой один ряд, находящийся по соседству с краем люминесцентного экрана внизу узкого высокого блока, одна из основных поверхностей которого образует панель отображения. Как вариант, конфигурация расположения эмиттеров может представлять собой n взаимно параллельных рядов, размещенных на таких расстояниях от нижнего основания блока, что вырабатываемые ими электронные токи совместно сканируют полную высоту панели отображения. (Если в конкретном случае n 1, то эмиттерная конфигурация располагается посередине между двумя параллельными краями люминесцентного экрана). Как будет пояснено ниже, преимущество этого варианта состоит в том, что максимальная разность потенциалов, требуемая для генерирования электрического поля, необходимого для электронной проводимости, может быть меньше, чем при размещении одного эмиттерного устройства внизу блока.

Все электронные потоки, сформированные эмиттерами, должны направляться в электронных каналах поперек по меньшей мере части высоты "блока" к верхнему или нижнему краю люминесцентного экрана.

Электронные эмиттеры могут быть размещены в пределах электронных каналов, с которыми они взаимодействуют, но предпочтительно каждый из эмиттеров размещается на внешней стороне, противоположной входной части электронного канала, с которым он взаимодействует.

За счет прикладывания достаточно большой положительной разности напряжений между эмиттером и концом взаимодействующего с ним электронного канала электроны, испускаемые эмиттером, ускоряются в направлении к электронному каналу, после чего они генерируют вторичные электроны в электронном канале в процессе столкновений со стенками. Этот процесс может быть отрегулирован таким образом, что в соответствующем электронном канале будет протекать постоянный вакуумный ток.

Может быть предусмотрено размещение адресных электродов в ряд на стороне стенок с отверстиями, обращенных к люминесцентному экрану, для обеспечения переноса электронов и/или выбора строки (изображения). Это означает, что подача возрастающих (линейно) напряжений на электроды обеспечивает возможность генерирования аксиального электрического поля, необходимого для переноса электронов, а подача соответствующего импульсного напряжения обеспечивает возможность управления переносом через отверстия последовательно по строкам, чтобы разрешить или запретить прохождение соответствующего электронного потока в электронном канале через соответствующие отверстия ряда. Электроны, которые выводятся построчно из электронных каналов, ускоряются по направлению к люминесцентному каналу за счет достаточно большой разности напряжений между электронными каналами и экраном, например 3 кВ. Таким образом, можно записать в каждый данный момент времени одну строку изображения. Видеоинформация (уровни серого) может быть представлена в виде, например, широтно-импульсной модуляции. Расстояние до экрана может быть очень малым, чтобы размеры пятна оставались малыми. Отдельные электронные пучки, ускоренные по направлению к экрану, могут быть локализованы с помощью структуры локализации электронного пучка, например, в виде ("вафельной") конструкции стенок между электронными каналами и люминесцентным экраном или что проще посредством промежуточной пластины с отверстиями, соосными с выходными отверстиями электронных каналов.

Для предотвращения нежелательной спонтанной эмиссии электронов на пути к экрану, что может вызывать увеличение свечения в нежелательных местах, предпочтительно поместить адресные электроды описываемой электродной конфигурации в электроизолирующий материал.

Для улучшения контрастности получаемого изображения адресные электроды электродного устройства могут имеет сдвоенную конструкцию. Для этого, например, может быть использован синтетический фольгированный материал (например, каптон-фольга-лента на основе полиамидной пленки) с комбинацией электродных элементов с обеих сторон в соответствии одних с другими.

Для предотвращения накопления заряда на стенках структуры локализации последняя содержит множество полых электродов, окружающих траекторию каждого отдельного электронного пучка и электрически соединенных с электродами электродного устройства. Эти полые электроды могут представлять собой цилиндрические или конические металлические компоненты либо металлические слои, нанесенные напылением на внутреннюю сторону полой изолирующей вспомогательной структуры. Если эти электродные средства образованы из двух частей, то они могут быть использованы для цветовой селекции путем их селективного возбуждения, как будет описано ниже. Например, они могут содержать две параллельные пластины с отверстиями, расположенными в ряд.

Для равномерного переноса электронов в электронных каналах используются линейно возрастающие напряжения, приложенные к адресным электродам электродного устройства, посредством чего в осевом направлении соответсвенно изменяется напряженность продольного электрического поля переноса. Для обеспечения выхода электронов из электронных каналов только в необходимом случае за счет подачи положительного импульса напряжения на электрод селекции важно предусмотреть средство, обеспечивающее то, что аксиальное изменение возбуждаемого при работе продольного электрического поля переноса является существенно однородным. Соответствующая возможность состоит в обеспечении высокоомного резистивного слоя по меньшей мере на одной стенке каждого отсека, образующего электронный канал, например, на передней и/или задней стенке или на двух боковых стенках. Для увеличения сопротивления этот резистивный слой может иметь вид меандра.

Если некоторые электроны приобретут слишком высокие скорости при переносе через электронный канал, то это может привести к потере контраста. Слишком высокие скорости могут возникнуть вследствие упругих столкновений со стенками (т.е. обратного рассеяния) или из-за того, что электроны с низкими начальными скоростями не контактируют со стенками и приобретают все больше энергии на своем пути. Для предотвращения этого электронные каналы могут быть снабжены, например, геометрическими препятствиями для обеспечения существенно одинаковых скоростей электронов, приносимых в этих каналах.

Отличительной особенностью изобретения является то, что электроды селекции могут быть емкостно-управляемыми, так что число требуемых вакуумных проходных выводов может быть относительно малым. Если согласно предпочтительному примеру исполнения электронные эмиттеры также являются емкостно-переключаемыми, то может быть использовано малое число проходных выводов, в частности меньше 10, например 3.

Важной отличительной особенностью изобретения также является возможность удовлетворительной однородности изображений. Это обусловлено тем, что генерирование электронов и перенос электронов через отсеки ограничены насыщением из-за искажения поля и/или насыщением вследствие пространственного заряда. При необходимости электронные потоки на конце отсеков могут быть измерены (в последовательных интервалах бланкирования изображения). В случае взаимного неравенства возможна обратная связь по видеосигналу или управление эмиттерных токов (управление амплитудой) для обеспечения желательной однородности.

Другая важная отличительная особенность состоит в том, что нет необходимости использования сложной электронно-оптической системы или экранирования магнитных полей.

Также отсутствуют проблемы с ионной обратной связью, которая обычно имеет место при использовании канальных вторично-электронных умножителей. Это вызвано тем, что положительные ионы выводятся наружу посредством поля, удерживающего электроны внутри отсека, прежде чем ионы смогут обусловить генерирование нежелательных электронов.

Важная отличительная особенность изобретения состоит и в том, что электронные каналы служат в качестве средства поддержания вакуума, так что передняя и задняя стенки устройства отображения изображений могут быть относительно тонкими по сравнению со стенками в известных устройствах отображения информации плоского типа (общая толщина, например, менее 10 мм). В этой связи один из примеров осуществления изобретения отличается тем, что предусмотрена совокупность параллельных перегородок из электроизолирующего материала для поперечной локализации генерируемых электронов, причем эти перегородки также служат поддержанию вакуума.

В этой связи другой пример осуществления отличается тем, что устройство отображения изображений снабжено центральной пластиной из электроизолирующего материала, причем одна главная поверхность имеет совокупность первых канавок, разделенных посредством стенок, образующих упомянутые перегородки, а другая главная поверхность имеет совокупность вторых канавок, проходящих поперечно первым. Первые и вторые канавки могут пересекать одна другую, причем в точках пересечения образованы отверстия для вывода электронов. Как вариант, первая и вторая канавки могут перекрещиваться одна с другой, причем пластина пронизывается в местах перекрещивания первой и второй канавок для образования упомянутых отверстий.

Еще одна отличительная особенность, обеспечивающая преимущество, состоит в том, что полости могут быть образованы в подложке, которая может составлять часть вакуумной оболочки.

На фиг.1 схематично представлен вертикальный разрез, частично с вырезом, фрагмент конструкции устройства отображения изображений согласно изобретению, компоненты которого показаны не в масштабе; на фиг.2 вид сбоку вертикального разреза конструкции по фиг.1; на фиг.3 схематично представлен поперечный разрез, иллюстрирующий модульную конструкцию устройства отображения изображений; на фиг.4 часть электродного устройства (селекции), используемого в устройстве на фиг.1; на фиг.5 схема для управления электродным устройством (селекции); на фиг. 6 управляемая линейная конфигурация электронных эмиттеров; на фиг.7 и 8 схематичное представление в поперечном разрезе двух типов электронных каналов, используемых в устройстве на фиг.1; на фиг.9 "горизонтальное" поперечное сечение фрагмента устройства на фиг.1; на фиг. 10-13 "вертикальные" поперечные сечения электронных каналов устройств, сопоставимых с устройством по фиг.1; на фиг.14 "вертикальное" поперечное сечение фрагмента устройства по фиг.1, пригодного для отображения цветных изображений; на фиг.15 схематичное представление в поперечном сечении возможной модульной конструкции устройства отображения изображений согласно изобретению; на фиг.16, 17 и 18 вертикальные сечения устройства отображения изображений с альтернативным катодным устройством и подаваемыми напряжениями; на фиг.19 и 20 поперечное сечение устройств отображения изображений с другими катодными устройствами; на фиг.21 представление альтернативного варианта переключающей схемы по фиг.5; на фиг.22 график, на котором коэффициент вторичной эмиссии представлен как функция энергии первичных электронов Ep для материала стенки, подходящего для использования в предлагаемом устройстве; на фиг.23 альтернативный вариант устройства по фиг. 1; на фиг.24 "горизонтальное" поперечное сечение фрагмента устройства по фиг.23; на фиг.25 вид спереди элемента 44 устройства по фиг.23.

На фиг. 1 показано устройство отображения изображений 1 плоского типа, имеющее панель (окно) 3 и заднюю стенку 4, расположенную противоположно этой панели. Катодное устройство 5, например линейный катод, который посредством электродов предусматривает несколько катодов, например 600 или аналогичное число отдельных электродов, размещено вблизи стенки 2, которая соединяет панель 3 с задней стенкой 4. Каждый из этих катодов обеспечивает ток порядка нескольких наноампер (в зависимости от усиления), так что могут быть использованы различные типы катодов (холодный или нагреваемый). Катоды могут быть установлены совместно или раздельно. Они могут иметь постоянную или управляемую эмиссию.

В дальнейшем будут описаны два варианта реализации принципа, на котором основывается изобретение, со ссылками на фиг.7 и 8:
а) перенос электронов с усилением в отсеке;
б) перенос электронов без усиления в отсеке.

В варианте (а) ряд электронных каналов, образованных отсеками 6, 6', 6'', и т.д. в данном случае один отсек на катод установления над катодными устройством 5. Эти отсеки имеют стенки, окружающие полости 11, 11', 11'', причем эти стенки выполнены из материала, имеющие необходимое электрическое сопротивление (например, керамический материал, стекло, синтетический материал с покрытием или без покрытия) и коэффициент вторичной эмиссии d больше единицы в заданном диапазоне энергий первичных электронов. Электрическое сопротивление материала стенки должны быть настолько большим, чтобы минимально возможный ток (предпочтительно меньше, например, 10 мА) протекал в стенках при разности потенциалов от одной до нескольких сотен Вольт на 1 см, требуемой для переноса электронов. Передние стенки отсеков могут быть образованы совместно центральной пластиной 10. Задние стенки отсеков могут быть образованы задней стенкой 4 устройства отображения изображений. Задней стенкой может быть, например, подложка, имеющая поверхность, на которой образована совокупность нескольких параллельных полостей, а центральная пластина 10 может быть плоской пластиной. Как вариант, центральная пластина 10 может представлять собой отформованную пластину, показанную на фиг.3, в которой с обеих сторон предусмотрены перекрещивающиеся каналы, а задняя стенка 4 может представлять собой плоскую пластину.

Напряжение порядка нескольких сотен Вольт на 1 см (например, 200 В/см) подается в продольном направлении 1 ко всем отсекам для формирования требуемого осевого электрического поля. За счет приложения напряжения порядка 100 В (значение напряжения зависит от конкретных условий) между линейным катодом 5 и отсеками 6, 6' 6'' электроны ускоряются от катодов к отсекам, после чего они падают на стенки в отсеках и вырабатывают вторичные электроны. В свою очередь выработанные вторичные электроны ускоряются и вырабатывают новые электроны. Так продолжается вплоть до насыщения (это насыщение может быть обусловлено пространственным зарядом и/или может вызываться искажением поля). Постоянный ток вакуума будет протекать от точки насыщения через соответствующий отсек (фиг.7).

В вышеупомянутом варианте (а) конкретные условия таковы, что перенос электронов, равно как и умножение электронов, происходят в отсеках, например, за счет того, что стенки отсеков подвергнуты заданной обработке для придания им повышенной вторичной эмиссии либо за счет того, что на стенках отсека предусмотрены отдельные тонкие слои, имеющие высокую вторичную эмиссию. Однако можно выбрать условия таким образом, чтобы обеспечивался только перенос электронов (вариант в). Преимущество в числе прочих в том, что необходимая разность потенциалов, прикладываемая к отсекам, может быть значительно меньше, что очень важно для электрического управления устройством отображения изображения. В результате энергопотребление также будет значительно меньше, что обеспечивается тем, что в стенках протекает минимальный ток. Кроме того, в данном случае работа не зависит от эффектов насыщения. Ток по длине отсека приблизительно постоянен: ток, входящий в отсек, тот же, что и выходящий из отсека (фиг.8).

Вариант (в) основывается на том, что перенос электронов в вакууме внутри отсеков, имеющих стенки из электроизолирующего материала, возможен, если электрическое поле достаточной мощности приложено в продольном направлении отсека. Такое поле реализует заданное энергетическое и пространственное распределение электронов, инжектированных в отсек, таким образом, что эффективный коэффициент вторичной эмиссии d_eff стенок отсека в среднем при работе будет равен единице. При этих условиях (в среднем) один электрон будет выходить на каждый входящий, другими словами, электронный ток постоянен по отсеку и приблизительно равен входному току. Если материал стенки достаточно высокоомный (что имеет место для всех соответствующих типов необработанного стекла, а также каптона, пертинакса и керамики), то стенки отсека не могут вырабатывать или воспринимать какой-либо ток, так что этот ток практически равен входному току. Если электрическое поле больше, чем минимальное значение, требуемое для получения δ_eff 1, то происходит следующее. Поскольку δ_eff несколько больше единицы, то стенка заряжается неоднородно положительно (из-за очень малой проводимости этот заряд не может рассасываться). В результате этого электроны будут достигать стенки в среднем раньше, чем при присутствии этого положительного заряда. Другими словами, средняя энергия, забираемая от электрического поля в продольном направлении, будет меньше, так что состояние δ_eff 1 устанавливается само собой. Это является положительной отличительной особенностью, поскольку точная величина поля не важна при условии, что она больше, чем вышеупомянутое минимальное значение.

Имеется и другое преимущество. В варианте (а) используется электронное умножение (δ_eff > 1). Значение может, однако, изменяться по длине отсека и от отсека к отсеку. Однородное изображение на люминесцентном экране может быть получено лишь тогда, если ограничение пространственным зарядом интенсивностей тока является существенно постоянным и воспроизводимым. В примере реализации без умножения (δ_eff 1) электронный ток в отсеке постоянен и может быть сделан в достаточной степени одинаковым за счет измерения и обратной связи или за счет управления током для каждого отсека для обеспечения однородности.

Стенки отсека 10, обращенные к люминесцентному экрану 7, который размещен на внутренней стороне панели 3 (см. фиг.2), содержат отверстия 8, 8', 8'' и т. д. Может быть использовано средство стробирования для вывода потока электронов из требуемого отверстия при использовании катодов, не являющихся раздельно управляемыми. Однако индивидуально управляемыми электронные эмиттеры преимущественно используются в сочетании с адресными электродами 9, 9', 9'', возбуждаемыми напряжением селекции, которые находятся между отсеками и экраном 7. На фиг. 1Е показаны электронные эмиттеры, которые могут отдельно управляться посредством электродов 17а, 17в (эти электроды также называются соответственно G1 и G2) и реализованы посредством линейного катода 5 и электроизолирующей пластины В, которая имеет отверстия 15. Вырабатываемые при этом электроны вовлекаются в отсек 6. Адресные электроды 9, 9' 9''выполнены для каждой строки изображения, например, способом, показанным на фиг.4 (электроды с отверстиями, соосными с отверстиями 8, 8', 8''). Отверстия в электродах будут, в основном, такого же размера, что и отверстия 8, 8', 8'', Если они окажутся больше, то легче осуществлять юстировку. Требуемые позиции на экране 7 могут быть адресованы посредством матричного возбуждения отдельных электронных эмиттеров и адресных электродов 9б 9', 9''. Напряжения, увеличивающиеся, по-существу, линейно (со стороны катода), прикладываются к адресным электродам 9, 9', 9''. (фиг.5). Переключатели S открыты в выключенном состоянии. При необходимости возбуждения строки изображения, т.е. при необходимости вывода электронов через отверстия в строке отверстий электронных потоков, упорядоченных в столбцы, к локальному напряжению добавляется импульсное напряжение ΔU посредством замыкания переключателя, который электрически соединен с соответствующей строкой. Имея в виду, то, что электроды в отсеках имеют относительно низкую скорость из-за столкновений со стенками, ΔU может иметь сравнительно малую величину (порядка 100 В). В этом случае разность напряжений u₂ снимается со всей высоты отсека; это напряжение достаточно мало для вывода электронов из отверстий. Это осуществляется посредством приложения положительного импульса селекции строки корректно выбранной величины.

На фиг. 9, представляющей "горизонтальное" поперечное сечение фрагмента устройства по фиг.1, показано стрелками, что электроны, извлекаемые адресным электродом 9 из полости 11 электронного канала, окруженнной стенками отсека, через отверстие 8 ускоряются по направлению к люминесцентному экрану 7, где в каждый данный момент времени может сканироваться одна строка. Видеоинформация может использоваться, например, в виде широтно-импульсной модуляции. Например, катод, взаимодействующий с электронным каналом, может возбуждаться на более короткое или более длительное время. Для получения белой яркостной точки катод может возбуждаться в течение полного периода строки. Альтернативный путь состоит в постоянном возбуждении катода в течение полного периода строки при одновременном управлении уровнем эмиссии. Электронный поток, выведенный через отверстие 8, может быть захвачен "горизонтальными" стенками 12 (фиг. 1) и/или между вертикальными стенками 13 (фиг.9), которые вместе с тем обеспечивают поддержание требуемого вакуума. Альтернатива состоит в использовании промежуточной пластины, заполняющей пространство между экраном 7 и центральной пластиной 10 (и обозначенной позицией 13 на фиг. 9), имеющей отверстия, соосные и большие по размеру отверстий 8, 8', 8'', и предпочтительно, поворотно-симметричны. Благодаря поддержанию полного вакуума передняя и задняя стенки могут быть тонкими (менее 1 мм), а само устройство отображения изображений может, таким образом, иметь малый вес. Внешний размер, поперечный экрану, т.е. глубина устройства отображения изображений, может также быть весьма малым. Например, для размещения экрана приблизительно 1 м² возможна глубина в 1 см.

Другими преимуществами являются
отсутствие каких-либо проблем, связанных с обратным рассеянием люминесцентного экрана;
перенос электронов обеспечивается уже при относительно низком вакууме (ниже, приблизительно 10^-3Top), так что требования к вакууму определяются катодами;
не требуется сложной электронно-оптической системы;
отсутствуют жесткие требования к механическим допускам.

Напряжение на отсеках, требуемое для введения электронов в полости отсеков, увеличивается по мере увеличения длины отсеков. Однако посредством размещения линейной конфигурации эмиттеров 5 по центру в устройстве отображения вместо того, чтобы размещать его на "дне" (как на фиг.1), это напряжение может быть уменьшено. Напряжение, например, в 3 кВ может прикладываться между центром отсеков и их верхними концами и затем то же самое напряжение может быть приложено между центром и "низом" для обеспечения вывода электронов вместо приложения напряжения 6 кВ ко всей высоте, если эмиттеры размещены внизу устройства отображения (см. фиг. 16, 17 и 18).

На фиг. 9 представлено горизонтальное поперечное сечение устройства по фиг.1, проходящее через ряд отверстий 8. в центральной пластине 10.

При селекции (видео) строки положительный импульс напряжения прикладывается к соответствующему адресному электроду 9. Для обеспечения того, что выработанные электроны, покинут полости отсеков исключительно через отверстия в соответствующем адресном электроде, этот импульс должен иметь относительно большую амплитуду порядка 300 В, что может быть реализовано, но ведет к удорожанию системы. Точная величина этой амплитуды также зависит от степени пробоя высокого напряжения через отверстия между экраном 7 и адресными электродами 9.

Вышеперечисленные трудности возникают, когда перенос электродов недостаточно отделен от селекции строки. Отделение может быть улучшено путем предусмотрения высокоомного разистивного слоя (обозначенного позицией 30 на фиг. 10 и 13) на задней стенке 4 или на боковых стенках полостей (П) отсеков, в которых имеет место перенос (вертикальный) электронов. Падение напряжения на этом слое обеспечивает электрическое поле E_y, требуемое для переноса. Если напряжение на адресном электроде выбрано, например, на 50 В ниже локального потенциала разистивного слоя, то электроны не будут покидать каналы в месте расположения этого адресного электрода, а будут переноситься дальше. Положительный импульс, например, 100 В (вновь в зависимости от пробоя) теперь достаточен для селекции строки изображения. Взамен резистивного слоя 30 могут быть использованы дискретные электропроводящие полоски. Для резистивного слоя следует назначать сопротивление в приблизительно 10⁸ 10¹² Ом по высоте слоя. Для достижения этого в слое может быть выполнен мендровый элемент. Для обеспечения вывода электронов только из желаемых отверстий предпочтительно выполнять адресные электроды 9, 9'. как показано на фиг.10, в виде сдвоенной конструкции, например за счет размещения электропроводящих дорожек или полосок на обеих сторонах пленки каптона 32.

Расстояние между адресными электродами 9, и люминесцентным экраном 7 составляет, например, 2 мм (см. фиг. 11). В отсутствие электронных пучков этого достаточно для подачи ускоряющего напряжения, например 3 кВ. Однако при работе стенки 13, отделяющие полости 11 отсеков от экрана, становятся положительно заряженными, так что это напряжение становится много ближе к напряжению электродов. Это может иногда приводить к увеличению автоэлектронной эмиссии с адресных электродов 9, 9'. к экрану 7, что может вызвать нежелательное свечение.

Эта проблема может быть решена, например, следующим образом:
а) погружение адресных электродов 9, в электроизолирующий материал 31 (см. фиг.11);
в) экранирование стенок 13 от вторичных электронов посредством электродов 33, которые в данном случае являются цилиндрическими и соосны с выходными отверстиями 8, причем электроды несут потенциал адресных электродов 9, (см. фиг. 12). Дополнительным преимуществом является свойство положительной линзы данного узла. Для удовлетворительной работы важно, чтобы электроды 33 были свободны от стенок 13 на протяжении существенной части их поверхности. Вместо самоподдерживающих металлических электродов 33, как вариант, могут быть использованы полые компоненты из синтетических материалов с металлическими слоями, напыляемыми на их внутренние стороны. Некоторые размеры приведены в миллиметрах для примера на фиг.6.

На фиг. 12 представлено вертикальное поперечное сечение устройства по фиг.1, проходящее через полость 11 отсека. Полость 11 отсека ограничена задней стенкой 4 и центральной пластиной 10 с отверстиями 8. В частности, если центральная пластина 10 имеет конструкцию, показанную на фиг.3 со скрещивающимися каналами с обеих сторон, то возможно выполнение из синтетического материала (например, тефлон); первая пленка каптона 32 толщиной 502200 мкм с проводящими дорожками 9, 9'. предусматривается на внешней стороне со стороны центральной пластины 10, а вторая пленка каптона 34 толщиной 50 100 мкм с проводящими дорожками 9А и 9А, предусматривается со стороны, удаленной от центральной пластины 10. Цилиндрические вспомогательные электроды 33, например, из CuNi с толщиной стенки цилиндра 0,1 мм и толщиной дна, например, 0,05 мм с отверстиями диаметром 1,0 или 1,2 размещаются между промежуточными стенками 12. Вспомогательные электроды могут быть образованы, например, из проткнутых металлических полосок с покрытиями, предусмотренными вокруг отверстий, например, путем электронапыления. Вспомогательные электроды 33 могут также быть использованы для селекции строк (изображения) путем подачи на них прямого напряжения. Адресные электроды 9, 9'. и 9А, 9'А могут быть теперь опущены. При использовании адресных электродов двойной конфигурации электроды, обращенные к экрану, могут попеременно сочетаться с цилиндрическими вспомогательными электродами, как показано на фиг. 13. Для селекции строки может быть приложен положительный импульс селекции, например, к покрытиям 35 ряда, в то время как противодействующее напряжение (например, 200 В) прикладывается к покрытиям смежного, предыдущего ряда. Это препятствует выводу электронов из неселектированных отверстий и их устранению по направлению к экрану.

В описанных конструкциях электроны переносятся в отсеках со стенками, выполненными из электроизолирующего материала (с соответствующим коэффициентом вторичной эмиссии), снабженными отверстиями (малых размеров) со стороны экрана. За исключением случая наличия высокоомного резистивного слоя электроды предусмотрены непосредственно на внешней стороне этих отверстий и обеспечивают перенос электронов, а также селекцию текущей видеостроки. Для улучшения контраста электроды могут иметь сдвоенную конструкцию. Это приводит к относительно сложной механической конструкции. Кроме того, некоторые электроны могут приобретать большие скорости при переносе, что может вызвать, например, потерю контраста в этих конструкциях.

Вышеупомянутая проблема может быть решена за счет размещения геометрических препятствий в отсеках, причем эти препятствия предохраняют от ускорения электронов до больших скоростей.

Как описано выше, поперечная локализация электронных потоков может быть достигнута посредством размещения вертикальных перегородок между полостями отсеков, причем эти перегородки также служат поддержкой разряжения, но локализация в поперечном направлении может, как вариант, быть достигнута посредством электрических средств, например, путем прикладывания соответствующих потенциалов к вертикальным электропроводящим дорожкам на задней стенке.

Может быть использован следующий способ обеспечения вышеупомянутого высокоомного резистивного слоя.

Стеклянная пластина покрывается однородным порошковым слоем, содержащим частицы эмалированного стекла и частицы RuO₂ или подобные им. Этому порошковому слою может быть придана меандровая конфигурация, например, посредством процарапывания, масок или фотолитографии; затем стеклянная пластина вместе с порошковым слоем нагревается до тех пор, пока резистивный слой не достигнет желаемого значения сопротивления. Такой резистивный слой может также быть использован как делитель напряжения, к которому присоединяются электроды селекции.

Материалы, подлежащие использованию для стенок электронных каналов, должны иметь высокое электрическое сопротивление и коэффициент вторичной эмиссии больше единицы (см. фиг.22) по меньшей мере в некотором диапазоне E_I-E_II энергий первичных электронов E_p•E_I являющимся преимущественно возможно малым, например равным или кратным 10 эВ. Этим требованиям удовлетворяют, в том числе стекло (E_I приблизительно 30 эВ), керамика, пертинакс, каптон.

Электрическое сопротивление зависит от того, что в электронных каналах желательна не только проводимость электронов, но еще и усиление (на части или на полной длине каналов) и каков общий ток, протекающий в стенках в связи с рассеиваемой мощностью.

Способ, использующий только электронную проводимость, является предпочтительнкй. Электрическое сопротивление может теперь быть в диапазоне 10⁶ 10¹⁵. Как вариант, по меньшей мере часть электронных каналов со стороны катода может иметь относительно низкое сопротивление, например в диапазоне 10 кОм 100 МОм, с тем, чтобы обеспечить усиление. При вышеупомянутых величинах потребляемая мощность не выше 100 Вт.

В данном случае перенос электронов реализуется в отсеке из свинцового стекла длиной 17 см и отверстии 1 мм (электрическое сопротивление более 10¹⁵ Ом) посредством подачи к концам напряжения в 3,5 кВ.

Следует также отметить, что стенки могут состоять из электроизолирующего материала, который выполняет как функцию конструкционного материала, так и функцию материала для вторичной эмиссии. Как вариант, стенки могут состоять из электроизолирующего конструкционного материала (например, синтетический материал), на котором предусматривается слой, реализующий функцию вторичной эмиссии (например, кварц или стекло либо керамический материал, такой как MgO).

Цветовая секция может быть реализована различными путями, например посредством использования люминесцентного экрана с вертикальными триадами из строк красных, зеленых и синих люминофоров линий и посредством использования одновременно трех электронных эмиттеров и электронных каналов, как в случае монохроматического дисплея в сочетании с горизонтальным сканированием.

Вышеизложенные примеры, однако, базируются на использовании люминесцентного экрана 7 (фиг.2), имеющего совокупность горизонтальных областей из люминесцентного материала, разделенных, например, посредством перегородок 12. (В случае монохромного устройства отображения изображений все эти области светятся одним и тем же цветом). В случае устройства отображения цветных изображений практично разделить каждую из упомянутых областей на три подобласти, люминесцирующие красным, зеленым и синим соответственно. Для управления подобластями устройство отображения изображений может быть построено таким образом, что каждая подобласть взаимодействует с рядом выходных отверстий. Это означает, что число выходных отверстий в вертикальном направлении в три раза больше, чем в случае монохромного устройства отображения изображений, причем число электронных эмиттеров и электронных каналов одно и то же. Поскольку в данном случае электроды цветовой селекции размещены очень плотно, то трудно разместить "горизонтальные" стенки 12 (фиг.1), которые обеспечивают поддержание вакуума для люминесцентного экрана 3. В этой ситуации предпочтительно разместить "вертикальные" поддерживающие стенки 13, которые проходят параллельно боковым стенкам 41 отсеков переноса 6, как схематически показано на фиг.23. На фиг.24 показано поперечное сечение, проходящее через ряд отверстий 8 в промежуточной пластине 10 устройства фиг.23. На фиг. 24 также показана конфигурация электропроводящей полоски 9 с отверстиями. На фиг. 25 показан вид спереди промежуточной пластины 10, которая снабжена такими электропроводящими полосками 9. Каждая полоска действует как электрод селекции для цветной строки. Положения пятен на люминесцентном экране 7 (фиг.24) определяются отверстиями 8 на промежуточной пластине 10. Пластина 10 в действительности является лишь частью конструкции трубки дисплея (фиг.23), которая должна быть выполнена с высокой точностью. Следует отметить, что изобретение не ограничено использованием люминесцирующих экранов, имеющих цветные триады в виде параллельных строк. Могут также использоваться другие конфигурации (например, deta конфигурация). Полоски 9 могут быть получены посредством, например, вакуумного напыления. На фиг.25 полоски 9 имеют некруглые, в данном случае существенно эллиптические отверстия, которые находятся на одной линии с отверстиями 8 в центральной пластине 10, имеющими ту же форму. Некруглым отверстиям 8 может быть отдано предпочтение перед круглыми отверстиями 8, 8''. (фиг.1) в случае необходимости увеличения числа электронов, выводимых из отсеков переноса 6. Альтернативный пример выполнения показан со ссылкой на фиг.14. Конструкция, показанная на этой фигуре, реализуется таким образом, что всякий раз триада из красной, зеленой и синей люминесцирующих подобластей 7R, 7G, 7B, предусмотренных на внутренней стенке стеклянной панели 3, взаимодействует с одним выходным отверстием 8. В пространстве 55, в котором электронный поток, извлеченный из отверстия 3, ускоряется по направлению к люминесцентным подобластям 7R, 7G, 7B, установлены электроды (например, в виде пластин) 56 и 56', проходящие параллельно областям 7R, 7B и 7G и размещенные с обеих сторон отверстия 3. Эти (горизонтальные) электроды могут иметь, например, все отверстия в ряду как общие. Путем раздельного возбуждения электродов 56 и 56' на электронный поток можно воздействовать таким образом, что он ударяет по каждой из упомянутых подобластей. В этом случае устройство отображения изображений может работать таким образом, что для каждой строки изображения выполняются три отдельных сканирования, причем каждое из них с частотой втрое выше обычной частоты сканирования при сохранении стандартной частоты кадров.

На фиг. 15 показана возможная модульная конструкция устройства отображения изображений согласно изобретению
A: Задняя стенка из электроизолирующего материала (например, стекла) имеет толщину 2 мм. Эта задняя стенка имеет большое число отсеков 6, имеющих квадратное поперечное сечение и ребро, например, 1 мм (углубление выемок потребует большего рабочего напряжения устройства) и шаг, например, 1 мм.

B: Пластина возбуждения катода из электроизолирующего, например, керамического материала с толщиной, например, 1 мм. Эта пластина имеет отверстия 15, число которых соответствует числу отсеков 6. Под пластиной возбуждения катода имеется проволочный катод 5. Раздельно модулируемые эмиттеры могут быть реализованы посредством электродов 17а, 17в из напыленного алюминия вблизи отверстий 17 для эмиттирования электронов в отсеки 6 (фиг.11). Все электроды 17а могут быть соединены между собой, а электроды 17в приводиться в действие раздельно или наоборот.

Как альтернатива, могут быть использованы раздельные эмиттеры, например полевые эмиттеры.

C: Вставки размером S, например, 3 мм.

D: Пластина возбуждения из электроизолирующего материала, например, из стекла, толщиной, например, 0,75 мм. Пластина возбуждения предусматривается на задней стенке A и имеет отверстия 8, расположенные столбцом, причем столбцы соответствуют отсекам 6. Управляющие электроды 18 предусмотрены, например, так, как показано на фиг.1C, вблизи отверстий 8 со стороны пластины возбуждения D, удаленной от задней стенки A.

E: Решетка, имеющая ширину 2 мм и полосы 19 между отверстиями 19А в пластине возбуждения D, или промежуточная пластина, имеющая соосные отверстия.

F: Стеклянное окно (панель) 3, имеющее толщину, например, 1 или 2 мм. Внутренняя сторона окна имеет люминесцентный экран 17, состоящий из горизонтальных строк люминофора.

Для описанной выше конструкции устройства отображения изображений глубина последнего составляет примерно 8 мм. Таким образом, можно действительно говорить об "изображении на стенке". Компоненты A, C и D могут составлять интегральный модуль, выполненный, например, из керамического материала в сочетании, например, со (стеклянной) задней стенкой.

Электрическое напряжение на отсеках, требуемое для направления электронов в полости отсеков, увеличивается с увеличением длины отсеков. Однако посредством расположения линейного устройства 5 по центру устройства отображения (фиг. 16) вместо расположения внизу это напряжение может быть уменьшено. Напряжение в 3 кВ, например, может теперь в первую очередь быть приложено между центром отсеков и их верхними краями таким образом, чтобы "извлечь" электронный поток (фиг. 17) и затем то же самое напряжение может быть приложено между центром и дном таким образом, чтобы вывести электронный поток. В случае фиг. 1 требуется напряжение 6 кВ. Еще большее сокращение требуемого напряжения возможно посредством формирования линейного устройства эмиттеров из более чем одного ряда, например из двух рядов 5A, 5B, размещенных на 1/4 длины отсека от дна и верхней части (фиг. 19), что сокращает требуемое напряжение до 1/4. Требуемое напряжение сокращается до 1/6 за счет использования трех рядов эмиттеров 5C, 5D, 5E и размещения их так, как показано на фиг.20.

На фиг.16 стенка 27, имеющая отверстие 28, работает как пластина возбуждения катода. Посредством электродов 130, размещенных вблизи каждого отверстия 28, катодный проводник 5, размещенный в пространстве 29 электроизолирующего материала, предусматривается для эмиттеров, которые могут модулироваться раздельно. Электроды 130, которые выполняют функцию одной из электродных конфигураций 17а, 17в (фиг. 6), могут быть соединены снаружи. Другая электродная конфигурация не показана. Она может иметься (и образовывать последовательную конфигурацию) или отсутствовать при условии, что возможности управления, которые в этом случае неэффективны, не встречают возражений. Более предпочтительный пример исполнения показан на фиг.19. Посредством электродов 132, которые управляются за счет емкостной связи и проходят по внутренней стенке по возможности близко к каждому отверстию 134, причем катодные проводники 5А помещены в пространство 29, обеспечивается раздельная модуляция эмиттеров. Электроды 132 являются емкостно-управляемыми с помощью электродов 133, размещенных на внешней стороне пространства 29. Катодный проводник 5B выполнен аналогичным образом. К этим электродам применимо также описание фиг.16.

Альтернативным вариантом переключающей схемы по фиг.5 является работа исключительно с положительными импульсами селекции строк (например, 200 В или меньше). В этом случае напряжение v'_a приложено по высоте отсеков 6 (фиг. 6), причем эта высота слишком мала для вывода потока (из отверстия). Это происходит при приложении положительного импульса селекции строк корректно выбранной величины (фиг.22).

Сущность изобретения: устройство имеет вакуумную оболочку для отображения изображений, состоящих из яркостных точек на люминисцентном экране, включает совокупность рядом расположенных источников для получения электронов, локальные электронные каналы, взаимодействующие с источниками и имеющие стенки из электролизирующего материала с коэффициентом вторичной эмиссии, пригодным для переноса выработанных электронов через вакуум в виде электронных потоков на коротком расстоянии от люминесцентного экрана, а также средство для извлечения каждого электронного потока в определенных местах из каналов и направления его к желаемому месту на люминесцентном экране для получения изображения, состоящего из элементов. 7 з.п. ф-лы, 25 ил.

1. Устройство отображения плоского типа, содержащее вакуумную оболочку с люминесцентным экраном, расположенным на ее внутренней стороне, систему каналов, параллельных экрану, для прохода электронных потоков по меньшей мере от одного источника электронов, при этом каналы имеют размещенные в ряд отверстия в стенке, обращенной к люминесцентному экрану, причем данные отверстия связаны с аналогично размещенными рядами адресных электродов, установленных ортогонально к каналам и предназначенных для управления проходом электронных потоков в области отверстий, систему распределения между адресными электродами и экраном, отличающееся тем, что каждый канал имеет по меньшей мере одну стенку из электроизолирующего материала с коэффициентом вторичной эмиссии δ ≥ 1 или снабжен слоем, имеющим коэффициент вторичной эмиссии δ ≥ 1, стенка, имеющая отверстия, выполнена из электроизолирующего материала, и на стенке, имеющей отверстия, выполнены адресные электроды, при этом система адресных электродов выполнена с возможностью подачи на них напряжения, линейно увеличивающегося от уровня катода. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что содержит емкостные соединения с адресными электродами, при этом управление адресацией адресных электродов обеспечивается посредством емкостных соединений. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что задняя стенка каналов, противоположная отверстиям, снабжена высокоомным резистивным слоем. 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что адресные электроды выполнены с отверстиями, которые совмещены с отверстиями для прохода электронных потоков. 5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что внешние электроды размещенных в ряд электродов имеют соединения для подачи напряжения переноса. 6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что размещенные в ряд адресные электроды выполнены на обращенной к экрану стороне стенки. 7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на участке между каналами и люминесцентным экраном размещена промежуточная пластина, содержащая множество отверстий с осевой симметрией. 8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что по меньшей мере одна стенка выполнена из стекла или керамического материала.