專利名稱：電子槍中陰極的安裝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及諸如陰極射線管(CRT)一類的裝置的電子槍。更具體地說(shuō)，涉及可以使用現(xiàn)有的電子槍的改進(jìn)零件來(lái)安裝場(chǎng)發(fā)射裝置的裝置和方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的電子槍利用熱離子發(fā)射極作為電子源。圖1表示使用熱離子發(fā)射極的電子槍的下部零件的普通結(jié)構(gòu)。標(biāo)號(hào)10表示具有一個(gè)陰極和二個(gè)柵極的電子槍的零件。兩個(gè)柵極，與其他柵極一起，通常在形成整個(gè)電子槍的結(jié)構(gòu)上“串接”在一起。利用燈絲12加熱發(fā)射涂層14，引起電子發(fā)射。與陰極柄部18連接的陰極蓋16，支承著發(fā)射涂層14(通常為鋇、鍶或碳酸鈣中的一種或多種的綜合，這些物質(zhì)在CRT中轉(zhuǎn)換為氧化物)。陰極柄部18通常與界面圓環(huán)20焊接在一起。界面圓環(huán)20可與陶瓷陰極支架22作成一個(gè)整體。陶瓷陰極支架22在控制柵極24上自由滑動(dòng)，但在最終裝配電子槍過(guò)程中，用焊接固定。利用控制柵極24(G1)和控制柵極26(G2)來(lái)使發(fā)射涂層14產(chǎn)生的電子聚焦和加速。柵極被電偏置，以形成電子源。電子可進(jìn)一步由其他柵極聚焦和調(diào)制，以滿足CRT的要求。
近年來(lái)開發(fā)了用基于場(chǎng)發(fā)射電子的冷陰極(場(chǎng)發(fā)射裝置或FED)代替基于熱離子發(fā)射的陰極的技術(shù)。在冷陰極中，電子是從由鉬、硅或最近還由碳基材料制成的微型尖端發(fā)射的。利用集成電路制造技術(shù)(參見“最終應(yīng)用場(chǎng)合的先進(jìn)的CVD金剛石微型尖端裝置”，材料研究學(xué)會(huì)技術(shù)討論會(huì)論文集(MAT.RES.SOC.SYMP.PROC)509卷(1998))，已經(jīng)證明了可將碳基材料或金剛石一樣的材料與自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)中的控制柵極電極作為一個(gè)整體，成為一個(gè)單片。使用帶有內(nèi)裝式的引出控制柵極的場(chǎng)發(fā)射裝置，不需要在基于熱離子發(fā)射的電子槍中的二個(gè)電極(圖1中的G1和G2)。取消這二個(gè)電極可使電子槍變得簡(jiǎn)單和減小其長(zhǎng)度。整體的用如碳一樣的材料制成的陰極和電極在電子槍中的應(yīng)用已在1999年7月19日，發(fā)明者RichGorski和Keifa D.Jamison提出的，題為“緊湊的場(chǎng)發(fā)射電子槍和聚焦透鏡”的正在審查中和按普通程序授予的專利申請(qǐng)S.N.09/356851號(hào)中作了說(shuō)明。這里引入所述專利申請(qǐng)供參考。在Keith D.Jamison和Donald E.Patterson1999年12月31日提出的、題為“場(chǎng)發(fā)射陰極中的動(dòng)態(tài)束校正的分段控制柵極驅(qū)動(dòng)”的正在審查中和按普通程序授予的專利申請(qǐng)S.N.09/476051號(hào)中公布了一種分段的陰極。這里引入所述專利申請(qǐng)供參考。在Rendolph D.Schueller，Kent R.Kalar和AnthongA.K1oba 2000年1月28日提出的、題為“在電子槍中安裝場(chǎng)發(fā)射裝置的插件結(jié)構(gòu)”的正在審查中和按普通程序授予的專利申請(qǐng)S.N.09/493379號(hào)中，公布了一種用于將場(chǎng)發(fā)射陰極安裝在電子槍中的插件結(jié)構(gòu)。這里引入所述專利申請(qǐng)供參考。
將場(chǎng)發(fā)射陰極裝入電子槍中的結(jié)構(gòu)是已知的，但這些結(jié)構(gòu)需要重新制造或更換熱離子發(fā)射極的電子槍的零件，或新設(shè)計(jì)的零件。電子槍設(shè)計(jì)的改變和制造電子槍零件的工具的改造都是成本高和費(fèi)時(shí)間的。使用場(chǎng)發(fā)射裝置(FED)作為陰極，在陰極射線管(CRT)工業(yè)中是新事物，它比使用現(xiàn)有的方法，或需要高成本和費(fèi)時(shí)的改變電子槍設(shè)計(jì)的裝置的CRT有許多優(yōu)點(diǎn)。一旦FED的優(yōu)點(diǎn)顯示出來(lái)，則改變所需的花費(fèi)也是值得的所需要的只是對(duì)使用熱離子發(fā)射的商業(yè)上銷售的電子槍的零件作很小的，改進(jìn)的結(jié)構(gòu)和方法，即不需要對(duì)電子槍的設(shè)計(jì)和制造其零件的工具作重大改變，即可滿足FED的所有要求。在CRT中使用所述結(jié)構(gòu)可使與CRT的電氣連接改變最少。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了帶有一個(gè)整體的引出柵極的使用場(chǎng)發(fā)射陰極的電子槍結(jié)構(gòu)。所述結(jié)構(gòu)包括一個(gè)放在一個(gè)空心件中的彈簧，所述空心件可以是現(xiàn)有的電子槍的柵極(G1)。所述彈簧作用在可以是通常的電子槍的陰極柄部的一個(gè)柄部上，將在發(fā)射陣列周圍的電氣觸點(diǎn)區(qū)壓緊第二表面。所述第二表面可以是通常的電子槍的柵極(G2)。所述電氣觸點(diǎn)區(qū)電氣上與場(chǎng)發(fā)射陣列的引出柵極連接。所述柵極可與所述陣列的發(fā)射極作成一個(gè)整體。所述場(chǎng)發(fā)射陣列在一個(gè)基片上形成，并最好由碳基材料制成。在另一個(gè)實(shí)施例中，在所述基片下面放置一塊支承板，以增加陰極差與FED基片之間的機(jī)械接觸面積。在又一個(gè)實(shí)施例中，切去陰極柄部，這可在某些應(yīng)用場(chǎng)合減小角度安裝誤差。


為了更好地理解本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)結(jié)合附圖進(jìn)行說(shuō)明。附圖中相同的標(biāo)號(hào)表示相同的零件，其中圖1表示利用熱離子發(fā)射極的現(xiàn)有技術(shù)電子槍下部零件的結(jié)構(gòu)；圖2表示包括適用于電子槍的場(chǎng)發(fā)射陣列的陰極；圖3表示使用一個(gè)場(chǎng)發(fā)射陰極的電子槍的一個(gè)實(shí)施例；圖4表示使用場(chǎng)發(fā)射陰極的電子槍的第二實(shí)施例；圖5表示使用場(chǎng)發(fā)射陰極的電子槍的第三實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式
參見圖2，陰極用標(biāo)號(hào)30表示。在基片34上形成場(chǎng)發(fā)射陣列32。如在下列按普通程序授予的和正在審查中的專利申請(qǐng)-1998年10月12日提出的SN 09/169908和SN 09/169909，1999年7月19日提出的SN 09/356856，1999年12月31日提出的SN 09/476651，和2000年1月28日提出的SN09/493379號(hào)中，公布了基于碳的材料制成的場(chǎng)發(fā)射陣列。這里引入這些專利申請(qǐng)供參考。所述陣列最好由炭基發(fā)射極36和整體作出的控制柵極層38構(gòu)成。在控制柵極觸點(diǎn)層38上可以形成可為黃金短柱凸塊的凸塊40，所述凸塊可用作電氣觸點(diǎn)以及機(jī)械支座，以防止當(dāng)使用下述的安裝過(guò)程時(shí)，基片邊緣變短。絕緣層37將控制柵極層38與發(fā)射極36隔開。
參見圖3，使用如圖1所示的熱離子發(fā)射的電子槍零件，已經(jīng)改造為使用FED的電子槍50。使用通常的方法將零件“串”在一起。圖1中的發(fā)射涂層14已從陰極蓋16中除去或省掉，而場(chǎng)發(fā)射陣列基片34則與陰極蓋16粘接，形成陰極蓋16與場(chǎng)發(fā)射陣列32之間的電氣觸點(diǎn)。導(dǎo)電石墨涂層或“Aquadag”，或高溫導(dǎo)電粘接劑(例如ABLEBOND 71-1或ABLEBOND2106)可以提供具有制造CRT所需要的電氣、高溫和高真空性質(zhì)的粘接劑。圖1中的控制柵極24(G1)的孔已經(jīng)擴(kuò)大，形成一個(gè)圓筒52，它可使連接基片34通過(guò)所述孔。當(dāng)然，可以使用任何適當(dāng)尺寸的空心件用作圓筒52。在將組件插入圓筒52中之前，將陰極柄部18與界面圓環(huán)20焊接。將陶瓷陰極支架22放入圓筒52中，然后將螺旋彈簧54放入圓筒52中，并將彈簧保持圓盤56插入和固定(優(yōu)選是焊接)在圓筒52中。如圖3所示，由座圈56固定在螺旋彈簧54，以一定的力將凸塊40壓緊在圓筒58上，與控制柵極層觸點(diǎn)42電氣上接觸。改造的電子槍由圖3所示的零件和可能需要的任何其他柵極構(gòu)成。利用通常的方法，將改造的電子槍密封在CRT中。
圖4表示使用FED陰極的電子槍的第二實(shí)施例。在用標(biāo)號(hào)60表示的這個(gè)實(shí)施例中，圖1所示的陰極柄部18和陰極蓋16切去，與陶瓷陰極支架22的頂面在一個(gè)水平高度上。金屬支承板62(最好為鎳或不銹鋼)與金屬和陶瓷界面圓筒20的露出末端點(diǎn)焊在一起。利用導(dǎo)電石墨涂層或“Aquadag”或高溫導(dǎo)電粘接劑例如ABLEBOND 171-1或ABLEBOND2106將支承板62與陶瓷陰極支架22的頂部粘接在一起。這可使支承板62與陶瓷陰極支架22機(jī)械固定，并使支承板62與金屬和陶瓷界面圓環(huán)20和陰極柄部18電氣上連接。利用上述的粘接劑，可將場(chǎng)發(fā)射基片34與金屬支承板62粘接在一起。這樣，在支承板62和場(chǎng)發(fā)射陣列32與陰極柄部18之間建立電氣接觸。在某些應(yīng)用場(chǎng)合，利用支承板來(lái)增大電氣接觸面積。
圖5表示帶有FED陰極的電子槍的第三實(shí)施例。在這個(gè)用標(biāo)號(hào)70表示的實(shí)施例中，冷陰極發(fā)射陣列32和基片34與陶瓷陰極支架22連接。利用上述的導(dǎo)電粘接劑，直接將基片34粘接在陶瓷陰極支架22上。這可使冷陰極陣列32與金屬和陶瓷界面圓環(huán)20及陰極柄部18電氣上連接。在每一個(gè)實(shí)施例(圖3，4和5)中，螺旋彈簧54和彈簧保持組件56插入陶瓷陰極支架22后面的圓筒52或72的體中，并且彈簧座圈56用焊接或用其他方法固定。這樣可以固定陰極組件，并使凸塊40和圓筒58的表面之間的力穩(wěn)定。如同在CRT中使用電子槍的當(dāng)前方法中一樣，在將電子槍在CRT中密封之前，可將一個(gè)金屬帶或金屬絲(沒有示出)焊接在陰極柄部18和所有柵極與相應(yīng)的桿狀插頭之間。然后，利用通常的方法，將改造的電子槍密封在CRT中。
為了操作在完成的CRT中帶有FED的電子槍，可將控制柵極電位加在現(xiàn)在與圓筒58電氣上連接的圖1所示的控制柵極26(G2)的先前的桿狀插頭上，同時(shí)使圖1中的控制柵極24(G1)和陰極柄部18的先前的桿狀插頭共同連接和接地。另一種方法是，可以給控制柵極24和陰極柄部18的先前的桿狀插頭以一個(gè)負(fù)的偏壓，而控制柵極26的先前的插頭接地。所有其他的電子槍連接可以不改變。對(duì)于改造的電子槍，不需要陰極加熱器或燈絲。不需要時(shí)現(xiàn)有的電子槍設(shè)計(jì)作很大改變，可以將場(chǎng)發(fā)射陰極與熱離子陰極互換使用。
根據(jù)上述的方法，改造現(xiàn)有的電子槍，可形成圖3所示的帶有用如碳一樣的材料制成的場(chǎng)發(fā)射陣列的裝置。參見圖1，控制柵極24的孔被擴(kuò)大，足以使改造過(guò)的組件自由通過(guò)(或從0.005英寸擴(kuò)大至0.250英寸)。去掉了燈絲12。去掉了發(fā)射涂層14。
陶瓷陰極支座22與陰極柄部18焊接。
現(xiàn)參見圖3，利用ABLEBOND 71-1將場(chǎng)發(fā)射陣列基片34與陰極蓋16連接。所述基片和陣列為用碳基材料制成，并根據(jù)上述的按普通程序授予和正審查中的專利申請(qǐng)中所述的方法制造。觸點(diǎn)的尺寸和結(jié)構(gòu)經(jīng)過(guò)改造，以形成圖2所示的零件。將陶瓷陰極支架22插入圓筒52中，并使凸塊40與圓筒58接觸。然后，將螺旋彈簧54放入圓筒52中，將彈簧保持組件56放入和焊接在規(guī)定位置上。將電氣接頭與陰極柄部和所有的電子槍柵極連接，并在實(shí)驗(yàn)室的真空腔中試驗(yàn)所述電子槍。結(jié)果證明，電子槍工作令人滿意。
本發(fā)明的上述說(shuō)明只是示例性的，在不偏離本發(fā)明的精神的條件下，可對(duì)所述裝置的結(jié)構(gòu)和工作與裝配方法進(jìn)行各種改變。
權(quán)利要求
1.一種以場(chǎng)發(fā)射裝置作為陰極的電子槍，其中包括第一空心細(xì)長(zhǎng)殼體，所述殼體包含有保持組件和彈簧，彈簧可將力加在一個(gè)陰極支架上，所述陰極支架可在第一細(xì)長(zhǎng)的殼體中滑動(dòng)，并支承一個(gè)陰極柄部，所述柄部支承著一個(gè)場(chǎng)發(fā)射陣列基片，所述基片上有一個(gè)場(chǎng)發(fā)射陣列并與第一殼體電氣上連接；所述陣列具有一個(gè)引出柵極，所述引出柵極電氣上與許多凸塊連接，所述彈簧使所述凸塊與第二殼體電氣上連接，所述第一和第二殼體與陰極射線管的插頭電氣上連接。
2.如權(quán)利要求1所述的電子槍，其特征為，為場(chǎng)發(fā)射陣列更是以碳為基礎(chǔ)的材料制成的。
3.如權(quán)利要求1所述的電子槍，其特征為，第一空心細(xì)長(zhǎng)殼體是由使用熱離子發(fā)射的電子槍的控制柵極(G1)改造而成的。
4.如權(quán)利要求1所述的電子槍，其特征為，第二殼體是由使用熱離子發(fā)射的電子槍的控制柵極(G2)改造而成的。
5.如權(quán)利要求1所述的電子槍，其特征為，所述彈簧為螺旋彈簧。
6.如權(quán)利要求1所述的電子槍，它還包括一個(gè)放置在陰極柄部和場(chǎng)發(fā)射陣列基片之間的金屬支承板。
7.一種以場(chǎng)發(fā)射裝置作為陰極的電子槍，其中包括第一空心細(xì)長(zhǎng)殼體，所述殼體包含有保持組件和彈簧，彈簧可將力加在一個(gè)陰極支架上，所述陰極支架可在第一細(xì)長(zhǎng)的殼體中滑動(dòng)，并支承一個(gè)場(chǎng)發(fā)射陣列基片，所述基片上有一個(gè)場(chǎng)發(fā)射陣列并與第一空心細(xì)長(zhǎng)殼體電氣上連接；所述陣列具有一個(gè)引出柵極，所述引出柵極電氣上與許多凸塊連接，上述彈簧使所述凸塊與第二殼體電氣上連接，所述第一和第二殼體與陰極射線管的插頭電氣上連接。
8.如權(quán)利要求7所述的電子槍，其特征為，所述場(chǎng)發(fā)射陣列為用碳基材料制成。
9.如權(quán)利要求7所述的電子槍，其特征為，第一空心細(xì)長(zhǎng)殼體是由使用熱離子發(fā)射的電子槍的控制柵極(G1)改造而成的。
10.如權(quán)利要求7所述的電子槍，其特征為，第二殼體是由使用熱離子發(fā)射的電子槍的控制柵極(G2)改造而成的。
11.如權(quán)利要求7所述的電子槍，其中，所述彈簧為螺旋彈簧。
12.一種電子槍用的陰極，其中包括上面有一個(gè)場(chǎng)發(fā)射陣列的場(chǎng)發(fā)射陣列基片，所述陣列具有發(fā)射極和一個(gè)引出柵極，所述引出柵極與發(fā)射極隔開一個(gè)它們之間的絕緣層的距離，并與一個(gè)控制柵極觸點(diǎn)層連接；和放置在所述控制柵極觸點(diǎn)層上，并與所述基片隔開一定距離的凸塊；另外還包括與所述凸塊電氣上接觸的殼體。
13.如權(quán)利要求12所述的陰極，其特征為，所述凸塊為黃金短柱凸塊。
14.一種裝配利用場(chǎng)發(fā)射裝置作為陰極的電子槍的方法，其中包括(a)提供一塊上面有場(chǎng)發(fā)射陣列的基片，所述陣列具有一個(gè)引出柵極，所述引出柵極電氣上與許多凸塊連接；(b)提供第一空心細(xì)長(zhǎng)殼體，具有電氣觸點(diǎn)區(qū)域的第二殼體，彈簧和保持組件，可在第一空心細(xì)長(zhǎng)殼體內(nèi)滑動(dòng)的陰極支架，和一個(gè)柄部；(c)將第一和第二殼體連接起來(lái)；(d)將所述基片與所述柄部連接，和所述柄部與陰極支架連接；(e) 將陰極支架，彈簧和保持組件插入第一空心細(xì)長(zhǎng)殼體中，使彈簧將凸塊壓在第二殼體上，并使保持組件與第一空心細(xì)長(zhǎng)殼體連接，以固定彈簧；和(f)使基片和第一及第二殼體電氣上連接。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中，第一空心細(xì)長(zhǎng)殼體是由使用熱離子發(fā)射的電子槍的控制柵極(G1)改造得來(lái)的。
16.如權(quán)利要求14所述的方法，其中，第二殼體是由使用熱離子發(fā)射的電子槍的控制柵極(G2)改造得來(lái)的。
17.如權(quán)利要求14所述的方法，它還包括在基片和陰極柄部之間放置一個(gè)金屬支承板，和用導(dǎo)電涂層或粘接劑粘接柄部、金屬支承板和基片的步驟。
18.如權(quán)利要求14所述的方法，其中，在步驟(d)中，利用導(dǎo)電涂層或粘接劑，使基片與陰極柄部連接。
19.一種裝配利用場(chǎng)發(fā)射裝置作為陰極的電子槍的方法，其中包括(a)提供一塊上面有場(chǎng)發(fā)射陣列的基片，所述陣列具有一個(gè)引出柵極，所述引出柵極電氣上與許多凸塊連接；(b)提供第一空心細(xì)長(zhǎng)殼體，具有電氣觸點(diǎn)區(qū)域的第二殼體，彈簧和保持組件，可在第一空心細(xì)長(zhǎng)殼體內(nèi)滑動(dòng)的陰極支架；(c)將第一和第二殼體連接起來(lái)；(d)將所述基片與所述陰極支架連接；(e) 將陰極支架，彈簧和保持組件插入第一空心細(xì)長(zhǎng)的殼體中，使彈簧將凸塊壓在第二殼體上，并使保持組件與第一空心的細(xì)長(zhǎng)殼體連接，以固定彈簧；和(f)使基片和第一及第二殼體電氣上連接。
全文摘要
本發(fā)明提供了在電子槍中安裝具有發(fā)射極和一個(gè)引出柵極的場(chǎng)發(fā)射裝置的裝置和方法。所述裝置可由現(xiàn)有的使用熱離子發(fā)射極的電子槍零件改造制成。利用由彈簧壓緊在導(dǎo)電表面例如現(xiàn)有的電子槍中的第二控制柵極上凸塊，可與柵極電氣上連接。
文檔編號(hào)H01J29/04GK1428000SQ01809063
公開日2003年7月2日 申請(qǐng)日期2001年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2000年3月24日
發(fā)明者安東尼·A·克洛巴, 倫道夫·D·許勒, 戴維·A·德爾古齊, 唐納德·E·帕特森, 基思·D·賈米森, 肯特·R·卡拉 申請(qǐng)人:尖端設(shè)備公司