專利名稱：電子束平面顯示板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的技術(shù)方案涉及電子學(xué)與電子信息顯示技術(shù)
背景技術(shù)：
在信息社會(huì)中，人們獲得信息主要通過生動(dòng)的圖像、語言、文字和符號(hào)。 因此信息圖像顯示的重要性越來越突出，對(duì)圖像顯示器件的質(zhì)量要求也越來越 高。正是由于這種原因，高質(zhì)量顯示器件的研究也越來越熱，使該領(lǐng)域成為蓬 勃發(fā)展的、具有強(qiáng)大生命力的領(lǐng)域。
在顯示領(lǐng)域，除了傳統(tǒng)的陰極射線管即CRT外，近年來出現(xiàn)了多種新的器 件。主要有液晶顯示屏(LCD)、場(chǎng)致發(fā)射顯示屏(FED)、等離子顯示屏 (PDP)等。在這些顯示器中，液晶和等離子顯示器已經(jīng)走上市場(chǎng)，場(chǎng)致發(fā)射 顯示屏仍在研究之中。傳統(tǒng)CRT顯像管已有100多年發(fā)展史，用于電視也已有 100年。這項(xiàng)技術(shù)在世界范圍內(nèi)已得到人們的廣泛認(rèn)可。它在色純度、清晰 度、亮度特別是在價(jià)格等方面比其他顯示器件有無比優(yōu)勢(shì)。盡管它存在著體積 大、不能大屏幕顯示、重量重和耗能大等嚴(yán)重缺點(diǎn)，但在信息技術(shù)已有很大發(fā) 展的今天，它在顯示器件中仍然占據(jù)著極其重要的地位。如果能克服CRT現(xiàn)有 的缺點(diǎn)，創(chuàng)新出一種薄化的、平板顯示的電子束顯示屏，對(duì)信息科學(xué)和社會(huì)發(fā) 展將具有重大的意義。
將傳統(tǒng)的CRT薄型化、平板化的研究工作，開始于50年代。這項(xiàng)工作沿 著兩個(gè)方向進(jìn)行 一是擴(kuò)大偏轉(zhuǎn)角。偏轉(zhuǎn)角大了， CRT管可以變薄，初看起 來，此^"向發(fā)展不錯(cuò)，已有產(chǎn)品面市。但隨著偏轉(zhuǎn)角的增大，屏幕邊緣區(qū)域的 圖像畸變、色純度和清晰度也越來越壞，校正也越加困難，功耗也越大。因 之，擴(kuò)大偏轉(zhuǎn)角度也是有限的，以34英寸屏幕為極限，朝此方向的發(fā)展的前景 不看好。而另一方向是改變電子束入射方向，即把原來電子束從后面垂直熒光 屏入射，改為從側(cè)面平行熒光屏入射。這是一種革命性的變革。這方向的研究 從1950年美國(guó)凱瑟航空公司西海岸研究室的Aiken提出研制扁平CRT方案 起，至今已有50多年，在此期間有不少人提出各種不同的研究方案。在國(guó)外， 主要有1952年英國(guó)帝國(guó)理工學(xué)院Gabor教授提出的Gabor管；1959年曰本
NHK公司的高橋子彥提出的高橋管；19 67年日本夏普公司的三戶左內(nèi)提出的 三戶管；1979年英國(guó)Sindair公司提出的Sindair管；1980年日本NEC公司的 永井管；1983年R本Sony公司把Sindair和永井管結(jié)合起來，提出了04JM 管；1982年荷蘭Philips公司伍海德提出的單色彩色扁平顯像管和1985年閂本 三洋公司的Sanflat等。在國(guó)內(nèi)，南京東南大學(xué)的童林鳳教授，曾在1984年從 事12英寸黑白扁平顯像管的研究，但時(shí)間不長(zhǎng)。
從文獻(xiàn)分析，以往各家所提的改變電子束入射方向，薄化CRT的方案雖各 有差異，但各方案控制電子束運(yùn)動(dòng)的基本原理都與傳統(tǒng)CRT相同，其結(jié)構(gòu)也大 同小異，因之也遇到了很難克服的共同困難。這些困難是(1)平面顯示屏上 的弧形光柵和扇形畸變難于校正，顯示圖形成扇形面；(2)電子束的聚焦在整 個(gè)顯示平面上難于做到一致，難于得到高質(zhì)量的圖像；(3)工藝難度大，難于 實(shí)現(xiàn)彩色化。正因?yàn)橐陨显颍』?、平板顯示的CRT研究一直未得成功。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是-
利用現(xiàn)代的電子學(xué)和電子技術(shù)，尋找新原理、新結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)出一種與傳統(tǒng) 的CRT完全不同的電子束顯示板。這種顯示板工藝上是可制造的，是能實(shí)現(xiàn)彩 色化的。它不僅能繼承傳統(tǒng)CRT的一切優(yōu)點(diǎn)，還要比傳統(tǒng)CRT更薄、更輕、 更大屏幕化、更節(jié)能。
本發(fā)明所采用的方案與以往各方案完全不同，這體現(xiàn)在以下二方面l.所 用原理完全不同。以往各方案都建立在傳統(tǒng)CRT工作原理的基礎(chǔ)上，考慮的都 是電子在零場(chǎng)強(qiáng)空間中運(yùn)動(dòng)，幀、行掃描不是正交電磁場(chǎng)就是靜電掃描場(chǎng)。而 本發(fā)明的方案雖然電子束也是從平行于熒光屏的方向入射，但所研究的是電子 束在可變的折射場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，幀掃描由可變的折射場(chǎng)來實(shí)現(xiàn)。2.以往各方案中所 遇到的困難在本發(fā)明中都能得到完滿的解決。這一點(diǎn)在技術(shù)方案中將會(huì)清楚地 看到。
本發(fā)明解決該技術(shù)問題所采用技術(shù)方案是
研究電子束在平板折射場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)原理基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出電子束平面顯示板 (Electron Beam plane Display Panel,簡(jiǎn)稱EBPDP) ， EBPDP的外形見示意圖
從圖l中可以看到，電子槍(1)產(chǎn)生的電子束平行入射到由校正板(4) 與柵網(wǎng)(5)所組成的空間。校正板是用來校正弧形光柵的，由于校正板上的電 位^比柵網(wǎng)的電位^低，構(gòu)成的是折射場(chǎng)。柵網(wǎng)的電位通常與熒光屏上電位相
同。電子束進(jìn)入折射場(chǎng)空間后受到折射場(chǎng)的作用，向柵網(wǎng)(熒光屏)運(yùn)動(dòng)，最 后落在它上面，并激發(fā)熒光物質(zhì)發(fā)光。在圖中(2)為行掃描線圈，產(chǎn)生行偏轉(zhuǎn) 磁場(chǎng)使電子束向水平方向運(yùn)動(dòng)，形成光柵。而幀掃描則由加在校正板上的掃描 電壓來完成，故校正板也稱為幀掃描板。 下面就方案的幾個(gè)重要方面加以說明
1. 這方案的物理基礎(chǔ)是建立在電子在折射場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的理論上的。 現(xiàn)假設(shè)柵網(wǎng)上(與熒光屏上電位相同)的電位為F,，校正板(也叫幀掃描
板)電位為^， ^>^， ^一^ = ^。
現(xiàn)有一電子束從電子槍出口處以平行于熒光屏的方向入射，那么它在柵網(wǎng) 上落點(diǎn)距入射點(diǎn)的距離理論計(jì)算得到
這里d、 D分別為入射點(diǎn)和校正板到柵網(wǎng)的距離。 一般情況下，r,不變 (因它決定了電子束入射能量)，^改變，也即F/變，則電子束在柵網(wǎng)上的落 點(diǎn)也隨之變化，也即丄。隨之變化，這意味著改變校正板上電壓使電子束掃描成 為可能。這一原理是與傳統(tǒng)的CRT工作原理完全不同的。
2. 關(guān)于熒光屏的設(shè)計(jì)問題
有上面公式做基礎(chǔ)，就可以對(duì)其屏幕大小進(jìn)行設(shè)計(jì)。
比如，當(dāng)3 = 0.7"時(shí)，取丄。=15/)為屏幕的上限。按照通常屏幕寬高比例
4:3計(jì)算，屏幕的對(duì)角線f由下式?jīng)Q定f = 15.84￡> D可取任意值。
由此可以看出，顯示板的厚度決定了屏幕的大小。當(dāng)厚度(D)為6cm 時(shí)，對(duì)角線達(dá)到37英寸，7cm時(shí)達(dá)到42英寸。可見此顯示板是很薄的。
3. 電子束顯示板的幀掃描和行掃描
電子束平面顯示板(EBPDP)幀掃描由折射場(chǎng)連續(xù)變化強(qiáng)度實(shí)現(xiàn)，這是 EBPDP與傳統(tǒng)的CRT根本不同的地方。也就是說，場(chǎng)掃描是在一幀時(shí)間
內(nèi)在校正板上加上連續(xù)變化的確定數(shù)值、確定形狀的掃描電壓來完成。掃描電 壓的數(shù)值范圍決定了屏幕的大小，而電壓的形狀決定掃描是否為線性，是否有 高質(zhì)量的圖像。
掃描電壓的范圍和隨時(shí)間的變化曲線，可以從公式(1)得到。當(dāng)確定了屏 幕的大小后，電壓變化范圍也就定了，在一幀時(shí)間中的變化形狀也就確定了。
此幀掃描的最大優(yōu)點(diǎn)是節(jié)約能量。校正板上的電壓相對(duì)于柵網(wǎng)是負(fù)電壓， 接收的電子流幾乎為零，也就是它不耗費(fèi)能量。這符合節(jié)能的原則。
至于在EBPDP中的行掃描，仍然采取電磁掃描方式。但對(duì)行掃描線圈也有 特殊要求，這一點(diǎn)留在后面說明。
4.弧形光柵和扇形畸變的校正問題。
EBPDP是一種平板形顯示板，電子束是平行于熒光屏入射的。那么電子束 在行偏轉(zhuǎn)過程中由于電子束的初能量保持不變，行偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)也不改變它的能 量，只改變它的運(yùn)動(dòng)方向，所以電子束在熒光屏平面上的落點(diǎn)所組成的軌跡不 是一直線，而是以入射點(diǎn)為中心，以某一射程(為丄。)為半徑的一段圓弧線。 圖2為弧形光柵和扇形畸變形成的示意圖。此光柵形成在熒光屏上。圖中O'為 電子束入射點(diǎn)(偏轉(zhuǎn)點(diǎn))在熒光屏面上的投影，^為某一偏轉(zhuǎn)角的投影。電子 束偏轉(zhuǎn)了正負(fù)6i角后，落在熒光屏上的實(shí)際軌跡是AB弧線。由很多弧線組成 的光柵是弧形光柵，對(duì)圖像的質(zhì)量會(huì)造成很大的破壞。這種光柵縱向看是上大 下小，形成一種扇形結(jié)構(gòu)，這是一種畸變，叫它為扇形畸變。這兩種畸變是傳 統(tǒng)的CRT平面化、薄板化過程中必定要出現(xiàn)的。
在EBPDP中，為了獲得高質(zhì)量的圖像，要對(duì)這兩種畸變進(jìn)行有效的校正。 弧形光柵的校正，使用的是一種特殊形狀的校正板，這種校正板能改變折射場(chǎng) 空間場(chǎng)的結(jié)構(gòu)，使得電子束的實(shí)際落點(diǎn)由A點(diǎn)變?yōu)锳點(diǎn)，B點(diǎn)變?yōu)镾'點(diǎn)，射程 得到了伸長(zhǎng)，在顯示屏幕上，掃描線由弧線變成直線，為形成矩形的光柵打下 基礎(chǔ)(如才5'線)。
經(jīng)過理論計(jì)算，這個(gè)校正板設(shè)計(jì)成一種特殊的形狀。它以中心線為對(duì)稱 軸，兩邊微微翹起。它與柵網(wǎng)(熒光屏)形成折射場(chǎng)空間。在任意位置并 垂直于中心線做折射場(chǎng)空間的橫截面，校正板的形狀清晰可見，見圖3。取校
正板邊線上任何一點(diǎn)，做一通過電子束入射點(diǎn)并垂直于柵網(wǎng)的平面，這平面與
中心線的夾角為偏轉(zhuǎn)角以^表示。根據(jù)理論計(jì)算，要達(dá)到對(duì)弧形光柵校正，這
點(diǎn)與柵網(wǎng)的距離(y。)應(yīng)滿足以下條件<formula>formula see original document page 7</formula>
這里D為中心線與柵網(wǎng)的距離。在這折射場(chǎng)空間中，各處的場(chǎng)強(qiáng)不是都一 樣的，場(chǎng)強(qiáng)由柵網(wǎng)與校正板上電壓差以及它們之間的距離來確定。在電壓差^ 相同的情況下，由于距離增大，場(chǎng)強(qiáng)減小，偏轉(zhuǎn)角度越大的地方，射程得到補(bǔ) 償伸長(zhǎng)越多，弧形光柵得到校正。
至于扇形畸變的校正在弧形光柵得到校正的前提下，解決它比較容易。可 以用兩種方法來解決(1)從行掃描電路考慮，隨偏轉(zhuǎn)角改變行掃描脈沖的幅 度；(2)從行掃描線圈上考慮，采用非均勻分布的磁場(chǎng)掃描系統(tǒng)。
5.電子在顯示平面上的一致聚焦由同步變焦電子槍來實(shí)現(xiàn)
所謂"同步變焦電子槍"是指與場(chǎng)掃描同步聚焦的電子槍。在EBPDP中， 電子在顯示平面上的落點(diǎn)射程變化是很大的，要求每個(gè)落點(diǎn)電子都聚焦。實(shí)現(xiàn) 此目標(biāo)的方法是使用場(chǎng)掃描的電壓來控制電子槍的聚焦電壓，從而控制電子槍 的焦距，達(dá)到了電子束處處聚焦的目的。
圖4是實(shí)現(xiàn)同步變焦電子槍與外電路連接的一種方法。 圖中校正板(幀掃描板)上的電壓為^， &=^+^， ^為固定電壓， ^為幀掃描電壓，K的變化范圍為3k-300伏。
柵網(wǎng)(熒光屏)上電壓^為固定值，^二30k伏^-rs=FP 調(diào)試時(shí)首先通過i^選擇聚焦極C^上的聚焦電位使電子束在EBPDP顯示板 熒光屏中心聚焦。當(dāng)電子束從中心位置向N點(diǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，此時(shí)掃描電壓^必須提 高，^-^=^減小，電子束射程增長(zhǎng)，同時(shí)/ ,上的電壓升高，聚焦極(54的 電壓也升高，由03、 G4、 Gs組成的電子透鏡聚焦能力減弱，焦距變長(zhǎng)，使電 子束聚焦。反之，電子束向M點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，F(xiàn),降低，F(xiàn)p增高，電子束射程縮短， 同時(shí)i^上的電壓降低，G,電壓也降低，電子透鏡聚焦能力增強(qiáng)，焦距變短，
電子束也處在聚焦?fàn)顟B(tài)。
6. EBPDP的彩色化
在EBPDP中，實(shí)現(xiàn)彩色顯示的方法與傳統(tǒng)彩色CRT基本相同。電子槍使 用三槍一列方式。在這里需要重點(diǎn)提到的是，制造彩色CRT的原理是使用光子 運(yùn)動(dòng)的軌跡來模擬電子運(yùn)動(dòng)的軌跡，曝光光源的位置是關(guān)鍵，光刻出來的彩色 粉條位置是否準(zhǔn)確，是由光源的放置位置直接決定的。在制造彩色EBPDP時(shí)， 我們已準(zhǔn)確地確定了光源的位置，為彩色屏的制造打下基礎(chǔ)。
經(jīng)過理論精確計(jì)算，光刻法制做彩色熒光粉條時(shí)，光源的位置應(yīng)在電子束 入口上方距離電子束與柵網(wǎng)的距離2倍的地方，也即2d點(diǎn)。d為電子束入射時(shí) 的位置，柵網(wǎng)為零標(biāo)準(zhǔn)。
本發(fā)明的有益效果是
EBPDP與CRT相比具有明顯的優(yōu)越性。因?yàn)樗陌l(fā)光原理仍然是電子束 激發(fā)熒光粉發(fā)光，屬于主動(dòng)發(fā)光，故它不僅保持CRT的高亮度、高色純度、高 清晰度和低價(jià)格等優(yōu)勢(shì)，還比CRT薄得多，重量輕得多，體積也更為縮小，更 能實(shí)現(xiàn)超大屏幕顯示，更節(jié)約能量。它的研發(fā)成功，將使電子束顯示器件進(jìn)入 一個(gè)新時(shí)代。低廉的電子束平面顯示板電視機(jī)和計(jì)算機(jī)將更有市場(chǎng)，更易于推 廣，將給生產(chǎn)者帶來更大的效益。
EBPDP與PDP (等離子體顯示)相比，它的像素密度要比PDP大得多， 圖像質(zhì)量也要好得多。更為重要的是它的價(jià)格要比PDP低得多，易于普及和推 廣于家庭使用。
EBPDP與LCD (液晶顯示)相比，它絕沒有視角效應(yīng)，兩者的像素密度也 可以媲美，但EBPDP的色純度和亮度要比LCD好。生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、成熟，更 為重要的一點(diǎn)是價(jià)格要比LCD低得多，更易于推廣。
綜上所述，可以毫不懷疑地說，EBPDP是新一代、具有我國(guó)自己知識(shí)產(chǎn)權(quán) 的顯示器件，是一種具有廣闊研發(fā)前景的器件。它的研發(fā)成功將帶來CRT更新 換代，將在信息社會(huì)中發(fā)揮它的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，為人類美好的未來做出貢獻(xiàn)。


圖1為EBPDP外形圖(示意)。 圖2為弧形光柵和扇形畸變的形成與校正。 圖3為校正板與柵網(wǎng)(熒光屏)形成折射場(chǎng)空間的橫截面。 圖4為同步變焦電子槍與外電路連接。
具伴實(shí)施方式
為了讓EBPDP顯示板盡早地為我國(guó)的經(jīng)濟(jì)建設(shè)服務(wù)，為了在我國(guó)信息顯示 領(lǐng)域創(chuàng)建一新產(chǎn)業(yè)，我們建議組織力量，采取產(chǎn)學(xué)研三結(jié)合的形式，來研發(fā)這 新產(chǎn)品。在研發(fā)過程中，要有原來生產(chǎn)CRT的工廠參加，這樣可以加快研發(fā)過 程，爭(zhēng)取2-3年中讓這新產(chǎn)品展現(xiàn)于世人面前。
權(quán)利要求
1. 電子束平面顯示板(EBPDP)具有發(fā)明權(quán)，它的工作原理與結(jié)構(gòu)具有專利價(jià)值。
2. 校正板的射程補(bǔ)償原理及它的結(jié)構(gòu)。
3. 同步變焦電子槍的工作原理。
4. 彩色EBPDP的光刻制粉條熒光屏?xí)r，曝光光源2d位置的確定。
全文摘要
當(dāng)今液晶和等離子體顯示蓬勃發(fā)展，傳統(tǒng)顯象管(CRT)面臨巨大挑戰(zhàn)。為克服CRT的不足，對(duì)其進(jìn)行薄化和平面化的研究工作至今已有50多年。由於原理上的原因，三大困難無法解決平面顯示屏上的弧形光柵和扇形畸變難于校正；電子束在平面上的聚焦難于做到一致；工藝難度大，難于實(shí)現(xiàn)彩色化，研究一直未獲成功。我們采用新原理，提出了“電子束平面顯示板”，使CRT平板化成為可能，見圖。它與CRT工作原理不同，采用折射場(chǎng)掃描，弧形光柵和扇形畸變用特殊校正板校正；電子束在平面上聚焦用變焦電子槍解決；工藝簡(jiǎn)單，能彩色化。它比液晶、等離子顯示更有優(yōu)勢(shì)。它的成功，將使CRT更新?lián)Q代。
文檔編號(hào)H01J31/00GK101383259SQ20071005948
公開日2009年3月11日 申請(qǐng)日期2007年9月4日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月4日
發(fā)明者清 周, 盛素英 申請(qǐng)人:周 清;盛素英