专利名称：显示设备和阴极射线管的制作方法
技术领域：
本发明涉及如在权利要求1的特征部分规定的显示设备。
本发明也涉及适合于在显示设备中使用的阴极射线管。
这样的显示设备特别被使用于电视机显示器、计算机监视器和投影电视。
在开头的段落中提到的这种显示设备是从US 5,270,611知道的。US 5,270,611描述了包括阴极射线管的显示设备，该阴极射线管具有阴极、电子束引导腔、和第一电极，该第一电极可被连接到第一电源装置，该电源装置用于在阴极与出口孔径之间加上具有第一场强E1的电场。电子束引导腔包括腔壁，其中靠近出口孔径的一部分腔壁包括具有二次电子放射系数δ1的绝缘材料。而且，二次电子放射系数δ1和第一场强E1具有的数值能允许电子传送通过电子束引导腔。当足够的电场加到电子束引导腔的纵方向时，在腔内进行电子传送是可能的。这个电场的数值取决于材料的类型和腔壁的几何形状与尺寸。在稳态下，电子传送通过二次电子放射过程而进行，这样，对于射到腔壁上的每个电子，平均发射一个电子。周围环境可被选择为使得有多少电子进入电子束引导腔的入口孔径，就有多少电子离开出口孔径。当出口孔径比起入口孔径小得多时，形成一个电子压缩器，它可以依照例如100到1000的倍率集中电子源的发光度。因此，这样就制造成具有高电流密度的电子源。一个加速栅使离开腔体的电子朝向主电子透镜被加速。主电子透镜把腔体的出口孔径成像到显示屏幕上，并且借助一个偏转单元在管子的显示屏幕上形成光栅。
在传统的电视系统中，希望已知R、G、B三个电子束的特性以便实现彩色点稳定性、黑色电流稳定性和白色电平稳定性。所以在消隐周期内生成测量线期间，电子束电流必须以常规的间隔以预定的驱动电平被测量。这个消隐周期是处在每个场的开始端。通常，图象按照一定的过扫描而被显示在阴极射线管上，这样，可使图象的边界落在显示屏幕的可视区域以外。然而，当在4∶3的宽高比的显示屏幕上显示16∶9的宽高比的图象时，测量线变成为可看见的。这导致对于显示屏幕产生恼人的影响，可以通过对垂直偏转施加调整，以便避免这些影响。当在计算机监视器的阴极射线管上按照欠扫描方式来显示图象时，这些恼人的影响也将出现在计算机监视器上。
因此，本发明的一个目的是提供一种阴极射线管，其中可以对电子束电流进行测量而对于显示屏没有可见的影响。这个目的是通过在按照本发明权利要求1中规定的阴极射线管达到的。当按照本发明的显示设备运行时，在消隐周期内，开关装置被安排成可以使得来自阴极的电流保持不中断，而电子束虽然被偏转却不能达到电子束引导腔的出口孔径。所以，可以在消隐周期期间测量阴极射线管的调制电压相对于电子束电流特性而不会有可看见的人工产物，同时电子束电流在显示周期中不被中断。
另一个优点在于，对于被测量的电子束电流，另外的操作地是可能的，诸如，对电子束电流进行限制以防止高电源的过载，或对图象进行几何补偿，以改变过高电源的负荷。另外的有利的实施例在附属权利要求中规定。
按照本发明的显示设备的一个具体的实施例在权利要求2中规定。在这个实施例中，电子束在第三电极与电子束引导腔的出口孔径之间偏转情况，取决于在第一与第三电极之间施加的电压差。
按照本发明的显示设备的另一个实施例在权利要求3中规定。相对于只有第三电极的实施例而言，附加上的第四电极可以允许电子束引导腔中的电子束向显示屏的电子输送机制快速启动，这是因为在具有第三和第四电极的本实施例中当电子束电流被阻止通过出口孔径时，在靠近出口孔径的绝缘壁上不积累负电荷。
按照本发明的显示设备的另一个实施例在权利要求5中规定。在调制电压的第一范围，对于一组预定的第二电极与第三电极的尺寸和形状的、阴极与第二电极之间的距离、和第二电极与第三电极之间的距离，可以得到阴极射线管的一个二极管特性。本实施例的优点在于，在阴极的调制电压可以处在0伏和10伏之间的范围，这样就可以应用低电压电子电路。然而，阴极电流相对于调制电压的γ值在本实施例中被限制为约1.8。
按照本发明的显示设备的另一个实施例在权利要求7中规定。对于调制电压的第二范围，对于一组预定的第二电极与第三电极的尺寸和形状、阴极与第二电极之间的距离、和第二电极与第三电极之间的距离，可以得到阴极射线管的一个三极管特性。所述三极管特性的优点在于，阴极电流相对于调制电压的γ值类似于传统的阴极射线管的γ值，这样，带有电子束引导腔的阴极射线管可以与传统的阴极射线管更加兼容。例如，γ值可以是约2.4。
按照本发明的显示设备的另一个实施例在权利要求9中规定。相对于出口孔径，漏斗形状的出口孔径可以允许电子在切向方向利用很小的电子力跳跃进入。在本实施例中，电子的平均能量几乎不增加，阴极能量分布的扩散也几乎不增加，而与此同时显示屏幕上亮点的尺寸可被减小。
从后面描述的实施例中将能明白本发明的这些和其他方面，以下将参照这些实施例进行阐述。
在附图上
图1是包括阴极射线管的显示设备的示意图，图2显示在阴极射线管中使用的、具有电子束引导腔的阴极结构，图3显示按照二极管特性运行时在电子束引导腔内具有一个电极的阴极结构和运行电路，图4显示按照二极管特性运行时在电子束引导腔内具有两个电极的阴极结构和运行电路，图5显示按照三极管特性运行时在电子束引导腔内具有一个电极的阴极结构和运行电路，图6显示按照三极管特性运行时在电子束引导腔内具有两个电极的阴极结构和运行电路，以及图7显示包括具有电子束引导腔阴极结构的彩色阴极射线管的显示系统。
所述显示系统包括阴极射线管。图1是已知的阴极射线管的示意图。这种阴极射线管本身从所述的US 5,270,611可以得知。阴极射线管包括电极结构101，它具有用于发射电子的阴极105，106，107和电子束引导腔120，121，122。优选地，阴极射线管包括加热灯丝102，103，104。而且，阴极射线管包括加速栅极140、传统的主透镜150、传统的磁偏转单元160和传统的彩色屏。所有这些部件是从传统的彩色阴极射线管可以得知的。按照本发明的阴极射线管可被使用于电视机、投影电视和计算机监视器。
图2显示按照本发明的阴极射线管的第一实施例，其阴极结构可被使用于图1所示的阴极射线管。阴极结构200包括框架201、加热灯丝202，203，204以及相应于每个加热灯丝的阴极205，206，207。阴极以一式三份被提供，这样，阴极射线管可被使用于显示由红、绿和蓝信号代表的彩色图象。而且，阴极结构200包括电子束引导腔220，221，222，其每个具有入口孔径208，209，210、出口孔径223，224，225以及第一电极226，227，228。入口孔径208，209，210可具有2.5×2.5mm尺度的方形。电子束引导腔220，221，222的出口孔径223，224，225周围的内部至少有一部分被覆盖以具有二次电子发射系数δ1＞1的绝缘材料，从而与阴极205，206，207共同起作用。这种材料例如包括MgO。MgO层具有例如0.5微米的厚度。可以使用的其他材料是玻璃或Kapton聚合材料。第一电极226，227，228被设置在电子束引导腔220，221，222的外面环绕在出口孔径223，224，225的周围。第一电极包含一个金属薄片。该金属薄片具有2.5微米的厚度，在其上可以提供铝和铬的组合的金属蒸发镀膜。出口孔径223，224，225可以是具有直径为20的圆形。而且，用于加热阴极205，206，207的每个灯丝201，203，204可被耦合到第一电源装置VI(未示出)。运行时，每个灯丝加热相应的阴极205，206，207。阴极包括传统的氧化物阴极材料，例如，氧化钡。运行时，第一电极226，227，228被耦合到第二电源装置VA，以用于在阴极205，206，207与出口孔径223，224，225之间施加具有场强E1的电场。第二电源装置的电压处在100与1500伏之间的范围，典型地是700伏。二次电子发射系数δ和场强具有这样的数值，这些数值使得可以允许电子传送通过电子束引导腔。这种电子传送本身从所述的US 5,270,611可以得知的。
优选地，调制装置，例如第二电极230，231，232，被设置在入口孔径208，209，210的前面。第二电极230，231，232被耦合到第三电源VE(未示出)，以用于在运行时在阴极205，206，207与第二电极230，231，232之间施加具有第二场强E2的电场，从而控制电子发射。优选地，第二电极230，231，232包括具有60％的电子发射的抑制栅极。抑制栅极可以由金属(例如钼)制成，它可以电耦合到框架201。实际上，所有的三个抑制栅极230，231，232被电耦合到框架201。在阴极205，206，207与抑制栅极230，231，232之间的电压差可通过把固定的电压加到抑制栅极和改变加到抑制栅极的电压来确定。运行时，由于加在抑制栅极230，231，232与阴极205，206，207之间的电压差造成的拉场(pulling field)把电子从阴极205，206，207拉出。在阴极205，206，207与抑制栅极230，231，232之间的电压差相应于代表图象的各个R，G，B信号。对于阴极射线管的运行的进一步说明，可参照图1。在电子离开电子束引导腔220，221，222的出口孔径223，224，225之后，加速抑制栅极140使得所发射的电子加速到达主透镜150。通过主透镜150和偏转单元160，相应于红，绿，和蓝信号的三个电子束被引导到彩色屏170，以便产生由红，绿，和蓝信号代表的图象。现在，参考图2的阴极结构。当抑制栅极230，231，232与阴极205，206，207之间的距离足够小时(例如在20和400微米之间的范围内)，在阴极205，206，207与抑制栅极230，231，232之间的相当低的电压差可对朝向电子束引导腔220，221，222的入口孔径的电子发射进行调制。例如，当在阴极205，206，207与抑制栅极230，231，232之间的距离是100微米时，5伏的电压摆幅可调制射向电子束引导腔220，221，222的、其值为0至3mA之间的电子束电流。
在传统的电视机中，电子束电流是在每场的开始端在测量线期间进行测量的。在这个测量期间，在阴极上电子束电流在调制电压的两个不同的电平上进行测量。在传统的电视机中，当在具有4∶3的宽高比的CRT的电视机上显示16∶9的宽高比的TV图象时，这种测量线将是可看见的。当计算机监视器的阴极射线管上以欠扫描来显示图象时，这种测量线也将在计算机监视器上可看见的。为了测量阴极射线管的电子束电流，电子束引导腔设置有开关装置，用于在消隐周期阻止电子束传送通过出口孔径。
图3显示以二极管模式运行时在电子束引导腔内具有包括一个电极的开关装置的阴极结构和工作电路的例子。这种阴极结构按照一式三份应用在阴极射线管中，正如参照图1和图2描述的。阴极结构包括传统的阴极205、作用在第二电极230上的调制抑制栅极230、以及带有壁240的电子束引导腔220，在该壁上包括绝缘材料，例如MgO。围绕出口孔径223的周围的壁240具有100微米的厚度。为了改进显示屏幕上的亮点尺寸，出口孔径223优选地具有漏斗形状。在对于电视应用的本例中，在电子束引导腔的外面的出口孔径223具有20微米的直径。对于监视器应用，它要求在彩色屏幕170上具有更小的亮点，这时在电子束引导腔的外面的出口孔径223要具有10微米的直径。第一电极226包括1微米厚度的铝薄膜片226，该电极被设置在电子束引导腔的出口孔径周围。可以使用其他金属，而不使用铝片。为了可以使用低压驱动电子器件，第二电极230或阴极205的调制电压具有处在0与10伏之间的第一范围内的数值。这个第一范围使得电子束引导腔的调制电压相对于电子束电流特性呈现为二极管特性。
在本例中，开关装置包括第三电极242，该第三电极被安排在第二电极230与第一电极226之间，该第三电极242被连接到第三电源装置V30。而且，第一电极226被连接到一个可切换的电压源V1。第三电源V3提供约800伏的第三电压V3给第三电极242。
在消隐周期内，在第一和第三电极226，230上的电压分别具有可用于阻止电子传送通过出口孔径的第一和第二值，以及分别具有在显示周期期间用于把电子束传送到显示屏170的第三和第四值。在显示周期内，可切换的第一电源V1具有1000伏的电压，以及在消隐周期内，加到第一电极226上的电压是0伏，从而使得在消隐周期内，加到彩色屏170的电子束电流被截止。可切换的第一电压源V1由一个包括第一晶体管246、四个电阻252，254，256，258和二极管260的电路组成。第一晶体管246的集电极被耦合到第一电极226，以便通过第一电阻252到电源Vh的正端，以及通过第二电阻254到第一晶体管246的基极。信号Vop通过第三电阻256被耦合到第一晶体管246的基极，以及信号Vblank通过串联连接的第四电阻258与二极管260被耦合到第一晶体管246的基极。第一晶体管246的发射极被连接到地。在显示周期内，当信号Vblank是零时，电压Vop由电压Vh和第一、第二、与第三电阻252，254，256以及在第一晶体管246的基极和发射极之间的电压Vbe来确定。在消隐周期期间，信号Vblank变成为高电平，例如5伏。现在，将第一、第二、与第四电阻252，254，258取为可使得电压V1被设置为低的电压(例如5伏)，以便截止电子束引导腔中的电子传送机制。结果，使电子束不能到达电子束引导腔的出口孔径223。所以，在消隐周期期间在彩色屏幕上不会看见起干扰作用的测量线。在消隐周期期间，在阴极205与第二电极230之间的电压差将被调节为各种不同的电平，以便可以测量调制电压相对于电子束电流特性上的一个或几个点。这个程序过程可以分别对与三种彩色R，G，B有关的阴极和电子束引导腔重复进行。
在二极管模式，通过第二电极230的电流可以由例如包括运算放大器248和第五电阻250的第一测量装置测量。第二电极230被连接到运算放大器248的负的输入端。正的输入端被连接到地，第五电阻被连接在运算放大器的负的输入端与输出端之间。在工作时，运算放大器248起到电流-电压变换器的作用，它把流过第二电极230的电流Ig2变换成控制电压Vcntl。该Vcntl相应于电子束电流，因为Ig2正比于电子束电流。可替换地，测量装置可以包括一个电阻。该电阻可被连接在第二电极与地之间，以用于测量正比于电子束电流的电流(未示出)。
为了改进在显示周期内电子束电流的启动，开关装置可包括第三和第四电极。
图4显示按照二极管模式运行时在电子束引导腔内具有包括第三和第四电极242，244的开关装置的阴极结构和运行电路的例子。该阴极结构的构造类似于参照图3描述的阴极结构，所不同的是第四电极244被设置在第一与第三电极226，242之间。第三电极242上设置有具有第一直径的第一孔径。第四电极244上设置有具有第二直径的第二孔径，该第二直径比第一孔径的第一直径大。运行时，第一电极226被连接到具有800伏的电压的第一电源V10。第三电极242被连接到具有400伏的电压的第三电源V30。第四电极244被连接到可切换的第四电源V40。可切换的第四电源V40被安排成在显示周期内提供300伏的电压给第四电极244，以及在消隐周期内提供1000伏的电压给第四电极244。在消隐周期内，第四电极244使电子耗尽，从而使电子不能到达电子束引导腔的出口孔径223。可替换地，可切换的第四电源V40在显示周期内可以提供300伏的电压给第四电极244，以及在消隐周期内提供0伏的电压。在后一种情形下，第三电极242耗尽电子，从而使电子将不能到达电子束引导腔的出口孔径223。可切换的第四电源V40由一个包括第一晶体管246、四个电阻252，254，256，258和二极管260的电路组成。可切换的第四电源V40的运行类似于参照图3说明的可切换的第一电压V1。流过第二电极230的电流可以由包括运算放大器248和第五电阻250的第一测量装置来测量，如参照图3描述的。在显示周期期间，分别出现在第一、第四电极226，244上的电压V10和V40可以使得电子束经过电子束引导腔到达出口孔径223，以及在消隐周期内，电压V10和V40可以使得电子束不能到达出口孔径223。当在阴极205与第二电极230之间的电压差具有在10和30伏之间范围内的数值时，可以使得在电子束引导腔的调制电压电子束电流特性上呈现调制电压电子束电流的三极管特性。在这个范围内，调制电压电子束电流特性类似于传统的阴极射线管的特性。包括这种阴极结构的阴极射线管的γ值将约为2.4。这允许它与传统的阴极射线管更好地兼容。而且，由于在三极管模式下第二电极230不耗尽电流，因而电流测量装置被包括在阴极电路中。
图5显示按照三极管特性运行时在电子束引导腔内具有包括第三电极242的开关装置的阴极结构和运行电路的例子。基本上，该电路类似于参照图3描述的电路。第二测量装置由电流源I1、放大单元(例如第二晶体管266)和第六电阻264组成。阴极205被连接到第二晶体管266的发射极和电流源11的节点。第二晶体管266的发射极通过电容260被耦合到视频放大器262的输出端。第二晶体管266的集电极通过第六电阻264被耦合到地。在第二晶体管266的集电极上的电压Vcnt1可以代表电子束电流。而且，第一电极226被连接到可切换的第一电源V1，以及第三电极242被放置在第一和第二电极226，230之间。第三电极242被连接到具有约800伏的第三电压的第三电源V3。可切换的第一电源V1具有与参照图3描述的相同的类型。当在显示周期内运行时，可切换的第一电源V1具有1000伏的电压，以及在消隐周期内，可切换的电源具有0伏的电压，这样，在消隐周期内，射向显示屏幕的电子束被截止。
图6显示按照三极管特性运行时在电子束引导腔220内具有一个包括第三和第四电极242，244的开关装置的阴极结构和运行电路的例子。基本上，电路类似于参照图4描述的电路。这个例子的优点是在显示周期内电子束的启动的改进。在本例中，第二电流测量装置被包括在阴极连接中。第一电极226被连接到例如具有800伏的电压V1的电源V10。在阴极205和第二电极230之间的调制电压处在10与30伏之间的范围内。第三电极242被连接到具有400伏的电压的第三电源V30。第四电极244被连接到可切换的第四电源V40，后者在显示周期内提供300伏的电压到第四电极244，以及在消隐周期内提供1000伏的电压。在消隐周期内，第四电极244耗尽电子，以及电子将不能到达电子束引导腔的出口孔径223。可替换地，可切换的第四电源V40在显示周期内可以提供300伏的电压给第四电极244，以及在消隐周期内提供0伏的电压。在消隐周期内，电子被第三电极242耗尽，以及电子将不能到达电子束引导腔的出口孔径223。第二电流测量装置具有与参照图5描述的相同的类型。
图7显示包括具有电子束引导腔阴极结构的彩色阴极射线管的显示系统700。显示系统700包括一个用于稳定电子束电流的视频处理电路701。电子束电流稳定可包括黑色电流稳定电路、彩色点稳定电路和白色电平稳定电路。这些电路是本领域技术人员熟知的。而且，显示系统700可包括几何补偿电路703和/或电子束电流限制电路704。几何补偿电路703将根据由于电子束电流的可变的负荷造成的极高的电压源CRT的电压变化而调节电子束的偏转。如果在预定的时间间隔期间，平均电子束电流高于预定的水平，电子束电流限制电路704将减小电子束电流。电子束电流限制电路704可被包括在视频处理电路701内。而且，显示系统700包括如参照图3、4、5或6描述的电子束电流测量和控制电路702，用于提供电子束电流信号Vcntl。
在运行时，视频处理电路701根据相应于测量的电子束电流的控制电压Vcntl，执行黑色电流稳定、彩色点稳定，白色电平稳定和电子束电流限制。视频处理电路701提供视频信号给阴极射线管100的阴极205。而且，几何补偿电路703用来根据电子束电流信号Vcntl调节射到显示屏170上的电子束的偏转。
权利要求
1.一种包括阴极射线管的显示设备，包括具有用于发射电子的阴极的电子源；电子束引导腔，具有入口孔径和出口孔径，用于把从阴极发射的电子集中成电子束；第一电极，被安排在出口孔径周围以及可被连接到第一电源，以便在工作时允许把电子通过电子束引导腔和出口孔径输送到显示屏；以及调制装置，被设置在阴极与出口孔径之间，以便在工作时调制射到显示屏上的电子束，其特征在于，该显示设备包括开关装置，该开关装置被安排成在消隐周期内阻止电子通过出口孔径，以及在显示周期内使电子束传送到显示屏幕。
2.如权利要求1中要求的显示设备，其特征在于，开关装置包括被设置在阴极射线管中第一电极与调制装置之间的第三电极，第三电极可被连接到第三电源，开关装置包括第一电源和第三电源。
3.如权利要求1中要求的显示设备，其特征在于，所述开关装置包括被设置在阴极射线管中第一电极与调制装置之间的第三和第四电极，第三电极可被连接到第三电源，以及第四电极可被连接到第四电源，所述开关装置包括第三电源和第四电源。
4.如权利要求1中要求的显示设备，其特征在于，调制装置包括在工作时可被连接到第二电源的第二电极。
5.如权利要求4中要求的显示设备，其特征在于，在工作时，第二电源装置的调制电压具有在第一范围内的数值，以用于得到阴极射线管的调制电压相对于电子束电流特性的二极管特性。
6.如权利要求5中要求的显示设备，其特征在于，在工作时，第二电极被连接到第一电流测量装置，以用于测量代表射到显示屏的电子束电流的电流。
7.如权利要求4中要求的显示设备，其特征在于，在工作时，第二电源装置的调制电压具有在第二范围内的数值，以用于得到阴极射线管的调制电压相对于电子束电流特性的三极管特性。
8.如权利要求7中要求的显示设备，其特征在于，在工作时，阴极被连接到第二电流测量装置，以用于测量阴极射线管的电子束电流。
9.如权利要求1中要求的显示设备，其特征在于，电子束引导腔的出口孔径具有漏斗形状。
10.在如前面权利要求的任一项中要求的显示设备中使用的阴极射线管。
11.包括如权利要求1中要求的显示设备的显示系统。
12.如权利要求11中要求的显示系统，其特征在于，该显示系统包括用于测量电子束电流的装置。
13.如权利要求11中要求的显示系统，其特征在于，电流测量装置被连接到用于稳定电子束电流的稳定装置、用于根据电子束电流的强度进行几何补偿的补偿装置、以及用于限制电子束电流的限制装置。
全文摘要
本发明涉及包括阴极射线管的显示设备，该阴极射线管包括电子源和电子束引导腔，该电子束引导腔具有入口孔径和出口孔径，用于把从阴极放射的电子集中成电子束。而且，该阴极射线管包括第一电极，它可被连接到第一电源，以便在运行时在阴极与出口孔径之间提供具有第一场强E1的电场。δ1和E1具有这样的数值，以便允许电子被传送通过电子束引导腔。而且，被放置在阴极与出口孔径之间的调制装置用来调制射到显示屏幕上的电子束电流。按照本发明，显示设备提供有开关装置，用于在消隐周期内阻止电子束通过出口孔径，以及在显示周期内使电子束传送通过出口孔径。
文档编号H01J29/48GK1419706SQ01806949
公开日2003年5月21日 申请日期2001年11月12日 优先权日2000年11月20日
发明者J·J·M·胡尔索夫, F·C·格林 申请人:皇家菲利浦电子有限公司