专利名称：电子束平面显示板的制作方法
技术领域：
本发明的技术方案涉及电子学与电子信息显示技术
背景技术：
在信息社会中，人们获得信息主要通过生动的图像、语言、文字和符号。 因此信息图像显示的重要性越来越突出，对图像显示器件的质量要求也越来越 高。正是由于这种原因，高质量显示器件的研究也越来越热，使该领域成为蓬 勃发展的、具有强大生命力的领域。
在显示领域，除了传统的阴极射线管即CRT外，近年来出现了多种新的器 件。主要有液晶显示屏(LCD)、场致发射显示屏(FED)、等离子显示屏 (PDP)等。在这些显示器中，液晶和等离子显示器已经走上市场，场致发射 显示屏仍在研究之中。传统CRT显像管已有100多年发展史，用于电视也已有 100年。这项技术在世界范围内已得到人们的广泛认可。它在色纯度、清晰 度、亮度特别是在价格等方面比其他显示器件有无比优势。尽管它存在着体积 大、不能大屏幕显示、重量重和耗能大等严重缺点，但在信息技术已有很大发 展的今天，它在显示器件中仍然占据着极其重要的地位。如果能克服CRT现有 的缺点，创新出一种薄化的、平板显示的电子束显示屏，对信息科学和社会发 展将具有重大的意义。
将传统的CRT薄型化、平板化的研究工作，开始于50年代。这项工作沿 着两个方向进行 一是扩大偏转角。偏转角大了， CRT管可以变薄，初看起 来，此^"向发展不错，已有产品面市。但随着偏转角的增大，屏幕边缘区域的 图像畸变、色纯度和清晰度也越来越坏，校正也越加困难，功耗也越大。因 之，扩大偏转角度也是有限的，以34英寸屏幕为极限，朝此方向的发展的前景 不看好。而另一方向是改变电子束入射方向，即把原来电子束从后面垂直荧光 屏入射，改为从侧面平行荧光屏入射。这是一种革命性的变革。这方向的研究 从1950年美国凯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，在此期间有不少人提出各种不同的研究方案。在国外， 主要有1952年英国帝国理工学院Gabor教授提出的Gabor管；1959年曰本
NHK公司的高桥子彦提出的高桥管；19 67年日本夏普公司的三户左内提出的 三户管；1979年英国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和永井管结合起来，提出了04JM 管；1982年荷兰Philips公司伍海德提出的单色彩色扁平显像管和1985年闩本 三洋公司的Sanflat等。在国内，南京东南大学的童林凤教授，曾在1984年从 事12英寸黑白扁平显像管的研究，但时间不长。
从文献分析，以往各家所提的改变电子束入射方向，薄化CRT的方案虽各 有差异，但各方案控制电子束运动的基本原理都与传统CRT相同，其结构也大 同小异，因之也遇到了很难克服的共同困难。这些困难是(1)平面显示屏上 的弧形光栅和扇形畸变难于校正，显示图形成扇形面；(2)电子束的聚焦在整 个显示平面上难于做到一致，难于得到高质量的图像；(3)工艺难度大，难于 实现彩色化。正因为以上原因，薄化的、平板显示的CRT研究一直未得成功。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是-
利用现代的电子学和电子技术，寻找新原理、新结构，设计出一种与传统 的CRT完全不同的电子束显示板。这种显示板工艺上是可制造的，是能实现彩 色化的。它不仅能继承传统CRT的一切优点，还要比传统CRT更薄、更轻、 更大屏幕化、更节能。
本发明所采用的方案与以往各方案完全不同，这体现在以下二方面l.所 用原理完全不同。以往各方案都建立在传统CRT工作原理的基础上，考虑的都 是电子在零场强空间中运动，帧、行扫描不是正交电磁场就是静电扫描场。而 本发明的方案虽然电子束也是从平行于荧光屏的方向入射，但所研究的是电子 束在可变的折射场中运动，帧扫描由可变的折射场来实现。2.以往各方案中所 遇到的困难在本发明中都能得到完满的解决。这一点在技术方案中将会清楚地 看到。
本发明解决该技术问题所采用技术方案是
研究电子束在平板折射场中运动原理基础上，设计出电子束平面显示板 (Electron Beam plane Display Panel,简称EBPDP) ， EBPDP的外形见示意图
从图l中可以看到，电子枪(1)产生的电子束平行入射到由校正板(4) 与栅网(5)所组成的空间。校正板是用来校正弧形光栅的，由于校正板上的电 位^比栅网的电位^低，构成的是折射场。栅网的电位通常与荧光屏上电位相
同。电子束进入折射场空间后受到折射场的作用，向栅网(荧光屏)运动，最 后落在它上面，并激发荧光物质发光。在图中(2)为行扫描线圈，产生行偏转 磁场使电子束向水平方向运动，形成光栅。而帧扫描则由加在校正板上的扫描 电压来完成，故校正板也称为帧扫描板。 下面就方案的几个重要方面加以说明
1. 这方案的物理基础是建立在电子在折射场中运动的理论上的。 现假设栅网上(与荧光屏上电位相同)的电位为F,，校正板(也叫帧扫描
板)电位为^， ^>^， ^一^ = ^。
现有一电子束从电子枪出口处以平行于荧光屏的方向入射，那么它在栅网 上落点距入射点的距离理论计算得到
这里d、 D分别为入射点和校正板到栅网的距离。 一般情况下，r,不变 (因它决定了电子束入射能量)，^改变，也即F/变，则电子束在栅网上的落 点也随之变化，也即丄。随之变化，这意味着改变校正板上电压使电子束扫描成 为可能。这一原理是与传统的CRT工作原理完全不同的。
2. 关于荧光屏的设计问题
有上面公式做基础，就可以对其屏幕大小进行设计。
比如，当3 = 0.7"时，取丄。=15/)为屏幕的上限。按照通常屏幕宽高比例
4:3计算，屏幕的对角线f由下式决定f = 15.84￡> D可取任意值。
由此可以看出，显示板的厚度决定了屏幕的大小。当厚度(D)为6cm 时，对角线达到37英寸，7cm时达到42英寸。可见此显示板是很薄的。
3. 电子束显示板的帧扫描和行扫描
电子束平面显示板(EBPDP)帧扫描由折射场连续变化强度实现，这是 EBPDP与传统的CRT根本不同的地方。也就是说，场扫描是在一帧时间
内在校正板上加上连续变化的确定数值、确定形状的扫描电压来完成。扫描电 压的数值范围决定了屏幕的大小，而电压的形状决定扫描是否为线性，是否有 高质量的图像。
扫描电压的范围和随时间的变化曲线，可以从公式(1)得到。当确定了屏 幕的大小后，电压变化范围也就定了，在一帧时间中的变化形状也就确定了。
此帧扫描的最大优点是节约能量。校正板上的电压相对于栅网是负电压， 接收的电子流几乎为零，也就是它不耗费能量。这符合节能的原则。
至于在EBPDP中的行扫描，仍然采取电磁扫描方式。但对行扫描线圈也有 特殊要求，这一点留在后面说明。
4.弧形光栅和扇形畸变的校正问题。
EBPDP是一种平板形显示板，电子束是平行于荧光屏入射的。那么电子束 在行偏转过程中由于电子束的初能量保持不变，行偏转磁场也不改变它的能 量，只改变它的运动方向，所以电子束在荧光屏平面上的落点所组成的轨迹不 是一直线，而是以入射点为中心，以某一射程(为丄。)为半径的一段圆弧线。 图2为弧形光栅和扇形畸变形成的示意图。此光栅形成在荧光屏上。图中O'为 电子束入射点(偏转点)在荧光屏面上的投影，^为某一偏转角的投影。电子 束偏转了正负6i角后，落在荧光屏上的实际轨迹是AB弧线。由很多弧线组成 的光栅是弧形光栅，对图像的质量会造成很大的破坏。这种光栅纵向看是上大 下小，形成一种扇形结构，这是一种畸变，叫它为扇形畸变。这两种畸变是传 统的CRT平面化、薄板化过程中必定要出现的。
在EBPDP中，为了获得高质量的图像，要对这两种畸变进行有效的校正。 弧形光栅的校正，使用的是一种特殊形状的校正板，这种校正板能改变折射场 空间场的结构，使得电子束的实际落点由A点变为A点，B点变为S'点，射程 得到了伸长，在显示屏幕上，扫描线由弧线变成直线，为形成矩形的光栅打下 基础(如才5'线)。
经过理论计算，这个校正板设计成一种特殊的形状。它以中心线为对称 轴，两边微微翘起。它与栅网(荧光屏)形成折射场空间。在任意位置并 垂直于中心线做折射场空间的横截面，校正板的形状清晰可见，见图3。取校
正板边线上任何一点，做一通过电子束入射点并垂直于栅网的平面，这平面与
中心线的夹角为偏转角以^表示。根据理论计算，要达到对弧形光栅校正，这
点与栅网的距离(y。)应满足以下条件<formula>formula see original document page 7</formula>
这里D为中心线与栅网的距离。在这折射场空间中，各处的场强不是都一 样的，场强由栅网与校正板上电压差以及它们之间的距离来确定。在电压差^ 相同的情况下，由于距离增大，场强减小，偏转角度越大的地方，射程得到补 偿伸长越多，弧形光栅得到校正。
至于扇形畸变的校正在弧形光栅得到校正的前提下，解决它比较容易。可 以用两种方法来解决(1)从行扫描电路考虑，随偏转角改变行扫描脉冲的幅 度；(2)从行扫描线圈上考虑，采用非均匀分布的磁场扫描系统。
5.电子在显示平面上的一致聚焦由同步变焦电子枪来实现
所谓"同步变焦电子枪"是指与场扫描同步聚焦的电子枪。在EBPDP中， 电子在显示平面上的落点射程变化是很大的，要求每个落点电子都聚焦。实现 此目标的方法是使用场扫描的电压来控制电子枪的聚焦电压，从而控制电子枪 的焦距，达到了电子束处处聚焦的目的。
图4是实现同步变焦电子枪与外电路连接的一种方法。 图中校正板(帧扫描板)上的电压为^， &=^+^， ^为固定电压， ^为帧扫描电压，K的变化范围为3k-300伏。
栅网(荧光屏)上电压^为固定值，^二30k伏^-rs=FP 调试时首先通过i^选择聚焦极C^上的聚焦电位使电子束在EBPDP显示板 荧光屏中心聚焦。当电子束从中心位置向N点运动时，此时扫描电压^必须提 高，^-^=^减小，电子束射程增长，同时/ ,上的电压升高，聚焦极(54的 电压也升高，由03、 G4、 Gs组成的电子透镜聚焦能力减弱，焦距变长，使电 子束聚焦。反之，电子束向M点运动，F,降低，Fp增高，电子束射程縮短， 同时i^上的电压降低，G,电压也降低，电子透镜聚焦能力增强，焦距变短，
电子束也处在聚焦状态。
6. EBPDP的彩色化
在EBPDP中，实现彩色显示的方法与传统彩色CRT基本相同。电子枪使 用三枪一列方式。在这里需要重点提到的是，制造彩色CRT的原理是使用光子 运动的轨迹来模拟电子运动的轨迹，曝光光源的位置是关键，光刻出来的彩色 粉条位置是否准确，是由光源的放置位置直接决定的。在制造彩色EBPDP时， 我们已准确地确定了光源的位置，为彩色屏的制造打下基础。
经过理论精确计算，光刻法制做彩色荧光粉条时，光源的位置应在电子束 入口上方距离电子束与栅网的距离2倍的地方，也即2d点。d为电子束入射时 的位置，栅网为零标准。
本发明的有益效果是
EBPDP与CRT相比具有明显的优越性。因为它的发光原理仍然是电子束 激发荧光粉发光，属于主动发光，故它不仅保持CRT的高亮度、高色纯度、高 清晰度和低价格等优势，还比CRT薄得多，重量轻得多，体积也更为縮小，更 能实现超大屏幕显示，更节约能量。它的研发成功，将使电子束显示器件进入 一个新时代。低廉的电子束平面显示板电视机和计算机将更有市场，更易于推 广，将给生产者带来更大的效益。
EBPDP与PDP (等离子体显示)相比，它的像素密度要比PDP大得多， 图像质量也要好得多。更为重要的是它的价格要比PDP低得多，易于普及和推 广于家庭使用。
EBPDP与LCD (液晶显示)相比，它绝没有视角效应，两者的像素密度也 可以媲美，但EBPDP的色纯度和亮度要比LCD好。生产工艺简单、成熟，更 为重要的一点是价格要比LCD低得多，更易于推广。
综上所述，可以毫不怀疑地说，EBPDP是新一代、具有我国自己知识产权 的显示器件，是一种具有广阔研发前景的器件。它的研发成功将带来CRT更新 换代，将在信息社会中发挥它的独特优势，为人类美好的未来做出贡献。
图1为EBPDP外形图(示意)。 图2为弧形光栅和扇形畸变的形成与校正。 图3为校正板与栅网(荧光屏)形成折射场空间的横截面。 图4为同步变焦电子枪与外电路连接。
具伴实施方式
为了让EBPDP显示板尽早地为我国的经济建设服务，为了在我国信息显示 领域创建一新产业，我们建议组织力量，采取产学研三结合的形式，来研发这 新产品。在研发过程中，要有原来生产CRT的工厂参加，这样可以加快研发过 程，争取2-3年中让这新产品展现于世人面前。
权利要求
1. 电子束平面显示板(EBPDP)具有发明权，它的工作原理与结构具有专利价值。
2. 校正板的射程补偿原理及它的结构。
3. 同步变焦电子枪的工作原理。
4. 彩色EBPDP的光刻制粉条荧光屏时，曝光光源2d位置的确定。
全文摘要
当今液晶和等离子体显示蓬勃发展，传统显象管(CRT)面临巨大挑战。为克服CRT的不足，对其进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，三大困难无法解决平面显示屏上的弧形光栅和扇形畸变难于校正；电子束在平面上的聚焦难于做到一致；工艺难度大，难于实现彩色化，研究一直未获成功。我们采用新原理，提出了“电子束平面显示板”，使CRT平板化成为可能，见图。它与CRT工作原理不同，采用折射场扫描，弧形光栅和扇形畸变用特殊校正板校正；电子束在平面上聚焦用变焦电子枪解决；工艺简单，能彩色化。它比液晶、等离子显示更有优势。它的成功，将使CRT更新换代。
文档编号H01J31/00GK101383259SQ20071005948
公开日2009年3月11日 申请日期2007年9月4日 优先权日2007年9月4日
发明者清 周, 盛素英 申请人:周 清;盛素英