阴极射线管及其驱动方法

专利名称：阴极射线管及其驱动方法
技术领域：
本发明涉及阴极射线管(以下称为“CRT”)及其驱动方法，特别涉及设置包括用作电子源的场发射阴极的电子枪的CRT及其驱动方法。
普通的CRT的一般结构如图8所示。特别是，图8中数字1所指示的一般设计的CRT包括内部设置电子枪2的管颈部分3，内部设置用于偏转由管颈部分3发射的电子束的偏转电极4的漏斗形部分5，和其上淀积有用电子束激励而发光的磷的荧光屏部分6。
上述的一般设计的CRT1中包括的电子枪2的典型结构如图9所示。电子枪2包括一间热式阴极7，间热式阴极7的氧化层被加热器加热，一引出电极8和一聚焦电极9。
在上述构成的CRT1中，管颈部分3的电子枪2发射的电子束，由聚焦电极9聚焦，并定向地通过漏斗形部分5的偏转电极4，到达荧屏部分6的预定位置，由此使磷激励而发光。
但是，这儿所述的具有电子枪的普通CRT有下列缺陷。
一个缺陷是，由于电子枪的阴极是间接加热式阴极，因此，电子枪需要电源以加热加热器。
普通CRT的另一个缺陷是，加热器接通电源之后，需要过一段时间电子枪才能产生电子束。
CRT还有一个缺陷是，由于电子枪的加热器的寿命缩短，使CRT的寿命不会增长。
普通CRT还有一个缺陷是，它的电子源不能发射电流密度增大了的电子束。
普通CRT还存在一个缺陷是，由于电子枪产生电子的部分构成几毫米大的直径，因而要求用电子透镜在预定范围内聚焦电子束。然而，这种聚焦会引起电子束形状变形，并且，在电子束直径内的电子密度趋于不均匀。
为克服上述缺陷，建议将CRT构成以场发射阴极(以下称为“FEC”)作为电子枪的电子发射部分。开发所建议的CRT的同时，应利用FEC的小型化，并且无任何加热器和具有增大了的电流密度。
与普通的热电子阴极相比，FEC中，驱动信号与电子发射之间的关系呈现出非线性，因此，这里所包括的具有FEC的CRT会造成实质上难以控制亮度。
日本专利申请公开272638/1992号公开了一种用FEC的另一种普通CRT，它有多组彼此有双重关系的FEC元件组，而且，在相互不同的组合中被驱动的数量也不同，由此产生了不同的亮度。遗憾的是，多个FEC根据亮度级别数被分成很多组，这就导致生产成本增加，而且，要求在细分级控制亮度有很大困难，或者说实质上是不可能的。
为克服上述现有技术中的缺陷提出了本发明。
因此，本发明的目的是，提供一种阴极射线管、用FEC作为电子发生部分，它能有效地控制亮度、并且结构简单。
本发明的另一个目的是，提供一种驱动这种阴极射线管的方法。
根据本发明的一个方案，提供一种阴极射线管。阴极射线管中包括一个电子枪、电子枪包括多个场发射阴极，每个场发射阴极包括多个发射极和一个栅极，并用作电子源;一个用于偏转由电子枪发射的电子束的电子束偏转电极;一个其上淀积有磷的荧光屏部分，荧光屏因电子束撞击其上而发光;一个亮度控制装置，它用于将含有等级分量的图像信号与用于偏转电极的控制信号同步地加到每个场发射阴极的栅极上，以控制亮度。
本发明的优选实施例中，图像信号是受脉冲宽度调制的图像信号。
本发明的优选实施例中，亮度控制装置包括内部储存有等级数据的一个存储装置，和一个脉冲宽度调制电路，此电路将根据存储装置的降级数据产生的脉冲宽度调制信号与偏转电极的控制信号同步地馈送给各个场发射阴极的栅极。
本发明的优选实施例中，图像信号是按降级信号控制的电压等级控制信号形式。
在本发明的优选实施例中，亮度控制装置包括内部存储有等级数据的存储装置和等级控制电路，此电路将根据存储装置的等级数据产生的电压等级控制信号与偏转电极的控制信号同步地馈送到每个场发射阴极的栅极。
根据本发明的另一方面，提供一种驱动阴极射线管的方法，该阴极射线管包括一个电子枪，电子枪中包括多个场发射阴极，每个场发射阴极包括多个发射极和一个栅极，并用作电子源;一个用于偏转由电子枪发射的电子束的电子束偏转电极;一个荧光屏部分，在该荧光屏上淀积有磷，当电子撞击在荧光屏上时它发射光。该方法包括步骤将根据等级数据的电压等级控制信号与偏转电极的控制信号同步地加到每个场发射阴极的栅极上，由此控制亮度。
根据本发明的一个方面，提供一个驱动阴极射线管的方法，阴极射线管包括一个电子枪，电子枪包括多个场发射阴极，每个场发射阴极(FEC)包括多个发射极和一个栅极，并用作电子源;一个用于偏转由电子枪发射的电子束的电子束偏转电极;和一个荧光屏部分，它上面淀积有磷，当电子束撞击在荧光屏上时它会发光。该方法包括步骤将用脉冲宽度调制过的图像信号与偏转电极的控制信号同步地加到每个FEC的栅极上，由此控制亮度。
在上述结构的本发明中，脉冲宽度调制电路设有亮度控制装置，它根据存储装置的等级数据产生脉冲宽度调制信号，并将它与偏转电极的控制信号同步地馈送到每个FEC的栅极。控制驱动FEC的时间周期，以扫描每个像素，由此调节其亮度。
设有亮度控制装置的等级控制电路根据存储装置的等级数据产生电压等级控制信号，并将它与偏转电极的控制信号同步地馈送到每个FEC的栅极去。
通过结合附图所作的以下的详细说明，本发明的这些目的和其他目的将会容易地实现，对随之表现出的本发明的许多优点也同样地有更好的理解，相同的部分在附图中用同一数字表示。


图1是按本发明的阴极射线管的第一个实施例中的电子枪的剖视图;
图2是图1中的电子枪主要部分的局部放大图;
图3是按本发明的阴极射线管的第一实施例中亮度控制电路的方框图;
图4是图3所示亮度控制电路的驱动时间的时间曲线图;
图5是按本发明的阴极射线管的第二实施例中亮度控制电路的方框图;
图6是图5所示亮度控制电路的驱动时间的时间曲线图;
图7是按本发明的CRT的第二实施例中FEC的栅电压与发射电流之间的关系曲线图;
图8是普通的CRT的一般的剖视图;
图9是普通电子枪的剖视图。
下面将结合附图详细说明本发明的CRT。
首先，参见图1至4，它们示出了按本发明的CRT的一个实施例。
数字10所指的实施例的CRT的总结构基本上与图8中数字1所指的上述的普通CRT1的结构相同。特别是，说明例中的CRT10包括设置有管颈部分11a的玻壳11，在此安装有电子枪12。设置在漏斗形部分的偏转电极使由管颈部分11a发射出的电子束偏转，然后电子束撞击到安装在玻壳11前部内表面上的荧光屏部分的磷上，使磷激励而发光，由此完成了所需的图像显示。说明例的CRT10中，电子枪12本身是以与普通CRT的不同方式构成的。电子枪12包括FEC20，它用作电子源和第二电子束聚焦电极25和26。
现在在下面详细说明电子枪12的结构。
电子枪12包括陶瓷基板13，在它上面有由例如玻璃之类的绝缘材料制成的基片14。基片14上设有多个直径范围在0.5至0.6mm内的Spindt型FEC20。特别是在基片14上形成导电薄膜的阴极导体15，然后，在阴极导体15上形成绝缘层16和栅极17，按顺序迭置。使绝缘层和栅极用光刻法形成多个两者通用的通孔18。然后，用真空淀积在每个通孔18内设置园锥形发射极19，并排列在阴极导体15上。
在说明例中，发射极19是Spindt型。可以用刻蚀法形成的竖直形场发射极代替用淀积法形成的Spindt发射极。而且，只要它具有优良的方向性，也可以方便地使用扁平形场发射极。
因此，所构成的每个FEC20的阴极导体15连接到设置在基板13上的阴极柱21。阴极柱21向外引出玻壳11的颈部11a。
使FEC20的栅17连接一个中心部分形成有孔的板形导体22。导体22的两端中的一端与穿过陶瓷基板13而凸起的两个栅柱23中的一个栅柱的一端相连接，导体22的另一端与FEC20的一边相连。至少一个栅柱23的另一端向外伸出穿过玻壳11的管颈部分11a。
电子枪12还包括设置在陶瓷基板13的前面或上表面上的导体22上的绝缘层24。然后，在绝缘层24上设置第一电子束聚焦电极25，它用金属板制成，并形成直径为0.5至0.6mm的孔25a，使其面对着FEC20安置在基片14上。第一电子束聚焦电极25所处的位置是，邻近孔25a的部分应与FEC20的栅极17隔开0.08至0.1mm的距离。第一电子束聚焦电极25的两端中的每端都支撑在各个棒形引线端26上。其中至少有一端引到玻壳11的外边。
电子枪12还包括第二电子束电极28，它穿过直径为0.1至0.2mm的陶瓷绝缘材料27设置在第一电子束聚焦电极25的上面。第二电子束聚焦电极28可以按与第一电子束聚焦电极25基本上相同的方式构成。第二电子束聚焦电极28的至少一个引线端29引出到玻壳11的外边。
说明例中的CRT10包括将预定大小的电压加到电子枪12的各个电极上的电路。说明例中，发射极19接地，栅极17加有30至150伏的电压，第一电子束聚焦电极25加有0至150伏的电压，第二电子束聚焦电极28加有200至500伏的电压。
另一方面，说明例还可以把上述电压加到各个电极上，而栅极保持接地。电子枪12，如上所述，包括FEC20和第一及第二电子束聚焦电极25和28。如果需要它还可以包括第三和第四电子束聚焦电极。
而且，说明例的CRT10，如图3所示，还包括作为亮度控制装置的亮度控制电路30，说明例中，待显示的图像深浅等级数据是以模拟数据形式设置的。亮度控制电路30包括将模拟数据转换成数字式数据然后输出的A/D转换部分31和作为存储装置的图像存储器32。而数字式数据输入到存储器32。图像存储器32存储由A/D转换器31数字化后的图像深浅等级数据，并根据外部指令输出数据。
亮度控制电路30还包括CRT控制器33，用它将图4所示的逐步偏转电极控制信号输出到CRT10的偏转电极4，然后把信号扫描。CRT控制器33将与偏转电极控制信号同步变化的地址信号输入图像存储器32。CRT控制器33还将图4所示的等级时钟信号加到脉冲宽度调制电路34。
把已经由CRT控制器33选址的图像存储器32中的等级数据输入到脉冲宽度调制电路34。因此，在上述等级时钟信号基础上算出输入给脉冲宽度调制电路34的等级数据，因此，脉冲宽度调制电路34产生脉冲宽度被调制的图像信号，随后输出信号。假定图像信号表示为图4中的等级中的n级，相应于偏转电极控制信号的一个像素的图像信号是由调制周期中的1/n的脉冲组合构成的，图像信号与馈送到CRT10的偏转电极的偏转电子控制信号同步馈送给电子枪12的栅极17。
给电子枪12中的栅极17馈入图像信号，控制用于扫描荧光屏部分的每个象素的所发射的电子的时间周期，由此调节象素的亮度。说明例的这种结构允许控制用于扫描每个象素的电子发射时间，这在用灯丝作电子源的普通的电子枪中是绝不可能完成的。
假定图象存储器32中存储的等级数据是8位的二进制数据，说明例中允许表示成0至255级的256级等级数据。而且，说明例采用以数字式数据为基础的脉冲宽度调制，由此实现了高级别的亮度控制，它抗噪声的能力提高了并具有令人满意的线性度。
现在参见图5，说明本发明的CRT的另一实施例。说明例CRT包括用作亮度控制装置的亮度控制电路30，如图5所示。说明例中，待显示的图象的等级数据是以模拟数据形式馈入的。然后，用A/D转换部分(未画出)将模拟数据转换成数字式数据，随后，输给作为存储装置的图象存储器32。因此，图象存储器中存入已数字化的图象等级数据，并根据外部指令输出。
亮度控制电路30还包括CRT控制器，用它将图6所示的逐步偏转电极控制信号输出到CRT10的偏转电极4，然后用该信号扫描，CRT控制器33将与偏转电极控制信号同步变化的地址信号输入图象存储器32。CRT控制器33还把图4所示等级时钟信号输给脉冲宽度调制电路34。
已被CRT控制器33寻址的图象存储器32中的数字式等级数据，如图5所示，然后输入到作为等级控制电路的D/A转换电路134中。D/A转换电路134以图象信号形式输出相当于数字式等级数据的电压的等级控制信号。图象信号是图6所示的这种模拟信号形式。图象信号与馈入偏转电极4的偏转电极控制信号同步地馈入电子枪12的栅极17。
电子枪12中的栅极17馈入了图象信号，控制用于扫描荧光屏的每个象素的电子发射电流或电子发射量，由此调节象素的亮度。说明例的这种结构，允许控制每个象素扫描用的电子发射量，这是用灯丝作为电子源的普通电子枪绝对不可能完成的。
用图7中所示的栅电极与发射电流特性中的线性区，通过上述的模拟数据形式的图象信号(等级控制信号)实现对每个FEC发射的发射电流的控制。例如，当规定图7中的栅电压范围A为控制范围时，可以使图象信号的电压大小与FEC发射的电子量彼此成正比。馈给栅极的图象信号电压减小到等于阈值电压(VTH)或包括OV的更低电压时使CRT截止。
正如从所述中看到的，本发明的CRT用FEC作为电子枪的电子源，并使用脉冲宽度调制过的图象信号与馈给偏转电极的控制信号同步地馈入每个FEC的栅，由此控制CRT的亮度。本发明的这种结构有效的实现了任何所希望的等级级数亮度控制，它能增大抗噪声能力和具有令人满意的线性度，并且简化了CRT的结构。因此，应当注意，本发明大大地方便了FEC在CRT用的电子枪中的使用，并由此改善了CRT的功能性。
而且，本发明的CRT中，取决于等级数据的电压的模拟信号与偏转电极控制信号同步地馈给每个FEC的栅极，由此控制由它发射的电子发射量，结果控制了CRT的亮度。因此，本发明更方便了FEC在CRT用的电子枪中的使用。
而且，用FEC作本发明的CRT中的电子源允许只用一个结构简化了的静电透镜形成具有均匀电子密度的电子束，并通过对栅极与发射极之间的控制实现了对电子束发射的控制，因而，电子枪可以不需任何附加的控制电极而使其结构简化。
已参考附图对本发明的优选实施例作了一定程度的详细说明，按照上述教导显而易见地会有各种改型和变化，这些改型和变化均应视为在本申请的权利要求范围内，本发明的有效性无需特别说明。
权利要求
1.一种阴极射线管(CRT)包括一个电子枪，它包括多个场发射阴极，每个场发射阴极包括多个发射极和一个栅极，作为电子源；一个电子束偏转电极，用于偏转由所述电子枪发射的电子束；一个其上淀积有磷的荧光屏部分，所述的磷由于电子束撞击其上而发光；和一个亮度控制装置，用于将含有等级分量的图象信号与所述偏转电极用的控制信号同步地加到每个所述的场发射电极的所述栅极，以便控制亮度。
2.按权利要求1的阴极射线管，其特征是，所述图象信号是经过脉冲宽度调制的图象信号。
3.按权利要求1的阴极射线管，其特征是，所述亮度控制装置包括一个内部存储有等级数据的存储装置和一个脉冲宽度调制电路，该电路将根据所述存储装置的降级数据产生的脉冲宽度调制信号与所述偏转电极的所述控制信号同步地馈给每个所述场发射阴极的所述栅极。
4.按权利要求1的阴极射线管，其特征是，所述图象信号是根据降级信号形成电压的等级控制信号。
5.按权利要求1的阴极射线管，其特征是，所述亮度控制装置包括一个内部存储有等级数据的存储装置和一个等级控制电路，该电路将根据所述的存储装置的所述等级数据产生的电压的等级控制信号与所述偏转电极用的所述控制信号同步地馈给每个所述的场发射阴极的所述栅极。
6.一种驱动阴极射线管的方法，所述阴极射线管包括一个电子枪，电子枪包括多个场发射阴极，每个场发射阴极包括多个发射极和栅极，并用作电子源;一个电子束偏转电极，用于偏转由电子枪发射的电子束;一个荧光屏部分，荧光屏上淀积有磷，磷由于电子束撞击其上而发光，包括步骤将根据等级数据产生的电压等级控制信号与偏转电极的控制信号同步地加到每个场发射阴极的栅极上，由此控制亮度。
7.一种驱动阴极射线管的方法，所述阴极射线管包括一个电子枪，电子枪包括多个场发射阴极，每个场发射阴极包括多个发射极和一个栅极，并用作电子源，一个电子束偏转电极，用于偏转由电子枪发射电子束，一个荧光屏部分，荧光屏上淀积有磷，所述的磷由于电子束撞击其上而发光，包括步骤将经脉冲宽度调制的图象信号与偏转电极的控制信号同步地加到每个发射阴极的栅极，由此控制亮度。
全文摘要
一种阴极射线管，用场发射阴极(FEC)作电子发射部分，能令人满意地实现亮度控制而使其结构简化。CRT用FEC作电子枪用的电子源，并构成为将经脉冲宽度调制的图象信号与偏转电极的控制信号同步地加到每个FEC的栅极，由此控制CRT的亮度。这种结构有效地实现了任何所希望的等级数据的亮度控制，它提高了抗噪声能力并有令人满意的线性度，而且简化了CRT的结构。
文档编号H01J29/48GK1113030SQ9510291
公开日1995年12月6日 申请日期1995年2月7日 优先权日1994年2月7日
发明者小堀洋一, 小野高功二, 平贺胜弥 申请人:双叶电子工业株式会社