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CN1120515C - 场离子显示屏 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种场离子显示屏，由场离子发射板、微通道板和荧光显示板相隔一定间隙平行面对设置，周边密封内充稀薄气体，用X-Y编码选址，当信号加于某一选址点时，发射板上，该点依信号强度发射正场离子，当正离子流穿入微通道孔并撞击到孔壁上时，引起多重二次电子发射倍增，并被加速极加速转换为强电子流，由微通道孔的另一端飞出，再被屏极加速轰击到荧光屏上选址点的象素上发光成象，其有图象质量好、效率高、造价低等优点。

Description

场离子显示屏
技术领域
本发明涉及基本电气元件，具体地说是一种场离子显示屏(FieldIon Display简称FID)。其可用于电视机或计算机的彩色或黑白平板显示，也可根据需要用作其它图文显示。
背景技术
当前，信息化浪潮正席卷全球。作为人机交换信息的窗口，显示器占有极其重要的地位。目前各种显示器中，图象质量最优良的，仍推阴极射线荧光显象管CRT。但CRT的缺点是体积过大，必需实现平板化。而现有的各种平板显示屏，如液晶显示屏LCD，等离子体显示屏PDP和场发射显示屏FED等，由于在原理和技术上存在各自的困难，其共同的缺点是图象质量不高，工艺难度大，因此性能价格比都达不到CRT的水平。例如LCD，利用电信号改变液晶分子排列，调制外界光照以实现显示目的，当前日本虽已将这一技术发展到了十分成熟的地步，占领了全世界95％的市场。但至今它的图象质量在许多指标方面都达不到CRT的水平，虽其驱动电压和功耗低，但由于必需采用背光源，故总体电压和功耗并不低。又如PDP，利用气体辉光放电产生紫外线以激发彩色荧光粉发光，但因其辉光影响图象的色纯度，又为保证亮度，象素不能作得太小，故它在彩色逼真度和清晰度上都不可能达到CRT的水平。目前多作成1平方米左右的大屏幕电视，但因其性价比低，前景不容乐观。又如当前国际上最先进的FED，它将CRT中的热电子枪改换为平面场电子发射尖端阵列，应是CRT平板化的优良方案，但由于尖端阵列工艺难度大，大面积均匀发射电子困难，且电子束流能量低，只能激发低压彩色荧光粉，其彩色逼真度，远达不到CRT的水平，而且其要求超高真空，造价太高，故90年代以来，国际上虽集中了雄厚的资金和技术，全力开发，但仍迟迟未能进入市场。
本发明的目的在于提供一种场离子显示屏FID，其设有场离子发射板、微通道板和荧光显示板，其可具有彩色图象质量好、功效高、且造价低，能克服上述已有技术中的不足。
发明内容
为达到上述目的，本发明采取以下技术方案：
场离子显示屏，其具有荧光显示板3，其特征在于：
还设有场离子发射板1和微通道板2，所述场离子发射板1、所述微通道板2和所述荧光显示板3依次相隔一定间隙，平行面对组合设置，且周边密封，内充有10-4～10-5モ的惰性气体；
所述场离子发射板1，其内侧蒸镀有X列线电极系列4，每一条X列线电极都由多条尖劈形细长条电极并联而成；
所述微通道板2，其与所述场离子发射板1相对的一面蒸镀有Y行线电极系列5，另一面蒸镀有加速电极6，在所述微通道板2上，在各Y行线电极与场离子发射板1上的各X列线电极正交相对处，分别构成一个选址点，在微通道板2上，所述各选址点贯穿有多个微通道孔8；
所述荧光显示板3的内侧正对每一个选址点，加工有高压彩色荧光粉象素9，并在其上蒸镀有薄铝膜，作为屏极7。
所述的场离子显示屏，其特征在于：
所述场离子发射板1和所述微通道板2分别由绝缘材料作基板。而荧光显示屏3用透明绝缘材料作基板。
所述的场离子显示屏，其特征在于：
所述X-Y电极系列4、5采用X-Y编码选址，所述X-Y电极系列的引线、加速电极6的引线和屏极7的引线都留在密封场离子显示屏的外面，以便与该显示屏的驱动电路连接。
所述的场离子显示屏，其特征在于：
其内充稀薄气体为10-4～10-5モ的惰性气体。
一种场离子显示屏的制造方法，所述显示屏包括荧光显示板3，其特征在于：还设有场离子发射板1和微通道板2，所述制造方法包括以下步骤：
在所述场离子发射板1内侧，蒸镀X列线电极系列4，其每条列线电极都由多条尖劈形细长条电极并联形成；
在所述微通道板2上，与场离子发射板1相对的一面上蒸镀Y行线电极系列5，在其另一面上蒸镀加速电极6，在所述微通道板2上，各Y行线电极和场离子发射板1上的各X列线电极正交相对处，分别构成一个选址点，在微通道板2上，所述各选址点贯通多个微通道孔8；
在所述荧光显示板3的内侧正对每个选址点，加工红、绿、兰三原色相间的高压彩色荧光粉象素9，并蒸镀薄铝膜作为屏极7；
将所述场离子发射板1、微通道板2和荧光显示板3依次相隔一定间隙，平行面对组合设置，将其周边密封，内充10-4～10-5モ的惰性气体，所述X-Y电极系列4、5采用X-Y编码选址。
所述的场离子显示屏的制造方法，其特征在于：所述场离子发射板1和所述微通道板2分别采用绝缘材料作基板，荧光显示板3采用透明绝缘材料作基板。
本发明的场离子显示屏的机理如下：
当某一选址点(Xi，Yj)加有信号电压时，发射板上的选址点附近的惰性气体原子被电离产生正场离子发射，形成正离子流，并被电场加速，穿入微通道孔8撞击到孔壁上，引起多重二次电子发射倍增，并被微通道孔8另一端的加速电极6加速，形成强电子束流，由微通道孔8飞出后，再被屏幕电极7加速并聚焦，轰击到荧光屏对应的高压彩色荧光粉象素上发光成象。
本发明具有如下优点：
(1)场离子发射比场电子发射容易实现，这是因为当气体分子靠近带电导体尖端时，被极化形成偶极子，并被吸引到很小的距离，它与尖端间的场强可主动加强到很大的值，使气体原子电离。故本发明的场离子显示屏(FID)的发射极不必作成带有栅孔的尖锥阵列，只需作成尖劈形长条系列即可，其栅孔在微通道板的入口，而且场离子显示屏不要求超高真空，从而使FID加工工艺比FED大为简化，故场离子显示屏(FID)能够克服场发射显示屏FED加工难度大，发射不均匀，成品率低，价格昂贵等缺点；
(2)本发明的场离子显示屏利用微通道板将正离子流转换为强电子束流，可直接激发高压彩色荧光粉，而且利用微通道板进行分色，彩色图象质量可达到阴极射线管(CRT)的水平，且其结构简单，无附加零件，成本低，具有与CRT和LCD竞争的潜在优势；
(3)本发明的场离子显示屏采用场致离子冷发射，无预热延迟，消耗能量小，且工作在气体暗放电区，其消耗的电能几乎全部用于加速离子和电子，故功耗很低。能够达到LCD的同等水平。
(4)本发明的场离子显示屏具有很高的清晰度，能够作到每平方毫米100个象素，达到FED同等水平。
(5)加大微通道板的厚度，并按微通道板厚度与微通道孔的孔径的比例为40∶1来加大微通道孔的直径，可做成大面积的微通道板。因此本发明的场离子显示屏容易实现大屏幕化。
附图简述
图1是本发明的整体结构图；
图2是本发明的局部结构示意图；
本发明的最佳实施方式：
图1，图2中，背板1是场离子发射板，面板3是荧光显示板，背板1与面板3之间的内板2为微通道板。所述场离子发射板1、微通道板2和荧光显示板3分别采用绝缘材料制成，例如，可采用玻璃材料。
场离子发射板1的内侧蒸镀有X列线电极系列4，每一条X列线电极都由多条(例如可为十几条)尖劈形细长条电极并联而成。其表面功函数愈大愈好，例如镀铂膜或溅射类石墨膜等。以增大其功函数。
微通道板2与场离子发射板1相对的一面顺微通道孔排列方向蒸镀有Y行线电极系列5，另一面蒸镀有加速电极6。
在微通道板2上，各Y行线电极和场离子发射板1上各X列线电极正交相对处，分别构成一个选址点，在微通道板2上，所述各选址点贯穿有直径为几十微米的多个微通道孔8，这些微通道孔8以与微通道板垂直方向成一定角度穿过微通道板2，该角度可为5°～20°。
荧光显示板3的内侧正对每个选址点，加工有红、绿、兰三原色相间的高压彩色荧光粉象素9，其上蒸镀有薄铝层(0.05～0.1μm)，作为屏极7。
图2中，将场离子发射板1与微通道板2相隔间隙为几个微米，而微通道板2与荧光显示板3相隔间隙为数百微米，依次平行面对组合，其周边密封，将各板电极的引线留在外面，以便与显示屏的驱动电路相连接，其内充稀薄惰性气体(10-4～10-5)作为成像气体，该成象气体应选择离化势低，负电子亲和势大，且原子序数小的惰性气体，也可在其中掺入少量的分子性气体。则成为图1所示的整体结构，其中10是微通道板2上的Y行线电极的引出线，11是场离子发射板1上的X列线电极的引出线，采用X-Y编码选址。
显示屏的总厚度根据屏面大小为5毫米至20毫米，其中场离子发射板1上蒸镀和刻蚀有发射场离子的X列线电极系列4，每两条X列线电极的中心距和每条列线的宽度可根据显示屏要求的清晰度而定。例如要求显示屏的清晰度为每平方毫米100个象素时，则两条X列线的中心距应为100微米，每条X列线的宽度可取60微米，又每一条X列线电极实际由十几条1～2微米宽的尖劈形细长条电极并联而成。
所述微通道板2，其厚度约为2毫米，在微通道板2上正对场离子发射板1的一面蒸镀有Y行线电极系列5，每两条Y行线的中心距和每条Y行线的宽度，与发射板1上的X列线电极的中心距和每条X行线的宽度相同，每条Y行线电极上，与X列线电极正交相对处，分别构成一个选址点，每个选址点包含有多个直径约10～50微米的微通道孔(栅孔)8，微通道孔8以与微通道板垂直方向成一定角度(如5°～20°)穿通整个微通道板2，微通道板2的另一面蒸镀有加速电极6。
所述荧光显示板3，其内侧正对每个选址点，加工有红、绿、兰三原色相间的高压彩色荧光粉象素9，并蒸镀有约0.1微米厚的铝膜，作为屏幕电极7，且作为荧光粉的保护层与反光层，其加工工艺与CRT中彩色荧光屏的加工工艺基本类似。
当某一选址点(Xi，Yj)加有偏压和信号电压时，发射板上的选址点附近的惰性气体分子被电离产生正场离子发射，形成正离子流并被电场加速，穿入微通道孔8撞击到孔壁上，引起多重二次电子发射倍增，形成电子流并被微通道孔8另一端的加速电极6加速，形成强电子束流，由微通道孔8飞出后，再被屏幕电极7加速并聚焦。微通道板除能将离子流转换成强电子流之外，而且具有与CRT中荫罩板相同的分色作用，利用微通道板2的分色作用，电子轰击到荧光屏对应的红、绿、兰象素上发光，形成彩色图象。
本发明中的场离子显示屏，采用惰性气体，因此对显示屏内的其他材料不产生化学作用，而且惰性气体具有负电子亲合势，容易形成正离子，当电子流被电场加速轰击荧光屏时，正离子反向加速，不致轰击荧光屏，造成对荧光屏的损坏。
本实施例中，是以对角线为150mm的显示屏为例，各电极的直流电压为：
场离子发射板1上的X列线电极4：+30V～300V
微通道板2上的Y行线电极5：     0V(接地)
微通道板2上的加速电极6：      +1000V
荧光显示板3上的屏极7：        +6000V
采用X-Y编码选址，当Xi列线与Yj行线间加有偏压，以及信号电压时，选址点(Xi，Yj)间的气体原子被电离，形成按信号强弱变化的正离子流发射。
利用微通道孔8的二次电子发射倍增以及其两端电压将离子流转换为强电子流。
利用屏极7上的高压，进一步加强电子束流能量，直接激发高压彩色荧光粉。
利用微通道板2的分色作用，实现彩色图象显示。
利用增大微通道孔8的直径，并按比例(1∶40)增大微通道板2的厚度，以增大微通板2的面积，从而实现场离子显示屏的大屏幕化。以上实施例主要是以对角线为150mm的显示屏为例，若对角线尺寸改变，以上各参数也将做相应变化。
工业实用性
如上所述，本发明由于加工工艺简单、成本低，效率高且又能实现高质量彩色图象，因此，具有广泛的使用价值。

Claims (6)

1、场离子显示屏，其具有荧光显示板(3)，其特征在于：
还设有场离子发射板(1)和微通道板(2)，所述场离子发射板(1)、所述微通道板(2)和所述荧光显示板(3)依次相隔一定间隙，平行面对组合设置，且周边密封，内充有10-4～10-5モ的惰性气体；
所述场离子发射板(1)，其内侧蒸镀有X列线电极系列(4)，每一条X列线电极都由多条尖劈形细长条电极并联而成；
所述微通道板(2)，其与所述场离子发射板(1)相对的一面蒸镀有Y行线电极系列(5)，另一面蒸镀有加速电极(6)，在所述微通道板(2)上，各Y行线电极与场离子发射板(1)上的各X列线电极正交相对处，分别构成一个X-Y编码选址点，在微通道板(2)上，所述各选址点贯穿有多个微通道孔(8)；
所述荧光显示板(3)的内侧对应于上述各选址点，加工有高压彩色荧光粉象素(9)，所述荧光粉象素(9)上蒸镀有薄铝膜，作为屏极(7)。
2、如权利要求1所述的场离子显示屏，其特征在于：
所述场离子发射板(1)和所述微通道板(2)分别由绝缘材料作基板，而荧光显示板(3)由透明绝缘材料作基板。
3、如权利要求1所述的场离子显示屏，其特征在于：
所述X-Y电极系列(4、5)采用X-Y编码选址，所述X-Y电极系列的引线、加速电极(6)的引线和屏极(7)的引线都留在密封显示屏的外面，以便与显示屏驱动电路连接。
4、一种场离子显示屏的制造方法，所述包括荧光显示板(3)，其特征在于：还设有场离子发射板(1)和微通道板(2)，所述制造方法包括以下步骤：
在所述场离子发射板(1)内侧，蒸镀X列线电极系列(4)，其每一条X列线电极都由多条尖劈形细长条电极并联形成；
在所述微通道板(2)上，与场离子发射板(1)相对的一面上蒸镀Y行线电极系列(5)，在其另一面上蒸镀加速电极(6)，在所述微通道板(2)上，各Y行线电极与场离子发射板(1)上各X列线电极正交相对处，分别构成一个选址点，所述各选址点在微通道板(2)上贯通多个微通道孔(8)；
在所述荧光显示板(3)的内侧正对所述各选址点，加工红、绿、兰三原色相间的高压彩色荧光粉象素(9)，所述荧光粉象素(9)上蒸镀薄铝膜，作为屏极(7)；
将所述场离子发射板(1)、微通道板(2)和荧光显示板(3)相隔一定间隙，依次平行面对组合设置，将其周边密封，内充10-4～10-5モ的惰性气体。
5、如权利要求4所述的场离子显示屏的制造方法，其特征在于：所述场离子发射板(1)、所述微通道板(2)分别采用绝缘材料作基板，而荧光显示板(3)采用透明绝缘材料作基板。
6、如权利要求5所述的场离子显示屏的制造方法，其特征在于：
所述X-Y电极系列采用X-Y编码选址。
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