專利名稱：跳躍電子陰極射線管中的預(yù)聚焦透鏡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種陰極射線管，它包括具有發(fā)射電子的陰極的電子源；具有輸入和輸出孔、用于集中從陰極發(fā)射的電子的電子束引導(dǎo)腔；可連接到第一電源裝置的第一電極，在工作時(shí)該第一電極用于在陰極和輸出孔之間施加具有第一場強(qiáng)E1的電場，以便允許電子通過所述電子束引導(dǎo)腔傳輸；用于加速離開所述腔的電子的加速柵極單元；和用于將加速電子聚焦在顯示屏上的主電子透鏡。
從US-A-5270611中可知這種陰極射線管的實(shí)施方式。這篇文獻(xiàn)介紹了一種設(shè)有陰極、電子束引導(dǎo)腔和第一電極的陰極射線管，其中第一電極可連接到第一電壓源，用于在陰極和輸出孔之間施加具有第一場強(qiáng)E1的電場。腔壁包括具有二次發(fā)射系數(shù)δ的材料。
當(dāng)沿著電子束引導(dǎo)腔的縱向施加足夠強(qiáng)的電場E1時(shí)，電子可以在腔中傳輸。這個(gè)電場的值取決于材料的類型、更具體地說是取決于其二次發(fā)射系數(shù)δ以及腔壁的幾何形狀和尺寸。
然后經(jīng)過二次發(fā)射過程產(chǎn)生電子傳輸，以便對于著落于腔壁上的每個(gè)電子，平均發(fā)射一個(gè)電子。可以選擇這樣的情況，使得進(jìn)入電子束引導(dǎo)腔的電子與離開輸出孔的電子一樣多。
當(dāng)輸出孔遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于輸入孔時(shí)，形成電子壓縮器，以例如100到1000的倍數(shù)集中電子源的發(fā)光度(luminosity)。這種陰極射線管有時(shí)稱為跳躍電子陰極射線管或HE-CRT，并且可以用在電視顯示器、計(jì)算機(jī)監(jiān)視器和投影電視機(jī)中。
腔的輸出孔由電子光學(xué)系統(tǒng)在顯示屏上成像，如從常規(guī)CRT中周知的那樣。該電子光學(xué)系統(tǒng)包括加速柵極單元和主透鏡。
在這些類型的陰極射線管中，射出的射線具有能量擴(kuò)散，以致必須向該系統(tǒng)中引入額外的預(yù)聚焦透鏡，以便獲得最佳主透鏡填充(filling)，以用于在顯示屏上實(shí)現(xiàn)小束點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)的一種方式是通過使用杯狀透鏡或通過應(yīng)用平面型光學(xué)裝置。這些方案在專利申請WO-01/26131中有介紹。
在這篇專利申請中給出的方案具有的缺點(diǎn)是在腔的熒光屏一側(cè)、在輸出孔附近產(chǎn)生減小的電場。這將導(dǎo)致相對強(qiáng)的空間電荷，對從腔射出的電子形成勢壘。結(jié)果是，射出的電子具有相對低的能量，因而束點(diǎn)尺寸即輸出孔在顯示屏上的圖像尺寸變壞。
因此本發(fā)明的目的是提供一種在輸出孔附近、在腔的熒光屏一側(cè)具有較大牽引場的跳躍電子陰極射線管。
本發(fā)明的第一方案提供一種如權(quán)利要求1中限定的陰極射線管。在從屬權(quán)利要求中限定了有利的實(shí)施例。
該陰極射線管的特征在于所述加速柵極單元包括多個(gè)柵極，這些柵極一起構(gòu)成預(yù)聚焦透鏡。通過在加速柵極單元中形成預(yù)聚焦透鏡，可從該陰極射線管中排除來自WO-01/26131的方案。因此，在輸出孔附近的腔的熒光屏一側(cè)實(shí)現(xiàn)了相對高的牽引場。因而，降低了造成使光點(diǎn)尺寸增加的空間電荷效應(yīng)。
此外，與已知的方案相比，本發(fā)明的陰極射線管對對準(zhǔn)誤差不太敏感。杯狀透鏡或平面光學(xué)裝置必須與輸出孔很好地對準(zhǔn)，而這個(gè)要求在本陰極射線管中放松了很多。
而且，通過在加速柵極單元中提供預(yù)聚焦透鏡，可以獲得可調(diào)的預(yù)聚焦。這允許顯示器的隨時(shí)間變化的或多媒體應(yīng)用。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，所述預(yù)聚焦透鏡是低-單-雙透鏡。
優(yōu)選地，所述低-單-雙透鏡分別包括第一、第二和第三柵極G3、G4和G5，所述第一柵極G3是加速柵極，其中所述第一和第三柵極G3和G5可連接到提供電壓Vg3的第三電源，置于所述第一和第三柵極之間的第二柵極G4可連接到所述第一電極的電位之一或單獨(dú)的電壓Vs。這里，電壓Vg3優(yōu)選地在0.15Va-0.35Va的范圍內(nèi)，Va是所述陰極射線管中的陽極電壓。此外，電壓Vs可以適當(dāng)?shù)匚挥?-Vg3范圍內(nèi)，或者可以在內(nèi)部被連接到第一電壓源，到輸出孔。此外，所述第一電極靠近腔的所述輸出孔適當(dāng)?shù)卦O(shè)置。
根據(jù)本發(fā)明的替換實(shí)施例，第一電極包括沿著所述主電子透鏡軸線彼此前后設(shè)置的第一和第二部分，其中所述第一部分的直徑小于所述第二部分的相應(yīng)直徑。由此產(chǎn)生所謂的杯狀透鏡，導(dǎo)致電子束的附加預(yù)聚焦。
如果只存在杯狀透鏡，輸出孔附近的相對低的場將引起彩色透鏡誤差。通過采用在加速柵極單元中包括杯狀透鏡和預(yù)聚焦透鏡的這個(gè)實(shí)施例，增大了牽引場，并減小了彩色透鏡誤差。此外，電子束以固定的直徑從杯狀透鏡射出，而這個(gè)實(shí)施例允許調(diào)制電子束的直徑，這在某些應(yīng)用中可能是有價(jià)值的。
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，該陰極射線管還包括與所述第一電極同心的第二電極，所述第二電極可連接到第二電源裝置，用于在所述電極之間施加第二場強(qiáng)E2，其中第二電源裝置設(shè)置成提供低于第一電源裝置的電壓。因此，產(chǎn)生對于電子束具有預(yù)聚焦能力的平面電子透鏡，即所謂的平面光學(xué)裝置。
這種平面光學(xué)裝置的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，在陰極已經(jīng)安裝在陰極射線管中之后有些電子束透鏡特性是可調(diào)的。這種結(jié)構(gòu)在工作時(shí)可用于調(diào)制電子束的孔角(aperture angle)。
在加速柵極單元中組合平面光學(xué)裝置和預(yù)聚焦透鏡具有的優(yōu)點(diǎn)是，電子束至少部分地被加速柵極單元預(yù)聚焦，使得平面光學(xué)電極之間的電壓差可以減小。這減少了平面光學(xué)電極之間的飛弧的風(fēng)險(xiǎn)。
平面光學(xué)電極可適當(dāng)?shù)卦O(shè)置在基本一個(gè)平面內(nèi)。
下面將參照附圖詳細(xì)介紹本發(fā)明的這些和其它方案。所有附圖中，相應(yīng)的部件用相應(yīng)的參考號表示，并且從表示圖號的數(shù)字開始。因此在有些情況下省略了每附圖的每個(gè)部件的全面說明。附圖中

圖1是根據(jù)本發(fā)明的具有低-單-雙預(yù)聚焦透鏡的跳躍電子陰極射線管的示意圖；圖2是與本發(fā)明一起使用的陰極結(jié)構(gòu)的示意剖面圖；圖3表示與本發(fā)明一起使用的利用了杯狀透鏡的陰極結(jié)構(gòu)的第二圖1是根據(jù)本發(fā)明的陰極射線管100的示意圖。陰極射線管100包括電極結(jié)構(gòu)101，具有用于發(fā)射電子的陰極105、106、107和用于將發(fā)射的電子引導(dǎo)到電子束引導(dǎo)腔輸出孔的電子束引導(dǎo)腔120、121、122，發(fā)射的電子通過該輸出孔射出。陰極和腔的實(shí)施例本身例如從WO00/79558可知，而且包括加熱燈絲102、103、104。
在所述輸出孔周圍的所述電子束引導(dǎo)腔的內(nèi)部至少部分地被絕緣材料覆蓋，該絕緣材料具有二次發(fā)射系數(shù)δ，此處δ＞1。
陰極105、106、107和電子束引導(dǎo)腔120、121、122優(yōu)選設(shè)置成三個(gè)一組的形式，如圖1所示，使得陰極射線管100可用于顯示彩色圖像，但是本發(fā)明也可適用于其它結(jié)構(gòu)，如具有單陰極(未示出)的單色一束顯示器。
陰極射線管的電極結(jié)構(gòu)200在圖2中更詳細(xì)地示出了。該陰極射線管包括第一電極226、227、228，它們設(shè)置在每個(gè)電子束引導(dǎo)腔220、221、222的外側(cè)上的每個(gè)輸出孔223、224、225周圍。第一電極226、227、228可由金屬板形成，在當(dāng)前的實(shí)施例中，它具有約2.5μm的厚度，并且輸出孔223、224、225可具有直徑約20μm的圓形。輸出孔223-225可具有不同的形狀，如橢圓形或矩形，這取決于所希望的電子束特性。
當(dāng)使用陰極射線管時(shí)，第一電極226、227、228連接到第一電源裝置V1(未示出)，用于在陰極205-207和輸出孔223、224、225之間施加具有場強(qiáng)E1的電場。通常，第一電源裝置V1的電壓在100-1500V范圍內(nèi)，例如1000V。場強(qiáng)E1和二次發(fā)射系數(shù)δ具有選定的值，以便允許電子束穿過電子束引導(dǎo)腔220、221、222傳輸，用于通過輸出孔223、224、225發(fā)射，目的是為了產(chǎn)生電子束，如圖4所示。
根據(jù)本發(fā)明，該陰極射線管還包括加速柵極單元140、常規(guī)主透鏡150和常規(guī)磁偏轉(zhuǎn)單元160以及顯示屏170，例如常規(guī)彩色熒光屏，所有這些部件從常規(guī)陰極射線管中都可知道，并且上述部件依次設(shè)置，加速柵極單元140設(shè)置在輸出孔附近。上述陰極射線管可以用在例如電視機(jī)、投影電視機(jī)或計(jì)算機(jī)監(jiān)視器中。
加速柵極單元140分別包括作為加速柵極的第一柵極G3和第二和第三柵極G4和G5，所述柵極G3、G4、G5依次排列，且第一柵極G3最靠近輸出孔223、224、225。所述第一、第二和第三柵極G3、G4、G5一起構(gòu)成低-單-雙透鏡。每個(gè)柵極可包括一個(gè)或多個(gè)板，每個(gè)板具有束孔。對于彩色顯示器，在每個(gè)板上需要三個(gè)束孔，每個(gè)束孔分別用于彩色電子束紅、綠和藍(lán)的每個(gè)。束孔可具有多種形狀，這取決于陰極射線管的結(jié)構(gòu)。然而，這些束孔通常具有圓形、方形或矩形。
在使用時(shí)，柵極G3和G5連接到提供電壓Vg3的第三電源，第二柵極G4設(shè)置在所述第一和第三柵極，G3和G5，之間，并連接到所述第一電極的電位V1或一個(gè)獨(dú)立的電壓Vs。通常，電壓Vg3在0.15-0.35Va的范圍內(nèi)，此處，Va是施加于所述陰極射線管中的陽極的電壓，并且Vs在0-Vg3范圍內(nèi)。
圖1和圖2中所示的上述實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)在于，不必在電子束引導(dǎo)腔220、221、222的輸出孔223、224、225上設(shè)置如現(xiàn)有技術(shù)情況所需的附加光電透鏡部件，現(xiàn)有技術(shù)采用了杯狀透鏡或平面光學(xué)裝置。
然而，也可以將本發(fā)明的預(yù)聚焦加速柵極單元140與如在WO-01/26131中所述的杯狀透鏡或平面光學(xué)裝置一起使用。在這些情況下，杯狀透鏡或平面光學(xué)裝置可以做得比單獨(dú)使用的情況的作用更弱，并且可減小空間電荷效應(yīng)。
用在圖1的陰極射線管中的電極結(jié)構(gòu)的第二實(shí)施例示于圖3中。這個(gè)陰極射線管包括第一電極326、327、328，它們設(shè)置在每個(gè)電子束引導(dǎo)腔320、321、322外側(cè)的每個(gè)輸出孔323、324、325周圍。第一電極326、327、328可通過金屬板形成，在當(dāng)前實(shí)施例中，它具有約2.5μm的厚度，并且輸出孔可具有直徑為約20μm的圓形形狀。輸出孔323-325可具有不同形狀，如橢圓形或矩形，這取決于所希望的電子束特性。
當(dāng)使用陰極射線管時(shí)，第一電極326-328連接到第一電源裝置V2，用于在陰極305、306、307和輸出孔323、324、325之間施加具有場強(qiáng)E2的電場。通常，第二電源裝置V2的電壓在100-1500V范圍內(nèi)，通常為1000V。場強(qiáng)E2和二次發(fā)射系數(shù)δ具有選定的值，以便允許電子束穿過電子束引導(dǎo)腔320、321、322傳輸，用于通過輸出孔323、324、325發(fā)射，目的是為了產(chǎn)生電子束。
根據(jù)本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施例，電子透鏡系統(tǒng)形成為包括由加速柵極單元140產(chǎn)生的上述低-單-雙透鏡以及杯狀透鏡，該杯狀透鏡由所述第一電極326-328形成并包括第一和第二部分。第一和第二部分沿著所述主透鏡150的對稱軸線彼此前后設(shè)置。所述第一部分優(yōu)選具有小于杯狀透鏡的第二部分的平均直徑的平均直徑。根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例，這兩個(gè)部分都具有圓形對稱形狀，但是為了獲得散光杯狀透鏡，也可以采用橢圓形或矩形，用于進(jìn)一步校正熒光屏上的束點(diǎn)形狀。
根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例(未示出)，形成電子透鏡系統(tǒng)，它包括由加速柵極單元140產(chǎn)生的上述低-單-雙透鏡以及一個(gè)包含第一電極和第二電極的平面光學(xué)裝置電極單元。第二電極與第一電極同心設(shè)置，并且所述電極優(yōu)選地設(shè)置在同一平面內(nèi)。所述第一和第二電極可具有圓形、橢圓形或矩形對稱形狀中的一種形狀。通過采用平面光學(xué)裝置單元和上述低-單-雙透鏡之間的組合，直接在錐體前部的牽引場可以形成得較大，因?yàn)槠矫婀鈱W(xué)裝置單元可以做得比只有平面光學(xué)裝置單元的情況下作用更弱。
本發(fā)明的結(jié)構(gòu)具有的另外的優(yōu)點(diǎn)是，使用低-單-雙透鏡用于在陰極射線管中預(yù)聚焦導(dǎo)致很容易的可調(diào)預(yù)聚焦，由此允許隨時(shí)間變化的或多媒體應(yīng)用。
本發(fā)明不應(yīng)該限于上述實(shí)施例，而是包括被所附權(quán)利要求書限定的范圍所覆蓋的所有可能變化。
在這篇文獻(xiàn)中，介紹了在陰極射線管中使用低-單-雙透鏡作為預(yù)聚焦元件。低-單-雙透鏡可單獨(dú)使用或與杯狀透鏡或平面光學(xué)裝置組合使用，如上所述。然而，本發(fā)明不限于上述組合，也可以使用低-單-雙透鏡與光電部件的具有對應(yīng)效果的其它組合。
還應(yīng)該指出的是對于更復(fù)雜的電子槍，如具有動(dòng)態(tài)散光聚焦或動(dòng)態(tài)束成形的電子槍，施加于上述第一和第三加速柵基G3和G5的電壓可以彼此不同。例如，柵極G3和G5可連接到相差約0-1.5kV的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)電壓。
而且，還應(yīng)該指出的是，即使參照低-單-雙透鏡介紹了本發(fā)明的上述實(shí)施例，也還可以通過使用其它透鏡類型如高-單-雙透鏡來達(dá)到相同的效果。
權(quán)利要求
1.一種陰極射線管(100)，包括具有用于發(fā)射電子的陰極(105、106、107)的電子源(101)；具有輸入孔(230、231、232)和輸出孔(223、224、225)用于集中從陰極(105、106、107)發(fā)射的電子的電子束引導(dǎo)腔(120、121、122)、可連接到第一電源裝置的第一電極(226、227、228)，在工作時(shí)該第一電極用于在陰極(105、106、107)和輸出孔(223、224、225)之間施加具有第一場強(qiáng)E1的電場，以便允許電子通過所述電子束引導(dǎo)腔(120、121、122)傳輸；用于加速離開所述腔的電子的加速柵極單元(140)；和用于將加速電子聚焦在顯示屏(170)上的主電子透鏡(150)，其特征在于所述加速柵極單元(140)包括多個(gè)柵極(G3、G4、G5)，該多個(gè)柵極一起構(gòu)成預(yù)聚焦透鏡。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的陰極射線管，其中所述預(yù)聚焦透鏡是低-單-雙透鏡。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的陰極射線管，其中所述低-單-雙透鏡分別包括第一柵極(G3)、第二柵極(G4)和第三柵極(G5)，所述第一柵極(G3)是加速柵極，其中所述第一柵極(G3)和所述第三柵極(G5)可連接到提供電壓Vg3的第三電源，并且置于所述第一柵極(G3)和第三柵極(G5)之間的所述第二柵極(G4)可連接到所述第一電極的電位和單獨(dú)的電壓Vs之一，Vs在0-Vg3范圍內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3的陰極射線管，其中所述第一電極(226、227、228)緊靠近所述腔(120、121、122)的所述輸出孔(223、224、225)設(shè)置。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的陰極射線管，其中第一電極(326、327、328)包括沿著所述主透鏡(150)的軸線彼此前后設(shè)置的第一和第二部分，其中所述第一部分的直徑小于所述第二部分的相應(yīng)直徑。
6.根據(jù)權(quán)利要求4的陰極射線管，其中所述陰極射線管還包括與所述第一電極(226、227、228)同心的第二電極，所述第二電極可連接到第二電源裝置，用于在所述電極之間施加第二場強(qiáng)E2，其中第二電源裝置設(shè)置成提供低于第一電源裝置的電壓。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的陰極射線管，其中所述電極基本上設(shè)置在一個(gè)平面內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的陰極射線管，其中一起構(gòu)成所述預(yù)聚焦透鏡的所述多個(gè)柵極中的任何一個(gè)包括設(shè)有束孔的一個(gè)或多個(gè)板。
9.一種顯示裝置，包括前述權(quán)利要求的任一項(xiàng)所述的陰極射線管。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種陰極射線管(100)，包括具有用于發(fā)射電子的陰極(105、106、107)的電子源(101)；具有輸入孔(230、231、232)和輸出孔(223、224、225)、用于集中從陰極(105、106、107)發(fā)射的電子的電子束引導(dǎo)腔(120、121、122)；可連接到第一電源裝置的第一電極(226、227、228)，在操作時(shí)該第一電極用于在陰極(105、106、107)和輸出孔之間施加具有第一場強(qiáng)E1的電場，以便允許電子通過所述電子束引導(dǎo)腔(120、121、122)傳輸；用于加速離開所述腔的電子的加速柵極單元(140)；和用于將加速電子聚焦在顯示屏(170)上的主電子透鏡(150)。根據(jù)本發(fā)明，所述加速柵極單元(140)還包括多個(gè)柵極(G3、G4、G5)，該多個(gè)柵極一起構(gòu)成預(yù)聚焦透鏡。
文檔編號H01J29/50GK1550025SQ02816956
公開日2004年11月24日 申請日期2002年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月28日
發(fā)明者W·A·J·A·范德珀?duì)? N·C·范德瓦爾特, W A J A 范德珀?duì)? 范德瓦爾特 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司