專利名稱：雙凸電子槍的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及陰極射線管的電子槍。


圖1展示陰極激勵(lì)型四電勢(shì)聚焦(Quadri potenrial-focus，QPF)電子槍的電極結(jié)構(gòu)，這是先有技術(shù)的一個(gè)例子。圖2是說明這種QPF電子槍的原理圖。
參看圖1，該QPF電子槍包括一個(gè)芯柱1，三個(gè)陰板2，和一個(gè)第一刪極3、第二柵極4、第三柵極5、第四柵極6、第五柵極7和第六柵極8。該第一和第二柵極3和4是控制電極，包括帶孔徑的平板，供由陰極2發(fā)射的三束電子束通過。第四柵極6為一個(gè)與通常相似的電極，第三、第五和第六柵極5、7和8分別是圓筒形電極，其內(nèi)隔板或端部隔板具有供電子束通過的孔徑。
將固定的陽極電壓E加到第六柵極8。一般等于20%至30%陽極電壓的聚焦電壓E被加到第三和第五柵極5和7。如圖2所示，第五和第六柵極7和8形成一個(gè)主透鏡12。一較低的固定電壓EG2被加到第二柵極4。相同的電壓EG2或較聚焦電壓為低的另一電壓加到第四柵極6，形成圖2所示的預(yù)聚焦透鏡11。一個(gè)更低的固定電壓EG1被加到第一柵3。一般居于EG1和EG2之間的紅、綠和蘭視頻信號(hào)電壓被加到陰極2。包括陰極2和第一、第二和第三柵極3、4和5的部分稱之為三極管14。
圖2示意地說明QPF電子槍的工作情況。從其中一個(gè)陰極2發(fā)射的電子束101由第一和第二柵極3和4被帶到交叉處13，然后由預(yù)聚焦透鏡11的均強(qiáng)電勢(shì)透鏡的作用進(jìn)行預(yù)聚焦。經(jīng)預(yù)聚焦的電子束然后由主透鏡12的雙電勢(shì)的作用被聚焦到屏幕10上，形成一個(gè)電子束光點(diǎn)。
圖3為這種QPF電子槍的三極管14中的電勢(shì)分布圖，圖中省略了第三柵極5。為方便計(jì)，在討論圖3中的電子光學(xué)時(shí)，采用了等效的光學(xué)透鏡系統(tǒng)，如圖4所示，它包括一凸透鏡102、一凹透鏡103和一凸透鏡104。凹透鏡103有發(fā)散作用，將陰極2周圍發(fā)射的射線15和靠近陰極2中心發(fā)射的射線16的虛物點(diǎn)調(diào)整到基本上是相同的虛物點(diǎn)17(虛物點(diǎn)是從主透鏡12看去的物點(diǎn)位置;這點(diǎn)影響主透鏡12的焦距)。凹透鏡103的另一作用是在束電流增加時(shí)抑制虛物點(diǎn)的移動(dòng)，故可降低三極管14的電子束象差，在屏幕10上形成小直徑的電子束光點(diǎn)改進(jìn)清晰度。
圖5是常規(guī)QPF電子槍在小電子束電流時(shí)的電子軌跡圖，圖6則是常規(guī)QPF電子槍在大電子束電流時(shí)的電子軌跡圖。在小電流的沒有象差的理想情況下，從單一點(diǎn)發(fā)射的電子束將聚焦成單一的點(diǎn)。但在小電流的實(shí)際情況下，主透鏡12的球面象差使周圍的射線產(chǎn)生較短的聚焦，結(jié)果如圖5所示，使屏幕10上的電子束光點(diǎn)值徑稍微變大。隨著電子束電流增加，主透鏡的球面象差也增加，致使屏幕10上的光點(diǎn)面積大大變大，如圖6所示。這種稱為模糊效應(yīng)的結(jié)果是使屏幕上的清晰度差。
一種解決這一問題的常規(guī)方案是增加第二柵極4的厚度，以降低主透鏡12的象差。其他的常規(guī)解方案是減小第三、第四和第五柵極5、6和7的電子束孔徑的直徑，或增加第四柵極的厚度，以加強(qiáng)預(yù)聚焦透鏡11的作用，從而減小其偏轉(zhuǎn)中心位置的電子束直徑。這些方案不能導(dǎo)致重要的改進(jìn)，但由于增大了虛物點(diǎn)17的直徑，引起了放大倍數(shù)增加，使得電子束光點(diǎn)直徑在屏幕10中心處變大。
因此，本發(fā)明的目的是要減小因電子束電流增加而屏幕上的光點(diǎn)大小的增加，從而在大電流時(shí)也能獲得良好的清晰度。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是要減小因電流引起的電子束光點(diǎn)大小的偏移。
本發(fā)明的電子槍是要用在陰極射線管中，它包括一個(gè)三極管和一個(gè)主透鏡。三極管有一發(fā)射電子束的陰極和帶有讓電子束通過的孔徑的第一、第二電極。主透鏡將電子束聚焦到屏幕上。第一、第二電極間的間隔和第二電極的厚度適于形成一個(gè)不使電子束發(fā)散的凸透鏡。
更具體地說，第二電極的厚度及第一、第二電極間的間隔最多只能是第二電極中讓電子束通過的孔徑直徑的一半。第一第二電極間的間隔也最多只能是第一電極中讓電子束通過的孔徑直徑的一半。
陰極和第二電極之間的電勢(shì)差在截止?fàn)顟B(tài)下至多為400伏。將這個(gè)電勢(shì)差減到至多400伏也減小電子槍的發(fā)散角度。
圖1說明常規(guī)電子槍的電極結(jié)構(gòu)。
圖2說明常規(guī)電子槍的原理。
圖3說明常規(guī)電子槍的三極管中的電勢(shì)分布。
圖4是以等效的光學(xué)透鏡系統(tǒng)來說明常規(guī)電子槍。
圖5展示常規(guī)電子槍在小電子束電流下的電子軌跡。
圖6展示常規(guī)電子槍在大電子電流下的電子軌跡。
圖7說明本發(fā)明電子槍的電極結(jié)構(gòu)。
圖8說明本發(fā)明電子槍的原理。
圖9說明本發(fā)明電子槍的三極管中的電勢(shì)分布。
圖10以等效光學(xué)透鏡系統(tǒng)說明本發(fā)明電子槍。
圖11展示本發(fā)明電子槍在小電子束電流下的電子軌跡。
圖12展示本發(fā)明電子槍在大電子束電流下的電子軌跡。
圖13展示本發(fā)明電子槍的三極管尺寸。
圖14展示本發(fā)明和常規(guī)電子槍的光點(diǎn)下徑作為電子束電流的函數(shù)圖。
圖15為本發(fā)明和常規(guī)電子槍的激勵(lì)特性。
使用在彩色陰極射線管中的本發(fā)明實(shí)施例將參考所附的說明性附圖加以敘述。這些附圖不應(yīng)限制本發(fā)明的范圍，后者只由所附權(quán)利要求書確定。
圖7展示了使用在陰極射線管的體現(xiàn)本發(fā)明的電子槍的電極結(jié)構(gòu)，圖8為圖7電極所形成的透鏡結(jié)構(gòu)。圖9說明圖7和8中三極管14中的電勢(shì)分布。圖10展示等效的光學(xué)透鏡系統(tǒng)。這些附圖和圖1-4相對(duì)應(yīng)，并使用了相同的參考號(hào)碼。
如圖8所示，本發(fā)明電子槍的三極管14形成兩個(gè)凸透鏡，這種結(jié)構(gòu)以后稱之為凸-凸或雙凸。
再次參考圖4，由于常規(guī)QPF電子槍的三極管中凹透鏡103的發(fā)散作用，從預(yù)聚焦透鏡看去的虛物點(diǎn)17，對(duì)于周圍光線15和內(nèi)部光線16來說基本上都在相同的位置。因此，從預(yù)聚焦透鏡11看去，周圍光線15和內(nèi)部光線16并不交叉，故可減少三極管14的象差。
如圖10所示，本發(fā)明三極管14中不形成凹透鏡，故從陰極2發(fā)射的周圍光線15和內(nèi)部光線16具有不同的虛物點(diǎn)。比起內(nèi)部光線16的虛物點(diǎn)17b，周圍光線15的虛物點(diǎn)17a離開主透鏡12較遠(yuǎn)。當(dāng)陰極2的有效面積較大時(shí)，在大電子束電流下，周圍和內(nèi)部射線的虛物點(diǎn)17a和17b之間的差別變得特別顯著。結(jié)果，周圍射線15和內(nèi)部射線16在圖10的點(diǎn)18交叉，而且三極管14的象差變大。這種效應(yīng)以下稱之為雙凸效應(yīng)。
由三極管14的雙凸效應(yīng)引起的透鏡象差，特別是在中等的和大電流下，可以用來減少主透鏡12的球面象差。圖11和12說明了這個(gè)原理。圖11展示本發(fā)明在小電流下的電子軌跡。圖12展示大電流下的電子軌跡。
參看圖11，小電流時(shí)，周圍射線的虛物點(diǎn)17a和內(nèi)部射線的虛物點(diǎn)17b之間的位置差別的結(jié)果，校正了主透鏡12的球面象差。這種球面象差實(shí)際上是過校正，引起電子束直徑的增加，但在可比電流下，增加的量不超過如圖5所示的常規(guī)QPF電子槍的情況。
參看圖12，在大電流下，常規(guī)QPF電子槍的球面象差會(huì)大大地使光點(diǎn)變大，虛物點(diǎn)17a和17b之間的位置差別校正了主透鏡12的球面像差，使得光點(diǎn)只是適度地變大。
表1總結(jié)了這些結(jié)果。三極管14的透鏡象差(周圍和內(nèi)部光線的虛物點(diǎn)間的位置差別)可以特別是在中等和大電流時(shí)用來減少主透鏡12的球面象差。
表1三極管象差主透鏡光點(diǎn)(雙凸效應(yīng))球面象差面積本發(fā)明大中小電子槍大大小常規(guī)小中小電子槍小大大在實(shí)際電子槍的三極管中，只形成凸透鏡而避免形成如常規(guī)三極管中的凹透鏡，就足以減少第一柵極3和第二柵極4之間的間隔，也減少第二柵極4的厚度。
如果第二柵極4和第三柵極5之間的間隔和QPF電子槍的一樣寬，則第二柵極4出口孔徑處形成的凸透鏡作用減弱，使發(fā)散角產(chǎn)生有害的增加。然而，如將預(yù)聚焦透鏡11移近陰極，則可減小主透鏡12的電子束直徑，而且可以防止屏幕周圍處的電子束直徑變劣。
縮小第二和第三柵極4和5之間的間隔，增加電子束軸線上電勢(shì)梯度為10KV/mm或更大，可以進(jìn)一步減小屏幕10上的電子束光點(diǎn)直徑，增加電子束軸線上的電勢(shì)梯度使電子束急劇加速，這使電子束的周邊部分更急劇地向內(nèi)彎曲。
具體的尺寸實(shí)際示于圖13和表2中。根據(jù)本發(fā)明，第二柵極4的厚度G2t最多也只是第二柵極4中電子束孔徑的直徑DG2的一半。第一和第二柵極3和4之間的間隔G1-2也最多是DG2的一半，且最多是第一柵極3中電子束孔徑的直徑DG1的一半。電子束軸線上的電勢(shì)梯度至少為10KV/mm。這些條件對(duì)電子束光點(diǎn)直徑有有利的效果。
表2本發(fā)明電子槍常規(guī)電子槍G2t(厚度)0.25DG-0.5DG20.6DG2-1.2DG2G1-2(間隔)0.25DG2-0.5DG20.6DG2-1.0DG2G2-3(電勢(shì)梯度)9-12KV/mm4-7KV/mm圖14是根據(jù)上述尺寸作出的電子軌跡分析結(jié)果。圖中水平線是電子束電流，垂直軸線是屏幕上電子束光點(diǎn)的預(yù)計(jì)尺寸。中等和大電流時(shí)預(yù)計(jì)較常規(guī)電子槍有約10%的改進(jìn)，在小電流時(shí)預(yù)計(jì)有5%的改進(jìn)。也預(yù)計(jì)到本發(fā)明在電流變化時(shí)可以產(chǎn)生較小變化的電子束光點(diǎn)尺寸。
在上述的本發(fā)明的電子槍中，為在三極管14中只產(chǎn)生凸透鏡作用，必需使第二柵極4較薄，并減少第一柵極3和第三柵極4之間的間隔，這樣做之后，如加到第二柵極4的電壓EG2具有常規(guī)值，則陰極2和第二柵極4之間的電勢(shì)差在截止?fàn)顟B(tài)下基本上是700伏。截止?fàn)顟B(tài)定義為電子束光點(diǎn)在屏幕上用肉眼看不見。因?yàn)榈诙艠O4靠近第一柵極3，為獲得如前的電子束電流，第一柵極3和陰極2之間的間隔必須加寬，后果對(duì)激勵(lì)特性有害。
因此，應(yīng)降低加到第二柵極4的電壓EG2，以便在截止?fàn)顟B(tài)下陰極2和第二柵極4之間的電勢(shì)差為400伏或更小。EG2的這種降低會(huì)進(jìn)一步彈化在第二柵極4的出口孔徑處形成的凸透鏡的會(huì)聚效果，防止電子束的發(fā)散，以及增強(qiáng)雙凸效應(yīng)。
圖15是常規(guī)QPF電子槍的激勵(lì)特性的激勵(lì)圖，常規(guī)電子槍的第二柵極偏置在700V，而本發(fā)明的電子槍的第二柵極偏置在380V，這些偏置電壓是在截止?fàn)顟B(tài)下相對(duì)于陰極電壓Eko而言的電壓，電子束電流Ik垂直軸線上，激勵(lì)電壓Ed示于水平軸線上。激勵(lì)電壓Ed定義為Ed＝Eko-Ek可以看出，本發(fā)明380V的截止電壓和常規(guī)電子槍700V的電壓具有等效的激勵(lì)特性。
由于減少了電子束電流增加時(shí)出現(xiàn)的光點(diǎn)尺寸的變大，本發(fā)明可可在大電流下給出良好的清晰度，并可減少電子束光點(diǎn)尺寸的變化。
附圖雖然只為具有三電子束的彩色陰極射線管示出了一個(gè)電子槍，本發(fā)明當(dāng)然也能應(yīng)用到帶單電子束的單色陰極射線管，精通本發(fā)明領(lǐng)域技術(shù)的人士將認(rèn)識(shí)到可以作出進(jìn)一步的修改而不偏離如下提出權(quán)利要求的本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于陰極射線管的電子槍，包括一三極管，具有一個(gè)用于發(fā)射電子束的陰極、一個(gè)其上孔徑可讓所說電子束通過的第一電極、和一個(gè)其上孔徑可讓所說電子束通過的第二電極；以及一個(gè)主透鏡，將所說電子束聚焦到屏幕上；其中所說第一電極和所說第二電極之間的間隔以及所說第二電極的厚度適于形成一凸透鏡，而不會(huì)使所說電子束發(fā)散。
2.根據(jù)權(quán)利要求1電子槍，其中在所說第一電極中讓所說電子束通過的孔徑具有第一直徑;在所說第二電極中讓所說電子束通過的孔徑具有第二直徑;所說第二電極的厚度至多等于所說第一直徑的一半;所說第二電極的厚度至多等于所說第二直徑的一半;以及所說第一電極和所說第二電極互相之間間隔一個(gè)至多等于所說第二直徑的一半的距離。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的電子槍，其中，當(dāng)所說陰極在截止電壓下激勵(lì)時(shí)，所說陰極和所說第二電極的電勢(shì)差至多為400伏。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的電子束槍，其中，所說三極管還包括一個(gè)其上有讓所說電子束通過的孔徑的第三電極，所說第二電極位于所說第一電極和所說第三電極之間，而在所述第二電極和所說第三電極間有一個(gè)至少為每毫米一千伏的軸線電勢(shì)梯度。
全文摘要
陰極射線管的電子槍，除了其主透鏡外，還具有帶第一和第二柵極作為控制電極的三極管。第二柵極的厚度和第一、第二柵極之間的間隔至多是第二柵極中電子束孔徑的直徑的一半。這些尺寸導(dǎo)致不帶凹透元件的預(yù)聚焦透鏡的形成，因此沒有電子束發(fā)散效應(yīng)。所得的三極管象差校正主透鏡的球面象差，使得在屏幕上聚焦的電子束光點(diǎn)的尺寸隨增加的電子束電流而增加的可能性很小。
文檔編號(hào)H01J29/48GK1108427SQ9411602
公開日1995年9月13日 申請(qǐng)日期1994年9月24日 優(yōu)先權(quán)日1993年9月27日
發(fā)明者高橋知惠, 山根久和 申請(qǐng)人:三菱電機(jī)株式會(huì)社