CN1011367B - 具有一字排列式单透镜电子枪的彩色显象管 - Google Patents

具有一字排列式单透镜电子枪的彩色显象管

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Abstract

一种改进的彩色显象管包含用于产生三束一字排列的电子束，并使它们沿着起始的共面路径射到管子的荧光屏上的电子枪。该枪包含三个相互隔开的、在每个电子束路径上形成单透镜的电极，以构成使电子束聚焦的主聚焦透镜。该电子枪的束形成区包含用于减小主透镜中电子束垂直方向尺寸的机构。该电子枪不但产生小的光点，而且具有对G2电极不同心度的相对不敏感性。

Description

本发明涉及具有一字排列式电子枪的彩色显象管，更准确地说，涉及用单透镜作为主聚焦镜的一字排列式电子枪。
单透镜（又称鞍形透镜或单电位透镜）是一种静电透镜，它由三个电极，即，中间电极、前电极和后电极构成。中间电极或者连接到地电位，或者连接到较低电位。其他两个电极连接到较高电位，通常连接到阳极电位。与双电位透镜的聚焦相比，单透镜的聚焦稍微不那么尖锐，但是，单透镜具有不需要为聚焦电极提供第二高电压的优点。单透镜电子枪已经大批量地用于彩色显象管中，例如用于G·E·公司的轻便型彩色显象管（G·E·Portacolor），美国无线电公司（RCA）的15NP22以及sony的栅条彩色显象管（Sony    Trinitron）中。RCA    15NP22具有“品”字形电子枪，而G·E·Portacolor和Sony    Trini-tron使用一字排列式电子枪。RCA和G·E·的电子枪在各电子束通道上具有作为所述三个电极的各单独的筒形电极。Sony电子枪具有作为所述三电极的大尺寸筒形电极，三束电子束穿过该电极，并且各电子轨迹在单透镜的中心处彼此交叉。
用于大屏幕娱乐型彩色显象管的电子枪结构，必须能够在管子的荧光屏上产生小尺寸的强流电子束光点。这要求有一个能产生易 于聚焦的电子束的电子枪的束形成区（BFR）以及一个具有低象差的电子枪主聚焦透镜。电子枪的束形成区包括阴极，控制栅极（G1），帘栅极（G2）以及聚焦电极的面向所述帘栅极的部分。对束形成区的重要要求是：它所产生的电子束在束横截面上具有均匀的电流密度。已经开发了若干种实现这种均匀电流密度的新型束形成区结构，其中实现均匀电流密度的方法是：对G2-G3区的电子束的中心和外侧部分进行选择性预聚焦。当把这些新型束形成区与双电位主聚焦透镜一起使用时，能够达到非常高的性能指标。但是，这种含有新型束形成区的双电位电子枪的性能对于束形成区中的不同心度是非常敏感的。在某些情况下，这种敏感度是更普通的电子枪中不同心度敏感度的七倍多。看来在现有的制造技术中，几乎存在这样的固有不同心度公差，这种公差竟可使具有新型束形成区的电子枪不能使用。因此，需要一种新型的电子枪结构，它能够通过减小对束形成区中不同心度的敏感性来利用所述新型束形成区结构。
本发明提供一种改进的彩色显象管。这种管子包含一种电子枪，后者用于产生三束一字排列式电子束（一束中心束和两束侧位束），并使它们沿着初始的共面路径射向管子的荧光屏。该电子枪包含三个彼此隔开的电极，这些电极在各电子束路径上构成单透镜，后者作为用于使各电子束聚焦的主聚焦透镜。根据上述改进，第一单透镜电极包含具有三个一字排列式小孔的第一部分，该三个小孔从构成一个单一大孔的第二部分向里缩进，所有三束电子束都穿过所述单一大孔。第二单透镜电极包含具有三个一字排列式小孔的第一部分，该三个小孔从构成一个单一大孔的第二部分向里缩进，三束电 子束都穿过所述单一大孔。第一单透镜电极的第二部分面向第二单透镜电极的第二部分。第二单透镜电极还包含具有三个一字排列式小孔的第三部分，该三个小孔从构成一个单一大孔的第四部分向里缩进，三束电子束都穿过所述单一大孔。第三单透镜电极包含具有三个一字排列式小孔的第一部分，该三个小孔从构成一个单一大孔的第二部分向里缩进，三束电子都穿过所述单一大孔。第二单透镜电极的第四部分面向第三单透镜电极的第二部分。
在各附图中：
图1是实施本发明的荫罩型彩色显象管的部分轴向剖面平面图。
图2和图3分别是图1中用虚线表示的电子枪的轴向剖面侧视和顶视图。
图4是沿图3的4-4线所取的电子枪电极的剖面图。
图5是沿图3的5-5线所取的电子枪电极的剖面图。
图6a和6b分别是表示具有对中的BFR和不对中的BFR的先有技术彩色显象管中电子束光点形状的图形。
图7a和7b分别是表示具有对中的BFR和不对中的BFR的本发明第一种彩色显象管中电子束光点形状的图形。
图8a和8b分别是表示具有对中的BFR和不对中的BFR的本发明第二种彩色显象管中电子束光点形状的图形。
图1表示一种具有玻壳11的矩形彩色显象管10，玻壳11包括由矩形玻锥16连接在一起的矩形荧光屏面板12和管颈14。面板12包括观看面板18和周边凸缘或侧壁20，后者经由熔接焊缝21密封到玻锥16上，嵌花式三色荧光屏22设置在面板18的内表面上。所述荧光屏最好是一种条形屏，它具有沿着基本 上垂直于管子高频光栅行扫描的方向（垂直于图1平面）延伸的荧光条。另一方面，所述荧光屏也可以是一种点屏。用一种通用的方法把多孔的选色电极，即荫罩板24，可拆卸地安装在与荧光屏22相距预定距离的位置上。图1中用虚线简略地表示的、改进的一字排列式电子枪26同心地安装在管颈14中，以产生三束电子束28，并使它们沿着共面的会聚路径穿过荫罩板24，射到荧光屏22上。
图1的管子预定采用外部磁偏转系统，例如，安装在玻锥-管颈连接处附近的偏转线圈30。当偏转线圈30受到激励时，它就使三束电子束28受到磁场的作用，该磁场使各电子束在荧光屏上水平地和垂直地扫描，以构成一个矩形光栅。图1中用P-P线表示在偏转线圈30的大约中部的起始偏转平面（零偏转平面）。由于边缘场的作用，管子的偏转区从偏转线圈30轴向延伸到电子枪26的区域中。为简化起见，图1中未示出偏转区域中偏转电子束路径的实际曲度。
图2、3、4和5中示出电子枪26的细节。电子枪26包括三个等间距的共面阴极32（每束电子束一个），控制栅极34（G1），栅极36（G2），第一单透镜电极38（G3），第二单透镜电极40（G4）以及第三单透镜电极44（G5），各电极按所述顺序定距配置，并且固定在两根支撑杆上（未示出）。
各阴极32，G1电极34，G2电极36以及G3电极38的面向G2电极36的一端，构成电子枪26的束形成区。G3电极38的另一端，G4电极40以及G5电极44，构成电子枪26的主聚焦透镜部分。所述主聚焦透镜是单电位型的，通常称为单 透镜。在该电子枪中，G3电极38与G5电极44是电连接的，后者又连接到阳极电位。G4电极40连接到低于阳极电位的聚焦电压上。
每个阴极32包括在前端用阴极帽48封闭的阴极筒46，阴极帽48含有由电子发射材料构成的端面涂层50。各阴极32都是间热式的，由安装在阴极筒46中适当位置上的热子线圈加热。控制栅极34和帘栅极36是两个靠近的平板电极，它们具有三对各自对中的小孔65和67，这三对小孔分别与各阴极涂层50对中，以激发三束等间距的、共面的、向荧光屏22伸展的电子束28。各电子束的起始路径最好是基本上相互平行的，同时，中间电子束路径与中心轴A-A重合。
G3电极38是包含两个零件51和52的第一单透镜电极。第一单透镜电极38的第一零件51的第一部分53是扁平的，其中含有三个一字排列的小孔54。第一部分53从第一单透镜电极38的第一零件51的第二部分56缩进一凹槽内。第二部分56是一个连续的凸缘，它形成单一大孔58，三束电子束28都穿过该大孔。电极38的第二零件52是杯形的，其开口端与第一零件51连接，而其具有三个一字排列小孔64的底部是面向G2电极36的。
G4电极40是包括三个零件60，61和62的第二单透镜电极。第二单透镜电极40的第一零件60的第一部分66是扁平的，其中含有三个一字排列的小孔68。第一部分66从第二单透镜电极40的第一零件60的第二部分69缩进一凹槽内。第二部分69是一个连续的凸缘，它构成单一大孔71，三束电子束都穿 过该大孔。
第二单透镜电极40的第二零件是一个筒，其两个翻边的端部分别与第一零件60和第二零件62连接。第二单透镜电极40的第三零件的第一部分72是扁平的，其中含有三个一字排列的小孔。所述第一部分72从第二单透镜电极40的第三零件62的第二部分76缩进一凹槽内。第二部分76是一个连续的凸缘，它构成单一大孔80，三束电子束都穿过该大孔。
G5电极44是第三单透镜电极。第三单透镜电极44的第一部分82是扁平的，其中有三个一字排列的小孔84。所述第一部分82从第三单透镜电极44的第二部分88缩进一凹槽内。第二部分88是一个连续的凸缘，它形成单一大孔90，三束电子束都穿过该大孔。
图4中示出由G5电极44的第二部分88构成的大孔90的形状。大孔90在垂直方向上的尺寸是这样的：在各侧位电子束通道处的尺寸大于中心电子束通道处的尺寸。这种形状称为“狗骨”形或“杠铃”形。G3电极38的第一零件51的第二部分56中的大孔58，具有类似于大孔90的形状。
图5中示出G4电极40的第三零件62的第二部分中大孔80的形状。大孔80在每个电子束通道处具有相同的垂直方向上的宽度，同时，具有圆形的端部。这种形状称为“跑道”形。G4电极40的第一零件60的第一部分69中的大孔71具有类似于大孔80的形状。
在设计电子枪26时，适当选择电子枪束形成区内栅极的厚度和间距，以产生易于聚焦的电子束。设计构成单透镜的各电极，并确定各电极的尺寸，以便使单透镜具有所需要的聚焦性能。表Ⅰ和 Ⅱ给出电子枪26的两种不同变化形式的具体尺寸。
表Ⅰ
项目    尺寸
英寸    毫米
阴极至G1的间距 0.0030 0.0762
G1厚度 0.0045 0.1143
G1至G2的间距 0.0100 0.2540
G2厚度 0.0120 0.3048
小孔65和67的直径    0.0250    0.6350
G2至G3的间距 0.1200 3.0480
G3底部厚度 0.0100 0.2540
小孔64的直径    0.0600    1.5240
G3的总长度 0.7750 19.6850
G4的总长度 0.4000 10.1600
小孔65，67，64，54
68，74和84的间离    0.2000    5.0800
小孔54，68，74和84
的直径    0.1600    4.0640
G3，G4和G5中凹槽的深度 0.1400 3.5560
大孔58和90的长度    0.6830    17.3482
大孔58和90的最小宽度    0.2790    7.0866
表Ⅰ（续）
项目    尺寸
英寸    毫米
大孔58和90的最大宽度    0.2900    7.3660
大孔71和80的长度    0.7200    18.2880
大孔71和80的宽度    0.3350    8.5090
计算机模拟结果预示，对于用表Ⅰ所给尺寸制造的电子枪来说，当在26V110管子中以25kV第二阳极电压和4mA束电流工作时，中心电子束的5%峰值电流密度的束尺寸将是2.01mm×2.74mm（水平尺寸×垂直尺寸）。电子枪的聚焦电压是9.2kV（第二阳极电压的37%），并且，该电子枪具有接近于零的侧位电子束发散。
表Ⅱ
项目    尺寸
英寸    毫米
阴极至G1的间距 0.0030 0.0762
G1的厚度 0.0045 0.1143
G1至G2的间距 0.0100 0.2540
G2的厚度 0.0160 0.4064
表Ⅱ（续）
项目    尺寸
英寸    毫米
小孔65和67的直径    0.0250    0.6350
G2至G3的间距 0.1200 3.0480
G3底部的厚度 0.0100 0.2540
侧位小孔64的直径    0.0660    1.6764
中心小孔64的直径    0.0600    1.5240
G3的总长度 0.5950 15.1130
G4的总长度 0.5800 14.7320
小孔65，67，54，68    0.2000    5.0800
74和84的间距
小孔64的间距    0.2030    5.1562
G3和G5中凹槽的深度 0.2050 5.2070
G4中凹槽的深度 0.1200 3.0480
大孔58的长度    0.7350    18.6690
大孔58和90的最小宽度    0.3060    7.7724
大孔58和90的最大宽度    0.3360    8.5344
大孔71和80的长度    0.6850    17.3990
大孔71和80的宽度    0.3000    7.6200
G3槽沟的深度 0.0300 0.7620
G3槽沟的纵向尺寸 0.1300 3.3020
中心G3槽沟的宽度 0.0640 1.6256
外侧G3槽沟的宽度 0.0720 1.8288
表Ⅱ的电子枪与表Ⅰ的电子枪相比，有若干显著的差别。首先G3电极的底部有稍微大些的小孔中心距。这种较大的间距有助于减小电子枪对聚焦电压变化的敏感性。其次，存在若干叠加在G3底部各小孔上的、在纵向上拉长的槽沟。在两种电子枪方案中，构成单透镜的三个电极的尺寸也是显著不同的。G3底部的各槽沟减小了主聚焦透镜和各偏转系统区域中垂直方向的电子束尺寸，并且具有三重效果。第一，主透镜中垂直方向电子束尺寸的减小导致不同心度敏感性的进一步减小。第二，减小的主透镜束尺寸引起低电流垂直光点尺寸的增大，从而有效地减小了莫尔条纹。第三，偏转系统区域中垂直束尺寸的减小降低了由偏转系统所引起的束失真度，这种失真度主要表现在垂直方向上。
计算机模拟结果预示，根据表Ⅱ中给出的尺寸制造的电子枪的中心电子束，当在26V110型管子中以25kV第二阳极电压和4mA束电流工作时，其5%峰值电流密度的束尺寸将是1.95mm×2.76mm（水平尺寸×垂直尺寸）。
关于电子束尺寸的计算机模拟结果概括于表Ⅲ中，并且直观地表示在图6a，6b，7a，7b，8a和8b中。图6a，7a和8a分别表示对于先有技术电子枪，表Ⅰ的电子枪和表Ⅱ的电子枪来说，当它们在束形成区中具有精确对中的小孔时，在彩色显象管荧光屏中心处的电子束光点形状。图中各5%和50%曲线表示电流密度的恒值线，图中曲线处的电流密度分别是电子束光点的值电流密度的5%和50%。图6b，7b和8b表示，对于三种各别的电子枪，当G2电极的中心孔在垂直方向上偏心1密耳（0.001英寸，即0.0254毫米）时的中心电子束光点形 状。表Ⅲ中给出的光点尺寸对应于工作在25KV第二阳极电压及4mA电子束电流的26V110型管子中的5%电流密度恒值线。
Figure 88104616_IMG2
以上结果表明，与先有技术电子枪相比，两种新颖的单透镜电子枪的实施例产生了比较小的电子束光点。但是，通过图6a和6b的比较可以看到，先有技术的电子枪对于G2电极的1密耳的不同心度基本上是不敏感的。如图7b中所示，虽然表Ⅰ的新颖的电子枪在电子束光点尺寸方面有大的改进，但是，它对于G2电极的不同心度确实有某种程度的敏感性。表Ⅱ的电子枪实施例不仅产生小的电子束光点，而且对于G2电极的不同心度具有相对的不敏感性。

Claims (3)

1、一种包含管颈，玻锥和荧光屏的彩色显象管，它在所述管颈中具有一字排列式电子枪，该电子枪用于产生三束一字排列的电子束，并使它们沿着初始的共面路径射向所述管子的荧光屏所述电子束包括中心电子束和两束侧位电子束，所述电子枪包含三个相互隔开的、用于在各电子束路径上构成单透镜的电极，这些单透镜构成用于使所述各电子束聚焦的主聚焦透镜，其特征在于：
-第一单透镜电极(38)包含具有三个一字排列的小孔(54)的第一部分(53)，后者从第一单透镜电极的第二部分(56)缩进，所述第二部分构成单一大孔(58)，三束电子都穿过该大孔，
-第二单透镜电极(40)包含具有三个一字排列的小孔(68)的第一部分(66)，该三个小孔从第二单透镜电极的第二部分(69)缩进，所述第二部分构成单一大孔(71)，三束电子束都穿过该大孔，
-第一单透镜电极的第二部分面向第二单透镜电极的第二部分，
-第二单透镜电极还包含具有三个一字排列的小孔(74)的第三部分(72)，该三个小孔从第二单透镜电极的第四部分(76)缩进，所述第四部分构成单一大孔(80)，三束电子束都穿过该大孔，
-第三单透镜电极(44)包含具有三个一字排列的小孔(84)的第一部分(82)，该三个小孔从第三单透镜电极的第二部分(88)缩进，所述第二部分构成单一大孔(90)，三束电子束都穿过该大孔，
-第二单透镜电极的第四部分面向第三单透镜电极的第二部分。
2、如权利要求1中所限定的管子，其特征还在于包括电子枪（26）的束形成区中的、用于减小主聚焦透镜中电子束幅度的垂直尺寸的机构。
3、如权利要求2中所限定的管子，其特征在于：用于减小垂直方向束尺寸的机构包括叠加在各小孔（64）上的纵向拉长的槽沟，所述小孔（64）是在电子枪（26）的束形成区中第一单透镜电极（38）的一部分中的。
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