图2是具有常规结构电子枪的彩色显象管的纵向剖面图,荧光屏3依次由三种彩色荧光物质以条形形式所涂覆并由玻璃外壳1的面板部分2的内壁所支撑。阴极6、7和8的各自中轴线15、16和17与G1阴极9,G2电极10、构成主透镜的聚焦电极11以及屏蔽杯13(它与阴极对应)的孔的中轴线相重合,它们在同一平面上互相平行。加速电极12(它是构成主透镜的另一电极)中心处的小孔的中轴线与上述中轴线相重合,外孔的中心轴18和19与它们各自的中轴线15和17不一致,它们稍稍向外偏离,由各个电极发射的电子束沿中轴15-17加到主透镜上,聚焦电极11上加有大约5-10KV的聚焦电压,加速电极12上加有大约20-30KV的加速电压,加速电极12的电动势与屏蔽杯13及位于玻璃外壳中的导体层5的电动势相
同。
由于聚焦电极和加速电极各自中心处的孔是同心的,所以在中心处形成的主透镜是与轴线对称的。在中央光束2由主透镜聚焦之后,它沿着轴线轨迹一直向前,换言之,聚焦电极和加速电极的外孔使轴线相互偏移,因此,在外侧,形成了与轴线不对称的主透镜。因此,在主透镜区域的加速电极侧形成的偏转透镜区中,每个外电子束通过一个相对于透镜的中轴线来说位于中央电子束附近的部分,并且受到主透镜加到中央电子束的会聚力的影响,从而使三个电子束在阴罩板4上形成图象,与此同时,这三个电子束会聚以便相互叠加,将光束聚焦的过程叫做静态会聚(此后简称为STC),进而,在阴罩板中对各个电子束进行彩色选择,只有激发荧光物质(它的色彩相应于各个要发射的光束)的那些部分通过阴罩板的孔并到达荧光屏,为了用电子束对荧光屏进行扫描而设置了一个外部磁偏转线圈14。
当具有位于水平面上的三个电子束通路的成行电子枪与形成特殊的不均匀磁场分布的所谓自会聚偏转线圈相结合时,可知,若在屏中心建立STC,则可在屏幕的全部其他区域得到会聚,然而,在一种典型的自会聚偏转线圈中,由于磁场不均匀,偏转散焦较大,导致荧光屏的周围部分分辨力降低,图3概要地示出了偏转散焦导致的电子枪辉点畸变,在荧光屏的周边部分,由阴影部分表示的电子束的高亮度部分(核心)沿水平方面扩展,而低亮度部分(晕)沿垂直方向扩展。
一种用于解决这一问题的装置见JP-A-61-99249。图4A~4C示出了一个根据该先有技术的电子枪的结构,沿阴极到荧光屏方向将聚焦电极一分为二而得到第一部件114和第二部件115。在与第二部件115相对设置的第一部件114的一个端面上,形成了如图4B所示的沿纵向伸展的孔口。在与第一部件相对设置的第二部件115的一个端面上,形成了如图4C所示沿水平方向伸展的槽状孔,且该槽状孔被加上动态同步改变加到偏转线圈的偏转电流的电压(即叠加在聚焦电压Vf上的动态电压)。当偏转量大时,在第一部件114和第二部件115之间的电压差变大,因此,由孔口形成的四极透镜的折射率变强,且在电子束辉点中导致大的散光。若第二部件115的电位差高于第一部件和第三部件,则在电子束中产生的象散使得核心在垂直方向上延伸,而晕在水平方向延伸,因此,可能消除图3所示由电子束偏转引起的象散,并提高荧光屏周边部分的分辨力,换言之,当电子束不偏转时不会使分辨力变差,因为不会在荧光屏中央部分产生象散这一情况可以由消除第一和第二部件间的电压差的方法完成,从而防止形成不对称透镜。
在彩色显象管中,从主透镜到荧光屏周边部分的距离大于主透镜到荧光屏中央部分的距离,因此,在中央部分及周边部分聚焦的电子束的情况不同,若电子束在中央部分聚焦,则其不会聚焦在周边部分,从而导致分辨力劣化的问题,但是,在图4所示的常规例子中,当电子束偏转到荧光屏的周边部分时,第二部件115的电压降增加,因此,第二部件115的电压和加速电极12的加速电压之间的压差减小,且主透镜的折射率减弱,因此,电子束的聚焦点向荧光屏方向延展,且电子束可以在荧光屏-甚至在屏的周边-聚焦。根据这一点,可以防止周边部分的分辨力劣化,即可能同时实现动态象散校正及动态聚焦。
图5A~5C展示了JP-A-61-250933示出的另一例子,以图4A~4C所示实例的同样方法,聚焦电极被分为两个部件116和117,如图5B和5C所示,呈板状的垂直和水平校正电极相对设置,以便相互结合从而形成四极透镜。叠加在聚焦电压Vf上的动态电压Vd加到第二部件117以同时实现动态象散校正及动态聚焦。
此外,JP-A-62-58549公开了一种装置,用于解决上述常规实例存在的问题,即施加的动态电压降低了主透镜的折射率及会聚力(该会聚力加到由于透镜不对称部分引起的外电子束上),从而导致了不成功的会聚。
图6A~6C示出了根据该常规实例的电子枪的结构,在聚焦电极(图6B和6C所示)的第一部件130和第二部件140的相对面上,纵向延伸孔与横向延伸孔一起,以图4所示常规实例相同的方法形成一个四极透镜,现在假设G1电极110和G2电极120的外电子束通路孔、聚焦电极的第一部件130的G2电极侧形成的外电子束通路孔、第一部件130和第二部件140相对面上形成的外电子束通路孔以及第二部件140和加速电极150相
对面上形成的外电子束通路孔分别与电子枪的中轴线的距离是S1,S2,S3和S4,这些距离值相互间的关系为:
S1<S2<S3<S4
在这一实例中,主透镜是对称的。将会聚力加到外电子束上的不对称透镜是在G2电极和第一部件相对面上形成的,结果,即使由于动态电压变化而使主透镜的折射率变低,也不会影响会聚。
上述现有技术有一个问题,即在电子枪组件制备和电子枪制备过程中要求相当高的精度,也就是说,在图4A~4C和图5A~5C的常规实例中,当纵向孔口与横向孔口结合或板状纵向校正电极与横向校正电极结合时,对于要求位置的很小相互偏移都会导致将对象散校正时的电子束产生影响的不均匀力,结果是在荧光屏上畸变的辉点。
进而,在图6A~6C的实例中,由于电子束通路孔的间隔S1,S2、S3和S4相互不同,所以电子枪的制备更加困难,此外,图6A~6C的实例有一个问题,即由于外电子束斜着进入透镜而产生彗形象差。
图1A和1B是根据本发明的电子枪的实施例的纵向剖面图和其主要部件的剖面图;
图2是具有常规电子枪的彩色显象管的纵向剖面图;
图3概要地示出了在具有常规电子枪的彩色显象管荧光屏各部分出现的电子束辉点形状;
图4A,5A和6A是常规电子枪的纵向剖面图;
图4B、4C、5B、5C、6B和6C分别是图4A、5A和6A所示电子枪的主要部分的俯视图;
图7是示明根据本发明的实施例的电子枪特性分析结果的图表;
图8是根据本发明的电子枪的另一实施例的主要部分的俯视图;
图9A和9B分别是根据本发明的电子枪的另一实施例主要部分的俯视图和侧视图;
图10A~10C示出了根据本发明的电子枪的又一个实施例的垂直剖面图和其主要部分的前视图;
图11和13是示明根据本发明的电子枪的实施例特性的分析结果图表;
图12概要地示出了图1所示实施例的垂直剖面图以及电子枪内等电位线的分布情况。
图14和15是根据本发明另一实施例主要部分的正视图;
图16A~16C是用于解释根据本发明的彩色显象管的电子枪的一个实施例的框图;
图17A和17B是用于解释图16所示电子枪的第一聚焦电极和第二聚焦电极引起的四极透镜的电场工作的原理图。
图1A和1B示出了本发明的一个实施例,聚焦电极被分为第一部件111和第二部件112,一个横向延伸的孔在第一部件上形成,在与第一部件相
对的第二部件112的端面上形成了三个圆的电子束通路孔,在通路孔上、下连有沿第一部件方向延伸的板状校正电极(水平板)113。
恒定聚焦电压Vf被加到第一部件111上,叠加在Vf上的动态电压Vd加到第二部件112上。当电子束偏转时,Vd随偏转量增加而加大,由于Vd加大,在第一和第二部件111,112相对面上形成的四极透镜的折射率也增加,从而可以校正电子束偏转导致的象散,同时,由于加速电极12的加速电压E6与加到第二部件112的电压之间的压差减小,主透镜的折射率降低,由于主透镜和电子束聚焦点的间距变大,从而可将电子束甚至聚焦在荧光屏的周边部分。
也即,可以同时进行动态象散校正和动态聚焦。
在图1的电极结构中,第一部件111并不在位于其四极透镜部分(即其与第二部件112相对的部分)附近的电子束通路旁边,既使第一部件的位置有点偏离相对第二部件来说是理想的位置,也不会对四极透镜的特性有很大的影响,因此,在组装电极时无需很高精度。
图7示明了图1实施例的象散校正和动态聚焦的特性分析结果,分析条件如下:
加速电压Eb: 25KV
聚焦电压Vf: 6KV
主透镜和荧光屏中央部分的间距:340mm
沿第一部件111方向水平板113的延伸量
1:2.0mm,
3.0mm
图7中的实线指出了象散校正特性并由象散电压△Vf值来表征。从可以去除垂直方向引起的晕的聚焦电压值中减去可以消除显象管荧光屏中心处在水平方向导致的电子束辉点晕的聚焦电压值,即可得到△Vf的值,若动态电压Vd为零,则不会形成四极透镜,也不会在荧光屏中心处产生象散,因此△Vf也为零,当Vd增加时,四极透镜的折射率增加且象散加重,若△Vf为一正值,则会出现沿纵向延伸的电子束核心的象散,因此图3所示由于偏转引起的象散便和象散相互抵消,若动态电压为1kv,则当l为3.0mm时可以校正△Vf值约为-3kV的象散,当l为2.0mm时可校正△Vf值为-1.9kv时产生的象散。
动态聚焦特性由图7中的破折线表示,它表征了动态聚焦电压Vdf之值,很清楚,由于Vdf基本与动态电压Vd成比例增加,所以可以同时与象散校正进行动态聚焦。
图8和图9A,9B示出了本发明的另一实施例,图1A和1B所示的实施例中存在下述问题:由于四极透镜对外电子束的中央电子束侧部分和位于电极侧和壁侧的相对部分产生不同影响,所以可能在荧光屏上的电子束辉点中出现畸变,这是由这样一个事实造成的:即位于电极侧和侧壁的外电子束部分受到第一部件111的侧壁影响很大而中央电子束侧部分几乎不受影响。
上述问题是通过改变水平板113的形状以屏蔽第一部件111侧壁的影响而加以克服的,在图8所示实施例中,将水平板两个端部113′弯曲以减轻第一部件111侧壁部分的影响,在图9的实施例中,位于水平板113″电子束通路孔上、下的部分被连在一起形成一个整体组件,且连接部分弯曲成图9A所示的凹形,以与图8实施例相同的方式来减少第一部件侧壁的影响。
由于本发明,可在彩色显象管中同时实现对电子束偏转引起的象散进行校正和动态聚焦,可以大大改善荧光屏周边部分的分辨力,与此同时,在组装电子枪时无需先有技术的电子枪校正象散的高精度,从而可以避免高生产成本。
图10A~10C示明了本发明的另一实施例,聚焦电极分为第一部件111和第二部件112,在第一部件上形成一个横向延伸孔,具有三个圆电子束通路孔的电极板114位于第一部件111之内,三个圆电子束通路孔形成在与第一部件相对的第二部件的一个端面上,在通路孔上、下,连有沿第一部件方向延伸的板状校正电极(水平板)113,上述电极板114和第二部件112上的电子束通路孔与各自的电子束相应并且同心,其直径也一样。
恒定聚焦电压Vf加到第一部件111上,叠加在Vf上的动态电压Vd加到第二部件上,当电子束偏转时,Vd随偏转量增加而增加,随着Vd的增加,在第一部件111和第二部件112上形成的四极透镜的折射率也增加,而且可以校正电子束偏转产生的象散,同时,由于加速电极112的加速电压Eb和加到第二部件的电压之间的压差减小,
主透镜的折射率降低,因为主透镜和电子束聚焦点的间距加大,所以电子束甚至可以在荧光屏周边部分聚焦。
也即可以同时进行动态象散校正和动态聚焦。
在图10A~10C所示的电极结构中,在电极板114中形成的圆形光束通路孔和位于第一部件111相对面的第二部件112的圆形光束通路孔相互同心且直径相等,在组装电子枪时,由各个孔插入常规的圆柱形装配卡具,即可获得很高的装配精度。
图11示出了图10所示实施例的象散校正特性的分析结果,已经分析过的电子枪的主要尺寸如下:
聚焦电极的总长:26.33mm
聚焦电极的第一部件111
和第二部件112的间距:0.5mm
电极板114和位于第一部件111-
侧处的第二部件112电极端面
上的圆形电子束通路孔直径及水平
板113的上、下电极的间距:4mm
进而,假设水平板113的长度,水平板和电极板114的间距以及第二部件112的长度分别为1.g.1G3-2。
根据以下步骤分析象散特性,聚焦电压限定为恒压(本分析中为7.4KV)且动态电压Vd叠加到第二部件112上,对于每一Vd,Eb都不同得到的电压值Ebv和Ebh分别将荧光屏中央部分的电子束直径在垂直和水平方向减至最小,并且计算垂直和水平方向之间的Eb的电压差:△Eb=Ebv-Ebh,若Vd为正值且四极透镜的折射率增加,Ebv就将大于Ebh,所以△Eb为正,这意味着当电子束在垂直方向聚焦时,在聚焦电极的第二部件112和加速电极113之间形成的主透镜的折射率必须大于电子束在水平方向聚焦时的折射率,这还意味着由于Eb恒定,电子束辉点的核心将沿垂直方向延伸而晕将沿水平方向延伸,由静态四极透镜产生的象散具有消除图3所示的电子束偏转引起的象散的作用,若△Eb对于同-Vd来说较大,则随后四极透镜引起的象散校正的灵敏度也提高。图11示明了作为g的函数的△Eb值(此时动态电压Vd为1KV而1和1G3-2的值不同),从图11可知,象散校正灵敏度几乎与水平板113的长度l无关,与之大为相关的是水平板113的电极板114的间距g,电极板114可以提高象散校正灵敏度,g值越小,灵敏度越高,进而,四极透镜的位置与象散校正灵敏度之间的关系可从图11得知,第二部件112的总长lG3-2越短,即四极透镜的位置和(第二部件112及加速电极113之间形成的)主透镜的位置的间距越短,象散校正灵敏度越高。
在图10A~10C所示实施例中,亦可解决光束会聚的问题,当动态电压Vd增加时,加速电压Ed和第二部件112的电压之间的压差在主透镜部分减小,因此电场变弱,所以,使外电子束偏离中央电子束以会聚电子束的电场的不对称分量也同时减弱,并且外电子束的偏转量下降,但是,在图10A~10C所示的实施例中,随着动态电压Vd增加,四极部分处的外电子束偏转量也增加,从而可能在即使Vd变化时,仍对上述下降进行补偿并实现会聚。
现在,将参考图12叙述如何在四极透镜部分偏转电子束,图12概要地示出了图10A~10C的实施例沿AA线看到的等电位线的分布情况,等电位线701进入两水平板113之内,由于第一部件的电位低于水平板113的电位,所以在图12中箭头所指方向产生电场,由于外电子束受到与电场力相反方向的力的作用,外电子束将偏移中央电子束,当动态电压Vd增加时,该电场将更强且外电子束的偏转量将增加。
图13示出了在不同l和lG3-2值情况下,作为g的函数的会聚变化量的分析结果,其中,坐标轴的△X表示动态电压每增加1Kv时得到的荧光屏中央部分的两个外电子束之间水平方向的距离,若△X=0,则会聚不会由Vd改变,若△X为正,则Vd增加时电子束偏转相当大,并且在它们到达荧光屏之前这三个电子束会聚,当△X为负,与之相反,随Vd增加电子束偏转不够,当它们到达荧光屏时不会会聚。
通过恒当地选择l,g和lG3-2,能使△X=0并解决电子束会聚的问题,尤其当l变化时,可以独立地调节会聚而不会对象散校正灵敏度有影响,电极设计也是很灵活的。
在图10~10C所示实施例中,在电极板114中形成的电子束通路孔是圆的,图14所示的方形
孔或任何其他形状(只要求其水平和垂直方向的尺寸一致)的效果与图10A~10C所示实施例的效果是类似的,因为可以用圆柱形电极装配卡具对电极进行高精度组装。
图15示出了一定实施例,其中,在电极板114中形成的电子束通路孔是矩形的,在这种情况下,在使用圆柱形装配卡具时便不能精确确定垂直方向上电极板114的位置,但若垂直方向电子束通路孔的直径大于上、下板状校正电极113的间距,而由水平板113屏蔽垂直方向位置移动的影响,则可解决这一问题,在图15所示的电子束通路孔的形状中,可以改善散光校正灵敏度。
若水平方向的电子束通路孔直径也大于垂直方向通路孔的直径,则可解决光束会聚的问题,但是,由于降低了象散校正灵敏度和电极组装精度,因此不希望有这种孔。
图16A~16C示出了本发明的又一实施例,其中,板状校正电极(垂直板)118与具有位于第一部件111上的电子束通路孔的电极板114相连,并沿第二部件方向延伸,它还与水平板113垂直并与水平板113相对,其间距离为g,这样一种设置解决了会聚问题并提高了散光校正灵敏度,在这种情况下,可以由形成四极透镜的水平板113的长度l调节会聚,并由间距g和第二部件112的长度lG3-2调节散光校正灵敏度,这与图10A-10C所示实施例所用方法一样。
图17A和17B是解释图16A~16C所示电子枪的第一和第二部件导致的四极透镜电场的图,图17A是第一部件的部分正视图,图17B是第二部件的部分剖视图。
在图17A和17B中,Fh、Fu和Fv表示电场加到电子束上的力,与图16A~16C的符号相同的符号表示同一部件。
在第一部件111和水平板113及113′中的垂直板118、118′、118″和118′′′形成的电场即所谓四极透镜电场,在图17A的第一部件111中的垂直板118和118′之间,118′和118″之间以及118″和118″′之间形成的每一区段中(只示出了118′和118″之间的区段),形成了一个聚焦电场,它在垂直方向弱组在水平方向强,电子束由Fh-Fu(当Fh>Fu时)的力主要在水平方向上聚焦,在加到第二部件112上的水平板113和113′之间(如同17B所示),形成了一个发散透镜,它在水平方向作用很小而在垂直方向较强,电子束主要由Fv力沿垂直方向发散。
因此,在第一和第二部件111及112之间,电子束有一个在垂直方向纵向延伸的区段,借助于消除通过偏转磁场的电子束的变形作用以便获得一个沿水平方向纵向延伸的区段形状,可防止电子束横向延伸而变成扁平状。
进而,当电子束偏转量增加时,则从主透镜到荧光屏的距离变大,因此,在荧光屏上有一增量偏转电子束过聚焦度也被缓和,从而可能不仅在荧光屏中央,亦可在其周边部分以最佳聚焦对电子束进行会聚,因此而得到几乎最好的圆形光束辉点。
在前述实施例中,第二部件112中的水平板113(113′)进入第一部件111内部,但是,这不是必要条件,水平板的前端可以位于第一部件111的前端附近。
进而,与垂直板118,118′,118″和118′′′的前端比较,第一部件111的前端部分T向第二部件112突出,以产生图17B所示的力Fa,且第一部件的这一前端部分具有屏蔽作用,以防止透镜电场受到在显象管颈的内壁之类上的电荷的影响。
在上述实施例中,可以在保持电子束辉点为几乎圆形以及其直径较小时在荧光屏整个屏面上获得中央电子束和周边电子束的会聚,即不会使分辨力劣化。
进而,本发明不仅限于具有上述一级聚焦电极的电子枪,它还可用于具有多级聚焦电极的电子枪,在上述实施例中,水平板包括一对电极,且在相对第一部件的第二部件的端面中为每个电子束形成电子束通路孔,但是,水平板可被分为与每个电子束对应的不同部分,且在第二部件端面中的电子束通路孔可以是一个横向延伸孔,它可使全部电子束通过。
在上述实施例中,已经叙述了排成一排的三束电子枪,这种电子枪有三个阴极,但是,本发明当然不限于这种电子枪,它还可用于只有一个阴极(为三个电子束共用)的电子枪和各种有多个电子束(不仅三个电子束)的电子枪。
根据上述的本发明,可以得到一种用于具有高分辨力特性的彩色显象管以及在整个荧光屏上具有良好会聚特性的电子枪,此外,能够同心地设置在
构成电子枪的各个电极之间形成的外电子束通路孔,并很易调整精度,结果,可以改进生产效率和质量,因为简化了其组装并有良好的性能。