CN1020361C - 荫罩型彩色显象管 - Google Patents

Abstract

一种荫罩型彩色显像管包括一固定于此管上的屏盘，该屏盘沿其长轴和短轴各自具有曲率。当屏盘外表面的轮廓由在直角座标系统中的三维表达式来代表时，沿长、短轴的弯曲轮廓Z_x和Z_y分别以Z_x＝A₁X²+A₂X⁴和Z_y＝A₃Y²＝A₄Y⁴来近似。此外，与该屏盘外表面的短边和长边平行延伸的、限定有效图象区域边界的轮廓是这样弯曲的，以致具有满足一定条件的曲率。

Description

本发明涉及一种荫罩型彩色图象接收管或显象管。更具体地说，涉及一种具有改进结构的显象管的屏盘。

参阅附图中的图1，一个荫罩型彩色显象管由玻壳4所构成，玻壳4包括矩形屏盘1、管状颈部2以及用以将屏盘1和颈部2连接在一起的漏斗状部分3。另一方面，屏盘1由显示屏板1a和外周边即边壁部分1b所组成，借助于如参考数号5所标志的低熔点封接玻璃将该边壁部分1b与漏斗状部分3气密地接合。在屏板1a的整个内表面上形成有三色荧光屏6。

荫罩7装在屏盘1的内侧并与荧光屏6离开一段预定的距离。电子枪组件8以一字形、三角形或△阵列式（delta    array）装于颈部2内，其中由电子枪组件8产生的三个电子束9穿过荫罩7射向荧光屏6。邻近和环绕着颈部2和漏斗状部分3之间的连接处，在外面装有磁偏转系统10。偏转系统10产生的磁力线在水平和垂直两方向上作用于电子束9，使其在水平方向（即沿长轴X-X）和垂直方向（即沿短轴Y-Y）扫描荧光屏6，以致在荧光屏6上产生一个矩形光栅。

到现在为止，屏盘1表面的轮廓通常是球形或柱形的。为实现尽可能平坦的屏盘表面的尝试碰到了各种各样的问题。首先，保证外壳或管泡有足够的机械强度有困难。其次，在荫罩型彩色显象管中将发 生所谓拱曲现象（doming    Phenomenon），这样就产生颜色的局部错位或漂移并从而使色纯变坏。这是荫罩7在电子束9的轰击下产生热膨胀所造成的。特别是，当荫罩的一个给定区域被加热到比其它部分的温度高时，在此给定区域会产生一球形的凸起，从而形成在该区域上的荫罩孔的位置偏移，结果，在电子束和荧光粉点之间的相对位置相应改变，并因此可由目视观察到局部色错位（色纯漂移）。这就是称之为“拱曲”的现象。

为了更好地理解本发明，将参照附图中的图2至图5A和5B先对拱曲现象作更详细的分析;在这些图中，图2示出了图1中所示的显象管屏盘的正视图，图3是沿图2中的X-X线所取的显象管局部剖视图，图4是图3中由圆圈12圈出的那部分中的屏板和荫罩的局部放大图，而图5A和5B分别示出在两种不同状态下荧光屏局部放大剖视图。球形屏盘的内表面基本上呈球形。假设荫罩的球形曲率基本上和屏盘球形内表面的曲率一致。当屏板的表面形状或轮廓被变得近似于一平面时，荫罩的球形轮廓大致被拉直成平面，这又促成在垂直于荫罩平面方向与电子束行进方向之间的角度偏差。换言之，电子束到达荫罩处的入射角变大。在电子束的轰击下荫罩的温度升高时，荫罩受热膨胀。结果，如图4中箭头14所示，在垂直于荫罩平面的方向上荫罩移位，从实线位置7移到虚线位置7′，如图3中所示。相应地，形成在荫罩中的那些孔也基本上在垂直于荫罩的方向上移位。此时，在电子束行进方向16和荫罩移位的方向14之间，如图4所示，呈现出角度差α。从而，伴随着荫罩的热膨胀，穿过荫罩中同一孔的电子束的轨迹9改变成如虚线9′所示那种状况。这就产生用肉眼可观察到的色错位（色纯漂移）。更明确地说，在不发生拱曲现象 的情况下，如图5A中所示，电子束9能落在黑色基体条（matrixstripe）18之间的中央区域上;而在发生拱曲现象的情况下，如图5B中所示，电子束9′落在一个偏离黑色基体条之间的中央区域的位置处，引起色错位。

由拱曲现象造成的在电子束和荧光粉点之间相对位置变化的大小，即拱曲的幅度D，可以按照下面的表达式（1）来计算：

$\mathrm{D\; =\; d\; ·\; tana\; \times }\frac{{\mathrm{(P}}_r{\mathrm{+\; q}}_r)}{P_r}\mathrm{\dots \; (1)}$

式中，d代表由于荫罩的热膨胀在垂直于荫罩方向荫罩孔位置的改变量，α代表电子束对荫罩的入射角，P_r代表沿着电子束轨迹方向度量的在偏转平面中心和荫罩之间的距离，而q_r代表沿着电子束轨迹方向度量的在荫罩和荧光屏之间的距离，上述各参量示于图3和图4中。

在荫罩的弯曲表面具有简单的球形轮廓的场合下，前述入射角α可以按照（2）式来计算：

${\mathrm{a\; =\; cos}}^{\mathrm{-1}}\frac{P_r{}^2{\mathrm{-\; P}}^2{}_0{\mathrm{+\; 2P}}_O{}^R}{{\mathrm{2P}}_r\mathrm{·\; R}}\mathrm{\dots \; (2)}$

式中R代表荫罩球形表面的曲率半径，而p₀代表在管轴上偏转中心和荫罩中心之间的距离。

以迄今熟知的21V″（对角线长21英寸）（90°）的彩色显象管作为一个实例，曲率半径R约为840毫米，而P₀和P₁分别约为281.5毫米和306.7毫米（在荫罩上离开其中心150毫米的一点处测得的值）。由此，角度α约为18.8°。

当企图在上述彩色显象管中把球形弯曲的荫罩轮廓拉平、而将曲 率半径R增大到约1680毫米时，则p₀＝281.5mm，p_r＝313.1mm。由此，α＝23.5°。

因此，当如上所述屏盘被拉平（曲率半径加倍）时，拱曲的幅度约增加到1.3倍。这是在假定荫罩孔位置变化是一常数下根据前述表达式（1）计算出的。然而，基于所谓有限元方法的计算机辅助分析的结果表明，当曲率半径R加倍时，拱曲的幅度至少增加到2倍。已发现，从计算机辅助分析所得的值大致符合由本发明者对为此目的而制造的样管测量所得的数据。

从前述情况将意识到，由于拱曲现象，使屏盘表面的轮廓变平的企图是受到限制的。换句话说，减小荫罩的曲率半径虽对补救拱曲现象有效，但与屏盘的变平有矛盾。

在迄今所知的，企图使屏板变平和减小拱曲现象相兼容的显象管中，可以提到有一种显象管，这种显象管披露在文献GB2136200A、GB2136198A和GB2147142A中。在这种已知的阴极射线管中，屏盘表面的轮廓沿着短轴被制成由二次表达式所代表的形式，而屏盘中心部分的曲率沿短轴选择得大于沿长轴的曲率。

附图中的图6、7和8示出了上述已知屏盘的一些剖面，这些剖面图是分别沿着图2中的长轴X-X、短轴Y-Y和对角线W-W而取的。在这些图中，P代表屏盘周壁部分的高度。根据在上面所引用的文献中所披露的指导，设置了一个区域，在该区域处代表沿对角线的曲率的二次表达式呈现负号。明确地说，设置了一些反向弯曲点22（见图8），其目的在于使屏板角上的表面区域变平。

然而，上述屏盘遇到下面所述问题。首先，环境照明在屏盘表面上的反射呈现出问题，不过它取决于屏板弯曲表面轮廓的设计。更明 确地说，因为屏盘角上区域存在反向弯曲点，在其上反射的环境光图象在这些有反向弯曲点的区域内遭到畸变。例如，方格图形的环境光图象在屏盘上经反射后将畸变成如图9所示那样的情况，使观众感到不适。当由二次方程代表的沿对角线方向呈现负号（即有反向弯曲点区22）区域的面积增加时，荫罩的机械强度降低，并对热变形更为敏感。考虑到在拱曲现象和限定屏板有效图象面积的边界部分轮廓之间存在着相互关系，校正拱曲现象就会遇到困难。换言之，当限定边界部分的有效图象区（在图8中具有点22的区域）被拉平，以致屏板看上去是平的时，拱曲现象更可能发生。

因此，本发明的一个目的是提供一种荫罩型彩色显象管，该彩色显象管设置有一个看上去是平的，且能将由拱曲现象引起的色错位（色纯漂移）减至最小的屏盘，从而克服上述先有技术中彩色显象管的缺点。

鉴于此目的，根据本发明的一个方面提供了一种荫罩型彩色显象管，该彩色显象管包括一个装于管上的屏盘，该屏盘沿着它的长轴和短轴具有曲率。当屏盘外表面轮廓由直角座标系统（由相应于上述长轴的X轴、相应于上述短轴的Y轴和相应于显象管Z-Z轴的Z轴来定义）中的三维表达式来代表时，屏盘沿长轴和短轴弯曲的轮廓Z_x和Z_y分别以Z_x＝A₁X²+A₂X⁴和Zy＝A₃Y²+A₄Y⁴来逼近，此处X和Y分别代表沿X轴和Y轴离屏盘中心的距离，其中，常数A₁、A₂、A₃和A₄是这样选择的，使在限定屏板上有效图象区边界上的X₁和Y₂点处满足0.3≤p_x（X＝X₁）≤0.6和0.95≤p_y（Y＝Y₂）≤1.0，此处，p_x＝A₁X²/（A₁X²+A₂X⁴），而p_y＝A₃Y²/（A₃Y²+A₄Y⁴）。 此外，与该屏盘外表面的短边和长边平行延伸的、限定有效图象区域边界的轮廓是这样弯曲的，以便具有这样的曲率，在该边界处的曲率半径R（mm）是这样选择的，使得能满足条件1.5（42.5V+45.0）≤R≤2.0（42.5v+45.0），此处，v代表该有效图象区域的对角线长度。

借助于在上面规定的范围内分别选择Px、Py和R的值，可将拱曲现象抑制到最小，同时，屏盘的机械强度和表面反射能得到改善，屏盘的平直度得到增进。

图1是表明一种荫罩型三色型彩色显象管的剖视图;

图2是图1中所示显象管屏盘的正视图;

图3是表明沿图2中的X-X线所取的剖视图;

图4是表明图3中以圆圈12圈出部分的放大图;

图5A和5B分别示出在不同状态下荧光屏表面一部分的放大剖视图;

图6、7和8分别示出了对迄今已知屏盘沿相应于图2中的Z-Z、Y-Y和W-W线所取的剖面图;

图9以实例方式示出在迄今已知屏盘上环境光图象反射的情况;

图10以图示说明对屏盘中拱曲现象分析的结果;

图11以图示说明涉及屏板表面轮廓的曲率半径和拱曲幅度之间关系的分析结果;

图12以图示说明为确定p_x量和拱曲幅度之间关系所作分析的结果;

图13示出了对各种彩色显象管的拱曲现象所作分析的结果;

图14A和14B示出了以三维示意图画出的1/4缩尺的屏盘 模型;

图15列出对屏盘拱曲情况的测量结果;

图16列出对多种屏盘拱曲情况所作分析的结果。

下面将参照附图详细地描述一个根据本发明的彩色显象管的示范性的实施方案。

图10以图示形式示出了本发明者对具有非球形表面轮廓的屏板中有关拱曲现象所作分析的结果。如从图中看到的那样，只要通过使屏盘实现这样的弯曲表面，即屏盘沿短轴的曲率由一个二次表达式（即曲率包括二次幂分量）给出，同时，沿长轴的曲率由一个四次表达式（包括四次幂分量）来给出，就可减轻拱曲现象。

此外，本发明者曾根据有限元法对具有各种非球形表面轮廓的屏盘中的拱曲现象作了分析，进而还研究了屏盘的机械强度以及在屏盘表面上环境光图象反射的容限范围和屏盘表面的平直度。如下所述，分析和研究的结果表明彩色显象管的屏盘在某一范围内具有最佳的表面曲率。

考虑到旋转对称情况，屏盘的弯曲表面轮廓可以由包括二次（二次幂）和四次（四次幂）分量两者的组合的表达式近似地来代表，该表达式为：

Z＝A₁X²+A₂X⁴+A₃Y²+A₅X²Y²+A₆X⁴Y²

+A₄Y⁴+A₇X²Y⁴+A₈X⁴Y⁴……（3）

式中，X和Y分别代表图2中所示沿X轴和Y轴离屏盘中心的距离。

由此，沿长轴弯曲表面的轮廓Z_x可用下列表达式来近似：

Z_x＝A₁X²+A₂X⁴

另一方面，沿短轴弯曲表面的轮廓可由下式来近似：

Z_y＝A₃Y²+A₄Y⁴

定义

p_x＝A₁X²/（A₁X²+A₂X⁴）

p_y＝A₃Y²/（A₃Y²+A₄Y⁴）

取用几种典型的p_x、p_y和曲率半径R（mm）的值，用实验方法可对拱曲现象作实验分析，从而获得下述结果。

图11用图示说明了得自对拱曲幅度（折合成相对色纯漂移来给出）和在限定出屏盘有效图象区域的边界部分（周边部分）处曲率半径之间关系所作分析的结果。图12示出了对上面定义的p_x量和拱曲幅度之间的关系所作分析的结果。在这两图中，拱曲的相对值是在屏盘上的点19（见图2）附近测得的;点19位于中心点17（图2）和点13之间的长轴上，点13位于靠近有效图象区域的周边或边界处，点19位于离中心点17约2/3距离处，如图2中所示。从图11和12中可看出，在位于屏盘长轴上的点19（图2）附近的区域内，拱曲幅度基本上正比于曲率半径并反比于p_x量，点19离屏板中心17的距离约为点13距中心距离的2/3。在图11中，R₀代表由式（42.5V+45）给出的一个基准曲率半径，式中v（英寸）代表屏板有效图象区域的对角线长度。

通常，只要在屏板有效图象区边界部分处的曲率半径处于R＜1.5R。范围内，拱曲实际上不呈现出严重问题。然而，在这种场合下，屏盘的平直度不能达到任何令人满意的程度。另一方面，当R＞2.0R₀时，虽然屏盘的平直度得到了足够的改进，但拱曲现象显著，屏盘的机械强度和表面反射特性也更成问题。

因此，曲率半径R最好应选择成落在由式1.5R₀≤R≤ 2.0R₀（式中R₀＝4.5v+45）所给出的范围内。从而，在有效图象区域的边界（周边）部分上，应该运用上面规定范围内的曲率半径值，来给观众最有效地加深屏盘平直度的印象。

另一方面，当在限定有效图象区的边界部分处，上面所定义的p_y量处于由式p_y＜0.95给出的范围内时，会引起拱曲现象不再得到足够缓和的问题。实验确认，p_y最好应如此选择，即0.95≤p_y≤1.0。

因此，p_x所能取值的范围是根据使R、R_y值分别处于上述虑及屏盘的平直度、拱曲和表面反射时的范围而定的。

图13示出了对屏盘各个区域内拱曲现象分析的结果，此分析是通过基于有限元法的模拟完成的。

在此分析中，假定模型是一个27v″（对角线长度27英寸）的方形（Square）屏面管，其中，R＝2R₀，且P_y＝0.99，此处的p_x、p_y和R值是在有效图象区限定边界附近的一些点处确定的。在此基于模拟的分析过程中，还制备了一个按上述管子的1/4尺寸的模型屏板，并且由阴影线示出的区域被加热升温15℃，在由图13中的黑点（·）标出的那些点处，即拱曲现象最为明显处，确定出了拱曲的幅度（微米）。从图13中将看到与p_x＝0.3的场合相比，当p_x＝0.2时，在屏盘角上的区域拱曲现象最为显著。这可用下列事实说明，即当p_x＝0.2时，角上部分（即图14A中所示的黑色区）沿对角线曲率的二阶导数呈现负号的区域具有大的面积。从而，在此区域内屏板上反射的图象将会严重畸变，使观众感到不适。

另一方面，当p_x＝0.3时，沿对角线曲率的二阶导数呈现负 号的角上区域的面积减小了。因此，拱曲现象就变得不太重要了，而且表面反射也减小到不十分刺目的水平。

此外，图13示出了当R＝2R₀的管子的Px为0.3时，这个管子与R＝1R₀的管子有着基本上相同的拱曲幅度。

图15示出了在制成p_x＝0.3的样品显象管的屏盘中，对拱曲现象测量的结果。该结果表明在屏盘角上区域的拱曲或多或少等值于R＝1R₀管子的拱曲。此外，在屏盘上一些个别不同位置处拱曲的最大值小于那些R＝1R₀管子的拱曲值，这是有益的。从上面情况可以有把握地说，p_x的最小临界值最好应为0.3。

附带说明，在R＝2.0R₀、p_y＝0.99和p_x＝0.3的27v″方形屏管子中，表达式（3）的A₁至A₈的值如下：

A₁＝1.232599×10^-4

A₂＝3.933428×10^-9

A₃＝5.319754×10^-4

A₅＝2.843446×10^-9

A₆＝-9.845085×10^-14

A₄＝1.306533×10^-10

A₇＝-4.413865×10^-15

A₈＝3.264017×10^-19

当R的值小于2R₀时，在角上部分的拱曲和表面反射变得不显著。此外，注意到在这种场合下屏盘整个表面的拱曲减轻。通过对R＝1.5R₀场合下各个别p_x值解析地确定出靠近屏盘中心的X轴上一点处拱曲的值，就能决定p_x的最大临界值。

图16示出了在屏盘中心附近X轴上拱曲的幅度，此结果是根据 图11和12中所示数据估算出来的。更明确地说，在图16中假定在R＝1R₀、p_x＝1.0和p_y＝0.99场合下的拱曲为100%，角上的拱曲是折合成相对值来给出的。在图16中示出的R、p_x和p_y的值是在位于有效图象区域限定边界附近的一些点处确定的。

当以上面定义的相对值来表达的允许拱曲值为130时，p_x的允许最大值为0.6，此时，R＝1.5R₀。

从上述分析的结果，已确认的屏盘最优表面轮廓的范围可以规定如下：

（Ⅰ）沿长轴弯曲表面的轮廓

对于有效图象区域的限定边界上的X＝X₁的一点（即图2和3中靠近点13的那点），当出现在表达式（3）中的常数A₁和A₂满足条件：0.3≤p_x≤0.6时，就能实现最优轮廓，此处的p_x＝A₁X²/（A₁X²+A₂X⁴）。

（Ⅱ）沿短轴的弯曲表面轮廓

对于位于有效图象区域限定边界上Y＝Y₀的一点（即图2中点15附近的那点），当出现在表达式（3）中的常数A₃和A₄满足条件0.95≤p_y≤1.0时，就能实现最优轮廓，此处的

p_y＝A₃Y²/（A₃Y²+A₄Y⁴）。

（Ⅲ）屏盘的平直度

关于屏盘的平直度，发现：当在限定有效图象区域的短和长的界边上表面轮廓被做成具有基本上相同的曲率，以及当有效图象区域限定边界上的曲率半径处于式

1.5（42.5v+45）≤R≤2（42.5v+45）

所定义的范围内时，可以获得最佳结果，此处的v（英寸）代表有效图象区域对角线的长度。

在上面的（Ⅰ）和（Ⅱ）节中所描述的常数A₁、A₂、A₃和A₄的范围与考虑到屏盘机械强度和表面反射的允许范围后所确定的范围相一致。

当p_x＜0.3时，可以减轻拱曲现象。然而，屏盘的机械强度和表面反射会在实际应用中出现问题。此外，在屏盘角上区域会发生涉及其它问题的、特有的拱曲现象。另一方面，当p_x＞0.6时，拱曲不能得到有效的补救。此外，在实际应用中，要保证（Ⅲ）节中提到的平直度将发生困难。

另一方面，当考虑屏盘的平直度时，非球形屏盘中的拱曲现象，在R＜1.5（42.5v+45）的情况下，实际上不出现材料方面的问题。当R＞2（42.5v+45）时，甚至在设计中满足条件（Ⅰ）和（Ⅲ）时非球性也是十分显著，出现有关屏盘机械强度和表面反射问题。

从前面的描述可以意识到，本发明对减轻拱曲现象以及改进屏盘的机械强度、表面反射和屏盘的平直度产生极为有利的作用。

附带地说，荫罩可制造得与屏盘基本上有同一构形。

在根据本发明的荫罩型彩色显象管中，屏盘沿其长轴的曲率不同于沿其短轴的曲率，其中，沿着平行于所述长轴延伸的、限定有效图象区边界的曲率，小于沿着平行于短轴的、限定有效图象区边界的曲率，而在每一平行于短轴的平面内的屏盘边缘处的曲率大于靠近屏盘长轴处的曲率。

Claims (5)

1、一种荫罩型彩色显象管，它包括一个固定于所述管子上的屏盘，所述屏盘沿长轴和短轴都具有曲率，其特征在于：

当所述屏盘外表面的轮廓由空间(所述空间由相应于所述长轴的x轴、相应于所述短轴的Y轴和相应于所述显象管轴的Z轴来定义)的三维表达式来代表，所述屏盘沿所述长轴的轮廓Zx和所述屏盘沿所述短轴的轮廓Zy分别以Z_x=A₁X²+A₂X⁴和Z_y=A₃Y²+A₄Y⁴来逼近，式中，x和y分别代表沿所述x轴和所述y轴离所述屏盘中心的距离，Zx和Zy分别代表所述屏盘的外表轮廓沿所述x轴和y轴从所述盘中心到Z轴方向的距离，而常数A₁、A₂是如此选择的，使得在限定屏板上有效图象区边界上的(X₁；O)点处满足0.3≤Px(X=X₁)≤0.6并且常数A₃和A₄是如此选择的，使得在限定屏板上有效图象区边界上的(O；Y₂)点处满足0.95≤Py(Y=Y₂)≤1.0；此处，Px=A₁X²/(A₁X²+A₂X⁴)，Py=A₃Y²/(A₃Y²+A₄Y⁴)；以及

与所述屏盘外表面的短边和长边平行延伸的、限定所述有效图象区域边界的轮廓是这样弯曲的，以便具有这样的曲率，该曲率在所述边界处的所述曲率半径R(毫米)的选择能满足条件1.5(42.5v+45.0)≤R≤2.0(42.5v+45.0)，此处，v代表该有效图象区域对角线的长度。

2、一种根据权利要求1的彩色显象管，它包括一个装于所述显象管内的荫罩，所述荫罩有一与所述屏盘大致相同的构形。

3、一种根据权利要求1的彩色显象管，其中所述屏盘沿它的长轴和短轴的曲率彼此不同。

4、一种根据权利要求1的彩色显象管，其中，沿与所述长轴平行延伸的、有效图象区域的限定边界的曲率小于沿与所述短轴平行延伸的、有效图象区域限定边界的曲率。

5、一种根据权利要求1的彩色显象管，其中，在每一平行于短轴平面内的、所述屏盘边处的曲率大于靠近屏盘长轴处的曲率。

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