CN1023042C - 具有减小会聚漂移电子枪的彩色显象管 - Google Patents

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Abstract

一种彩色显象管(10)包括荧光屏(22)和一个用于产生和导引三个一字排列式电子束(28)沿各自路径趋向荧光屏的一字排列式电子枪(26)。该电子枪包括多个阴极(34)和至少6个与该阴极纵向分开的电极(36，38，40，42，44，46)。离开阴极的第一(36)，第二(38)和第四(42)电极用具有比其它电极材料的热膨胀系数更低的热膨胀系数的材料制成。

Description

本发明涉及具有多电子束电子枪的彩色显象管，更准确地说，涉及对这种枪的改进，以便减小显象管升温期间电子束的会聚漂移。
目前在彩色显象管中使用的最普通的多电子束电子枪是一字排列式电子枪，一字排列式电子枪是设计用来在一个公共平面上产生或最好是激发三束电子束，并将这些电子束沿该平面内会聚路径导引至显象管荧光屏上某一会聚点或某一小会聚区。
大多数一字排列式电子枪通过使外部电子束的聚焦场轻度失真来获得未偏转电子束的静态会聚，以使外部电子束偏转至中央电子束来实现荧光屏上电子束的会聚。使聚焦场失真的一种措施是将聚焦电极上一个孔径偏离其对面聚焦电极上的有关孔径。通过将主透镜中遍及电子枪和电子束位置的孔径偏移作特定组合，在显象管的荧光屏上形成一给定静态会聚。在具有管内静态会聚的彩色显象管中所遇到的一个问题是显象管升温期间的会聚漂移。由于遍及电子枪的所有电极的水平孔径位置的相对变化，使得主透镜中电子束位置发生变化，从而导致会聚漂移。有关孔径移动归因于由阴极至主透镜的温度梯度引起的不同栅极热膨胀的不同。以前，一直是通过修整每个电极的膨胀系数以与温度梯度相符并使遍及电子枪的所有孔径的有关水平位置保持恒定而加以解决该会聚漂移问题。这种经改良的电子枪公开在1986年12月23日颁布给Reule等人的美国专利第4，631，442号中。
作为本发明的部分，首先确定了在电子枪中简单地使电极的膨胀系数与温度梯度相符并非总是使会聚漂移产生所要求的缩减。继而确定了对电子枪结构的更详细分析以获得会聚漂移更大的缩减。
按照本发明的彩色显象管包括一个荧光屏和一个用于产生和导引三个一字排列式电子束沿各自路径趋向荧光屏的改进的一字排列式电子枪。该电子枪包括多个阴极和至少6个与阴极纵向分开的电极。离开阴极的第一、第二以及第四电极与其它电极的材料的热膨胀系数相比是由具有较低热膨胀系数材料制成的。
附图中：
图1是实施本发明的荫罩板彩色显象管的部分轴向截取平面图。
图2是图1中虚线所示电子枪的侧面图。
图3是图2所示电子枪简化形式轴向截面图。
图4是表示标准的图2所示类型未经修改的电子枪的会聚漂移与时间的关系曲线图。
图5是显象管升温期间电极温度与时间的关系曲线图。
图6是图2所示电子枪的每个电极的电子束运动对时间的关系曲线图。
图7是类似于图6的曲线图，该图中在显象管升温时间周期终止时各曲线归一化为会聚。
图8是类似于图7的曲线图，表示两外电子束（红色和蓝色）之间的会聚漂移。
图9是表示所有电子枪电极的外电子束（红色和蓝色）之间的组合会聚漂移曲线图。
图10是一个标准未经修改电子枪、一个具有低膨胀G2电极的电子枪、一个具有低膨胀G4电极的电子枪和一个具有组合低膨胀G2和G4电极的电子枪的外电子束之间组合会聚漂移曲线图。
图11a，11b和11c是具有低膨胀G2电极的三个不同显象管的会聚漂移曲线图。
图12a，12b和12c是具有低膨胀G4电极的三个不同显象管的会聚 漂移曲线图。
图13a，13b和13c是具有组合低膨胀G2和G4电极的三个不同显象管的会聚漂移曲线图。
图14是用于比较具有标准未修改电子枪、带低膨胀G2电极的电子枪、带低膨胀G4电极的电子枪以及带组合低膨胀G2和G4电极电子枪的显象管的外部到外部电子束会聚漂移的合成曲线图。
图1是其玻壳包含矩形面板或面罩12以及由矩形玻锥16连接的管颈14的矩形彩色显象管10的平面图。面板包括观看面板18和与玻锥16封接的外围边缘或侧壁20。面板18的内表面装载三色荧光屏22。该荧光屏最好是线条网屏，其延伸的荧光线条基本上垂直于显象管的高频光栅行扫描（与图1的平面垂直）。多孔径彩色选择电极或荫罩板24可移动地安装在相对于荧光屏22预定的间隔。图1中示意性地以虚线表示的一种改进的一字排列式电子枪26，安装在管颈14内中央位置，以产生和导引三电子束28沿共面会聚路径穿过荫罩板24到达荧光屏22。
图1的显象管预定要与一外部磁偏转线圈（例如所示环绕在管颈14和玻锥16的接点附近的自会聚偏转线圈30）一起使用。当激发时，偏转线圈30使三电子束28在荧光屏22上的矩形光栅中承受导致电子束分别进行垂直和水平扫描的垂直和水平磁通量。偏转的初始平面（在零偏转处）在图1偏转线圈30的中间以直线P-P表示。由于条纹光场，显象管的偏转区域轴向延伸，从偏转线圈30进入电子枪26的区域。为简化起见，在偏转区域中偏转电子束路径的实际曲线未在图1中表示。
图2和图3中示出电子枪26的细节图。该电子枪包括两个玻璃支撑棒32，其上安装有各种电极。这些电极包括三个等间隔的共面阴极34（每电子束一个），一个G1栅极36，一个G2栅极38，一个G3电极40，一个G4电极42，一个G5电极44和一个G6电极46，沿着玻璃棒32以标号顺序相隔。跟随阴极的每个电极其中具有三个一字排列式孔径，以便 允许三个共面电子束通过。G1栅极36和G2栅极38是其上可包括增加强度的压纹的平行平板。三个一字排列式孔径48（示出一个）定位于G1栅极36之上，三个孔径54（示出一个）定位于G2栅极38之上。G3电极40由两个杯形部件60和62构成，每个杯形部件具有多孔底部。部件60的多孔底部面向G2栅极38，部件60的开口端与部件62的开口端连接。G4电极42是具有三个孔径61（示出一个）的平板。G5电极44由两个杯形部件68和70构成。部件68和70的每一封闭端包括三个孔径，而部件68和70的开口端相连接。G6电极46也包括具有多孔底部的两个杯形部件72和73。一个屏蔽杯75装到部件73的外底部。
如图3所示，G5电极44和G6电极46的表面封闭端分别具有凹口76和78。凹口76和78使包含三个孔径82的G5电极44密封端的一部分与包含三个孔径88的G6电极46密封端的一部分隔开。G5电极44和G6电极46的密封端的剩余部分分别形成环绕凹口76和78在外围延伸的边缘92和94。边缘92和94是两电极44和46相互最近的部分。G6电极46中凹口78的结构与G5电极44中凹口76的结构不同。凹口78在中心孔径处比在边侧孔径处更窄，而凹口76在其中的三个孔径处宽度是一样的。
如图3所示，G4电极42由引线96与G2电极38电气连接，G3电极40由引线98与G5电极44电气连接。各引线（未示出）将G3电极40，G2电极38，G1电极36，阴极34和阴极加热器连接到显象管10的基座100（如图1所示），由此这些部分能够通电激活。G6电极46的通电激活是通过屏蔽杯75与贯穿玻锥16电连接到阳极钮的显象管内导电涂层之间的接触获得的。（涂层和阳极钮未示出）。
在电子枪26中，阴极34，G1电极36和G2电极38组成电子枪的电子束形成区域。在显象管工作期间，将已调制控制电压加到阴极34，G1电极36接地，一个相当低的正电压（例如，800至1000伏特）加至G2电极38。G3电极40，G4电极42，以及G5电极44的表面部分包括电子枪 26的预聚焦透镜部分。在显象管工作期间，聚焦电压加到G3电极40和G5电极44上。G5电极44和G6电极46的表面部分包含电子枪26的主聚焦透镜。在显象管工作期间，阳极电压加到G6电极46，因此在G5和G6电极之间形成双电位聚焦透镜。
下表列出图2所示电子枪26的某些典型尺寸。
表
管颈外直径    29.00毫米
管颈内直径    24.00毫米
G1电极和G2电极间的间隔    0.18毫米
G2电极和G3电极间的间隔    1.19毫米
G3电极和G4电极间的间隔    1.27毫米
G4电极和G5电极间的间隔    1.27毫米
G5电极和G6电极间的间隔    1.27毫米
G5电极中相邻孔径间中心至中心的间隔    5.08毫米
G5和G6电极中孔径的直径    4.06毫米
G5电极中凹口的深度    2.03毫米
G1电极的厚度    0.10毫米
G2电极的厚度    0.25至0.50毫米
G3电极的厚度    7毫米
G4电极的长度    0.51至1.78毫米
G5电极的长度    17.22毫米
聚焦电压    7.8至9.5千伏
阳极电压    25千伏
在上述电子枪26中，G1电极36，G2电极38以及G4电极42是用比构成其他电极的材料具有更低热膨胀系数（小于10×10-6℃-1）的材料构成的。G1电极36，G2电极38和G4电极42最好由430不锈钢制作，430 不锈钢是具有约9×10-6℃-1热膨胀系数的透磁材料。G3电极40的底部或面向G2一侧由52%镍合金制成，它也是透磁性的并具有大约9.5×10-6℃-1的热膨胀系数。G3电极40，G5电极44和G6电极46的顶部由305不锈钢制作，它是无磁性的并具有约20×10-6℃-1的热膨胀系数。
就使用这些不同热膨胀系数的目的和结果讨论如下。
设计方法
与图2所公开相同类型的标准未修改电子枪的会聚漂移如图4所示。大约20分钟之内，蓝色和红色电子束之间的漂移不会降到0.1毫米以下。首先，需要减少使该会聚漂移降低到0.1毫米之下所花费的时间，但是，更可取的是，有必要设计一种其中会聚漂移从不超过0.1毫米的电子枪。
通过在显象管升温期间分析电子枪中每个电极的移动，再通过确定电子束移动对每个电极中孔径水平移动的灵敏度，从而设计出一种改进型电子枪。一旦建立了这种灵敏度，便可确定如何改变所选电极的孔径移动以通过使用不同热膨胀材料降低会聚漂移。
在进行这种分析时，使用计算机程序模拟电子束轨迹。经过分析之后，构造实际显象管并进行实验以证实分析结果。
电子枪分析
应用计算机程序，每个电极中各外孔径的水平位置以0.002英寸（0.05毫米）的增量独立变化。由此，对每个电极确定了在荧光屏上电子束移动对孔径移动的灵敏度。然后，根据电极材料的热膨胀系数通过将每电极的温升（作为时间的函数）转换为孔径移动来确定由每个电极在显象管升温期间的膨胀引起的荧光屏上的电子束运动。利用图5所示每个电极在升温期间的瞬态温升，和归因于每电极在水平孔径位置上的0.002英寸（0.05毫米）变化的荧光屏上电子束运动的灵敏度，可如图6所示确定在升温期间对应每个电极的荧光屏上的电子 束运动。所图7所示，通过将这些曲线归一化为稳态会聚电子束，可以看到每个电极对会聚漂移的贡献。由于两个外电子束（红/蓝）在升温期间存在相等而相反的运动，因此红至蓝的会聚漂移是单电子束漂移的两倍，如图8所示。综合每个栅极在特定时间的贡献得到理论上的红至蓝会聚漂移，如图9所示。
由于净峰值会聚漂移为+0.32毫米（图9），通过减小正电子束运动分量可降低会聚漂移。参照图8，通过用具有比G5和G6电极材料的热膨胀系数实质上更低的热膨胀系数的材料来制造G2和G4电极（例如，约9×10-6℃-1与20×10-6℃-1）可以达到这点。仅有一个低膨胀G2，仅用一个低膨胀G4，以及同时用低膨胀G2和G4（与具有305不锈钢G2和G4电极的标准电子枪比较）的理论结果如图10所示。由该图，可以看到改进的增大顺序如所期望的为：用低膨胀G2时，然后是低膨胀G4，再后是组合低膨胀G2和G4。对于组合低膨胀G2和G4，将会在1.5分钟内使会聚漂移稳定在稳态会聚值的0.1毫米内，而对标准电子枪要13分钟。
应注意到也可通过使用低膨胀的G5顶部代替低膨胀G4（见图8）来改善会聚漂移。但是，这是不必要的，因为低膨胀材料通常是磁性的。G5配置在显象管中，因此如果它为磁性材料，它可能提供其它分量，例如管颈上的外电子束弯曲成分，降低有效性并会增加偏转线圈驱动要求。
G3的底部或面向G2的一侧是由透磁材料制成的，以作为一种预防偏转场穿透进入电子枪的电子束形成区域的屏蔽。这种透磁材料具有较低热膨胀系数，尽管电子枪分析指出从电子束会聚的观点来讲，热膨胀系数越高越好，但仍使用这样的透磁材料。
类似地，尽管分析指出应该使用更高膨胀的材料，G1却仍由低膨胀材料构成，因为它紧靠着阴极。因为阴极是一种簿型平板电极，所 以G1的大膨胀可能使之弯翘。
实验结果
根据电子枪中红-蓝会聚漂移的理论分析，构造出有低膨胀G2电极的三个电子枪，构造出有低膨胀G4电极的三个电子枪，以及构造出同时具有低膨胀G2和G4电极的三个电子枪，例如，约为9×10-6℃-1。这些电子枪结构的会聚漂移结果分别示于图11a-c，12a-c和13a-c中。对标准电子枪与图11a-c，12a-c和13a-c的改进电子枪的综合比较示于图14。由图14可见，实验显象管的相应会聚漂移性能与对应低膨胀G2和G4电极的理论分析中的计算相同。稳定在稳态会聚的0.1毫米之内的时间与标准电子枪的18分钟相比为小于2分钟。
尽管上述确定电子枪的哪一个电极或几个电极应该由具有较低热膨胀系数材料构成的上述方法已对具有6个电极和特定电气连线进行了描述，该方法也可用于具有不同数量电极和不同电气接线的其它电子枪。

Claims (8)

1、一种彩色显象管包括一个荧光屏和一个用于产生并导引三个一字排列式电子束沿各自路径趋向所述荧光屏的一字排列式电子枪，所述电子枪包括多个阴极和至少6个与所述阴极纵向分开的电极，其特征在于离开所述阴极(34)的第一(36)，第二(38)和第四(42)电极是用比其他电极(40，44，46)所用材料的热膨胀系数具有更低热膨胀系数的材料制成的。
2、如权利要求1所定义的显象管，其特征在于：离开所述阴极（34）的第一（36），第二（38）和第四（42）电极是透磁性材料的，至少其他电极（40，44，46）中的两个是非磁性材料的。
3、如权利要求1所定义的显象管，其特征在于：离开所述阴极（34）的所述第二（38）和第四（42）电极是电气连接的。
4、如权利要求3所定义的显象管，其特征在于：离开所述阴极（34）的第三电极（40）电连接到离开所述阴极的第五电极（44）。
5、如权利要求1所定义的显象管，其特征在于：离开所述阴极（34）的第二（38）和第四（42）电极进行电气连接，离开所述阴极的第三（40）和第五（44）电极进行电气连接，离开所述阴极的第一（36），第二（38）和第四（42）电极用具有9×10-6℃-1热膨胀系数的材料制成，剩下的电极（40，44，46）用具有高热膨胀系数的材料制成。
6、如权利要求5所定义的显象管，其特征在于：离开所述阴极（34）的第五（44）和第六（46）电极是由具有20×10-6℃-1热膨胀系数的材料制成的。
7、如权利要求5或6所定义的显象管，其特征在于：离开所述阴极（34）的面对第二电极（38）的第三电极（40）的一个部分（60）是由具有9.5×10-6℃-1热膨胀系数的材料制成。
8、如权利要求5，6或7所定义的显象管，其特征在于：离开所述阴极（34）面对第四电极（42）的第三电极（40）的一部分（62）由具有20×10-6℃-1热膨胀系数的材料制成。
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