CN1031777A - 彩色阴极射线管电子枪组件的改进 - Google Patents

Abstract

在一字排列型电子枪组件中，从阴极(1)发射出 的电子束通过第一栅极(2)、第二栅极(3)和第三栅极 (4)，并受到这些栅极的加速和控制。被加速和控制 的电子速被第四栅极结构(35)所会聚，再被第五栅极 (6)和第六栅极(7)聚焦于荧光屏上。第四栅极结构 (35)包含带有让电子束通过的孔的第一至第三电极 段(38、39、40)。第一和第三电极段(38、40)保持可 变电位，电位随电子束偏转情况而变化，而第二电极 段(39)保持恒定电位。

Description

本发明涉及彩色阴极射线管，並更具体地涉及对彩色阴极射线管电子枪组件的改进。

通常，在彩色阴极射线管中所用的是一字排列型电子枪组件，这种电子枪组件包括相互排成一行的三个电子枪。偏转像差使得这样安排的彩色阴极射线管的分辨率降低，使得电子束从荧光屏中心区域向外围区域偏转时，在荧光屏上的束斑变得较大。按照推测，这种像差包括两类迭加在一起的偏转像差。

因为电子束偏转得愈大，电子从电子枪到荧光屏的路径愈长，所以造成了第一类偏转像差。如果在电子枪上加上适当的聚焦电压，则聚焦了的电子束能在荧光屏的中心区形成足够小的束斑。然而，在荧光屏的外围区域电子束会过聚焦，使得束斑有偏转像差。

由于偏转磁场的不均匀性，造成了第二类偏转像差。由此，在装有一字排列型电子枪组件的彩色阴极射线管中，形成了枕形水平偏转磁场和桶形垂直偏转磁场分别如图1A和图1B所示。借助于这些磁场，电子束21、22和23打在荧光屏的同一位置处。在这些不均匀磁场中，电子束21、22和23在水平方向受到发散作用，而在垂直方向受到会聚作用。因此，这些电子束在水平方向被畸变或扩大。这种变形，即偏转像差，在荧光屏外围区域特别大，以致产生的束斑不是圆的。

在第一类和第二类偏转像差的影响下，电子束沿着图2中所示轨迹落在荧光屏上。在图2中，实线表示在水平平面内的轨迹，而虚线表示在垂直平面内的轨迹。如果在水平平面和垂直平面内，电子束从荧光屏18的中心区域偏转到外围区域，而电子枪的聚焦电压是按照使电子束在中心区聚焦调整的，则由于偏转线圈12形成的偏转磁场存在着不均匀性，受水平平面内第二类偏转像差的影响，电子束会受到发散作用。因此，电子束在荧光屏18上欠聚焦。在第一类偏转像差的影响下，电子束的偏转角愈大，电子束轨迹愈长。因此，电子束在荧光屏18上过聚焦。但是这种过聚焦作用被第二类偏转像差影响下产生的欠聚焦作用所减弱。所以，如图2中数字19指明的那样，在水平方向的聚焦面被合成为位于荧光屏18的内面，即靠电子枪组件那一边。如果在水平平面和垂直平面内电子束在荧光屏中心区域聚焦，当电子束从中心区偏转到外围区时，由于不均匀偏转磁场的存在，在垂直平面内受第二类偏转像差的影响，使电子束受到会聚作用。因此，电子束在荧光荧18上过聚焦。在第一类偏转像差的影响下，电子束的偏转角愈大，电子束轨迹愈长。因此电子束在荧光屏18上过聚焦。所以，如由图2中数字20指明的那样，在垂直方向的聚焦面被合成为位于水平聚焦面19的内面，即靠电子枪组件的那一边。

由于这些偏转像差对电子束的影响，如图3中所示，在荧光屏中心区形成圆形的束斑，而在荧光屏外围区域形成了不圆的束斑，每一束斑由高亮度的中心部分26和低亮度的晕圈27所组成。因此在荧光屏外围区域分辨率变坏。

在日本公布的第61-74246号专利中提出了一种通常用来校正荧光屏外围区域束斑畸变的方法。如图4中所示，该专利公布的一种四电位电子枪包括阴极1以及第一栅极2、第二栅极3、第三栅极4、第四栅极5、第五栅极6和第六栅极7。第四栅极5由第一部件8、第二部件9和第三部件10所组成。第一部件8和第三部件10，每个部件有三个圆形电子束孔11，而第二部件9有三个水平方向拉长的、矩形电子束孔14。预定电压V₂加于第一部件8和第三部件10，而它的变化取决于电子束的偏转量或偏转角的动态电压V_d加于第二部件9。如果电子束的偏转量为零，则动态电压V_d有着与预定电压V₂相同的幅度，当偏转量增加时，电压V_d的幅度逐渐从V₂开始下降。由此，只有当电子束偏转时，构成第四栅极5的三个部件8、9和10之间才形成非对称透镜。

在日本第61-74246号专利文献所公布的电子枪组件中，在垂直平面和水平平面内分别由非对称透镜给通过该透镜的电子束施加强的和弱的聚焦作用。因此，电子束应该变形成长轴在水平平面内的椭圆形，並且应该在第五栅极6和第六栅极7之间射入主透镜。如图4表示的电极布置所见，为了形成非对称透镜，当偏转量增大时，动态电压V_d必须下降。如果动态电压V_d下降，则第三栅极4和第五栅极6之间的单电位透镜的聚焦本领增强，从而电子束在荧光屏外围区域更加过聚焦。因此，在图4的电极安排中，第一类偏转像差变得如此之大，以致电子束在荧光屏外围区域的聚焦作用将变坏。射入主透镜的椭园形断面的电子束，在水平平面和垂直平面内分别受到主透镜球差引起的强的和弱的聚焦作用。这些聚焦作用施加于电子束上，从而抵消在不均匀磁场中电子束的第二类偏转像差引起的，在水平和垂直平面内的发散和聚焦作用。由此，根据该专利披露的内容，据称偏转像差被减少了，並据称分辨率在荧光屏外围区域的降低受到了限制。

然而，在上述考虑和讨论中，他们忽略了一点，即由于非对称透镜本身的像散作用而使第二类偏转像差增强。

那就是说，为了在非对称透镜和主透镜之间的区域形成水平拉长的束形，非对称透镜必须做到在垂直方向较强地会聚电子束，而在水平方向发散或较弱地会聚电子束。

非对称透镜的上述像散作用与偏转线圈的第二偏转像差的像散作用是相一致的。因此第二偏转像差将会增强，以致在荧光屏外围区域的分辨率有可能变坏。

与日本公布的第61-74246号专利披露的方案对比，能推出这样一种方案，即让加于第四栅极5的部件9的电压V_d的幅度，按图5B中数字29表明的那样随加于偏转线圈12的电流28的变化而同步地变化。在图5A和5B所示的方案中，当偏转量为零时，电压V_d有着与预定电压V₂相同的幅度。当偏转量增加时，电压V_d的幅度逐渐上升。根据这一方案，利用加于第四栅极5的部件9的电压就能校正偏转像差。在第四栅极5的部件9上加有如图5B中所示电压的电子枪组件中，只有当电子束偏转时，才在第四栅极5的三个部件8、9和10之间形成非对称透镜16，如图6所示。此外，如图6所示，在第三栅极4和第四栅极5的第一部件8之间，以及在第五栅极6和第四栅极5的部件10之间也分别形成对称透镜17。非对称透镜16在水平平面内对电子束起着弱会聚作用，而在垂直平面内对电子束起发散作用。因此，电子束通过透镜16后变形成长轴在垂直平面内的椭圆形。还有，在图6中虚线表示电子束在垂直平面内的轨迹，而实线表示在水平平面内的轨迹。

在具有图6所示的电子光学系统的电子枪组件中，在垂直平面内施加了发散作用，以致束斑在荧光屏18上是欠聚焦的。从而可以防止束斑在垂直平面内由于第二类偏转像差引起的过聚焦。由此，能使电子束在垂直方向聚焦的聚焦面20靠近荧光屏18。因为在水平方向的弱会聚作用，电子束稍微过会聚，所以电子束在水平方向聚焦的聚焦面19从荧光屏18一边向电子枪组件方向移动。结果，在荧光屏18的外围区域，水平方向的聚焦面19和垂直方向的聚焦面20可以做到相符合。因此降低了第二类偏转像差。

但是，如果水平方向和垂直方向的聚焦而在荧光屏18的外围区域相符合，则它们在作为电子枪组件的荧光屏的同一侧形成。所以，在水平平面和垂直平面内，电子束过聚焦，不能达到它们可能的最小直径。这是因为非对称透镜16远远弱于对称透镜17，以致虽然适当地修整了第二类偏转像差，但对第一类偏转像差的校正还是不充分。从而，不能完全改进荧光屏外围区域的分辨率。为了进一步改进分辨率，此系统必须和一个动态聚焦系统相结合。使得偏转量增大时，用升高第五栅极6的电压以削弱主透镜15的聚焦作用的方法，来更多地补偿第一类偏转像差。然而，这种动态聚焦系统不但需要动态电压V_d，而且还需要电压调制器电路。还有，因为参考电压至少有几千伏，所以动态聚焦电路需承受得住电压补偿。因此有可能增加视频显示器的成本。

本发明的目的是提供一种保证荧光屏整个屏面有高分辨率的彩色阴极射线管。

按照本发明提供了一种彩色阴极射线管，它包括一个荧光屏;产生向着荧光屏发射三束电子束的电子枪装置。该装置包括：发射电子束的阴极装置;加速和控制所发射的电子束的第一电极装置;将受加速和控制的电子束会聚在荧光屏上的第二电极装置，它由第一、第二和第三电极段组成，每一电极段具有分别让电子束通过的一些孔;以及将通过第二电极装置的电子束会聚在荧光屏上的第三电极装置;将来自电子束装置，打算落到荧光屏上的电子束，在水平方向和垂直方向加以偏转的偏转装置;以及将第一可变电压加于第一和第三电极段，並将第二恒定电压加于第二电极段的电压施加装置。第一可变电压根据电子束的偏转情况而变动，从而在第一和第二电极段之间以及在第二和第三电极段之间形成非对称电子透镜，所以通过这些透镜的每束电子束变形成垂直方向拉长的椭圆形。

结合附图看下面的详细描述，可对本发明有更充分的理解。在这些附图中：

图1A和图1B表示通常在彩色阴极射线管中借助于偏转线圈形成的水平和垂直偏转磁场分布的一个实例;

图2是一平面图，示意地示出了基于已有技术的彩色阴极射线管，其在水平平面和垂直平面内电子束的轨迹和电子束的会聚面。

图3是一平面图，示意地示出了基于已有技术的彩色阴极射顿管，其荧光屏上的束斑形状。

图4是一立体图，示意地示出了基于已有技术的彩色阴极射线管，其电子枪组件的电极安排。

图5A和图5B表明加于偏转线圈上的偏转电流波形，以及加于图4中电子枪组件的电极上的动态电压信号。该信号随电流而变。

图6是一平面图，示意地示出了基于已有技术的装有图4所示电子枪组件的彩色阴极射线管，其在水平平面和垂直平面内的电子束的轨迹以及电子束的会聚面。

图7是一立体图，示意地示出了基于本发明的彩色阴极射线管，其电子枪组件的电极安排。

图8A和图8B是图7中所示电极的平面图。

图9是一电子光学系统的示意图，示意地示出了彩色阴极射线管，从其电子枪组件发射出的电子束的轨迹以及在水平平面和垂直平面内电子束的会聚面。

图10和图11的立体图，示意地示出了图7中电极安排的修改方案。

图7示出了一字排列型四电位电子枪组件的电极布置，该电子枪组件装在基于本发明的一个实施方案的彩色阴极射线管中。这种电子枪组件与图4所示的电子枪组件有着相同的电极布置，它包括：阴极1以及第一栅极2、第二栅极3、第三栅极4、第四栅极35、第五栅极6和第六栅极7。第四栅极35由第一部件38、第二部件39和第三部件40组成。如图8A中所示，第一部件38和第三部件40每一个具有在水平方向延伸並面对着第二部件39的槽42，並在槽中形成三个圆形电子束孔41，而第二部件39具有水平排列的、垂直方向伸长的矩形电子束孔43。在这种电极布置中，从阴极1发射的电子束借助于付透镜和主透镜聚焦于荧光屏上。这些付透镜在第三栅极4和第四栅极35之间，以及在第四栅极35和第五栅极6之间形成。主透镜是在第五栅极6和第六栅极7之间。于是电子束通过由偏转线圈12形成的磁场后落在荧光屏上，该磁场可为如图1A所示的枕形水平偏转磁场和图1B所示的桶形垂直偏转磁场。

在工作过程中，各个电极加有下列电位：直流电压50至150V加至阴极1;0V加至第一栅极2;600至800V加至第二栅极3;8KV（V_F）至第三栅极4和第五栅极6;而27KV（V_a）加至第六栅极7。

不同于图4中所示的电子枪组件，在图7中所示的电子枪组件中600至800V的直流电位不但加至第二栅极3，而且还加至第四栅极35的第二部件39。第四栅极35的第一部件38和第三部件40加有与偏转线圈12所加的偏转电流28同步变化的动态电压29，如图5B中所示。如果电子束的偏转量为零，则动态电压V_d有着与预定电压V₂同样的幅度。当偏转量增大时，电压V_d的幅度从V₂开始逐渐上升。因此，在其第四栅极35的部件38和40加有上述动态电压V_d的电子枪组件中，如果电子束的偏转量为零，电压V_d有着与预定电压V₂同样的幅度。所以，在这种场合下，在第四栅极35的第一部件38和第二部件39之间，或第二部件39和第三部件40之间不形成非对称透镜16，如图9所示。只有在第三栅极4和第四栅极35的第一部件38之间，以及在第五栅极6和第四栅极35的第三部件40之间分别形成对称的付透镜17。如果电子束的偏转量增大，则动态电压V_d从预定电压V₂的幅度上升。因此，在第四栅极35的第一部件38和第二部件39之间，以及在第二部件39和第三部件40之间形成非对称透镜16，如图9所示。从而，在第三栅极4和第四栅极35的第一部件38之间，以及在第五栅极6和第四栅极35的第三部件40之间形成的对称付透镜的会聚作用被削弱。

在第四栅极35的第一部件38和第二部件39之间，以及第二部件39和第三部件40之间形成的非对称透镜16，给电子束在水平平面内施加一弱的会聚作用，在垂直平面内施加一发散作用。所以，通过非对称透镜16后，电子束变形成长轴在垂直平面内的一个椭圆。从而，使得水平方向和垂直方向的聚焦面相符合。也就是说，第二类偏转像差得到了补偿。

此外，在第三栅极4和第四栅极35的第一部件38之间，以及在第五栅极6和第四栅极35的第三部件40之间形成的对称付透镜17的会聚作用被削弱了。所以，电子束受到这样一种作用：在垂直平面和水平平面内的束斑在荧光屏18上是欠会聚的。从而，防止了因第一类偏转像差使束斑在垂直平面和水平平面内过聚焦的情况。结果，在水平方向和垂直方向的聚焦面力图移向荧光屏18，使得与它对齐。从而，补偿了第一类偏转像差。

在图7中所示的电子枪组件中，图9中所示的付透镜17的会聚强度足够高，保证对第一类偏转像差的补偿有满意的结果。从而，借助于动态信号电压V_d，第一类和第二类偏转像差均能以最佳方式得到补偿。结果，在荧光屏外围区域的偏转像差被彻底地排除，从而使束斑尺寸达到最小。由此，外围区域的分辨率得到了显著的改善。

根据实验结果，在电子束向荧光屏外围区域作对角线偏转时，所得动态电压V_d的最佳值为500伏特。作为比较，第四栅极的第二部件上所加的直流电压V₂为600至800伏特。因为动态电压V_d的最大值低至约1300伏特或更低，所以这种提供电压的方案不需要任何特殊考虑。从而，包括耐压特性在内的电子枪组件的可靠性是高的。

用下述方案也能取得本发明的效果。在这种方案中，第四栅极的第一部件48和第三部件50，每一个具有圆形电子束孔51，而第二部件49具有垂直方向伸长的电子束孔53，如图10所示。这种情况如同前面所述的实施方案的情况一样，图5B中所示的动态电压29加至第一部件48和第三部件50，而预定电压V₂加至第二部件49。

用下面这样一种方案也能达到同样效果，第四栅极的第一部件58和第三部件60每一个具有圆形的电子束孔61和面向第二部件59的水平方向伸展的槽62，而第二部件59具有圆形电子束孔61，如图11所示。

根据上述实施方案，加于第四栅极的第二部件59上的电压V₂等于加于第二栅极3上的电压。但是，本发明並不受这样一种实施方案的限制，只要电压V₂为常值，就可获得同样的效果。

根据本发明所述的方式构成的电子枪组件，对由于偏转磁场不均匀性造成的偏转像差，和由于电子束从电子枪到荧光屏的轨迹延长所造成的偏转像差，均可用一相对低的动态电压来加以补偿。从而，荧光屏的整个屏面都可获得满意的分辨率。

Claims (4)

1、一种彩色阴极射线管，它包括：

一个荧光屏(18)；

电子枪装置(1、2、3、4、6、7、35)，它产生三束射向荧光屏(18)的电子束。所述电子枪装置(1、2、3、4、6、7、35)包括：

发射所述电子束的阴极装置(1)；

加速和控制所发射的电子束的第一电极装置(2、3、4)；

把被加速和控制的电子束会聚到荧光屏(18)上的第二电极装置(35)，它由第一、第二和第三电极段(38、39、40、48、49、50、58、59、60)所组成，每个所述电极段具有孔(11、14、41、43、51、53、61)，所述电子束分别通过所述这些孔；以及

第三电极装置(6、7)，它将通过第二电极装置(35)的已会聚的所述电子束聚焦于荧光屏(18)上；

偏转装置(12)，它将来自电子枪装置(1、2、3、4、6、7、35)将落在荧光屏(18)上的电子束在水平方向和垂直方向加以偏转；

电压Vd施加装置，它将第一电压加至第一和第三电极段(38、40、48、50、58、60)，並将第二电压加至第二电极段(39、49、59)；所述彩色阴极射线管的特征在于：

所述第一电压根据所述电子束的偏转情况变化，第二电压是固定的，从而在第一和第二电极段(38、39、48、49、58、59)之间以及在第二和第三电极段(39、40、49、50、59、60)之间形成两个非对称电子透镜，使得通过电子透射的每束电子束变形为垂直方向伸长的椭圆形。

2、根据权利要求1的彩色阴极射线管，其特征在于：所述第一和第三电极段（38、40、58、50、58、60）每一段具有园形孔（41、51、61），电子束分别通过这些孔，而所述第二电极段（39、49、59）具有沿垂直纵向轴的槽孔（14、43），而所述电子束分别通过它们。

3、根据权利要求2的彩色阴极射线管，其特征在于：所述第一和第三电极段（38、40、48、50、58、60）每一段具有沿水平方向延伸、面向第二电极段（39、59）的槽（42、62）。

4、根据权利要求1的彩色阴极射线管，其特征在于：所述第一、第二和第三电极段（38、39、48、49、50、58、59、60）每一段具有圆形孔，电子束分别通过这些圆形孔，而所述第一和第三电极段（38、40、48、50、58、60）每一段具有沿水平方向延伸、面向第二电极段（39、59）的槽。

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