CN1047467C - 根据电流强度控制电子束发散角用的阴极射线管电子枪 - Google Patents

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Abstract

一种彩色阴极射线管用的直线型电子枪，该电子枪包括：三电极装置，其中一个部件由一组直线式排列的电子束发射装置构成，另外的部件由控制电极和加速电极构成；由一组聚焦电极和正电极构成的主静电聚焦透镜；该电子束发射装置和该组电极以一定间隔直线式排列于阴极射线管轴线上；一个具有固定厚度并与电子束发射装置所加信号同步的辅助电极定位在加速电极和聚焦电极之间偏向加速电极处，以构成放大静电透镜用以控制电子束的发散角。

Description

根据电流强度控制电子束发散角用的阴极射线管电子枪
本发明涉及彩色阴极射线管用的直线型(IN-LINE)电子枪，更确切地说，涉及通过动态地控制根据电流强度而控制电子束的静电透镜的强度来提高分辨率的直线型电子枪。
美国专利No.4,334,170已公开了一种直视或投影式的用于阴极射线管的电子枪。这种阴极射线管具有与其相关的电源，用于产生预定模式的操作电压，包括第一和第二可调电压。该电子枪具有与一轴线对直的有孔电极，用于接收所述操作电压，以产生聚焦的电子束。该电子枪包括下端装置，用于产生具有交叉点的电子束。该电子束在交叉点后的预聚焦电极的孔中扩展，而扩展的电子束的外层射线限定了相对于轴的半角。所述阴极射线管还包括邻近预聚焦电极的主聚焦透镜装置，用于接收并聚焦扩展的电极束，以便在离电子枪的预定距离处形成最小尺寸的束辉点。主聚焦透镜装置具有至少一个聚焦电极，用于接收第一可调电压，以聚焦束辉点。主聚焦透镜装置的固有特性是能够聚焦最小束辉点，其大小是束半角的函数。所述电子枪的特征在于，具有至少一个半角控制单元，位于所述下端装置和所述聚集透镜装置之间的区域，与所述预聚焦电极相对较宽地隔开。所述控制单元的孔相对大于所述预聚集透镜的孔。提供了从电源接收第二可调电压并将该电压提供给控制单元，以便增加或减小其半角强度的装置。提供了固定第二可调电压的装置，用于保持控制单元上的选择的固定最优电压有效，以使聚焦的束辉点的尺寸保持基本上最小，用于不同电流水平的相同聚焦电压。
如图1所示，现有技术的电子枪包括用以发射出电子束的阴极1，用以控制电子发射的控制电极2，用以使该电子束向屏加速的第一加速电极3，以及带有至少两块焦镜4和一第二加速电极5的由许多电极构成的设置。控制电极2一般来说接地，第一加速电极3具有加于其上的300至1000伏的电压，控制电极2和第一加速电极3构成电子束成形区域。聚焦电极4和第二加速电极5上分别带有5000至9000伏的聚焦电压Vf和20000至32000伏的加速电压Vg，形成主静电透镜9。
由阴极1发射的电子束在靠近第一加速电极3的交叉点7处开始发散。发散的电子束主要由第一加速电极3和聚焦电极4之间电位差形成的静电透镜即预聚焦透镜8进行聚焦，并由主静电透镜9在屏6上面形成小的象素。
在上述已有技术的电子枪中，电子束受阴极电压Vc控制，Vc的幅度变化是时间的函数，当受热时，电子束通过阴极1而射出，电流强度是由电子束成形区的形状和施加在阴极和各电极上的电压决定的。因此电子会形成交叉点7并由此开始发散。发散的电子束主要是由第一加速电极3和聚焦电极4之间的电位差形成的预聚焦透镜所聚焦，再由主静电透镜9聚焦，以在屏上形成小束辉点。
这些小束即辉点的大小与阴极射线管的分辨率有非常密切的关系，一般说来可以通过使点尺寸减小来提高分辨率。与该辉点大小有关的主要因素是，主透镜的设置，球面象差，及电子枪与屏之间的自由空间中的空间电荷对电子的作用力。这些因素与图2中表示的以固定角度入射在主静电透镜9上的电子束的发散角有非常密切的关系。
也就是说，由主透镜的放大倍率M所造成的辉点尺寸Dx，与由发散角外推法所得到的虚象11大小dx的关系为Dx=Mdx；由于球面象差所造成的辉点尺寸为Dsa，与球面象差系数Cs和发散角α具有关系式Dsa=Csα3。由于空间电荷所造成的辉点尺寸Dsc，与电流强度I、主透镜中电子束厚度Db、主透镜至屏的距离L、正极上的最高电压Va以及真空电场中电子运动常数β有关，可被表示为：
Dsc=0.8βIL2/DbV3a2
由以上等式决定的辉点总尺寸Dt，可表示为 Dt = ( Dx + Dsc ) 2 + D 2 sa , 而且能使此辉点总尺寸为最小的发散角称为最佳发散角α0。图3中表示出最佳发散角α0，其中的横坐标和纵坐标分别表示发散角α和辉点尺寸D。图3表示的辉点总尺寸Dt是由主透镜排列造成的辉点尺寸Dx、由球面象差造成的辉点尺寸Dsa和由空间电荷造成的辉点尺寸Dsc来确定的，横坐标表示的可使该辉点尺寸为最小的发散角是最佳发散角α0。
图4的曲线表示出最佳发散角作为电流强度的函数，其中在不同电流强度1mA、2mA和3mA下的最佳发散角为α01、α02和α03，并且可以看出辉点尺寸D01、D02和D03随电流强度1mA、2mA和3mA的增加而增大。图5表示在现有技术的电子枪中发散角A0和最佳发散角B0作为电流强度函数的变化，从中可以看出，对于能使辉点尺寸下降的现有技术的电子枪中的电子来说，在超出1mA的较高电流强度下，发散角与最佳发散角的偏离变大。也就是说，当电子枪在特定的电流强度下被设计为工作在最佳发散角时，在其它电流强度下该电子枪并不工作在最佳发散角度下。
因此，在已有技术的电子枪中，由于发散角随电流强度增加而非常急剧地增大，故主透镜的放大倍率应根据电流强度而变化。所以，因上述原因聚焦电极的电压亦应根据电流强度而改变，因此已有技术的电子枪存在生产成本高及需要附加电极的问题。
本发明的目的是要解决上述问题。更具体地讲，本发明的目的是提供一种阴极射线管用的电子枪，能够根据电子束的电流的强度控制电子束的发散角，其中所述发散角被控制得比现有技术中的发散角具有更小的变化，以便能够提供尺寸变化很小的辉点，并能改善彩色显像管的分辨率。
本发明的这些以及其它一些目的和特点，可以通过提供一种包括阴极射线管和电压施加装置的设备来实现，所述阴极射线管包括一电子枪，该电子枪包括：一个三电极部分，由多个相互排成直线的电子束发射装置形成；控制电极；和加速电极，所述电子束发射装置发射电子束，而所述控制电极和所述加速电极控制所发射电子的数量，并在电子束中形成交叉点；多个聚焦电极和加速电极，形成主静电聚焦透镜，用以将所述电子束聚焦到屏幕上，所述电子束发射装置和所述多个电极与所述阴极射线管的一轴线对直并依次隔开预定间隔；和一辅助电极，具有预定厚度，并置于加速电极和聚焦电极之间靠近加速电极处，在使用中，所述辅助电极具有从所述电压施加装置加到其上的一电压，该电压与施加给所述电子束发射装置的电压同步，所述辅助电极形成放大的静电透镜，用于根据电子束电流的强度控制电子束的发散角。
上述的包括阴极射线管和电压施加装置的设备，其中所述辅助电极具有管形，并且包括：被排成一行的三个电子束通过圆孔以通过电子束；在这些圆孔的边缘和电极的边缘之间形成的绝缘部分，用于使所述边缘绝缘；以及插入绝缘部分之中的导线，用于为每个圆孔的边缘提供电能。
本发明的目的还可以通过提供另一种包括阴极射线管和电压施加装置的设备来实现，所述阴极射线管包括一电子枪，该电子枪包括：一个三电极部分，由多个相互排成直线的电子束发射装置形成；控制电极；和加速电极，所述电子束发射装置发射电子束，而所述控制电极和所述加速电极控制所发射电子的数量，并在电子束中形成交叉点；多个聚焦电极和加速电极，形成主静电聚焦透镜，用以将所述电子束聚焦到屏幕上，所述电子束发射装置和所述多个电极与所述阴极射线管的一轴线对直并依次隔开预定间隔；和一辅助电极，具有预定厚度，所述多个聚焦电极具有邻近加速电极的第一聚焦电极和所述第二聚焦电极，在使用中，从所述电压施加装置施加相同的电压到所述第一聚焦电极和第二聚焦电极；和所述辅助电极置于所述第一聚焦电极和所述第二聚焦电极之间，所述辅助电极具有加到其上的一电压，该电压与施加给所述电子束发射装置的电压同步。
上述的包括阴极射线管和电压施加装置的设备，其中所述辅助电极具有管形，并且包括：被排成一行的三个电子束通过圆孔以通过电子束；在这些圆孔的边缘和电极的边缘之间形成的绝缘部分，用于使所述边缘绝缘；以及插入绝缘部分之中的导线，用于为每个圆孔的边缘提供电能。
图1为现有技术电子枪一部分的截面图；
图2表示现有技术的电子枪透镜；
图3表示为辉点尺寸计算最佳发散角用的一般方法；
图4表示对于作为电流强度函数的最佳发散角的一般计算方法；
图5表示已有技术的电子枪中作为电流强度的函数的发散角和最佳发散角的情况；
图6为本发明电子枪一部分的截面图；
图7为根据本发明另一实施例的电子枪；
图8a至8c为根据本发明的电子枪的阴极动态电极详图，其中
图8a为平面图；
图8b为沿图8a中A-A’线的截面图，以及
图8c为沿图8a中B-B’线的截面图；
图9表示根据本发明施加在电子枪阴极动态电极上的电压作为时间函数的波形图；
图10a及10b为当本发明的电子枪的阴极动态电极被插在第一加速电极和聚焦电极之间时，作为电流强度函数的对比图；其中
图10a为发散角作为电流强度函数的对比图，以及
图10b为辉点尺寸作为电流强度函数的对比图；
图11a及11b为当本发明的电子枪的阴极动态电极被插在第一聚焦电极和第二聚焦电极之间时，作为电流强度函数的对比图，其中
图11a为发散角作为电流强度函数的对比图，以及
图11b为辉点尺寸作为电流强度函数的对比图。
本发明随后将参照附图作出详细解释。
图6为根据本发明的电子枪一部分的截面，其中电子枪包括用以发射电子束的阴极1，用以控制、加速和聚焦所发射电子束的一组电极2至5，和一个辅助电极，即被插在第一加速电极3和聚焦电极4之间具有孔径11和固定厚度t1的阴极动态电极20。该电子枪的操作，是靠由阴极动态电极20施加一个经与阴极电压Vc(其电压幅度作为时间函数变化)同步而增强的阴极动态电压Vc’来完成的。
图7为根据本发明另一实施例的电子枪，其中该电子枪包括被插在第一聚焦电极4A和第二聚焦电极4B之间的具有孔径12和固定厚度t2的阴极动态电极20’。该电子枪的操作，同样是靠由阴极动态电极20’施加一个经与阴极电压Vc(其所具有的电压幅度作为时间的函数在变化)同步而增强的阴极动态电压Vc’来完成的。
图8a至8c为根据本发明的电子枪的阴极动态电极详图，其中如图8a所示，处于三个圆孔21R、21G及21B的边缘和电极22的边缘之间的空间，采用陶瓷金属处理工艺进行处理以形成陶瓷绝缘部分23(画剖面线部分)，以使此三个圆孔21R、21G和21B之间电绝缘。导线24(虚线部分)与埋入陶瓷部分，以便与其它部分绝缘，且导线24提供给三个孔21R、21G和21B中的每一个，为它们加电，为了将上述阴极动态电极固定到电子枪上并与两个电极的中间对准，如图8a所示，在每个圆孔21R、21G及21B的顶部和底部，配备有多个玻璃条插入件25。如图8c所示，此插入件25突出电极边缘22的高度为h。
具有上述结构的本发明的操作和优点，下文将加以说明。
如图9所示，阴极电压Vc的幅度(电压幅度)变化是时间的函数，并与图6中加在第一加速电极3和聚焦电极4之间的阴极动态电极20同步。因此，作为电流强度函数的可以控制及敏感的放大静电透镜8’，便在第一加速电极3和聚焦电极4之间形成。
如图10a所示，当电流强度升高时，阴极电位一般要下降，由于阴极动态电极20的电位也同步相应变低，放大的静电透镜8’将变得比较厚，而且电子束的发散角α变小。与此相反，当电流强度降低时，阴极电位变高，由于阴极动态电极20的电位与其同步变高，放大的静电透镜8’将变薄，而电子束的发散角α将变大。其结果，与现有技术中电子束发散角变化曲线图α1相比，此发散角变化的曲线图α2变化比较小。
由于上述放大静电透镜8’能够对于一定的电流强度为最佳的发散角而将电子束射向主透镜9，故如10b所示，辉点尺寸变化曲线图D2，比辉点尺寸变化曲线图D1具有较小的变化。因此，只要恰当控制密切影响阴极射线管分辨率的辉点尺寸，便可以再现出小而密集的象素。
另一方面，在第一聚焦电极和第二聚焦电极之间插入有另一电极的现有技术的电子枪中，第四个栅极和第一加速电极3具有相同的电位，以在第一和第二聚焦电极之间构成等电位透镜，而将原先聚焦在预聚焦镜8上的电子束多次聚焦并射向主透镜30，从而使象差的影响最小。然而在图7所示本发明另一实施例中，加在阴极动态电极20’上的电压Vc’要与阴极电压Vc同步且增大。因此，如图11a所示，当电流强度升高时，由于阴极动态电极20’的电压与其
同步降低，故放大静电透镜8”变厚，且电子束的发散角减小。当电流强度降低时，由于阴极动态电极20’的电压与其同步升高，故放大静电透镜8”变薄，且电子束的发散角α增大。其结果与现有技术中电子束的发散角曲线图α3相比，本发散角变化曲线图α4的变化比较小。
由于如图11b所示放大静电透镜8”(在前的聚焦镜)具有对一定电流强度能以最佳发散角将电子束射向主透镜的作用，如图11b所示，与已有技术中辉点尺寸变化曲线图D3相比，本辉点尺寸变化曲线图D4具有比较小的变化。因此，本发明只要恰当地控制影响阴极射线管分辨率的辉点尺寸至一定程度，即可再现出小而密集的象素。
如上所述，由于本发明能够提供尺寸变化很小的辉点，尤其是在高电流强度下能够提供比较小的辉点，故本发明可改善彩色显象管的分辨率。
尽管本发明是结合特定实施例进行的描述，但明显的，对于本领域技术熟练人员来说，许多供选择的比较方案和变化根据前面叙述将是显而易见的。因此，本发明意在包括可纳入所述权利要求书精神和范围中的所有供选择的比较方案和变化。

Claims (4)

1．一种包括阴极射线管和电压施加装置的设备，所述阴极射线管包括一电子枪，该电子枪包括：一个三电极部分，由多个相互排成直线的电子束发射装置(1)形成；控制电极(2)；和加速电极(3)，所述电子束发射装置(1)发射电子束，而所述控制电极(2)和所述加速电极(3)控制所发射电子的数量，并在电子束中形成交叉点(7)；
多个聚焦电极(4)和加速电极(5)，形成主静电聚焦透镜(9)，用以将所述电子束聚焦到屏幕(6)上，所述电子束发射装置(1)和所述多个电极(4、5)与所述阴极射线管的一轴线对直并依次隔开预定间隔；和
一辅助电极(20)，具有预定厚度，并置于加速电极(3)和聚焦电极(4)之间靠近加速电极(3)处，其特征在于，在使用中，所述辅助电极(20)具有从所述电压施加装置加到其上的一电压，该电压与施加给所述电子束发射装置(1)的电压同步，所述辅助电极(20)形成放大的静电透镜(8’)，用于根据电子束电流的强度控制电子束的发散角。
2．如权利要求1所述的设备，其中所述辅助电极(20)具有管形，并且包括：被排成一行的三个电子束通过圆孔(21R、21G、21B)，以通过电子束；在这些圆孔(21R、21G、21B)的边缘和电极(20)的边缘(22)之间形成的绝缘部分(23)，用于使所述边缘绝缘；以及插入绝缘部分(23)之中的导线(24)，用于为每个圆孔(21R、21G、21B)的边缘提供电能。
3．一种包括阴极射线管和电压施加装置的设备，所述阴极射线管包括一电子枪，该电子枪包括：一个三电极部分，由多个相互排成直线的电子束发射装置(1)形成；控制电极(2)；和加速电极(3)，所述电子束发射装置(1)发射电子束，而所述控制电极(2)和所述加速电极(3)控制所发射电子的数量，并在电子束中形成交叉点(7)；
多个聚焦电极(4)和加速电极(5)，形成主静电聚焦透镜(9)，用以将所述电子束聚焦到屏幕(6)上，所述电子束发射装置(1)和所述多个电极(4、5)与所述阴极射线管的一轴线对直并依次隔开预定间隔；和
一辅助电极(20)，具有预定厚度，其特征在于，所述多个聚焦电极(4)具有邻近加速电极(5)的第一聚焦电极(4A)和所述第二聚焦电极(4B)，在使用中，从所述电压施加装置施加相同的电压到所述第一聚焦电极(4A)和第二聚焦电极(4B)；和
所述辅助电极(20)置于所述第一聚焦电极(4A)和所述第二聚焦电极(4B)之间，所述辅助电极(20)具有加到其上的一电压，该电压与施加给所述电子束发射装置(1)的电压同步。
4．如权利要求3所述的设备，其中所述辅助电极(20)具有管形，并且包括：被排成一行的三个电子束通过圆孔(21R、21G、21B)，以通过电子束；在这些圆孔(21R、21G、21B)的边缘和电极(20)的边缘(22)之间形成的绝缘部分(23)，用于使所述边缘绝缘；以及插入绝缘部分(23)之中的导线(24)，用于为每个圆孔(21R、21G、21B)的边缘提供电能。
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