CN1053968A - 电子枪和阴极射线管 - Google Patents

Abstract

一种电子枪，其中构成电子枪的多个电极中至少 两个在该电极电子束孔径中或边上具有产生非旋转 对称电场的结构，一种包含该电子枪能在整个屏区域 和所有电流范围提高聚焦特性并获得良好的分辨率、 在电子束小电流范围不提供动态态聚焦电压它们也 不产生莫尔条纹的阴极射线管。

Description

本发明涉及阴极射线管，更具体地说，它涉及一种电子枪和包含该电子枪的阴极射线管，所述电子枪能在整个荧光屏区和电子束全部电流范围内增强聚焦特性，从而获得满意的分辨率。

在至少有一个由多个电极构成的电子枪、一个偏转装置和一个荧光屏的阴极射线管中，下述技术迄今作为要在荧光屏从中心部分到边缘部分整个区域均获得好的重显图象的权宜之计而被公知。

这些技术是例如：将一象散透镜安置在电极区（第二电极和第三电极）从而形成聚焦透镜（日本特许公开第18866/1978号）;将成一行排列的3束电子枪的第一和第二电极的电子束孔径在竖直方向上作成长的，并且这些电极形状各不相同，或中心电子枪的高宽比设置得比边侧电子枪的高宽比小（日本特许公开第64368/1976号）;以及通过成一行排列电子枪的第三电极阴极侧上的狭缝形成一非旋转对称透镜，电子束通过该非旋转对称透镜至少在一处与荧光屏碰撞，其中使该电子枪中心束沿轴方向的狭缝深度大于边侧束的狭缝深度（日本特许公开第81736/1985号）。

在阴极射线管中对聚焦特性的要求是电子束全部电流范围内的分辨率在整个屏幕上是良好的，在阴暗电流范围不出现莫尔条纹，以及在全部电流范围内整个屏幕上的分辨率是均匀的。要设计同时满足如此多个特性的电子枪必须是高水平的技术人员。

本发明人的研究业已表明为赋于阴极射线管具有上述若干特性，将象散透镜和大孔径主透镜组合是必不可少的。

然而，对于任何现有技术，使用电极在电子枪中形成象散透镜或非旋转对称透镜，并需要诸如施加动态聚焦电压到该电子枪聚焦电极的装置来得到整个屏幕区上良好的分辨率。没有考虑使用多个象散透镜以利用其最佳协同作用，或者由增加了数目的电极形成非旋转对称透镜以在各个电极特性的组合作用下改善整个聚焦特性，从而获得在整个屏幕区具有良好分辨率的重显图象。

作为例子，图53A和53B分别为用于说明（EA-UB型）电子枪的基本部分的总体侧视图和部分截面图。如图所示，从该电子枪阴极侧计数它有第一电极1（G1）、第二电极2（G2）、第三电极3（G3）、第四电极4（G4）、第五电极5（G5）和第六电极6（G6）。在该电子枪中，基于各个电极长度的所有电场、其上具有的电子束孔径的大小等对电子束施加不同的影响。更准确地说，最靠近阴极的第一电极1的电子束孔径形状决定了小电流范围电子束的斑点形状，第二电极2电子束孔径的形状决定了从该小范围到大范围电流的电子束斑点形状。并且，在通过施加阳极电压到第六电极6而在第五电极5和第六电极6间形成主透镜的场合，构成主透镜的第五电极5和第六电极6的电子束孔径形状对大电流范围的电子束斑点形状有很大影响，但它们对小电流范围的电子束斑点形状的影响小于对大电流范围的影响。此外，在阴极射线管轴线方向电子枪第四电极4的长度对最佳聚焦电压的大小有影响并对小电流模式和大电流模式间各自最佳聚焦电压间的差异有显著的影响，但是，第五电极5在该阴极射线管轴线方向上长度的变化对它们的影响比第四电极4长度的变化的影响小得多。因此，为优化电子束各特性值，必须使对各个特性作用最有效的电极结构合理化。

同时，在与该阴极射线管电子束扫描正交的方向收缩阴罩板的间距或增大电子束扫描线的密度以增强与电子束扫描正交方向的分辨率的场合，电子束和阴罩板特别在小电流范围引起光学干涉，于是需要使莫尔对比（mire  contrast）恰如其分。

本发明的一个目的是消除现有技术中的问题，提供一个具有能在整个荧光屏区和全部电子束电流范围内增强聚焦特性结构的、能获得良好分辨率和减少小电流范围的莫尔条纹而没有特别提供动态聚焦电压的电子枪，以及包括该电子枪的阴极射线管。

本发明的另一个目的是提供一个能增强聚焦特性并能同时避免阴极负载增加的电子枪，以及包括该电子枪的阴极射线管。

所提第一个目的是这样完成的，在构成电子枪的多个电极中，包括用于形成电子透镜的电极，通过该电极使荧光屏中心部分大电流范围的电子枪斑点基本成圆形而表现其聚焦特性，据此加在电子束规定扫描方向例如水平扫描方向上的合适聚焦电压比加在与该扫描方向正交的方向例如电子束垂直扫描方向上的合适聚焦电压要高，还包括一个用于形成电子透镜的电极，通过该电极使荧光屏中心部分小电流范围的电子束斑点基本成圆形或在与水平扫描方向正交方向（垂直扫描方向）上有比水平扫描方向上大的尺寸来表现其聚焦特性，据此加在水平扫描方向上的合适电压比加在垂直扫描方向上的合适电压要高。

作为例子，在所谓U-B型（UPF-BPE混合型）电子枪中，其中从阴极侧计数排列着第一电极、第二电极、第三电极、第四电极、第五电极和第六电极，并且至少是第二和第四电极加有控制电压，至少是第三和第五电极加有聚焦电压，借助于至少使这多个电极中两个具有产生非旋转对称电场的结构来实现所提第一个目的。

再者，除了上面电极结构，至少一个邻近电子枪阴极的电极（例如，第一和第二电极）其电子束孔径是这样形状，在正交于电子束扫描方向（例如，电子束垂直扫描方向）上的尺寸比扫描方向（水平扫描方向）上的尺寸要小，特别增强了小电流范围的聚焦特性。

此外，在需减小负载随第一电极电子束孔径尺寸的减小而增大的场合，可以增大水平扫描方向第一电极的电子束孔径的尺寸，并相应减小垂直扫描方向的尺寸，从而避免了电子束孔径开孔面积减小。

根据本发明，至少将两个由构成电子枪的多个电极形成的多个电子透镜所建立的电场设置为非旋转对称电场，从而形成用之可使荧光屏中心部分大电流范围的电子束斑点基本成圆形展示其聚焦特性的电子透镜，据此加在扫描方向上的适合聚焦电压高于加在与该扫描方向正交的方向上的合适聚焦电压，该电子透镜通过使荧光屏中心部分小电流范围的电子束斑点形状在正交于扫描方向的方向上有适合阴罩板间距和扫描线密度（正交于扫描方向的方向）的尺寸，据此加在扫描方向的合适聚焦电压高于加在正交于扫描方向的方向上的合适聚焦电压。基于非旋转对称电场的透镜产生最佳聚焦特性，在整个荧光屏区和所有电子束电流范围提供没有莫尔条纹的良好分辨率。

还有，使邻近阴极的电极（例如，第一电极和第二电极）的电子束孔径在正交于扫描方向的方向上的尺寸较小，从而在邻近阴极的预聚焦透镜附近形成的交迭点上的图象可随意控制，电子束斑点在正交于扫描方向的方向上尺寸的减小特别在小电流范围变得作用显著。

再者，将第一电极的电子束孔径在扫描方向上的尺寸增大以避免阴极负载增加从而延长了包括该电子枪的阴极射线管的寿命。

顺便说说，本发明所用的术语“非旋转对称”意指任意形状而不是诸如圆形的由到旋转中心有相等距离的点的轨迹所描绘的图形。例如，“非旋转对称”束点是非圆形束点。

图1A到1E是用于说明本发明电子枪第一实施例的视图;

图2是示出本发明第二实施例中电极配置的示意图;

图3是示出本发明第三实施例中电极配置的示意图;

图4是示出本发明第四实施例中电极配置的示意图;

图5是示出本发明第五实施例中电极配置的示意图;

图6是示出本发明第六实施例中电极配置的示意图;

图7是示出本发明第七实施例中电极配置的示意图;

图8是示出本发明第八实施例中电极配置的示意图;

图9是示出本发明第九实施例中电极配置的示意图;

图10是示出本发明第十实施例中电极配置的示意图;

图11是示出本发明第十一实施例中电极配置的示意图;

图12是示出本发明第十二实施例中电极配置的示意图;

图13是示出本发明第十三实施例中电极配置的示意图;

图14是示出本发明第十四实施例中电极配置的示意图;

图15是示出本发明第十五实施例中电极配置的示意图;

图16是示出本发明第十六实施例中电极配置的示意图;

图17是示出本发明第十七实施例中电极配置的示意图;

图18是示出本发明第十八实施例中电极配置的示意图;

图19是示出本发明第十九实施例中电极配置的示意图;

图20是示出本发明第二十实施例中电极配置的示意图;

图21是用于说明根据本发明形成非旋转对称透镜的电子枪中电极的组合的图表;

图22是示出本发明第二十一实施例中电极配置的示意图;

图23A到23F是用于说明应用本发明的几种类型电子枪的视图;

图24是用于说明在将本发明应用于典型电子枪的场合中形成非旋转对称电场的电极组合的图表;

图25、26、27、28、29、30、31均为示出用于形成非旋转对称电场的第三电极结构的实际例子的说明图;

图32、33和34是均为示出用于形成非旋转对称电场的第四电极结构的实际例子的说明图;

图35、36和27均为示出用于形成非旋转对称电场的第五电极结构的实际例子的说明图;

图38和39是示出电子枪主透镜的一个例子的说明图;

图40是安置在第二电极的出口和第三电极入口的用于形成非旋转对称电场的电子枪结构的示意图;

图41A到41C是用于说明电子密度分布，即分别在图40中测量点（a）到（k）上电子束的束点形状的图表;

图42是用于说明其电子枪成一行排列的阴罩板型彩色阴极射线管的示意图;

图43是用于说明在由形成屏中心部分圆形斑点的电子束使在屏边缘部分发荧光的场合电子束点的视图;

图44是用于说明图43中电子束点形状变化的电子枪光电系统示意图;

图45是用于说明克服如图44所示的屏边缘部分图象质量变坏的方法的视图;

图46是用于说明在使用了图45所示的透镜系统的场合荧光屏上电子束点形状的示意图;

图47是以加强预聚焦透镜的水平透镜强度来替代使主透镜的透镜强度具有非旋转对称性的电子枪的光电系统示意图;

图48是其中将克服光晕效应加到图47的结构中的电子枪的光电系统的示意图;

图49是用于说明在使用图48的透镜系统场合屏上电子束斑点形状的示意图;

图50是用于说明小电流模式的电子束轨道的示意图;

图51是示出在聚焦透镜中的发散透镜增强在屏竖直方向透镜强度时电子枪光学系统的示意图;

图52是用于说明在使用图51的聚焦系统场合，分别基于大电流范围和小电流范围的电子束在屏上荧光点形状的示意图;

图53A到53B是用于说明电子枪电极结构的视图;

图54是示出一个第一电极详细结构的实际例子的说明图;

图55是示出一个第二电极详细结构的实际例子的说明图;

图56A到56F是示出第一电极电子束孔径的数个实际例子的图表;以及

图57A到57B均为示出电子束尺寸与象散校正电压关系的说明图表。

首先，将描述其中基于采用根据本发明的电子枪的聚焦特性和分辨率都增强的阴极射线管的结构。

图42是用于说明包含成一行排列型电子枪的阴罩板型彩色阴极射线管的截面的示意图。图中，标号7代表管颈，标号8代表玻锥，标号9代表装在管颈7中的电子枪，标号10为电子束，标号11为偏转线圈，标号12为阴罩板，标号13为荧光膜层，标号14为面板（屏）。

参照该图，对于这种类型的阴极射线管，从电子枪9发射出的电子束10，在由偏转线圈11进行水平和垂直方向偏转的同时，通过阴罩板12，从而使荧光膜层13发荧光，在面板14一侧则可观察到基于该荧光的作为图象的图案。

图43是用于说明在由其斑点在屏中心部分为圆形的电子束在屏边缘部分引起发荧光的场合的电子束点的视图。图中，标号14为屏幕，标号15为在屏中心部分形成的束点，标号16为在屏幕水平方向（X-X方向）边缘形成的束点，标号17为光晕，标号18为在屏幕垂直方向（Y-Y方向）的边缘形成的束点，标号19为在屏幕对角线方向（屏的角上）形成的束点。

为了简化会聚校正，近来的彩色阴极射线管使用非均匀磁场分布，其中水平致偏场呈枕形而垂直场呈桶形。基于图42中电子束10的荧光点形状在屏的边缘部分变得不是圆形，这是由于如上述的磁场分布，电子束10对于荧光屏中心部分和边缘部分有不同的轨道，以及由于电子束10在屏的边缘部分是斜的与荧光膜层13相碰撞所引起的。如图43所示，在水平边缘有束点16横向变长而不象中心部分圆形束点15并有光晕17。因此，束点16在水平方向的尺寸变大，并由于光晕17的出现束点16的轮廓变得不清，从而分辨率下降使图象质量急剧降低。并且，在电子束10的电流很小场合，电子束10在垂直方向的尺寸过分缩小，电子束10在垂直方向上与阴罩板12的间距发生光学干涉，从而出现莫尔条纹现象并使图象质量降低。

同时，由于电子束10在垂直方向由垂直致偏场进行会聚，在屏垂直边缘的束点18呈横向压缩形状并有光晕17从而降低图象质量。

在屏角部的电子束斑点19在叠加作用下象束点16一样横向变长并象束点18一样横向压缩。它还包含电子束10的旋转。因此，不仅是出现了光晕17而且荧光点尺寸本身也增大，所以图象质量急剧下降。

图44是用于说明上述电子束斑点形状变化的电子枪光电系统的示意图。图中，为便于理解用光学系统代替前述系统。

图44中，上半部分示出屏垂直（Y-Y）截面，下半部分示出其水平（X-X）截面。

这里，标号20和21指聚焦透镜，标号22指前级主透镜，以及标号23指主透镜。这些透镜构成对应于图42中电子枪9的光电系统。另一个透镜24由垂直偏转磁场形成。标号25代表与所涉及的水平偏转磁场形成的透镜等效的透镜，由于该偏转电子束10因偏转而倾斜地与荧光膜13碰撞而在水平方向被明显拉长。

参照图44，从阴极k射去并在屏的垂直方向获得其截面的电子束27在距预聚焦透镜20和21之间的距阴极k的距离为l₁处形成交点p，再由前级主透镜22以及主透镜23向荧光膜层13会聚。屏中心部分在没有偏转时，电子束27沿轨道28与荧光膜层13碰撞，但在屏边缘部分，在由垂直偏转磁场形成的透镜24作用下该电子束27沿轨道29变为横向收缩束点。并且，由于主透镜23有球差，部分电子束27在到达荧光膜层13前便如轨道30所指示的那样聚焦。这就是如图43所示在屏垂直边缘的斑点18出现光晕17和在屏角部的斑点19出现光晕17的原因。

另一方面，从阴极k射出的并且其屏的水平方向截面的电子束31由预聚焦透镜20、21，前级主透镜22和主透镜23象对垂直截面的电子束27一样进行会聚直到它沿轨道32与荧光膜层13上没有偏转磁场作用的屏的中心部分相碰撞。即使在有偏转磁场作用的区域，虽然电子束31沿轨道33形成横向长的斑点，但由于水平致偏磁场形成的透镜25的发散作用，在水平方向没有出现光晕。然而，在该区域，主透镜23和荧光膜层13间的距离变得大于在屏中心部分的距离。因此，即使在图43中没有垂直方向致偏作用的水平边缘16，部分电子束在到达荧光膜层13之前在垂直截面聚焦，从而出现光晕17。以这种方法，当在屏中心部分电子束斑点形状由于该结构中电子枪在水平和垂直方向是相同的旋转对称透镜系统而变为圆形时，屏边缘部分的电子束斑点形状畸变导致图象质量急剧降低。

图45是用于克服参照图44说明的屏边缘部分图象质量降低的装置说明图。

如图45所示，在屏幕垂直（Y-Y）截面的主透镜23-1的会聚作用比在水平（X-X）截面的主透镜23的要弱。这样，即使在电子束通过由垂直致偏磁场形成的透镜24后，它仍继续沿图中所绘的轨道29向前，从而不会发生如图44所示的过度横向压缩，光晕不易出现。然而，屏中心部分的轨道28向增大电子束斑点尺寸的方向移动。

图46是用于说明在使用了图45所示的透镜系统场合荧光屏14上电子束斑点形状的示意图。在屏的水平边缘处斑点16、垂直边缘处斑点18和角部分处斑点19，即屏的边缘部分的斑点中消除了光晕，从而提高了这些部分的分辨率。然而，在屏中心部分的斑点15有大于其水平尺寸dx的垂直尺寸dy，导致垂直方向的分辨率降低。据此，对于其中主透镜23在屏的垂直和水平方向的会聚作用是不同的构造的非旋转对称电场系统，对同时提高整个屏幕分辨率的目的没有给出根本解决办法。

图47是在其中用加强预聚焦透镜的水平（X-X）透镜强度来替代使主透镜23的透镜强度非旋转对称的电子枪光电系统的说明图。更具体地说，用于发散交叉点p的图象的水平预聚焦透镜21-1的强度给得高于垂直预聚焦透镜21的强度，以增大前级主透镜22上电子束31的入射角并增大通过主透镜23的电子束尺寸，从而能减小荧光膜层13上电子束在水平方向上的斑点尺寸。然而，由于在屏垂直方向的电子束轨道和图44所示的一样，没有产生消除光晕的效果。

图48是其中将克服光晕效应加到图47的结构中的电子枪光电系统的示意图。前级主透镜有如在符号22-1所示的加强的垂直（Y-Y）透镜强度，从而使垂直方向主透镜23的电子束轨道更靠近光轴，构成一个大焦深聚焦系统。因此，光晕28变得使眼睛舒服点，提高了分辨率。

图49是用于说明在使用图48透镜系统的场合屏14上电子束斑点形状的示意图。从图49看到在整个屏上获得没有光晕的良好分辨率的情形。

至此，已描述了在电子束的电流量相对大（大电流范围）的场合电子束斑点形状。然而，在电子束电流量小的场合（小电流范围），电子束的轨道只通过聚焦系统轴附近，因而大孔径透镜21、22和23在水平方向和垂直方向的透镜强度间的差别产生的影响很小。因此，如在图49标号34、35、36和37处所示，电子束光点在屏中心部分为圆形在屏边缘部分横向变长（水平方向变长），导致莫尔条纹的出现，并由于束点横向尺寸（水平方向尺寸）增大而使分辨率降低。作为对策，需要通过一个具有小孔径并设置得使其透镜强度的非旋转对称性甚至影响聚焦系统轴附近的透镜来对付该情形。

图50是用于说明小电流模式电子束轨道的示意图。在这种情况下，从阴极k到交叉点p的距离l₂比图44中相应的距离l₁要短。

图51是示出在屏垂直方向（Y-Y）的透镜强度在预聚焦透镜内发散透镜一侧被加强的场合电子枪的光学系统示意图。更具体地说，构成预聚焦透镜20的发散透镜的垂直强度增大，从而从阴极k到交叉点p的距离l₃比前述距离l₂大。结果，垂直截面中电子束27进入预聚焦透镜21的位置比图50中的情形更靠近光轴，透镜21、22-1和23的透镜作用减小，构成在屏的垂直方向有大焦深的聚焦系统。然而，在大电流模式和小电流模式中单个透镜的影响并不完全无关，图51所示的垂直预聚焦透镜20-1的透镜作用影响大电流模式的电子束光点形状。因此，必须利用各个透镜特性构造一个整体平衡系统。特别是，主透镜的结构、要增强的图象质量的具体项目等取决于要使用的阴极射线管而不同，以致于非旋转对称透镜的位置和单个透镜的透镜强度不是唯一确定的。再者，如前所述，在通常使用阴极射线管中，需安置在大电流范围和小电流范围由独立部分形成非旋转对称电场的透镜以提高在这两个电流范围中的分辨率。另外，由每个透镜的非旋转对称引起的电场强度变化是有限的。此外，在某些透镜位置，非旋转对称电场强度的增大使束形状非常畸变并导致分辨率下降。

基于上述考虑，为在整个屏幕全部电流范围内提高分辨率，电子束可通过使其横截面保持为横向长状态的偏转磁场。这需要在电子枪的多个地方（至少两个地方，最好三个地方）具有非旋转对称电场的聚焦系统（透镜系统）。

图52是用于说明当使用图51所示的聚焦系统时由大电流范围和小电流范围各个电子束在屏14上形成的荧光点形状的示意图。

如图52所示，电子束光点在大电流范围基本为圆形，在小电流范围垂直变长，从而大电流范围的束点（15、16、28、19）和小电流范围的束点（34、35、36、37）两者既没有光点形状的扩展也没有光晕，在整个荧光屏区域获得展示良好聚焦特性的分辨率的图象。

现在，参照附图对本发明可行实施例作详细描述。

图1A至1E是根据本发明电子枪第一实施例的说明图;图1A是示出电极配置的示意图;图1B是第二电极（G2）的详图;图1C是第三电极（G3）的透视图;图1D是第三电极（G3）的截面图，以及图1E是第四电极（G4）的详图。

参照图，标号1、2、3、4、5和6分别代表第一电极（G1）、第二电极（G2）、第三电极（G3）、第四电极（G4）、第五电极（G5）和第六电极（G6），字母k代表阴极。这里，每个靠近阴极k的电极的侧表面（电子束入口侧）由将字母a附加到电极标号表示，而每个靠近第六电极G6的电极侧表面（电子束出口侧）由将字母b附加到电极标号表示。作为例子，靠近阴极k的第二电极G2的侧表面是入口2a，其靠近第六电极G6的侧表面是出口2b。另外，每个电极的电子束孔径由将字母c附加到电极标号表示。

在图1A的电极配置中，电极G1接地，将控制电压Ec₂施加到电极G2和G4，将聚焦电压Vf施加到电极G3和G5，将阳极电压Eb施加到电极G6。

在图1A-1E所示实施例中，作为建立用于形成非旋转对称透镜的电场（非旋转对称电场）的装置，在电极G2的出口2b、电极G3的入口3a和电极G4的出口4b的各个电子束孔径2c、3c和4c处提供狭缝。图1A-1E所描述的电子枪是用于具有成一行排列的三个电子枪部分的彩色阴极射线管的电子枪。

图1B示出了电极G2的详细结构，将若干其各有平行于成一行排列电子枪部分的排列方向X-X的较长轴的狭缝2d设置在电极G2出口侧2b电子束孔径2c边上。每个狭缝2d的深度D（即在阴极射线管轴线方向上的尺寸）以及正交于该阴极射线管轴线方向上的尺寸W₁和W₂作为满足包括其它电极特性的阴极射线管的总聚焦特性要求的规格而被确定。满足总聚焦特性要求的规格不总是唯一的。

图1C示出装在电极G3入口3a中并在电子束孔径3c边上的狭缝3d。每个狭缝3d有正交于成行排列方向的较长轴。（在该例子中，每个狭缝由在靠近电极G2的杯形电极G3的侧壁中形成凹槽来提供。该狭缝不限于图示形状，它可有较长轴端闭合的形状。）象在电极G2的情况中一样，确定每个狭缝3d的深度和宽度尺寸以满足包括其它电极特性的阴极射线管的总聚焦特性要求，并且它们也不是唯一的。同时，图1D的截面图是沿图1C中线A-A获得。

图1E示出电极G4的详细结构，其中将各在正交于成行排列方向X-X的方向（Y-Y）有较长轴的狭缝4d置于该电极出口4b中电子束孔径4C边上。象电极G2和G3的情形一样，在该情形中，每个狭缝4d的深度和宽度尺寸被确定以满足包括其它电极特性的阴极射线管的总聚焦特性要求，并且它们也不是唯一的。

在图1A-1E的例子中，其中使构成电子枪的多个电极至少有三个具有用于形成非旋转对称电场的电极结构，在小电流范围整个屏上提高了电子束光点的形状和图象分辨率的非旋转对称电场主要由表面2b中电子束孔径2C部分的结构产生。在大电流范围整个屏上提高了电子束光点形状和均匀性的非旋转对称电场主要由表面3a中电子束孔径3C边上的结构产生。表面4b中电子束孔径4C自己或其周围的结构弥补上面两个非旋转对称电场作用的不足。

图2是本发明第二实施例电极配置的示意图。在该实施例中，电极表面2b、3a和4a具有形成非旋转对称电场的结构。3b和3a部分的作用与图1A-1E实施例中的一样。4a部分在比图1A4b部分结构的电流范围大的电流范围中，有助于在屏的中心部分对电子束形状的控制和电子束垂直和水平尺寸的控制。

图3是示出本发明第三实施例电极配置的示意图。在该实施例中，电极表面2b、3a和5a具有形成非旋转对称电场的结构。2b和3a部分的作用与图1A-1E的实施例中的一样，5a部分实现了在比图2实施例中的电流范围还大的电流范围中对电子束斑点形状的控制，并且还实现了精确控制。

图4是示出本发明第四实施例电极配置的示意图，该实施例有用于形成非旋转对称电场的电极表面3a、5a和5b，并将它用于甚至只有旋转对称电场小电流范围的其聚焦特性良好的电子枪，在该配置中，置于3a部分的形成非旋转对称电场的结构其作用与图1A-1E实施例中的一样，而5a部分所置的形成非旋转对称电场的结构其作用与图3实施例中的一样。当通过增大主透镜孔径使屏中心部分电子束光点的尺寸减小时，电极G5的横向和垂直结构由于该电极尺寸限制而不得不变化，在这种场合则采用5b部分的结构，在这个时候，3a和5a部分的结构必须与主透镜特性相适应。

图5是示出本发明第五实施例中电极配置的示意图。该实施例有具有用于形成非旋转对称电场的结构的电极表面3a、5b和6a，并将它用在下面情况中，即在第三电极G3的表面3a的作用和小电流范围的特性与图4中实施例的一样的电子枪中，再增大主透镜的孔径。

图6是示出本发明第六实施例中电极配置的示意图。该实施例中有其结构用于形成非旋转对称电场的电极表面3b、5b和6a，并用于对比图5实施例中还要大的电流范围中的特性加以控制。

图7是示出本发明第七实施例中电极配置的示意图，该实施例有其结构用于形成非旋转对称电场的电极表面5a、5b和6a，并用于控制比图6实施例中还要大的电流范围中的特性。

图8是示出本发明第八实施例中电极配置的示意图，该实施例有其结构用于形成非旋转对称电场的电极表面2a、3a、5b和6a，并用于控制比在图1A到图7中所示任一实施例中的要更精确地场合。该配置至少在四处（图中为4处）形成非旋转对称电场。

图9是示出本发明第九实施例中电极配置的示意图，该实施例有其结构用于形成非旋转对称电场的电极表面2a、3a、5b和6a，对于该配置，将电极表面5b和6a各侧上的电子束孔径5c和6c的尺寸增至最大，从而减小电子束光点在屏中心部分的尺寸，电极表面2a和3a获得象图1A-1E中一样的作用，即在整个屏的区域提供均匀的电子束形状和尺寸。

图10是示出本发明第十实施例中电极配置的示意图，该实施例有其结构用于形成非旋转对称电场的电极表面2b、3b、5b和6a。因此，在小电流范围内交叉点的位置离阴极侧特别近的电子枪中，小电流范围内电子束光点的形状和在整个屏上的均匀性得到控制，并获得与图9中实施例相同的效果。

图11是示出本发明第十一实施例中电极配置的示意图，该实施例有其结构用于形成非旋转对称电场的电极表面2b、3a、3b和5a。这样，它在比图10电子枪中电流范围更小的电流范围中增强了整个屏上电子束光点的均匀性，并在克服莫尔条纹出现的同时克服了分辨率降低。

图12是示出本发明第十二实施例中电极配置的示意图，该实施例有其结构用于形成非旋转对称电场的电极表面2b、3a、3b和4a。它在下面场合中是有效的，即虽然主透镜的孔径足够，但在整个屏上电子束光点的均匀性在小电流范围和大电流范围内还不够，特别是大电流范围内的均匀性更加不够。

图13是示出本发明第十三实施例中电极配置的示意图，该实施例有其结构用于形成非旋转对称电场的电极表面2b、3a、4b和5a。它用于下面场合，即虽然主透镜孔径足够，仍需控制比图12实施例中更大电流范围内整个屏上电子束光点的形状和均匀性，此外，必须控制大电流范围和小电流范围最佳聚焦电压间的差异。

图14是示出本发明第十四实施例中电极配置的示意图，该实施例有其结构用于形成非旋转对称电场的电极表面2b、3a、3b、5b和6a。它用于下列场合，即不需控制图13实施例中大电流范围和小电流范围最佳聚焦电压间的差异。

图15是示出本发明第十五实施例中电极配置的示意图，该实施例有其结构用于形成非旋转对称电场的电极表面2b、3a、5a、5b和6a。它用于下列场合，即在图8到14的任一实施例中，更细地控制最佳聚焦特性。

图16是示出本发明第十六实施例中电极配置的示意图，该实施例有其结构用于形成非旋转对称电场的电极表面2b、3b、4a、5b和6a。它用于下列场合，即当主透镜自己为增大其孔径而非旋转对称时，在小电流范围和大电流范围内控制电子束光点形状，也控制整个屏上的均匀性，并且尤在大电流范围内控制特别重要。

图17是示出本发明第十七实施例中电极配置的示意图，该实施例有其结构用于形成非旋转对称电场的电极表面2b、4b、5a、5b和6a。它用于下列场合，即在图16的实施例中，在更大电流范围内控制聚焦特性是重要的。

图18是示出本发明第十八实施例中电极配置的示意图，该实施例有其结构用于形成非旋转对称电场的电极表面2b、3a、3b、5a、5b和6a。它用于下列场合，即在图17的实施例中，也控制小电流范围和大电流范围的最佳聚焦电压间的差异。

图19是示出本发明第十九实施例中电极配置的示意图，该实施例有其结构用于形成非旋转对称电场的电极表面2b、3a、3b、4a、5b和6a。它用于下列场合，即当主透镜为增大其孔径而具有非旋转对称性时，在小电流范围内控制整个屏上均匀性并消除莫尔条纹，以及在大电流范围控制电子束光点形状和控制整个屏上均匀性。

图20是示出本发明第二十实施例中电极配置的示意图，该实施例有其结构用于形成非旋转对称电场的电极表面2b、3a、4b、5a、5b和6a。它用于下列场合，即在图15到图19任一电子枪中要更精确地控制电子束聚焦特性。

图21列出用于根据本发明形成非旋转对称透镜的图53A和53B所示电子枪的电极组合的例子，不用说，所列组合以外的各种组合是可能的。

图22示出第二十一实施例，其中将本发明用于B-U型电子枪，在该电子枪中电极表面2b和3a具有用于形成非旋转对称电场的电极结构。

同时，关于上面其中将用形成非旋转对称电场的结构安置于电极G5和G6上的实施例，图39和图38分别示出其实际结构例子。

虽然上面描述了本发明的各种实施例，但本发明不受此限制。具体地说，本发明用下列方法提供在整个屏上增强其聚焦特性并呈现高分辨率的阴极射线管，该方法是将用于形成相互正交的非旋转对称电场的电极结构安置于各种型号的电子枪内的多个电极上，这些电子枪的型号诸如为图23A所示的BPF型，、图23B所示的UPF型、图23c所示的HI-FO型（高聚焦电压BPF型）、图23D所示的HI-UPF型（高聚焦电压UPF型）、图23E所示的B-U型（BPF-UPF混合型）、图23F所示的TPF型，以及诸如多级聚焦型的其它各种型号。

图24是说明图23A-23F中所示电子枪的典型电极中其结构用于形成非旋转对称电场的电极组合的图表。

现在，将参照图25到39和图54到56F描述不同于图1A-1E中所示例子的用于形成非旋转对称电场的电子枪电极的结构例子。

图25、图26、图27、图28、图29、图30和图31中每一个都是示出第三电极（G3）的形成非旋转对称电场的结构的实际例子的说明图。由2到4个电极板形成电子束孔径3C和置于电子束孔径3C边上的一个或多个狭缝3d。电子束孔径3c和狭缝3d由相互分离的电极板形成，并由电极板开孔形状所确定，从而使产生的电场是非旋转对称电场。

图32、图33和图34每个都是示出第四电极（G4）的形成非旋转对称电场的结构的实际例子的说明图，在图32的例子中，电极G4的电极表面4a和4b的每一个由两块电极板构成，这两块电极板分别具有圆形开孔4c和一个或多个狭缝4d，并将总数为4的电极板安置成电极表面4a和4b的狭缝4d的较长轴相互正交。图33和图34示出电极表面4a和4b中任一个具有形成非旋转对称电场结构的场合中配置例子。在每个例子中，将圆形电子束孔径4c置于一个平板电极中，而在另一个电极中设置一个或多个狭缝4d，并由这样平板电极的组合形成水平方向或垂直方向的非旋转对称电场。

图35、图36和图37中每一个都是示出第五电极（G5）的形成非旋转对称电场结构的实际例子的说明图，作为将形成非旋转对称电场结构赋予电极G5的表面5a一侧上的方法，可选择是由相互分离的电极组件形成圆形电子束孔径5c和狭缝5d，或选择将它们形成在公共电极组件内。

顺便提一下，图38和39是示出如图53A和53B所示的本发明第八实施例（图8）的电子枪中主透镜的实际例子的说明图，图38中的电极6（G6）包括一个具有对应于三电子束开孔的内电极60，在有一个大尺寸开孔61的圆柱形电极内。另一方面，图39中的电极5（G5）包括一个具有大尺寸开孔51的第一圆柱形电极5′，一个具有三电子束径孔52的第二圆柱形电极5″，一个具有三电子束孔径52′的平板电极5″′和一个具有对应于三电子束的开孔的内电极50。这里，由电极G5和G6的形成的透镜以这样的方法减小整个屏区中电子束光点的变形，该方法是使作用在成行排列型的三电子枪部分的侧束上的形成主透镜电场的电极（G5、G6）的那些电子束孔径的形状如图38和图39所示的呈水平不对称形。

图54是示出第一电极1（G1）详细结构的一个实际例子的说明图。在现有技术中，每个电子束孔径1c是旋转对称的（圆形），而在所示的实施例中，每个电子束孔径1c的水平尺寸dx₁比现有技术中的长，其垂直尺寸dy₁比现有技术中的短。由于这样设计，垂直方向的电子束光点尺寸特别在小电流范围可以充分小。并且，为避免电子束孔径1c的开孔面积下降，将水平尺寸dx₁加长以对应垂直尺寸dy₁的缩短部分，从而避免了电子枪阴极负载的增大，并克服了阴极射线管的寿命缩短。

图55是示出第二电极2（G2）详细结构的一个实际例子的说明图。在这里，现有技术中每个电子束孔径2c也是旋转对称（圆形），而在图示实施例中，每个电子束孔径2c的水平尺寸dx₂比现有技术中的长，其垂直尺寸dy₂比现有技术中的短。该实施例能产生类似于图54中实施例的那些效果。

图56A-56F是示出第一电极1（G1）的电子束孔径1C的各种实际例子的图表。孔径1C的形状在它是非旋转对称（非圆形）和垂直尺寸dy₁短于水平尺寸dx₁的情况下可任意设计。即该形状可通过调整孔径1C开孔面积来确定以使包括别的电极特性的阴极射线管的总聚焦特性与该阴极的负载特性相适应。不用说，该图示例子也适用于第二电极2（G2）的电子束孔径2C。

图57A-57B是每个示出在增大象散校正电压的情况下电子束光点尺寸的变化的说明图表。为比较描绘图57A，它对应于使用其电子束孔径是圆形的第一电极G1的现有技术场合。另一方面，图57B对应第一电极G1有图54中实施例的电极结构的场合。

如图57A和57B所示，考虑在使整个屏中聚焦特性变得最均匀的最佳象散校正电压V₀时的电子束光点尺寸，在图57B示出的本发明中的垂直尺寸与图57A示出的现有技术中的相比较缩短了。再者，在本发明中，垂直尺寸和水平尺寸间的差异减小了。这样，提高了垂直方向的分辨率。

图40是在其第二电极2（G2）的出口2b和第三电极3（G3）的入口3a上具有形成非旋转对称电场的结构的电子枪的示意图。图中，标号（a）到（k）代表电子束横截面形状的侧量点。

该电子枪具有这样的聚焦特性，在屏的中心部分大电流范围的电子束光点形状基本是圆形，特定扫描方向（水平扫描方向）上的合适聚焦电压高于正交于该特定扫描方向的方向（垂直扫描方向）上的合适聚焦电压，在屏中心部分小电流范围的电子束光点形状在正交方向比在该特定扫描方向长。并且，电子枪主透镜内电子束光点的横截面形状表明在电子束光轴附近、正交方向（垂直扫描方向）上电子密度分布较高，在其较外边缘部分特定扫描方向（水平扫描方向）上电子束尺寸加长。

图41A到图41C是用于说明电子密度分布，即图40中测量点（a）到（k）处的电子束斑点形状的图表，它们分别示出在相应点测得的结果。图41A-41C的每个符号（a）-（k）中，纵坐标代表垂直尺寸，横坐标代表水平尺寸。图中箭头表明电子束的进程，电子束沿着图41A到41C中的符号（a）→符号（b）→...符号（k）向荧光屏（面板）进行。

首先，假定在电极G1的入口1a处，从电子枪（图40）的阴极k射出的电子束呈如图41A的符号（a）所示的横截面形状。

电极G2的出口2b具有水平扫描方向的长的位于该电极电子束孔径边上或电子束孔径自身内部的狭缝2b。此外，在电极G3的入口3a一侧上，在垂直扫描方向上长的狭缝底部形成圆形电子束孔径，如在电子束前进方向上所视。从电极G1射出的电子束当它进入电极G2时展示符号（c）中所示的圆形截面。当从电极G2射出的电子束进入电极G3的狭缝时，它变为符号（e）中所示的截面形状。在电极G3的电子束孔径入口处，电子束截面形状变得如符号（f）中所示的那样。当电子束从电极G3射出时，它呈如在符号（g）中所示的水平方向长的横截面形状。当该电子束通过电极G4、G5和G6时，其横截面形状按符号（h）中的形状→符号（i）中的形状→符号（j）中的形状→符号（k）中的形状依次改变。最后，在由构成主透镜的电极G5和G6形成的透镜位置处，该电子束变为在垂直扫描方向电子密度较高且水平扫描方向上的截面尺寸大于垂直扫描方向上的截面尺寸的电子束。

以这种方法，如前所述，可在整个屏上和所有电子束电流范围内获得最佳聚焦特性和分辨率。

同时，尽管本发明基本上不需要应用动态聚焦电压，可将如现有技术中的动态聚焦再加到本发明的结构中。

如上所述，根据本发明，由于在构成电子枪的至少两个的多个电极的电子束孔径内或边上形成的产生非旋转对称电场的结构，使电子束的横截面呈水平长的状态通过偏转磁场，从而本发明能提供一种在整个屏上和所有电子束的电流范围内可获得良好聚焦特性和分辨率的并没有莫尔条纹出现、不应用如现有技术中的动态聚焦电压的电子枪，以及一种采用了该电子枪的阴极射线管。

Claims (17)

1、一种电子枪，它包含至少一个在特定方向上聚焦作用比在正交于所述特定方向上的聚焦作用弱的透镜系统，以及至少一个在正交方向上的聚焦作用比在所述特定方向上的聚焦作用弱的透镜系统，所述透镜系统沿所述电子枪的轴线方向安置。

2、一种装在阴极射线管中用于产生通过偏转装置在荧光屏上进行水平方向和垂直方向扫描的电子束的电子枪，所述电子枪含有在所述电子束的轴线方向形成的电极，至少一个静电透镜其中水平扫描方向的聚焦作用比在垂直扫描方向上的聚焦作用弱，至少一个静电透镜使受上面聚焦作用的电子束在所述水平扫描方向的所述垂直扫描方向再受到聚焦作用，且其在所述垂直扫描方向上的聚焦作用比在所述水平扫描方向上的第二次提到的聚焦作用弱。

3、一种阴极射线管，它包含一个包括多个电极的电子枪、一个偏转装置和一个荧光屏，其中所述电子枪包含一个用于形成表现大电流范围的电子束在所述荧光屏中心部分的光点基本是圆形且作用在所述电子束扫描方向上的合适聚焦电压高于作用在正交于所述扫描方向的方向上的适合电压的聚焦特性的静电透镜的电极，以及一个用于形成表现小电流范围的电子束在所述荧光屏的所述中心部分的光点在正交方向上的尺寸大于在所述扫描方向上的尺寸的聚焦特性的电极。

4、如权利要求3的阴极射线管，其特征在于：所述电子枪包括一个用于形成表现下面聚焦特性的电极，即在所述电子枪主透镜处的电子束横截面形状态表明在所述电子枪的电子束轴附近与所述扫描方向基本正交的方向上电子密度分布较高，并且所述模截面形状在所述扫描方向的尺寸大于在垂直方向的尺寸。

5、如权利要求3或4的阴极射线管，其特征在于：除了构成主透镜的电极，所述电子枪包括一个用于形成表现大电流范围的电子束在所述荧光屏中心部分基本是圆形且作用在所述电子束扫描方向的合适聚焦电压高于作用在与所述扫描方向正交的方向上的合适电压的聚焦特性的静电透镜的电极，以及一个用于形成表现小电流范围的电子束光点在所述荧光屏的所述中心部分正交方向上的尺寸大于所述扫描方向上的尺寸的聚焦特性的静电透镜的电极。

6、如权利要求3或4的阴极射线管，其特征在于：对于包括构成主透镜的电极，所述电子枪包括一个用于形成表现大电流范围的电子束在所述荧光屏中心部分基本是圆形且作用在所述电子束扫描方向的合适聚焦电压高于作用在与所述扫描方向正交的方向上的合适电压的聚焦特性的静电透镜的电极，以及一个用于形成表现小电流范围的电子束光点在所述荧光屏的所述中心部分正交方向上的尺寸大于所述扫描方向上的尺寸的聚焦特性的静电透镜的电极。

7、如权利要求2到6中任一项的阴极射线管，其特征在于：所述每个具有所述聚焦特性的静电透镜由具有产生非旋转对称电场的结构的电极形成。

8、如权利要求7的阴极射线管，其特征在于：用于产生所述非旋转对称电场的电极结构是通过使所述电极的电子束孔径本身为非旋转对称形状或（和）使所述电子束孔径边上部分为非旋转对称形状而构成的。

9、如权利要求7的阴极射线管，其特征在于：所述非旋转对称电场是通过赋予电极具有至少在所述电极的电子束孔径的入口和出口之一形成非旋转对称形状的结构而产生的。

10、如权利要求3到9中任一项的阴极射线管，其特征在于：所述电子枪至少包括第一电极、第二电极、第三电极、第四电极、第五电极和第六电极，其中至少有两个电极含有对通过相应电极的电子束施加非旋转对称电场的结构，以及对所述第二和第四电极施加控制电压而对所述第三和第五电极施加聚焦电压。

11、如权利要求10的阴极射线管，其特征在于：将产生非旋转对称电场的电极结构至少安置在所述第二电极的电子束出口侧和所述第三电极的电子束入口侧。

12、如权利要求10的阴极射线管，其特征在于：将产生非旋转对称电场的电极结构至少安置在所述第三电极的电子束入口侧、所述第三电极电子束出口侧和所述第五电极电子束入口侧之一，以及所述第一电极电子束入口侧，所述第一电极电子束出口侧、所述第二电极电子束入口侧和所述第二电极电子束出口侧之一上。

13、如权利要求10的阴极射线管，其特征在于：将产生非旋转对称电场的电极结构至少安置在所述第二电极电子束出口侧、所述第三电极电子束入口侧和所述第三电极电子束出口侧上。

14、如权利要求10的阴极射线管，其特征在于：将产生非旋转对称电场的电极结构至少安置在所述第二电极的电子束出口侧、所述第三电极电子束入口侧和所述第五电极电子束入口侧上。

15、如权利要求10的阴极射线管，其特征在于：将产生非旋转对称电场的电极结构至少安置在所述第二电极的电子束出口侧、所述第三电极电子束入口侧、所述第五电极电子束出口侧和所述第六电极电子束入口侧上。

16、一种包含一个包括多个电极的电子枪、一个偏转装置和一个荧光屏的阴极射线管，其特征在于：所述电子枪包含一个用于形成表现大范围电流的电子束在所述荧光屏的中心部分基本为圆形且作用在所述电子束扫描方向上的合适电压高于作用于与所述扫描方向正交的方向上的合适电压的聚焦特性的静电透镜的电极，以及一个用于形成静电透镜的电极，该静电透镜表现小电流范围的电子束在所述荧光屏的所述中心部分的光点在垂直方向上的尺寸大于在所述扫描方向上的尺寸的聚焦特性，其特征还在于：在该多个电极中，靠近所述电子枪阴极的电极的电子束孔径在所述正交方向上的尺寸比所述扫描方向上的尺寸小。

17、如权利要求16的阴极射线管，其特征在于：至少第一和第二电极之一的电子束孔径在所述垂直方向上的尺寸小于在所述扫描方向上的尺寸。

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