CN1065361C - 可产生多组电子束的单色电子枪 - Google Patents

Abstract

本发明为一种可产生多组电子束的单色电子枪，由其阴极产生两组或两组以上沿垂直方向相邻的电子束，该多组电子束同时且同步地在屏幕上扫描出对应条数的水平扫描线，其沿垂直方向相邻电子束中心至中心的间距远较彩色的一字排式电子枪所产生的多组电子束间的水平间距小，可以大幅提升屏幕的清晰度，本发明也可有效降低各电子束的水平扫描频率，减少扫描所需之功率、辐射干扰及对人体的伤害，避免使用含浸式阴极而大幅减低生产成本。

Description

可产生多组电子束的单色电子枪

本发明涉及一种电子枪，特别一种不用含浸式阴极而可产生多组电子束的单色电子枪。

按，传统之单色阴极射线管(CRT)，如图1及图2所示，其电子枪10由阴极12产生单电子束14，再藉由该CRT的偏转线圈产生偏转磁场，对其完成水平及垂直扫描后，始于该单色CRT的屏幕24上形成一完整的画面。此等扫描动作，如图3所示，将一个经水平扫描的点状电子束141在屏幕24上连续迅速地沿水平方向移动，以产生一水平扫描线25，再经由垂直扫描之作用，在屏幕上完成一水平扫线25时，继续沿垂直向进行下一条水平线之扫描，如此，周而复始，即形成连续之水平扫描线25，而构成一完整画面，此一形成画面的程序，是一连续之事件(Sequential event)。

近年来，由于对显像管之显像精密度之要求愈来愈高，例如：医疗显示用的单色CRT，其解析度相当于目前的X射线影片，须有2000×2000(水平×垂直)以上之像素(Pixel)，或用于高清晰度电视(HDTV)上作为投影显像管(Projection CRT)用之单色映像管，亦须有极高的像素，且为完成此等高显像精密度的单色显像管，必需提供更高之电流及清晰度，故，若以目前的单电子束电子枪制造技术，设计及制作此种高清晰度的单色显像管，将发生下列困难：

一．水平扫描速度大增，致偏转功率大增，造成发热、散热问题：

由于此种高清晰度的单色显像管的像素(Pixel)较传统者增加颇多，甚至数以倍计，故在屏幕上，单电子束沿水平方向及垂直方向的扫描速度必须加快，否则在视觉暂态的时间内，将无法形成视觉上的整个画面。但当水平扫描速度加快时，其所需的偏转功率亦须同时大辐增加，致使偏转线圈极易发热，从而必须解决其散热问题。

二．高频水平扫描线圈的绕线必须改用价格昂贵的多组线型的里兹(Ritz)绕线。

三．高频水平扫描极易辐射漏磁造成对人体的伤害或辐射干扰，必须用各种价格昂贵的磁屏蔽来防止其漏磁作用。

四．高速的视频驱动(Video drive)电子枪的阴极电容到2pf以下，此将造成设计上的困难。

五．由于同时要达到高清晰度及高亮度的要求，用传统的氧化物阴极(Oxide Cathode)不仅无法满足上列的要求，且无法维持足够的以小时计的阴极发射寿命。一般CRT须要有10，000小时以上的有效发射寿命，故目前一般高清晰度显像管均须改用价格为氧化物阴极售价20倍以上的含浸式阴极(Dispenser Cathode)，致其产品成本激增。

六．又因一般投影电视之投影显像管中所用之静电聚焦(Electrostatic Focusing)，已无法达到HDTV所需之清晰度要求，故必须改用昂贵的磁场聚焦(Magnetic Focusing)。

由上述可知，以传统的单色显像管的制造技术，在设计及制作高清晰度的单色显像管时，不仅将发生偏转功率增加的过热问题，其高频水平扫描亦因辐射漏磁将对人体造成伤害或对其它电子产品造成辐射干扰，且在设计上更有许多技术问题亟待一一克服。倘欲维持产品之清晰度品质，则必须藉由增加生产制造的程序，加装价格昂贵的绕线及磁屏蔽，并改用含浸式阴极(Dispenser Cathode)，始能达到所需的清晰度。显而易见，其产品制造程序增加、构造渐趋复杂，且其零件成本激增，致产品售价高居不下，加重消费大众的购买负担。

有鉴于前述传统的单色显像管的制造技术，在设计及制作高清晰度的单色显像管时，所衍生出之诸多缺憾，发明人乃研究发明出一种多组电子束的单色电子枪，期藉由使用可产生多组电子束的单色显像管来达成高清晰度的显示，以便有效地解决所有上述问题及困难，并使单色显像管具有更佳的性能及较廉价的生产成本。

本发明之主要目的，在于其电子枪可产生多组(两组或两组以上)沿垂直方向相邻的电子束，并令该多组电子束同时且同步地在屏幕上扫描出对应条数(两条或两条以上)的水平扫描线。由于沿垂直方向相邻电子束中心至中心的间距远较彩色的一字排列式(Inline)电子枪所产生的多组电子束间的水平间距小，故在扫描过程中，该多组电子束彼此之间的距离可被精确地保持。又，由于本发明中相邻之电子束和电子束间的距可能小至0．5mm，故在本发明的单色电子枪的设计中，此多组电子束可使用一共同阴极，而用分开的控制极来驱动各单独电子束的电流大小，由于其相邻电子束间的距离极小，且其扫描频率可大辐降低，故极适合应用于高清晰度的显像管中，以大辐度提高屏幕的清晰度。

本发明另一目的是在其电子枪所产生的多组电子束可依据显像管设计者或制造者之实际需求，设计成可产生N组电子束，其中N等于或大于2故于显像管的屏幕上可以同时有N条水平扫描线做同步扫描，如此，其水平扫描频率将可减小N倍，故本发明可有效地降低各电子束的水平扫描频率，不仅可大辐减少扫描所需功率，亦可有效地改善由高频电流所引起的辐射干扰及对人体的伤害。

本发明还有另一个目的，是其水平扫描频率可因产生N组电子束而降低N倍。故在相同的扫描显像状态下，扫描中的电子束在每一个像素(Pixel)上的停留时间(dwell time)将会增加N倍，此可将每组电子束的发射电流减小为原来的1／N倍，以令其显示亮度维持不变。由于本发明中每束电子束所需的总电流可较传统者减少许多，其阴极的单位面积的电流负荷密度(Current loading density)亦因而可大量减少，这在高清晰度电视的投影显像管的应用中，将可因避免使用昂贵的含浸式(dispenser)阴极，而大辐度降低生产成本。

附图说明如下：

图1为传统的单色显像管系统的电子枪的零件配置示意图；

图2为传统的单色显像管系统的电子枪的剖面示意图；

图3为传统的单色显像管系统的屏幕上电子束的扫描示意图；

图4为本发明的一个可产生二组电子束之单色电子枪的零件示意图；

图5为本发明的一个可产生二组电子束之单色电子枪的剖面示意图；

图6为本发明的一个可产生二组电子束之单色电子枪在屏幕上电子束的扫描示意图；

图7为本发明的一个可产生三组电子束的单色电子枪的元件配置示意图；

图8为本发明的一个可产生三组电子束的单色电子枪的剖面示意图；

图9为本发明的一个可产生三组电子束的单色电子枪的屏幕上电子束的扫描示意图；

图10为本发明设有两极、四极或六极磁环的电子枪的剖面示意图；

图11(A)为本发明中所使用的两极磁环的向下校正作用示意图；

图11(B)为本发明中所使用的两极磁环的向上校正作用示意图；

图11(C)为本发明中所使用的四极磁环的向中校正作用示意图；

图11(D)为本发明中所使用的四极磁环的向外校正作用示意图；

图11(E)为本发明中所使用的六极磁环的向上校正作用示意图；

图11(F)为本发明中所使用的六极磁环的向下校正作用示意图；

图12为传统的彩色显像管系统的彩色电子枪的元件配置示意图；

现配合附图详细说明如下：

本发明为一种可产生多组电子束的单色电子枪，尤指一种电子枪用以产生多组(两组或两组以上)沿垂直方向的相邻的电子束，如图4与图5所示的可产生两组电子束42、44的电子枪36，及如图7与图8所示的可产生三组电子束74、76、78的电子枪70，并令该多组电子束同时且同步地在屏幕上扫描出对应条数(两条或两条以上)之水平扫描线，如图6所示的由两组电子束42、44在屏幕57上所构成的两条扫描线421、431，及如图9所示的由三组电子束74、76、78在屏幕120上所构成的三条扫描线741、761、781。

本发明之可产生多组电子束的电子枪的设计原理，与目前彩色的一字排列式(Inline)电子枪240(如图12所示)全然不同，二者间主要不同点如下：

a)如图12所示目前彩色的一字排列式(Inline)电子枪的三个枪(即R．G．B．三枪)242、244及245所产生之三支电子束252、254、256沿水平方向排列，在经过三色会聚(Convergence)后，仅以一个像素(Pixel)在屏幕上形成一条条之水平扫描线。而本发明的多组电子束的单色枪则系产生多组沿垂直方向排列的电子束，并分别以多个像素(Pixel)同时且同步地屏幕上扫描出对应条数之水平扫描线，如图6及图9所示。

b)在目前之彩色的一字排列(Inline)电子枪中，其三支电子束间的相邻电子束中心至中心之距离Dx，如图12所示，一般须在4mm至7mm间，其原因系各电子束在透过阴罩(Mask)的选色孔(Aperture)后，其落点的容差(tolerancc)与电子束间之距离Dx有关，如间距太靠近，则容易造成电子束的彩色落点不准确，而产生彩色纯度(Pnrity)之误差。而本发明的多组电子束的单色电子枪，其沿垂直方向的相邻电子束的中心至中心的间距Dy，如图5与8所示，远较彩色的一字排列式(Inline)电子枪所产生的多组电子束间的水平间距Dx小，本发明的多组电子束的垂直间距Dy应在0．5mm到2．5mm之间，由于此一间距甚为微小，故在扫描过程中，该多组电子束延续此之间的距离可被精确地保持。

c)由于本发明中相邻电子束间之距离Dy，可能小至0．5mm，故在本发明的多组电子束的单色电子枪的设计中，此多组电子束可使用一共同阴极，如图4所示的阴极38及图7所示阴极72，而用分开之控制电极G1来驱动各单独电子束的电流大小，如图4所示的控制电极G11、G12及图7所示的控制电极G11、G12、G13。

本发明多组电子束的单色电子枪最适合应用于高性能的单色显像管中，此所谓之高性能之单色显像管包括医疗上用的高清晰度单色显示管、高清晰度电视(HDTV)用的投影显像管(一般均系利用红、蓝、绿等三只彩争管藉由光学透镜重合投影在银幕上)及其它、特殊用途的高清晰度的显示管。

本发明的多组电子束的电子枪可应用于高性能的单色显像管中，以作为其显像之用，由于该电子枪所产生的多组电子束可依据显像管设计者或制造者之实际需求，可设计成产生N组电子束，其中N为等于或大于2，故于显像管的屏幕上可以同时有N条水平扫描线做同步扫描，如此，其水平扫描频率将可减小N倍。

同时，由于在本发明中水平扫描频率降低，亦即在相同的扫描显像状态下，进行扫描中的电子束在每一个像素(Pixel)上之停留时间(dwell time)将会增加N倍，其电子束在每一个像素上的停留时间的增加将令该像素的亮度大幅增加，但这种亮度的增加，可能并非设计者所需要的性能，在设计上可藉由减少每组电子束之发射电流为原来的1／N倍而使其显示的亮度维持不变。

由上述可知，在本发明中，由于其相邻电子束间的距离Dy极小，且其扫描频率可大辐降低，故极适合应用于高清晰度的显像管中，以大辐提升屏幕的清晰度。此外，在本发明中，每束电子束所需的总电流将较传统者减少，其阴极的单位面积的电流负荷密度(Currentloading density)亦因而可大量减少，此在高清晰度电视的投影显像管之应用中，将可因避免使用昂贵的含浸式(dispenser)阴极，而大辐减少扫描所需功率，并有效改善由高频电流所引起的辐射干扰及对人体的伤害。

此外，将本发明的多组电子束的电子枪安装于一用以接收显示系统(例如：接收电视传播视频)的显像装置时，该显像装置须设有两组的行存储器M(line memory)，如图5及8所示，在T0至T1之扫描时段内，先由一组之行存储器M接收并储存可产生N条扫描线的信息，再于下一个T1至T2之扫描时段内，自该组之行存储器M中，同步释出N条扫描线的驱动信号，以产生第一组N条相邻的水平扫描线，在此同一T1至T2之时段内，另一组之行存储器M将接收并储存可产生N条水平扫描线的信息，再于T2至T3之扫描时段内，自该另一组的行存储器M中同步释出N条扫描线的驱动信号，并产生第二组的N条相邻的水平扫描线。此外，在第二组的N条水平扫描线扫描之同时，即T2至T3时段内，原先一组的行存储器M将再接收并储存第三组的N条水平扫描线的信息，如此周而复始，完成整个画面(FRAME)之扫描。由于该等水平扫描线沿垂直方向扫描的过程中，任一组的N条水平扫描线之最上方一条线恰落在其前一组N条水平扫描线之最后一条线的下方，故可有效控制其画面，令其具有连续感。

本发明的电子枪70必须通过在显像管的管颈位置处分别装设两极、四极或六极磁环130、132或134，并由调整该等磁环130、132或134以校正或控制所产生的多组电子束74、76、78在显像管的屏幕122上的相对位置，如图10所示。但由于在本发明中，相邻电子束74、76、78的中心至中心的垂直距离Dy远小于一般彩色电子枪的相邻电子束的中心至中心的距离，故其磁环130、132或134的充磁强度将较一般彩色显像管所用者微弱，始能比较精确地进行微调工作。

本发明中所使用的两极磁环130，其作用是使全部的多组电子束74、76、78往同一方向移动，如图11(A)及11(B)所示，其四极环132使上、下外侧的多组电子束74、78做相反方向的移动，但中心之电子束76不受影响，如图11(C)及11(D)所示，而六极磁环134则使在上、下外侧的多组电子束74、78做相同方向的移动，但位于中心的电子束76不受影响，如图11(E)及11(F)所示；故藉由调整该等磁环130、132或134的关系位置即可精确地校正或控制电子束74、76、78在屏幕122上的相对位置。

本发明藉由前述三种磁环的调整，可以顺利取得多组电子束在屏幕上落点中心至中心的距离及方向排列的准确性，而此多组电子束在扫描时，要维持其相对距离及方向排列，则系藉由传统之一字式自会聚偏转线圈(Inline Self Convergence Yoke)124来达成，如图10所示，由于本发明的电子束中心至中心的距离远小于传统彩色枪电子束中心至中心的距离，其偏转线圈124所需之动态四极磁场分量(作为自会聚之用)将远小于传统偏转线圈(该偏转线圈124不在本发明所欲保护之范围内，故于此不予赘述)。同时，在整个画面的扫描过程中，本发明中各电子束中心至中心的距离，亦比较容易维持在较精确的误差控制。

本发明的电子枪在垂直方向采用沿垂直方向延伸的共同电子透镜，以减少透镜之球面像差(Spherical Aberation)，而增加清晰度，如图4及图7所示，在图4中之50a、50b及52a，图7中之96a、96b及98a所示，均为在垂直方向延伸的共同电子透镜结构图，在该共同电子透镜组合中，所有电子束都通过一共同的透镜空间。由此可知，各电子束只有在电子形成区时，各自具有独立的透镜空间，即由阴极发射出，经控制电极G1及屏极G2时，各电子束均各自具有互不干扰的电子透镜空间，而在进入焦聚电极G3底部后，各电子束始具有共同的电子透镜(CommonLens)。

以上所述，仅系本发明之较佳实施例。本发明所要求保护的权利范围，并不局限于此，凡熟悉本领域的技术人员，依据本发明所揭露之技术内容，可轻易涉及的等效变化，均应不脱离本发明的保护范畴。

Claims (16)

1．单色阴极射线管的一种电子枪，阴极射线管显示屏上的电视图像是通过令入射的电子束总的沿水平方向以光栅般的形式扫描多个连续垂直间隔的水平扫描线形成的，所述电子枪的特征在于，它包括：

阴极装置，用于提供高能电子；

电子束形成区，毗邻所述阴极装置配置，且包括第一和第二带电栅极，分别具有彼此间隔的第一和第二孔眼阵列，用于使所述高能电子形成多束电子束，其中各所述第一和第二孔眼阵列总的垂直排列，且所述第一孔眼阵列的各孔眼与所述第二孔眼阵列的相应孔眼对齐，从而使高能电子形成多束彼此间隔且总的成垂直排列的电子束；和

透镜装置，设置在所述电子束形成区和阴极射线管的显示屏之间，用于接收所述垂直排列彼此间隔的电子束，并将电子束在显示屏上聚焦成垂直排列彼此间隔的光点，其中各电子束在显示屏上形成电视图像时同时扫描各扫描线全长，且其中所述透镜装置包括第三和第四带电栅，分别具有第一和第二垂直方向细长的孔眼供电子束通过和在显示屏上聚焦。

2．如权利要求1所述的电子枪，其特征在于，各所述第一和第二孔眼阵列有三个垂直排列的孔眼。

3．如权利要求2所述的电子枪，其特征在于，所述第一栅极包括第一、第二和第三垂直排列的带电部分，各带电部分具有所述第一孔眼阵列的一个相应孔眼，且其中各带电部分的电容基本上相等。

4．如权利要求3所述的电子枪，其特征在于，所述第一栅极还包括第一和第二间隙界定装置，用于界定分别设置在所述第一和第二带电部分之间以及在所述第二和第三带电部分之间的不导电绝缘间隙。

5．如权利要求4所述的电子枪，其特征在于，所述第一、第二和第三带电部分由金属构成。

6．如权利要求5所述的电子枪，其特征在于，它还包括第一、第二和第三视频信号源，分别耦合到所述第一栅极的所述第一、第二和第三带电部分，分别给该三个带电部分提供第一、第二和第三视频信号。

7．如权利要求6所述的电子枪，其特征在于，所述第一、第二和第三视频信号源具有存储装置，用于存储收到的视频信号，供以后借助于相应的电子束显示在显示屏上。

8．如权利要求7所述的电子枪，其特征在于，所述第三栅极还具有第三垂直方向细长的孔眼与所述第一和第二细长孔眼对齐，且其中所述第一和第三细长孔眼配置在所述第三栅极的对向的表面。

9．如权利要求8所述的电子枪，其特征在于，所述第三栅极具有三个垂直排列彼此间隔的孔眼，相应的电子束即通过该各孔眼。

10．如权利要求7所述的电子枪，其特征在于，所述第一和第二带电栅极分别为G1控制栅极和G2帘栅极。

11．如权利要求10所述的电子枪，其特征在于，所述第三和第四带电栅极分别为G3栅极和G4栅极。

12．如权利要求11所述的电子枪，其特征在于，所述第一和第二孔眼阵列毗邻配置，面对着所述G1和G2栅极的部分。

13．如权利要求11所述的电子枪，其特征在于，所述垂直排列的细长孔眼毗邻配置，面对着所述G3和G4栅极的部分。

14．如权利要求1所述的电子枪，其特征在于，各所述第一和第二孔眼阵列具有两个垂直排列的孔眼。

15．如权利要求14所述的电子枪，其特征在于，所述第一栅极包括第一和第二垂直排列的带电部分，各带电部分包括所述第一孔眼阵列相应的一个孔眼，且其中各带电部分的电容基本上相等。

16．如权利要求15所述的电子枪，其特征在于，所述第一栅极还包括一个不导电部分，设置在所述第一和第二带电部分之间。

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