CN1107967C - 小颈径彩色阴极射线管 - Google Patents

Abstract

一种阴极射线管，包括一个抽真空的管泡，由屏面，管颈和漏斗形部分组成。一线排列式电子枪置于管颈部分，它包括一个主透镜和静电四极透镜。电子枪的聚焦极有一单开口用来通过三束电子束，聚焦极与阳极相对以形成一主透镜。单开口的水平向直径比垂直向大。主透镜到荧光屏的距离不大于300厘米，管颈外径T满足下式：23.2mm≤T≤25.9mm，侧电子束轨道中心到单开口的水平边缘满足下式：5.0mm≤D≤6.5mm。

Description

小颈径彩色阴极射线管

本发明涉及一种阴极射线管，更具体地说，涉及一种具有做成可将在同一平面内的三束电子束投向荧光屏的一线排列式电子枪的阴极射线管。

作为一个在电视接收机或监视器终端的图象显示装置，具有多个一线排列电子束的阴极射线管，即彩色阴极射线管已广泛被使用。

这种类型的阴极射线管至少包括一个抽空的管泡，该泡有一个其内表面有一个屏幕的屏面部分和一个管颈部分，一个连接管颈和屏面部分的漏斗形部分，一个安装在屏面和管颈之间的一个过渡区，以及一个一线排列的电子枪，电子枪置于管颈部分并其构造做得使将在同一水平面内的三束电子束投射到荧光屏上。

图9示意性地示出了这类阴极射线管的一线排列的电极的构成，而图9a和9b则示出了图8的电子枪的主要电极。在图中，数字1表示阴极，2表示电极，3表示加速极，4表示第一聚焦极，4a表示在第一聚焦极中的内电极，5表示第二聚焦极，5a和5b为用来形成静电四极透镜的平行电极，6表示置于第二透镜内的平板电极，7表示阳极而8表示置于阳极内的平板电极。

图9A是沿图8的100-100线的截面图，而图9B则是沿101-101线的截面图，与图8的相同的数字表示相同的元件。

如图9A所示，平行电极5a和5b与在第一聚焦电极4一端的第二聚焦极5相连，其自由端深进到在第一聚焦极4中形成的单个开口并且以无接触的方式垂直地插入放置在第一聚焦极4的内电极4a中形成的三个一线排列的电子束孔径4₁，4₂和4₃。如图9B所示，在第二聚焦极5的平板电极6中，有穿过中心电子束的椭圆孔径和在其两侧的半椭圆的开口。

具有上述结构的电子枪的阴极射线管，其工作原理如下：

由一个加热器对三个阴极加热，从阴极发射的热电子由于在加速极3加有200到1000伏特的正电压而被吸引向控制极2，并且形成三个电子束。

三电子束通过控制极2的孔径，然后通过加速极3的孔径，再进入主透镜被加到第一聚焦极4，第二聚焦极5，和阳极7的正电压加速加速。在电子束进入主透镜以前，有一个在加有大约200到1000伏特的低电压的加速极3与第一聚焦极4之间形成的预透镜对电子束实行一个轻微的聚焦。

此外，构成主透镜的第二聚焦极5与第一聚焦极4一样被加有大约5到10千伏特的电压，该电压与随电子束的偏转角度的增加而变化的动态电压相叠加，而阳极7则加有约20至35千伏特的高电压。

在第一聚焦极4和第二聚焦极5的相对表面形成了一个静电四极透镜，以便校正因电子束的偏转而引起的在屏幕的四角的聚焦特性的变坏。

由于在第二聚焦极5和阳极7之间的电位差形成的主透镜而使电子束被聚焦在荧光屏上并在屏上形成电子束光点。

聚焦特性随着电子束偏转角的增加而减弱的主要原因是：第一，因为自聚焦偏转线圈通常用于在荧光屏上扫描电子束，所以会因其偏转磁场的非均匀性而产生象散，第二，因为从主透镜到屏幕的距离比从主透镜到屏幕中心的距离长，所以电子束的聚焦条件在屏幕中心与屏幕四角是不同的。

因此，为了解决在屏幕角上的析象力的变坏，将电子枪制成如图9A所示的静电四极透镜来接收在第二聚焦极5上的随着电子束的偏转角度的增加而变化的动态电压。

在日本专利申请昭58-103752和日本专利公开平2-72546公开了这种现有技术的电子枪和阴极射线管。

在使用上述结构的常规一线排列的电子枪的阴极射线管中，特别是用于信息终端的高分辨率彩色阴极射线管，产生了一个偏转线圈的功耗随着用于高分辨率显示的偏转频率的增加而增加。

当管颈外径减得比常规的29.1毫米小时，偏转线圈的偏转灵敏度被改进，但因此产生了下面的问题。

图10是构成主透镜和具有一个水平方向的直径比垂直方向大的开口的电极和容纳阴极射线管的主透镜的管颈部分的截面图。数字5表示具有一个单开口5ap的第二聚焦极，22为管颈部分，Bs，Bc，和Bs为三个电子束的轨道(Bs表示侧电子束和Bs表示中心电子束)，H-H表示水平方向而V…V为垂直方向。

在图中，管颈的外径T表示如下：

T＝(S+D/2+L1+L2+H)×2

其中符号S表示相邻电子束轨道间的中心-中心的间距，D表示两倍于从三个电子束中的侧电子束Bs的轨道中心到开口5ap的水平边缘的距离值，L1表示相邻于开口5ap的水平边缘的电极边缘宽度，L2表示从电极到管颈部分内壁的距离，而H表示管颈部分的玻璃厚度。

D/2表示从侧光束Bs的轨道中心到开口5ap的边缘的最近距离，它与主透镜的最小有效半径相等。在具有如图8所示的结构的电子枪的主透镜中，沿着管轴的平板电极6的位置和椭圆开口的形状设计得相应于中心和侧电子束的主透镜的半径在所有方向上都等于D/2。

其原因在于，当主透镜的有效水平直径和垂直直径不相等时，在该位置上的聚焦特性要变坏。

图8所示的结构的电子枪的主透镜的直径通常用D值有效地确定。

为了减少管颈的外径，就必须减少上述各尺寸，然而，如果过度减少上述的S值，就必须加宽q尺寸，即荫罩和荧光屏之间的空间。因为荫罩和荧光屏之间的空间没有磁屏蔽，因此如果q尺寸增加，则电子束会受诸如地磁场这种外磁场影响而偏转，激励的想要激励的荧光物质以外的荧光物质，从而形起色度变坏的问题。

如果D值减少，则主透镜的有效直径减少而产生了聚焦特性变坏和分辨率降低的问题。

从制造的观点来看，水平方向的电极边缘宽度的减少也受到限制。

此外，还在于这样一个问题，如果从电极到管颈的内壁距离L2减少，则会降低高压的稳定性，并且如果管颈玻璃的厚度减少，则机械强度会降低。

本发明的目的是为了解决上述现有技术的问题，并提供一种这样的阴极射线管：通过减少管颈外径来改善偏转灵敏度而不会降低聚焦特性，高压稳定度，和机械强度，且偏转的功耗也被降低。

为了完成上述目的，本发明的实施例的阴极射线管包括至少一个抽空管泡，该泡有一个在其内表面有一个荧光屏的屏面部分，一个管颈部分，一个连接平面部分和管颈部分的漏斗形部分，一个安装在漏斗形和管颈部分之间的管渡区附近的偏转装置，一个容纳在管颈部分的一线排列的电子枪，电子枪包括一个电子束产生部分，该部分包括至少一个阴极，一个控制极和一个加速极，用来产生电子束并将在一个水平面中的三束电子束指向荧光屏，电子枪还包括一个主透镜部分，主透镜包括一个聚焦极，聚焦极包含一个子电极，子电极的一端有一个开口用来通过三束电子束，此开口在水平方向上的直径比垂直方向上大，聚焦极还包括一个置于子电极中的平板电极用来形成分别让三束电子束通过的孔径，电子枪还包括一个面向子电极一端的阳极，子电极和阳极形成一个主透镜，和包括一个静电四极透镜，透镜光焦度随着加于其上的随三个子束的偏转角的增加而增加的电压而变，其中从主透镜到荧光屏的距离不大于300毫米，而容纳一线排列的电子枪的管颈部分的外径T则满足下列不等式：

23.2mm≤T≤25.9mm，而两倍于三个电子束的侧电子束的轨道中心至单开口的水平边缘的距离的D值则满足下列不等式：

5.0mm≤D≤6.5mm，而本发明的另一个实施例至少包括一个抽真空的管泡，管泡包括一个在其内表面具有荧光屏的屏面部分，一个连接一个屏面部分和管颈部分的漏斗形部分，一个安装在靠近漏斗形部分与管颈部分之间的过渡区的偏转装置，以及一个容纳在管颈部分中的一线排列的电子枪，电子枪包括电子束产生部分，该部分包括至少一个阴极，一个控制极和一个加速极以用来在水平方向产生三束电子束并将其指向荧光屏，一个主透镜部分，它包括一个包含一个子电极的聚焦极，聚焦极在其一端有一单开口用来通过三束电子束，单开口在水平方向上的直径比垂直方向上大，和一个置于子电极内的平板电极用来形成用来让三束电子束分别通过的孔径，一个面向子电极一端的阳极，子电极和阳极形成一个主透镜，和一个静电四极透镜，该透镜光焦度随着加在其上的电压而变，而加在其上的电压则正比于三束电子束的偏转角，其中从主透镜到荧光屏的距离不大于300mm，容纳一线排列电子枪的管颈部分的外径T和是从三束电子束的侧电子束的轨道中心单开口的水平边缘的距离的两倍的D值则满足下列不等式：

D+18.2mm≤T≤D+19.4mm     和

5.0mm≤D≤6.5mm。

图1是一个构成本发明的阴极射线管中的电子枪的主透镜和管颈的电极部分的截面图。

图2是一个用来说明本发明的阴极射线管的实施例的彩色阴极射线管的截面图。

图3用来说明相邻电子束间的中心到中心的间距s与失聚焦量之间的关系。

图4用来说明当高分辨率(光点距0.28)彩色阴极射线管的管轴从东西向转到南北向时在相邻电子束间的中心到中心间距S与电子束着屏公差的关系。

图5示出了在主透镜的有效直径D与在41厘米有用对角线和90度偏转角的彩色阴极射线管中可获得的最小光点之间的通过分析获得的关系。

图6示出了在光点直径和由于扫描线干扰形起的莫尔斯条纹之间分析获得的关系。

图7示出了当主透镜的有效直径为8.0毫米常规值时在从主透镜到屏幕的距离与最小光点之间的关系。

图8示意地示出了用于阴极射线管的一线排列的电子枪的电极构成。

图9A是沿图8的100-100线的电子枪的截面图。

图9B是沿图8的101-101线的电子枪的截面图。

图10是一个构成一个主透镜的电极的截面图，该电极有一个开口，开口的水平方向的直径比其垂直方向长，和一个容纳一个阴极射线管的主透镜的管颈部分。

图11示出了在管颈外径，邻电子束间的中心至中心的间距S及主透镜有效直径间的关系。

在图10中，用T＝(s+D/2+L1+L2+H)×2来表示阴极射线管的管颈外径T。式中符号s表示在相邻电子束轨道的中心距离，D值为两倍于侧电子束Bs的轨道中心到电极5的开口的水平边缘的距离，电极5的开口接近于主透镜的有效直径，L1是具有开口5ap的电极5的水平边缘宽度，L2是从电极5到管颈22的内壁的距离，而H是管颈22的玻璃厚度。具有开口5ap的电极5的水平边缘宽度L1通常在1.0-1.5mm的范围内，从压制法来制造电极的观点来看，使L1小于1.0是有困难的。

从高压稳定性的观点看，使电极5到管颈22的内壁的距离L2小于1.0是有困难的，而在常规彩色阴极射线管中从电极到的管颈的内壁的距离是在1.0-1.3mm的范围内。

从机械强度的观点看管颈玻璃厚度小于2.5mm是有困难的，而常规彩色阴极射线管的管颈厚度是在2.5到2.8mm。

为了使外径T最小，就需要将上述值尽可能减小。

在相邻电子束之间的中心到中心的距离将在下面于以解释。

图3示出了在相邻电子束间的中心到中心的距离S与具有90°偏转角高分辨率彩色阴极射线管中的不聚焦量之间的关系，横坐标表示电子束距离S(mm)而纵坐标表示不聚焦量(mm)。

彩色阴极射线管必须要将三束电子束聚焦在荧光屏上，然而，由于电子枪，偏转线圈和色彩阴极射线管的公差，三束电子束并不良好地聚焦在荧光屏上。三束电子束在荧光屏上被不准确显示的距离称为不聚焦量。图3的曲线显示了由于制造和元件公差而造成的不聚焦的平均值和而不聚焦的量通常散落在离平均值0.1mm处。

图3表明，在高分辨率彩色阴极射线管中，因为不聚焦量最多为0.4，所以在相邻电子束之间的中心到中心的距离最多应为5.2。

在彩色阴极射线管中，三束电子束只能激励分别相应于它们的R，G和B的荧光物质中的一种以便发射光。

然而，当转动彩色阴极射线管轴向而改变地磁场对电子束的影响和各电子束偏离要求的轨道时，如果在每个彩色荧光物质单元较窄时，不仅所需要的彩色荧光物质单元而且不需要的荧光物质单元也被激励和发光。

相邻彩色荧光物质单元的间距与由于电子束不希望的的偏转之间的差别定义为电子束着屏误差公差。

图4示出了当偏转角为90度(0.28的点距)的高分辨率彩色阴极射线管从东-西向转到南-北向时，在相邻电子束的中心-中心间距S与电子束着屏误差公差之间的关系。考虑到在彩色阴极射线管中的制造公差，电子束着屏误差公差必须至少设计为5.0微米。因此，从图4可以看到，应将S值至少设定在4.6毫米。

由上述解释可知，S值应在下列范围内：

4.6mm≤S≤5.2mm      .....      (1)

两倍于侧电子束Bs的轨道中心到电极孔径5ap的水平边缘的距离的值D的最小值定义为D_min而其最大值定义为D_max。管颈外径T如上所述表示为T＝(L1+L2+H+S)X2+D。当将最小值L1＝1.0，L2＝1.0，及H2＝2.5分别上式，可得到下面的关系

D_min+18.2mm≤T≤D_max+19.4       .....  (2)

因此，通过减少D值，可以减少管颈外径。

接着要解释用来给出主透镜有效直径的D的尺寸。

图5示出了在主透镜有效直径D和屏对角线长41厘米、偏转角90度的彩色阴极射线管的最小电子束光电直径直径的分析获得的关系。横坐标表示D(毫米〕而综坐标表示最小光点直径(毫米)。

分析的条件是电子束电流为IK＝100微安和阳极电压＝26千伏的通常条件。

在这种尺寸的彩色阴极射线管中，从主条件到荧光屏的距离通常是约290±10毫米。

随着D值的增加，主透镜的球形象差减少和由主透镜获得的最小光点减少。然而，问题是如果电子束光点的直径变得小于一定值时，将会产生，莫尔条纹的问题。

莫尔条纹意味着这样一种现象：荧光物质光点的周期结构干扰电子束的扫描线或周期视频信号，因此在屏上产生条形图案而降低了分辨率。

图6示出了在光点直径与由于扫描线的干扰而引起的莫尔条纹直径分析所得的关系。

横坐标表示光点直径(厘米)而纵坐标表示莫尔条纹对比度。

当在屏幕上显示一个均匀的光栅信号并且因莫尔条纹引起的最大和最小的光点分布分别以B_max，B_min表示的话，则莫尔条纹定义为(B_max-B_min)/(B_max+B_min)。实验证实：当莫尔条纹对比度变得等于或高于0.01时莫尔条纹可以被察觉，因此光点直径需等于或大于0.45。

在彩色阴极射线管中，要求获得在屏幕上获得满意的分辨度。在National Technical Report，Vol.28，No1，1982上发表的题为“In-Line TypeHigh-Resolution Color-Diplay Tube”一文中披露到，当有用的屏幕对角线为41厘米，水平排列的光点数至少为1000，屏蔽间距(mask pitch)不大于0.28mm，根据分析在屏幕中心的光点的直径需等于或小于0.5。

因此，从图5可知，当光点直径是在0.45mm和0.5mm之间时，从侧电子束的轨道中心到开口5ap的水平边缘的距离至少设定在5.0mm而且有必要最大设定为6.5mm，并有如下关系：

5.0mm≤T≤6.5mm       .....(3)

当用上述公式(3)代替前面的公式时，获得了如下的管颈外径的条件：

23.2mm≤T≤25.9mm     .....(4)

当管颈外径直径T是在上限25.9mm附近时，如果主透镜的有效直径从6.5mm减少一点点，而增加从电极到管颈的内径的距离L2，则可以改进高电压稳定度。如果形成上述开口的电极的水平边缘宽度L1被增大，则电极的制造变得较容易。

图11示出了在T，S，和D之间的关系，用阴影区显示了满足公式(1)，(2)和(3)的范围。

即便使在屏幕中心的光点直径最小，在屏幕角落的光点直径偏转象差所增大而屏幕角落的分辨度下降。

因此，为了保证在整个屏幕上的分辨度，就有必要在电子枪中用静电四极透镜进行动态聚焦以防止在屏幕四角的分辨度的下降。

然而，当从主透镜到荧光屏的距离是在300或以上时，上述公式(3)和(4)的限制不会被实现。

在有用屏幕对角线为51厘米和偏转角为90°的彩色阴极射线管的情形，从主透镜到荧光屏的距离大约是354毫米。如果此距离是在300到353毫米的范围内，则主透镜的有效直径的所需的值为在6.5厘米到8.0之间，而管颈外径T与常规值29.1厘米相比可以减少。然而，在用于如计算机这种信息终端那样的高分辨度彩色监视器阴极射线管中，此范围内的尺寸并不用作为标准型，应用本发明来减少这类阴极射线管的管颈外径并不提供多大好处。因此，采用主透镜到荧光屏的距离为300或小于300毫米。

图7示出了当主透镜的有效直径为常规值8.0毫米时在主透镜到荧光屏的距离与最小光点直径直径的关系。横坐标是主透镜到屏幕的距离，纵坐标为最小的光点直径(mm)。

在图7中，当有用的屏幕对角线为41厘米时，最小的光点直径是0.4厘米。当有用的屏幕的对角线为51厘米时，最小的光点直径是0.5，这是为获得在屏幕上有良好分辨度和莫尔斯条纹只轻微可察觉。

因此，当有用的对角线是51而偏转角是90°时，主透镜的有效直径D小于8.0的常规值是有困难的、所以使管颈外径小于常规值也是有困难的。

下面参考附图来详细解释本发明的实施例。

图1示出了说明本发明的在一个阴极射线管的电子枪的主透镜和管颈部分。数字5表示具有穿过三电子束的单开口5ap的第二聚焦极，22表示管颈部分，Bs，Bc，和Bs为三电子束的轨道(Bs为侧电子束而Bc为中心电子束)，H-H表示水平方向，和V-V表示垂直方向。

在图中，假设相邻电子束之间的中心到中心的间距4.75毫米，侧电子束Bs的轨道中心到开口5ap的水平边缘是5.5毫米，而相邻于开口的水平边缘宽度L1是1.0毫米，从电极5到管颈22的内壁是1.0毫米，而管颈22的厚度是2.5毫米，根据图1可用下列公式来表示管颈外径T：

T＝(S+D/2+L1+L2+H)×2

＝(4.75+5.5/2+1.0+1.0+2.5)×2

＝24.0

并且满足下式：

23.2mm≤T≤25.9mm        .....    (4)

此外，两倍于从两侧电子束Bs的轨道中心到开口5ap的水平边缘的距离是5.5毫米并且满足下列等式：

5.0mm≤D≤6.5mm          .....    (3)

图2是一个用来说明本发明的阴极射线管的实施例的截面图。数字21表示构成显示屏幕的屏面部分，22表示容纳电子枪的管颈部分，23表示连接屏面部分和管颈部分的漏斗形部分24表示在屏面的内表面上形成的并构成显示屏幕的荧光屏，25表示荫罩，26表示用来容纳荫罩的屏蔽框，27表示用来屏蔽外磁场的磁屏蔽，28表示悬置弹簧，29表本发明的电子枪，30表示偏转线圈，31是用来定电子束的中心和校正色纯度的的磁铁，而B表示三个一线排列的电子束(Bs，BC，和Bs)。

在图中，这类色彩阴极射线管有一个抽空的管泡，该泡包括在其内壁上具有荧光屏24的屏面部分21，有容纳电子枪29的管颈部分22，和连接屏面部分和管颈部分的漏斗形部分。

容纳在管颈部分22的电子枪29有上述的结构和向荧光屏24发射三束一线排列的电子束。

安装在漏斗形部分与管颈部分之间的过渡区域的偏转线圈在荧光屏24的水平方向和垂直方向偏转从电子枪29发射来的电子束，三束电子束接受荫罩25的色彩选择并撞向荧光屏24以便形成色彩图象。

荫罩25焊接到屏蔽框26上并以预定的间隔关系通过联接悬置弹簧28与荧光屏24相连，而弹簧28则用埋置在屏面部分21的内壁的屏面的镶板钉固定在屏蔽框26的外围。

本实施例的阴极射线管可在整个屏上提供一个高分辨度的图象。

本发明并不限于上述实施例。不消说，本发明可应用于各种其他类型的电子枪，具有这种电子枪的阴极射线管和彩色阴极射线管以及其他阴极射线管。

如上所解释的，按照本发明，管颈外径的直径可减少得比传统的小而不会降低间距特性，高压稳定性，和机械强度，且偏转线圈的偏转灵敏度得到改善，偏转功耗减少，从而提供了一种高画面质量的阴极射线管。

Claims (2)

1.一种阴极射线管，包括至少

一抽空的管泡，它包括一个屏面部分，屏面部分的内表面具有一个荧光屏，包括一个管颈部分和一个连接所述屏面部分和所述管颈部分的漏斗形部分，

一个安装在贴近所述漏斗形部分和所述管颈部分之间的过渡区域的偏转装置，和

一个容纳在所述管颈部分的一线排列式电子枪，

所述一线排列电子枪包括

一个电子束产生部分，它包括至少一个阴极，提供控制极和一个加速极，用来产生三束电子束并且在一个水平面内射向荧光屏，

一个主透镜，它包括

一个聚焦极，它包括一个子电极，具有在其一端有一个开口，用来通过三电子束，所述单个开口其水平方向直径比在垂直方向上大，以及

一个置于所述子电极内的平板电极，它形成分别用来通过三束电子束的孔径，

一个面向所述子电极一端的阳极，

所述子电极和所述阳极间形成一个主透镜，和

一个静电四极透镜，透镜光焦度随着与三束电子束偏转角正比变化的电压而变化，

其中从三束主透镜到所述荧光屏的距离不大于300毫米，所述容纳一线排列电子枪的管颈部分的外径T满足下列不等式：

23.2mm≤T≤25.9mm，以及

两倍于从三束电子束的侧电子束的轨道中心到所述单开口的水平边缘的距离满足下列不等式：

5.0mm≤D≤6.5mm。

2.一种阴极射线管，至少包括

一个抽空的管泡，该泡包括一个屏面部分，屏面部分在其内表面有一荧光屏，包括一个管颈部分，一个连接所述屏面部分和所述管颈部分的漏斗形部分，

一个贴靠安装在所述漏斗形和所述管颈部分之间的过渡区域的偏转装置，和

一个容纳在所述管颈部分的一线排列电子枪，

所述一线排列电子枪至少包括一个阴极，一个控制极和一个加速极，用来产生三束电子束并在一个水平面上将此三束电子束指向所述荧光屏，

一个主透镜，包括

一个聚焦极，聚焦极包括一个子电极，它在其一端有一个单开口用来通过三束电子束，所述单开口在水平方向的直径比在垂直方向上大，和一个置于所述子电极内的平板电极，用来形成用来分别通过三束电子束的孔径，

一个面向所述子电极一端的阳极，

所述子电极和所述阳极在其间形成一个主透镜，以及

一个静电四极透镜，透镜光焦度随着加于其上的正比于三束电子束的偏转角电压而变化，

其中，从所述的主透镜到所述荧光屏的距离不大于300毫米，所述容纳所述一线排列的电子枪的管颈部分的外径T和两倍于从一个三电子束的侧电子束的轨道中心到所述单开口的水平边缘的距离的D值则满足下列不等式：

D+18.2mm≤T≤D+19.4mm，和5.0mm≤D≤6.5mm。

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