CN1131544C - 配有高分辨率电子枪的彩色阴极射线管 - Google Patents

Abstract

一种彩色阴极射线管，具有电子枪、荧光屏、用作选色电极的荫罩，电子枪包括顺序排列的用于发射三束电子束的阴极结构、用作控制电极的第一电极、用作加速电极的第二电极、多个聚焦电极和阳极，荧光屏由三色荧光元的重复图形构成，荫罩位于电子枪和荧光屏之间。其中，满足不等式：{(L+1360×D-600)/280}²+{(P-0.16)/0.06}²≤1，L+1360×D≥600，和P≥0.16，式中D是第一电极中电子束孔的水平直径且D≥0.25mm，L是阳极和聚焦电极之一之间的中间平面至荧光屏中心的距离，该聚焦电极之一是接近阳极但与其隔开的一个聚焦电极，且L≥260mm，P是在重复图形的第一水平行中三色荧光元的第一颜色的第一荧光元和第二荧光元之间中心至中心的水平距离，该第二荧光元最接近第一荧光元，在荧光屏的中心上，且位于靠近第一水平行的第二水平行中。

Description

配有高分辨率电子枪的彩色阴极射线管

技术领域

本发明涉及用作图象显示装置例如办公自动化设备终端的监视显象管的阴极射线管，特别涉及可以显示高清晰度图象的彩色阴极射线管。

背景技术

这种彩色阴极射线管，例如用于办公自动化设备终端的监视显象管的彩色阴极射线管一般具有由屏盘、管颈和连接屏盘和管颈的锥体构成的真空外壳、由涂敷在屏盘内表面上的三色荧光图象元组成的荧光屏、和装入管颈中的电子枪。

阴极射线管的电子枪有在水平方向上产生三束电子束的三个阴极，靠近阴极的第一电极，位于第一电极后面并在电子束行进方向彼此隔开用于形成主透镜的多个电极。三色荧光图象元按点状或带状的形式构成，并按预定的节距排列，形成荧光屏。

图9是上述彩色阴极射线管荧光屏中心部分的放大局部正视图。参考序号90表示在屏盘的整个内表面上按预定节距排列从而形成荧光屏的点状荧光图象元。参考序号91、92和93分别表示红色(R)荧光图象元、绿色(G)荧光图象元和蓝色(B)荧光图象元。尺寸P是在相同颜色的荧光图象元阵列的水平方向上的节距(在荧光图象元阵列的第一水平行中第一颜色的第一荧光图象元和第一颜色的第二荧光图象元之间水平的中心到中心的距离，该第二荧光图象元最靠近第一颜色的第一荧光图象元并位于与第一水平行相邻的第二水平行中)。尺寸V是在相同颜色的荧光图象元阵列的垂直方向上的节距(分别在荧光图象元阵列的第一水平行和第二水平行中的荧光点之间垂直的中心到中心的距离)。

对于采用这种荧光屏来分辨显示图象的精细结构的彩色阴极射线管来说，必须减小荧光图象元90的阵列节距，从而增加荧光屏中荧光图象元90的密度，特别重要的是减小荧光图象元90阵列的水平节距P。这是因为从电子枪发射的三束电子束在水平方向上排列，因此，不同颜色的三个一组的三个荧光元必须相对于选色结构例如荫罩中的电子束孔在水平方向上排列。

该结构对节距降低产生限制。

荧光图象元90的密度由两个相邻水平行中水平排列的三个不同颜色的三个一组的荧光元的数量N来确定，如图所示，三个一组的数量N在图9中包括…第(n-1)个三个一组、第n个三个一组、第(n+1)个三个一组…。

另一方面，为了提高分辨率，还必须降低由轰击荧光屏的电子束产生的电子束点的直径，以及荧光屏中荧光图象元阵列的节距，以便信号中包括的图象细节被描绘在荧光屏上。

为了满足这种要求，荧光图象元阵列的大约0.3mm的常规水平节距P近来被减小到约0.22mm至约0.24mm，因此，可显示的图象元的数量引人注目地增加。电子枪的性能改善使电子束点的直径从约0.7mm降低至约0.5mm。

例如由Hitachi Hyoron，vol.78，1996年12月所披露的，尤其是用于办公室自动化设备终端等上的监视器的彩色阴极射线管因荧光图象元阵列节距的减小和电子束产生的点径的减小在大信息量显示方面已经取得了进步。

用于办公室自动化设备等终端上的监视器的彩色阴极射线管必须按照偏转频率或信号格式的改变显示各种象素密度的图象。显示区域常常保持恒定而与形成一幅图象的象素数量无关。因此，因荧光图象元阵列节距与包含在信号(视频信号频率)中的图象细节的节距之间的干扰造成波纹干扰，该干扰分别取决于垂直方向和水平方向上象素数量和扫描线数量，并由于荧光图象元阵列的固定节距，所以不能获得鲜明的图象。

例如，认为在水平方向上尺寸为400mm和在对角线上尺寸为约500mm的现有技术彩色阴极射线管的荧光屏的水平方向上显示1300至1500个点。在这种情况下，计算调制传递函数(对输入正弦波信号的亮度响应，以下记为MTF)，大约等于或小于10％。

为了在荧光屏上分辨和描绘字母、字符或图形的细节，MTF最好至少为10％。

因此，对于上述尺寸的显示监视器来说，难以显示所要求的1600至1800或更多显示点的标准数量。

顺便说明一下，水平方向上可分辨的显示点的最大数量除以荧光屏的水平尺寸W在上述情况下为3.25至3.75，即使是普通阴极射线管的最好值也就为3.9。

其中，水平方向上显示点的数量被两个相邻水平行中水平排列的三个不同颜色的三个一组的荧光元的数量N限定，如图所示，三个一组的数量N在图9中包括…第(n-1)个三个一组、第n个三个一组、第(n+1)个三个一组…。

发明内容

本发明的目的在于，通过消除普通技术中的上述问题，提供可以产生不出现波纹的鲜明图象和具有足够高的分辨率以确保所需要显示点数量的彩色阴极射线管。

为了实现上述目的，按照本发明的实施例，提供了一种彩色阴极射线管，它包括：真空外壳、电子枪、荧光屏、用作选色电极的荫罩和偏转系统，真空外壳包括屏盘、管颈和连接屏盘和所述管颈的锥体，电子枪装入管颈中，并包括在三束电子束的行进方向上按指定顺序以彼此隔开的关系排列的用于发射三束电子束的阴极结构、与阴极结构接近地隔开且用作控制电极的第一电极、用作加速电极的第二电极、多个聚焦电极和阳极，荧光屏形成在屏盘的内表面上，由面对电子枪的三色荧光元的重复图形构成，用作选色电极的荫罩位于真空外壳中的电子枪和荧光屏之间，偏转系统安装在真空外壳周围，使三束电子束在荧光屏上扫描；且满足以下不等式：{(L+1360×D-600)/280}²+{(P-0.16)/0.06}²≤1，L+1360×D≥600，和P≥0.16，其中D(mm)是第一电极中电子束孔的水平直径且D≥0.25mm，L(mm)是阳极和多个聚焦电极中一个聚焦电极之间的中间平面至荧光屏中心的距离，所述一个聚焦电极是接近阳极但与该阳极分隔开的一个聚焦电极，以及L≥260mm，而P(mm)是在重复图形的第一水平行中三色荧光图象元的第一颜色的第一荧光元和第一颜色的第二荧光元之间中心至中心的水平距离，该第二荧光元最接近第一荧光元，并且在荧光屏的中心上，该第二荧光元位于靠近第一水平行的第二水平行中。

附图说明

在附图中，相同的参考序号表示相同的部件，其中：

图1是本发明实施例的荫罩型彩色阴极射线管的剖面图；

图2A是本发明的彩色阴极射线管使用的电子枪结构实例的侧视图，而图2B是电子枪基本部分的放大平面图；

图3是表示说明本发明的G1电极中电子束孔和电子束点直径之间关系的曲线图；

图4A和4B是表示分别对于对角线屏幕尺寸为51cm的彩色阴极射线管和对角线屏幕尺寸为41cm的彩色阴极射线管来说，在水平荧光点节距作为参数的情况下，荧光屏上电子束点的直径(mm)和荧光屏上可水平显示的点的数量及确保10％的MTF响应值之间计算关系的曲线图；

图5A和5B是表示分别对于对角线为51cm屏幕尺寸的彩色阴极射线管和对角线为41cm屏幕尺寸的彩色阴极射线管来说，在水平荧光点节距作为参数的情况下，荧光屏上电子枪的第一电极(G1)中电子束孔的水平直径D(mm)和荧光屏上可水平显示的点的数量及确保10％的MTF响应值之间计算关系的曲线图；

图6是表示在电子束点作为参数的情况下，G1孔直径D和透镜-屏幕距离L之间关系的曲线图；

图7是表示在荧光点节距作为参数的情况下，{1360×G1孔直径D(mm)+透镜-屏幕距离L(mm)}的值与{水平方向上可分辨并可确保10％的MTF响应值的点的数量}除以荧光屏的水平宽度W之间关系的曲线图；

图8是表示{透镜-屏幕距离L(mm)+1360×G1孔直径D(mm)}的值和与于可分辨点的数量/mm等于或大于图7的4.4点/mm区域对应的水平荧光点节距P(mm)之间关系的曲线图；和

图9是彩色阴极射线管的荧光屏中心部分放大的局部正面图。

具体实施方式

下面，参照附图详细说明本发明的实施例。

图1是本发明实施例的荫罩型彩色阴极射线管的剖面图。在图1中，参考序号11表示屏盘，12是管颈，13是锥体，14是荧光屏，15是有多个电子束孔的荫罩，16是荫罩框架，17是磁屏蔽罩，18是荫罩悬挂机构，19是发射三束电子束即Bc(中心电子束)和Bs(两边束电子束)的电子枪，DY是在水平方向和垂直方向偏转电子束的偏转系统，MA是调整色纯和电子束会聚的外部磁性装置，L是电子枪19的最后主透镜和荧光屏14的中心之间的距离。

在图1中，真空外壳包括屏盘11、锥体13和管颈12，在屏盘11的内表面上形成荧光屏14，利用荫罩悬挂机构18将带有荫罩15的荫罩框架16和固定在该框架上的磁屏蔽罩17悬挂在屏盘11内，通过加热熔化玻璃熔料屏盘11与锥体13熔接密封，电子枪19被安装在与锥体13连接的管颈12中，然后，在抽空其内部空气后密封真空外壳。

利用在管颈12和锥体13之间的过渡区域上安装的偏转DY，从电子枪19发射的三束电子束Bc、Bs在水平方向和垂直方向偏转，然后穿过作为选色电极的荫罩15中的电子束孔，轰击形成荧光屏14的预定颜色的荧光图象元，形成彩色图象。按照后面所述的详细说明来选择荧光屏14中荧光图象元阵列的节距。

图2A和2B是说明用于本发明的彩色阴极射线管的电子枪19的结构实例，图2A是其侧视图，图2B是电子枪的第一电极21的放大的局部正视图。

在图2A和2B中，参考序号20表示阴极结构，21是第一电极，21b是第一电极21中的中心电子束孔，21g和21r分别是第一电极21中的边束电子束孔，尺寸D是电子束孔21b、21g和21r的水平方向上的直径，并根据后面所述的详细说明来选择。参考序号22表示第二电极，23表示第三电极，24是第四电极，25是第五电极，26是第六电极，27是支杆玻璃(仅示出一个)，28是芯柱引线。

电子束孔21b、21g和21r也可以是方形、矩形或菱形。

在图2A中，阴极结构20、第一电极(G1)21、第二电极(G2)22、第三电极(G3)23、第四电极(G4)24、第五电极(G5)25和第六电极(G6)被同轴固定在一对支杆玻璃27上。

在图1中，尺寸L是从在第五电极25和第六电极(阳极)26(也可参见图2A)之间形成的主透镜至荧光屏14中心的距离，就是说，是从在第五电极25和第六电极(阳极)26之间的中间平面MP(参见图2A)至荧光屏14中心的距离，并根据后面所述的详细说明来选择。以下把从在阳极和接近但与阳极彼此分隔开的以在其间形成最后主透镜的电极之间的中间平面至荧光屏14中心的距离称为透镜-屏幕距离L。

从阴极结构20发射的电子束被第一电极21、第二电极22、第三电极23、第四电极24、第五电极25和第六电极26适当地加速和聚焦，并从第六电极26向荧光屏发射。芯柱引线28用作把所需电压或视频信号施加给形成电子枪各电极的接线端。

计算机模拟的条件如下：

第六电极(阳极)施加的电压＝28kV，

第五电极施加的电压＝阳极电压的26至28％，

第二栅极施加的电压＝600V，

从第一电极(G1)的阴极侧至第五电极和第六电极之间的中间平面的距离＝35mm，和

作为模拟用的透镜，等效于具有大致相同量象差的相等直径的双柱面透镜的透镜直径＝8.5mm。

图3是表示在以透镜-屏幕距离L(mm)作为参数的情况下，荧光屏上的电子束点的直径(mm)与电子枪的第一电极(G1)中电子束孔的水平直径D(mm)之间关系的曲线图，其中，为了说明本发明的目的，在90°偏转角的彩色阴极射线管情况下，对于36cm对角线屏幕来说，L为260mm，对于41cm对角线屏幕来说L为290mm，对于46cm对角线屏幕来说L为325mm，对于51cm对角线屏幕来说L为355mm。由图3可知，透镜屏幕距离L(或对角线屏幕尺寸)越小和第一栅极孔中电子束孔的直径越小，就可以使荧光屏上电子束点的直径越小。

电子束从阴极发射，穿过用作控制电极的第一电极(G1)和用作加速电极的第二电极，加速至用于聚焦电子束的由第五电极25和第六电极26形成的主透镜，然后，使电子束经受由主透镜产生的强加速和强聚焦作用，从而在荧光屏上产生电子束点。

确定电子束点直径的两个主要因素是，一个是空间电荷效应和电子散布的热初始速度，另一个是主透镜中的球面象差。

图3表示降低第一电极(G1)21中电子束孔的直径并因此降低屏幕上成象目标的尺寸是一种有效的方式，而且，在电子束点的直径上空间电荷效应和电子散布的热初始速度的影响主要取决于透镜-屏幕距离L和第一电极(G1)21中电子束孔的直径。

图4A和4B是表示在以水平荧光点节距P(mm)为参数的情况下，荧光屏上电子束点的直径(mm)和荧光屏上可水平显示的点的数量及确保10％的MTF响应值之间计算关系的曲线图，分别相对于透镜-屏幕距离L为355mm和对角线屏幕有效距离为51cm的彩色阴极射线管，以及透镜-屏幕距离L为290mm和对角线屏幕有效距离为41cm的彩色阴极射线管，其中，作为参数在荧光屏中心上的水平荧光点节距为0.18mm、0.20mm、0.22mm和0.24mm。

其中，水平方向上显示点的数量由两个相邻水平行中水平排列的三个不同颜色的三个一组的荧光元的数量N来确定，如图所示，三个一组的数量N在图9中包括…第(n-1)个三个一组、第n个三个一组、第(n+1)个三个一组…。

图5A和5B是表示在水平荧光点节距作为参数的情况下，分别对于透镜-屏幕距离L为355mm和对角线屏幕有效距离51cm的彩色阴极射线管，以及透镜-屏幕距离L为290mm和对角线屏幕有效距离41cm的彩色阴极射线管来说，在电子枪的以下称为G1孔直径的第一电极(G1)中电子束孔的水平直径D(mm)和荧光屏上可水平显示的点的数量及确保10％的MTF响应值之间计算关系的曲线图，其中，在作为参数使用的荧光屏中心上的水平荧光点节距为0.18mm、0.20mm、0.22mm和0.24mm。

其中，水平方向上显示点的数量由两个相邻水平行中水平排列的三个不同颜色的三个一组的荧光元的数量N来确定，如图所示，三个一组的数量N在图9中包括…第(n-1)个三个一组、第n个三个一组、第(n+1)个三个一组…。

当透镜-屏幕距离减小时电子束点的直径减小，而G1孔直径保持恒定。

由计算机模拟发现，对于给定电子束点所需要的直径来说，在G1孔直径D和透镜-屏幕距离L之间存在特定的关系。图6表示以电子束点为参数的这种关系，在该图中，作为参数使用的电子束点为0.4mm、0.5mm和0.6mm。

由图6可看出，G1孔直径D和透镜-屏幕距离L线性相关，可获得下面的等式。

1360×G1孔直径(mm)+透镜-屏幕距离L(mm)＝常数。

在该等式中，数值1360与图6中直线的斜率对应。

根据图5A、5B和图6的数据，图7表示在水平荧光点节距作为参数的情况下，{1360×G1孔直径D(mm)+透镜-屏幕距离L(mm)}的值与{水平方向上可分辨并可确保10％的MTF响应值的点的数量}除以荧光屏的水平宽度W之间关系的曲线图，在该图中，在作为参数使用的荧光屏中心上的水平荧光点节距为0.18mm、0.20mm、0.22mm和0.24mm。

通常，对角线屏幕为46cm和51cm的高清晰度彩色阴极射线管在荧光屏水平方向上需要至少分别分辨1600点和1800点。这些要求对应于荧光屏水平方向上至少4.4点/mm的分辨率。

其中，水平方向上显示点的数量由两个相邻水平行中水平排列的三个不同颜色的三个一组的荧光元的数量N来确定，如图所示，三个一组的数量N在图9中包括…第(n-1)个三个一组、第n个三个一组、第(n+1)个三个一组…。

在图8中，曲线81围住的阴影区域对应于可分辨点/mm的数量等于或大于图7所示的4.4点/mm的区域，表示{透镜-屏幕距离L(mm)+1360×G1孔直径D(mm)}的值和水平荧光点节距P(mm)之间的关系。

曲线81围住的阴影区域表示为

{(L+1360×D-600)/280}²+{(P-0.16)/0.06}²≤1

其中，L+1360×D≥600和P≥0.16。

第一电极(G1)中电子束孔的水平直径D(mm)最好至少为0.25mm以便容易制造，当考虑到偏转角和避免管颈阴影时，透镜-屏幕距离L最好大于260mm。顺便说明，在图8中，曲线82表示{透镜-屏幕距离L(mm)+1360×G1孔直径D(mm)}的值和普通的彩色阴极射线管的水平荧光点节距P(mm)之间的关系。

下面，说明本发明的彩色阴极射线管的具体实例。

实例1

考虑在彩色阴极射线管的有效对角线为51cm的荧光屏(荧光屏的水平宽度W＝408mm)上显示2.5百万个象素(在水平方向上有1800点)的情况。

当荧光屏中心上的水平荧光点节距P和透镜-屏幕距离L分别选择为0.2mm和355mm时，确保10％的MTF响应的电子束点的直径按照图4A为0.48mm，因此，在屏幕中心上提供该电子束点直径的G1孔直径D按照图5A等于或小于0.33mm。对于这些值来说，透镜-屏幕距离L+1360×G1孔直径D达到803mm。

上述获得的尺寸位于图8所示的阴影区域中，水平方向上可分辨点的数量除以荧光屏的水平宽度W达到4.41点/mm，满足上述说明的在荧光屏水平方向上至少4.4点/mm的分辨率要求。

实例2

考虑在彩色阴极射线管的有效对角线为51cm的荧光屏(荧光屏的水平宽度W＝408mm)上显示2.5百万个象素(在水平方向上有1800点)的情况。

当荧光屏中心上的水平荧光点节距P、透镜-屏幕距离L和G1孔直径D分别选择为0.2mm、314mm和0.35mm时，透镜-屏幕距离L+1360×G1孔直径D达到790mm。

上述获得的尺寸位于图8所示的阴影区域中，水平方向上可分辨点的数量除以荧光屏的水平宽度W达到4.41点/mm，满足上述说明的在荧光屏水平方向上至少4.4点/mm的分辨率要求。

实例3

考虑在彩色阴极射线管的有效对角线为51cm的荧光屏(荧光屏的水平宽度W＝408mm)上显示2.5百万个象素(在水平方向上有1800点)的情况。

当荧光屏中心上的水平荧光点节距P、透镜-屏幕距离L和G1孔直径D分别选择为0.21mm、284mm和0.30mm时，透镜-屏幕距离L+1360×G1孔直径D达到692mm。

上述获得的尺寸位于图8所示的阴影区域中，水平方向上可分辨点的数量除以荧光屏的水平宽度W达到4.41点/mm，满足上述说明的在荧光屏水平方向上至少4.4点/mm的分辨率要求。

实例4

考虑在彩色阴极射线管的有效对角线为41cm的荧光屏(荧光屏的水平宽度W＝328mm)上显示2.0百万个象素(在水平方向上有1600点)的情况。

当荧光屏中心上的水平荧光点节距P和透镜-屏幕距离L分别选择为0.18mm和280mm时，确保10％的MTF响应的电子束点的直径按照图4B为0.44mm，因此，在屏幕中心上提供该电子束点直径的G1孔直径D按照图5B等于或小于0.35mm。对于这些值来说，透镜-屏幕距离L+1360×G1孔直径D达到756mm。

上述获得的尺寸位于图8所示的阴影区域中，水平方向上可分辨点的数量除以荧光屏的水平宽度W达到4.88点/mm，满足上述说明的在荧光屏水平方向上至少4.4点/mm的分辨率要求。

上述具体实例说明了有效对角线为51cm和41cm的荧光屏尺寸的情况，不言而喻，本发明也可以用于具有其它有效对角线荧光屏尺寸的彩色阴极射线管。

本发明不限于上述实施例，在不脱离如所附权利要求书限定的本发明的精神和范围的情况下，可以进行变更和改进。

如上所述，通过规定G1孔直径D、透镜-屏幕距离L和屏幕上水平荧光点节距P之间的关系，本发明提供可以显示期望的点的数量，不出现波纹，具有高分辨率和鲜明图象的彩色阴极射线管。

Claims (2)

1.一种彩色阴极射线管，包括：

真空外壳，该外壳包括屏盘、管颈和连接所述屏盘和所述管颈的锥体，

在所述管颈中装入的电子枪，该电子枪包括在三束电子束的行进方向上按指定顺序以彼此隔开的关系排列的用于发射三束电子束的阴极结构、与所述阴极结构接近地隔开且用作控制电极的第一电极、用作加速电极的第二电极、多个聚焦电极和阳极，

荧光屏，形成在所述屏盘的内表面上，由面对所述电子枪的三色荧光元的重复图形构成，

用作选色电极的荫罩，该荫罩位于所述真空外壳中的所述电子枪和所述荧光屏之间，和

偏转系统，安装在所述真空外壳周围，使所述三束电子束在所述荧光屏上扫描；

其特征在于，满足以下不等式：

{(L+1360×D-600)/280}²+{(P-0.16)/0.06}²≤1，

L+1360×D≥600，和

P≥0.16mm，

其中，D是所述第一电极中电子束孔的水平直径，且D≥0.25mm，

L是所述阳极和所述多个聚焦电极中一个聚焦电极之间的中间平面至所述荧光屏的中心的距离，所述一个聚焦电极是接近所述阳极但与该阳极分隔开的一个聚焦电极，以及L≥260mm；和

P是在所述重复图形的第一水平行中所述三色荧光元的第一颜色的第一荧光元和所述第一颜色的第二荧光元之间中心至中心的水平距离，该第二荧光元最接近所述第一荧光元，并且在所述荧光屏的中心上，该第二荧光元位于邻近所述第一水平行的第二水平行中。

2.如权利要求1的彩色阴极射线管，其中，所述电子束在所述荧光屏的中心的水平方向上至少按4.4点/mm来分辨，其中，水平方向上的所述点的数量由两个相邻水平行中水平排列的所述三色荧光元的三个一组的数量来限定。

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