CN1147913C - 彩色阴极射线管电子枪 - Google Patents

Abstract

具有主透镜形成电极的彩色CRT电子枪，其中从阳极边缘部分到静电场控制电极的深度大于从阴极边缘部分到静电场控制电极的深度，由DQ透镜单元形成的中央电子束部分的DQ透镜作用比外侧电子束部分的DQ透镜作用弱，从而通过放大主透镜直径和校正DQ透镜内中央电子束与外侧电子束的不一致来减小光点直径。

Description

彩色阴极射线管电子枪

技术领域

本发明涉及彩色阴极射线管(CRT)，特别涉及彩色CRT中用于产生电子束的电子枪。

背景技术

图1展示了第一现有技术中带有电子枪的彩色CRT的剖面。概括的说，CRT是用于显示所需图象的显示装置，通过将三条电子束2照射到玻盘1内表面上的荧光层3上，使荧光层3发光。CRT带有用于发射电子束所必需的电子枪4。

第一现有技术的电子枪设有三个独立的阴极40，和间隔位于管轴方向上的第一，第二，第三，第四，第五，和第六电极41，42，43，44，45和46。屏蔽罩47固定在第六电极46的屏幕侧。电子枪4的管茎管脚5通电后，阴极40中的加热丝被加热，从阴极40中发射电子。发射电子的数目由第一电极41控制，由第二电极42加速，并由第三，第四，和第五电极43，44和45之间形成的预聚焦透镜会聚并加速。然后，电子束2通过主透镜准确地会聚在预定的扫描位置，主透镜具有由第五电极45和第六电极46之间的电势差形成的强会聚能力。在这种情况下，主透镜的直径决定了电子束2的束斑大小。也就是说，如果主透镜具有较小的直径和较大的球面像差，那么通过主透镜的电子束的束斑直径将变大，而如果主透镜具有较大的直径和较小的球面像差，那么通过主透镜的电子束的束斑直径将变小。主透镜的直径取决于在第五和第六电极45和46的相对侧上形成的电子束通过孔；如果电子束通过孔的尺寸较大，则主透镜的直径较大，与之相反，如果电子束通过孔的尺寸较小，则主透镜的直径较小。因此，在第一现有技术的CRT电子枪中，在第五和第六电极45和46的相对面上形成的三个电子束通过孔构成与电子束通过孔成比例的主透镜。尽管应增大电子束通过孔的直径以构成更大的主透镜，但由于电子束通过孔应当在第五电极45和第六电极46的相对面内，因此其大小受到限制。因而，第一现有技术CRT中的电子枪，具有很小的主透镜直径，主要用于小尺寸的布劳恩管或需要较低分辨率的布劳恩管。

图2为第二现有技术的电子枪的关键部分的透视图，展示了用于放大主透镜的第五和第六电极(见USP 4,406,970)。第二现有技术的电子枪为第一现有技术的电子枪的改进型，用于放大主透镜。即，第二现有技术的电子枪设有：在第五电极45(或聚焦电极)和第六电极46(或阳极)的相对面上的跑道形状的边缘部分45b和46b；其凹面45c和46c在边缘部分45b和46b内部的凹槽；以及设在每个凹面45c和46c内的三个电子束通过孔。由于形成在各电极的相对面上的凹槽45d和46d起到通过孔的作用，因此在第五电极45和第六电极46之间可以获得与凹槽成比例的主透镜，因而能够获得相对于第一现有技术电子枪更大的主透镜。

图3为第三现有技术的电子枪的关键部分的透视图，展示了用于放大主透镜的第五和第六电极(见USP 4,599,534)。

参见图3，为了放大主透镜的直径，第三现有技术的电子枪设有：在第五电极45和第六电极46的相对面上的跑道形状的边缘部分45b和46b，作为三条电子束的公共通路；和厚度大约为0.6～0.7mm的板状场控制电极45e和46e，固定在自边缘部分45b和46b缩进一定深度的位置，用于对电子束2形成相同的透镜光学能力。每个电场控制电极45e和46e在中心具有垂直延长的电子束通过孔45a和46a，通过孔45a和46a的水平直径小于其垂直直径，还具有与中央通过孔45a和46a相邻的被切除一半的垂直延长的通过孔，用于外侧电子束通过。还有成角度形状的校正电极48，固定在与第六电极46电连接的屏蔽罩47上，并且边缘部分45b和46b的端部向内弯曲约1mm。于是，同样在第三现有技术的电子枪中，形成在第五电极45和第六电极46相对面上的边缘部分45b和46b的内部被用作通光孔，以提供大直径的主透镜。然而，与第二现有技术的电子枪相比，第三现有技术的电子枪通过第五和第六电极45和46上的电场控制电极45e和46e为三条电子束提供统一的透镜作用，并通过垂直延长的边缘部分45b和46b将垂直方向的强透镜作用校正为水平方向。

图4为第四现有技术的电子枪关键部分的透视图，类似于用于放大主透镜的第二和第三现有技术。

参见图4，第四现有技术的电子枪设有：在第五电极45和第六电极46的相对面上的跑道形状的边缘部分45b和46b，用于三条电子束的公共通路，边缘部分的内部完全敞开，电场控制电极45e和46e使矩形电子束通过孔45a和46a向后弯曲，用于开口部分45f和46f内部的中央电子束。每个边缘部分45b和46b向内弯曲1mm，用于加固电极以防止在加工过程中的直径变形。

图5展示了第五现有技术电子枪的剖面。第五现有技术的电子枪4用于形成针对偏转系统而具有透镜作用的动态四极透镜。也就是说，第五电极，即聚焦电极，被划分为5-1电极50和5-2电极51，并在5-1电极50和5-2电极51之间设置DQ(动态四极)透镜。DQ校正电子束斑的垂直延长，以形成圆形束斑。该电子枪用于要求高分辨率的布劳恩管或大尺寸的布劳恩管，可以防止屏幕四周的图象畸变。

图6为第六现有技术电子枪关键部分的透视图。第六现有技术的电子枪中同样具有DQ，其中第五电极被划分为5-1电极50和5-2电极52，三条垂直延长的锁孔形的电子束通过孔50a形成在与5-2电极52相对的5-1电极50的一表面上，在5-1电极50的内部提供板状电场控制电极51，其具有三个圆形电子束通过孔。三个垂直延长的锁孔形的电子束通过孔52a形成在与5-1电极50相对的5-2电极52的一表面上，板形凸起53从电子束通过孔52a的项部和底部在水平方向凸起。中央孔的板形凸起53的高度h1大于外侧孔的板形凸起53的高度h2。

在电子枪的设计参数中包括，透镜放大率，空间电荷斥力和主透镜球面像差，它们影响束斑直径。然而，作为设计参数，透镜放大率对束斑直径Dx的影响起不到什么作用，并且没有什么效果，这是因为电压，焦点距离，以及电子枪的长度基本固定。在空间电荷斥力现象中，电子束中的电子互相排斥和碰撞从而放大束斑直径，为了减小由空间电荷斥力引起的束斑直径Dst变大，最好设计将电子束前进角(称作发散角“a”)加大。与空间电荷斥力相反，主透镜的球面像差意味着通过透镜根轴和中轴的电子的聚焦差产生的放大束斑直径Dic，入射到主透镜的电子束的发散角越小，形成的束斑直径越小。通常，屏幕上的束斑直径Dt可以用下式表述：

$\mathrm{Dt}=\sqrt{{(\mathrm{Dx}+\mathrm{Dst})}^2+{\mathrm{Dic}}^2},$

其中，Dx代表由透镜放大率产生的束斑直径，Dst代表由空间电荷斥力产生的束斑直径，而Dic代表由通过根轴和中轴的电子的聚焦差，即由球面像差产生的束斑直径。特别的，同时减小空间电荷斥力和球面像差的最好方法就是放大主透镜的直径，减小由球面像差引起的束斑放大，即使电子束具有大的发散角，并在电子束通过主透镜后减小空间电荷斥力。

图7和8为展示计算主透镜直径方法的视图和曲线图。在为固定电压，结构和焦距计算最佳物距后，一条电子束通过主透镜，在图9中以分散角α和电子束直径R为轴绘制曲线，通过与圆形透镜的比较，将特定主透镜的透镜直径计算成圆形主透镜的等效直径。从图8的结果中可以看出，水平主透镜直径H大约等于11.5mm，而垂直主透镜直径V大约等于7.6mm。图9展示了主透镜直径与束斑直径的关系，从中可以看出，主透镜的直径越大，则主透镜的球面像差越小，从而减小了束斑直径。可以通过放大主透镜的物理孔径或通过设计能更大程度地校正透镜的电场控制电极的深度来扩大主透镜的直径。然而，对电极孔径的物理放大的局限性在于颈部的直径被限制在29.1mm。在已经进行的一种设计中，第五和第六电极的静电场控制电极，即主透镜形成电极被放在更深的位置。然而，当由第五电极45与第六电极46的相对表面到静电场控制电极的深度L1大约为3mm，而由第六电极46与第五电极45的相对表面到静电场控制电极的深度L2超过大约3.6mm时，不可能提供一种满足用于三条电子束和OCV(电子束会聚超出)(out of beam convergence)特性的相同的透镜会聚和所需象散的设计，其中OCV为外侧电子束向中央电子束会聚所造成的屏幕上外侧电子束之间的距离。因此，如表1所示，从主透镜可以获得的最大主透镜直径在水平方向上为8.8mm，在垂直方向上为7.8mm。

	静电场调整透镜深度(mm)		透镜直径(mm)
					聚焦电极	阳极	水平直径	垂直直径
	1	3.20	2.35	6.40					7.90
2					3.50	2.60	6.80	7.90
	3	3.80	3.62	8.80					7.80
4					4.00	4.20	9.60	7.80

为了改进聚焦以跟上高分辨率图象和使用高频率的需要，非常渴望减小屏幕上的水平束斑直径，因而需要提高主透镜直径。而且，在现有技术的电子枪中，第五和第六现有技术的电子枪显示出中央透镜的水平直径比外侧透镜的水平直径约小0.7mm。因此，为了获得最佳的DQ透镜作用，需要增强外侧透镜的DQ透镜作用，这是因为当电子束通过DQ透镜后，主透镜部分中的外侧电子束的纵横比大于中央电子束的纵横比。也就是说，如图11所示，为了提高DQ透镜作用，DQ透镜部分的5-2电极52的中央孔上的板形凸出53的高度应当大于外侧孔上的板形凸出53的高度，这是因为第五电极中5-1电极51的板形凸出的高度应当更高，以满足屏幕四周束斑的水平方向聚焦能力。

发明内容

因此，本发明涉及一种彩色CRT电子枪，其克服了由现有技术的局限和缺点所带来的一个或多个问题。

本发明的目的之一是提供一种能够提高聚焦特性的彩色CRT电子枪。

本发明的另一个目的是提供一种彩色CRT电子枪，其能够校正当通过放大主透镜直径来减小屏幕上的束斑直径时发生的DQ透镜的中央电子束与外侧电子束之间的不一致。

本发明的其它特点和优点将在随后的说明中加以阐述，部分能够从说明书中直接得到，或通过实践本发明而掌握。本发明的目的和其他优点将通过说明书，权利要求书以及附图中提出的构造来实现和获得。

为了实现根据本发明目的的这些和其它优点，如所体现及广泛说明的，提供的彩色CRT电子枪包括：多个用于发射电子束的阴极；带有控制电极和用于控制电子束发射量的加速电极的三极管单元；带有至少两个用于会聚电子束的电极的预聚焦透镜单元；用于构成主透镜以将电子束聚焦到屏幕上的两个电极，其中每个电极包括：带有在三条电子束共用的各主透镜形成电极的相对面上的边缘部分的杯形电极，在内部与边缘部分相隔一定距离的带有三个电子束通过孔的静电场控制电极，和一杯形电极，该三者相互电连接，其中，在主透镜形成电极中，自阳极边缘部分到静电场控制电极的深度大于自阴极边缘部分到静电场控制电极的深度，至少其中一个电极的最大水平直径H，最大垂直直径V，以及自边缘部分到静电场控制电极的距离L之间的关系可用下式表述：

                  L＞4.0(V/H)+2.1

应当理解，上面的概括说明以及下面的具体说明用于示例和解释，意在对权利要求进行进一步说明。

附图被结合在说明书中并构成本说明书的一部分，提供了对本发明的进一步理解，图解了本发明的实施例，并与说明书一起用作解释本发明的原理。

附图说明

图1展示了第一现有技术的带有电子枪的彩色CRT的剖面图；

图2为第二现有技术中电子枪的关键部分的透视图；

图3为第三现有技术中电子枪的关键部分的透视图；

图4为第四现有技术中电子枪的关键部分的透视图；

图5为第五现有技术中电子枪的关键部分的透视图；

图6为第六现有技术中电子枪的关键部分的透视图；

图7和8为展示计算主透镜直径方法的视图和曲线图；

图9展示了主透镜直径与束斑直径的关系；

图10中的曲线图展示了主透镜直径与DQ透镜作用的相互关系；

图11中的曲线图展示了第五电极的板形凸出的高度与DQ透镜作用的相互关系；

图12为根据本发明的第一优选实施例主透镜形成电极关键部分的透视图；

图13中的曲线图展示了主透镜直径和静电场控制电极的深度；

图14为根据本发明的第二优选实施例主透镜形成电极关键部分的透视图；

图15中的曲线图展示了边缘部分通过孔的比率与象散特性的相互关系；和

图16中的曲线图展示了配合主透镜形成电极的静电场控制电极的深度与特性变化的关系。

具体实施方式

下面将对本发明的优选实施例进行详细评述，并以附图说明。本发明的优选实施例将参照图12～16说明。图12为根据本发明的第一优选实施例主透镜形成电极关键部分的透视图。

参见图12，本发明第一实施例的电子枪包括：杯形电极61和71，每个杯形电极包括三条电子束共用的边缘部分62或72；板状静电场控制电极63和73，每个电极具有三个电子束通过孔；和杯形电极64和74。上述电极通过焊接被电连接在一起。本发明建议当使边缘部分62或72的最大垂直直径与最大水平直径之比大于0.45，而最大水平直径大于19.2mm和最大垂直直径大于8.7mm，从而放大主透镜直径的物理尺寸时，将自边缘部分62或72到静电场控制电极63或73的深度L1或L2设定为大于3.9mm，以便放大透镜直径。而且，将第六电极70中的静电场控制电极73的深度L2设定为大于聚焦电极60中的静电极63的深度L1，并且，为了增加边缘部分的通过孔直径，当消除弯曲部分时，作为应付变形的对策而将电极做得更厚。为了参考，图2～4所示的现有技术的电子枪主透镜的垂直直径与水平直径之比为0.42，垂直直径和水平直径分别为8.0mm和19.0mm。而且，在聚焦电极中，静电场控制电极45e或46e的深度大约为3.5～3.8mm，而在阳极中大约为2.6～3.6mm，聚焦电极的静电场控制电极的深度大于阳极的静电场控制电极的深度。由于本发明的主透镜形成电极60和70包括带有边缘部分62和72的杯形电极61和71，板状静电场控制电极63和73，和杯形电极64和74，因此本发明解决了制作中的难题，即，在图2所示的现有技术的电子枪的主透镜形成电极中对凹入形状的静电场控制电极的深度L1和L2的调整。而且，本发明还解决了由于在电子枪装配过程中的弱支撑强度造成的固定在主透镜形成电极中的静电场控制电极深度变化和变形。

表现出深颜色视感的深红色荧光材料的比率高于绿色和蓝色，为了补偿由此引起的红色电子束斑的聚焦退化，更加有必要通过放大外侧主透镜相对于中央主透镜的直径来减小束斑。由此，当放大外侧主透镜的直径时，为了补偿中央电子束部分与外侧电子束部分之间的DQ透镜作用的差异，本发明建议使外侧电子束部分的DQ透镜作用强于中央电子束部分，以便在整个屏幕上得到对三条电子束相同的聚焦特性。电子枪主透镜的直径被颈部直径所限制。如图13所示，一般说来，若颈部直径为29.1mm，当透镜直径小于大约9.0mm时，中央电子束的主透镜直径小于外侧电子束的主透镜直径，而当透镜直径大于大约9.0mm时，中央电子束的主透镜直径大于外侧电子束的主透镜直径。若颈部直径为24.4mm，当透镜直径小于大约8.0mm时，中央电子束的主透镜直径小于外侧电子束的主透镜直径。若颈部直径为32.5mm，当透镜直径小于大约10.2mm时，中央电子束的主透镜直径小于外侧电子束的主透镜直径，以上内容可由下面的表3说明。

                       表3

颈部直径(mm)	24.3	29.1	32.5
				主透镜直径(mm)	8.0	9.0	10.2

由表3可知，颈部直径与主透镜直径的关系，可由下面的回归方程表述。其中，中央透镜直径变得比外侧透镜直径小。

        主透镜直径≥(0.26×颈部直径)+1.4

根据上面的方程式，中央电子束部分的DQ作用应当比外侧电子束部分的DQ作用弱。也就是说，根据图10显示的主透镜直径与DQ透镜作用的关系可知：主透镜的直径越大，DQ透镜作用越弱。因此，在现有技术的电子枪的中央电子束直径小于外侧电子束直径的情况下，中央电子束的DQ透镜作用应当比外侧电子束强。

图14为根据本发明的第二优选实施例主透镜形成电极关键部分的透视图，包括：杯形电极61a和71a，其中，杯形电极包括用于形成主透镜的电极60和70，和用于三条电子束共同通过的边缘部分62和72；和在杯形电极内部远离边缘部分的内电极形式的静电场控制电极63和73。

图15中的曲线图展示了边缘部分通过孔的比率与象散特性以及静电场控制电极深度之间的关系。

参见图15，由于将最大水平直径H与最大垂直直径V之比V/H设定为大于0.45，而提供了-750V的象散特性，因此静电场控制电极63和73的深度可以被设置得更深。并且可知，为得到主透镜的最优设计，边缘部分62和72的最大水平直径与最大垂直直径之比和静电场控制电极63和73的最小深度L之间具有以下关系。

                  L＞4.0(V/H)+2.1

不同于现有技术的电子枪，由于V/H之比被设计大于0.45，而静电场控制电极的深度被设计得更深，阳极70的静电场控制电极73的深度应被设计大于聚焦电极60的静电场控制电极63的深度，下面将详细说明。

如上所述，为了放大主透镜的直径，或物理地放大主透镜形成电极60和70的孔径，或将静电场控制电极63和73的位置设置得更深。在本发明中，为了放大主透镜直径，主透镜形成电极60和70的孔径被物理地放大，使边缘部分的最大水平直径大于19.2mm，而边缘部分的最大垂直直径大于8.7mm。

                         表2

	边缘部分的孔径(mm)		透镜直径(mm)
					水平	垂直	水平	垂直
	1	18.0	7.0	8.00					7.20
2					19.0	8.0	8.80	7.80
	3	19.6	9.2	9.40					8.20

表2展示了主透镜直径根据边缘部分的变化而发生的变化，从中可以得知，当边缘部分由现有技术的水平直径19.0mm和垂直直径8.0mm被放大为本发明的水平直径19.6mm和垂直直径9.2mm时，如果主透镜部分中的静电场控制电极63和73的深度被限定对聚焦电极为3.5mm和对阳极为2.6mm，则主透镜的水平直径可由8.8mm放大到9.4mm，放大了约7％。另外，边缘部分62和72的最大垂直直径与最大水平直径之比被设计大于0.45，通过将静电场控制电极的深度设置得更深来放大主透镜直径，这种设计使得没有静电场控制电极的边缘部分的象散从现有技术中比率为0.42时的-850提高到-750。也就是说，如表1所示，可知静电场控制电极的深度越深，则水平透镜的直径越大。根据表2，实验中，主透镜的最大水平直径被设为19.0mm，而主透镜的最大垂直直径被设为8.0mm，作为该实验的结果，如果静电场控制电极63和73的深度被设定得更深，而边缘部分62和72的通过孔形成得更大，可以得知，能够获得水平直径的显著放大效果。

图16展示了阳极的静电场控制电极的最优方案的实验结果，其满足外侧电子束通过孔和中央电子束通过孔的适聚焦(just focus)电压和OCV，而边缘部分的最大垂直直径与最大水平直径之比被设为0.47，静电场控制电极的深度被设为4.0mm。从该结果可知，与OCV的最优值-2.5～-1.0mm对应的阳极静电场控制电极深度的设计值为4.2mm，即外侧电子束与中央电子束的水平和垂直适聚焦电压相等。因此，在本发明中，应当将阳极70的静电场控制电极73的深度设计得比聚焦电极60的静电场控制电极63的深度更深。这个结果与现有技术的电子枪主透镜的结果相反。在本发明电子枪的主透镜结构中，阳极70的静电场控制电极73的深度应当比聚焦电极60的静电场控制电极63的深度更深，以获得对三条电子束相同的透镜作用和最优OCV。由于为了放大主透镜而将边缘部分孔径和静电场控制电极做得更深，因此静电场控制电极的中央电子束通过孔的水平和垂直方向的直径均应做得小于外侧电子束通过孔，以使中央电子束和外侧电子束保持相同的会聚力。

本发明的电子枪主透镜的最佳设计尺寸如下：

-聚焦电极和阳极的边缘部分：最大水平直径为19.6mm，最大垂直直径为9.2mm

-边缘部分的最大垂直直径与最大水平直径之比为：0.468

-静电场控制电极的深度：对聚焦电极为4.0mm，对阳极为4.2mm

-静电场控制电极的中央孔径：聚焦电极为5.5mm，阳极为5.5mm

-静电场控制电极的外侧孔径：聚焦电极为5.5mm，阳极为5.6mm

-电压：阳极电压为26.0KV，聚焦电极电压为6700V

本发明的主透镜直径在水平方向为11.0mm，在垂直方向为7.8mm。通过将水平方向的主透镜直径放大到大约11.0mm以减小对聚焦有很大影响的水平直径，本发明与现有技术的主透镜相比，可以获得25％的放大效果，从而得到能够满足高分辨率和高频率要求的更小的光点直径。通过向中央电子束部分提供比外侧电子束部分弱的DQ透镜作用，用来补偿中央透镜直径与外侧透镜直径之间的差异，可以在整个屏幕上获得优异的聚焦特性。

本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围的前提下，可以对本发明的彩色CRT电子枪进行各种改进和变换。然而，假如对本发明的改进和变换出自所附权利要求及其等同物的范围，则本发明将包含这些改进和变换。

Claims (4)

1.一种彩色阴极射线管电子枪，包括：

多个用于发射电子束的阴极；

带有控制电极和加速电极的用于控制电子束发射量的三极管单元；

带有至少两个用于会聚电子束的电极的预聚焦透镜单元；

用于构成主透镜以将电子束聚焦到屏幕上的两个电极，其中每个电极包括：带有在三条电子束共用的各主透镜形成电极的相对面上的边缘部分的杯形电极，在内部与边缘部分相隔一定距离的具有三个电子束通过孔的静电场控制电极，和一杯形电极，该三者相互电连接，

其特征在于，在主透镜形成电极中，自阳极边缘部分到静电场控制电极的深度大于自阴极边缘部分到静电场控制电极的深度，至少其中一个电极的最大水平直径H，最大垂直直径V，与从边缘部分到静电场控制电极的距离L之间的关系可用下式表述：

L＞4.0(V/H)+2.1。

2.权利要求1中的电子枪，其特征在于在主透镜形成电极中，至少一个电极的最大垂直直径V与最大水平直径H的比值V/H被设定为V/H＞0.45。

3.权利要求1中的电子枪，其特征在于，形成在主透镜形成电极的静电场控制电极中的中央电子束通过孔的水平和垂直直径小于外侧电子束通过孔的水平和垂直直径。

4.权利要求3中的电子枪，其特征在于，静电场控制电极的中央电子束通过孔为圆形。

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