CN1212451A - 彩色阴极射线管电子枪 - Google Patents

Abstract

一种彩色阴极射线管电子枪包括:具有由场发射矩阵单元构成的三个电子发射部分的阴极结构;和离开所述阴极结构而顺序地安装的、用于形成主电子透镜以聚焦从该电子发射部分发射的电子束的聚焦电极和加速电极,三个电子发射部分之间的偏心距离小于在电子发射部分对侧的聚焦电极上形成的电子束传输孔之间的偏心距离。该电子枪的优点在于聚焦特性和会聚特性得到改善。

Description

彩色阴极射线管电子枪

本发明涉及彩色阴极射线管的电子枪，更具体地说，涉及利用场发射矩阵单元作为电子发射源的彩色阴极射线管电子枪。

一般彩色阴极射线管包括其内表面涂有荧光层(未图示)的玻屏10和与玻屏10封接的玻锥20，玻锥20在颈部21内装有电子枪30和在锥部22有偏转线圈23。

在上述结构的阴极射线管中，从电子枪30发射的电子束受偏转线圈23偏转，打在荧光层上并激发荧光材料，从而形成图象。

图2表示在玻锥的颈部内装入的热发射的电子枪。

电子枪30包括阴极结构31，聚焦电极32和后加速电极33，阴极结构31在衬底31a上有包含相隔预定距离的电子发射部分31R、31G和31B的场发射矩阵单元，用以发射电子，使红、绿、兰荧光材料发光，聚焦电极32和后加速电极33用以形成电子透镜，使电子束聚焦和加速。

在聚焦电极32和后加速电极33上分别形成与电子发射部分31R、31G和31B相对应的电子束传输孔32R、32G和32B以及33R、33G和33B。

在具有上述结构的彩色阴极射线管的传统电子枪运行中，当加上预定电压时电子束从电子发射部分31R、31G和31B中发射。所发射的电子束被在聚焦电极32和后加速电极33之间形成的主透镜聚焦和加速，并且打在荧光层的荧光材料上。

然而，阴极射线管的传统电子枪有下列问题。

首先，因为电子束以超过20度的角度从构成场发射矩阵单元的电子发射部分发射，在主电子透镜中产生的球差大于其入射角小于5度的热阴极电子枪中球差。

其次，依照先有技术，为了使从电子发射部分31R、31G和31B发射的电子束聚焦到象素上，本文中定义为位于电子枪轴向中央的电子束传输孔或电子发射部分和位于电子枪两侧的电子束传输孔或电子发射部分之间的距离的偏心距离，在聚焦电极32的对面上形成的电子束传输孔32R、32G和32B之间的偏心距离S1不同于在后加速电极33的对面上形成的电子束传输孔33R、33G和33B之间偏心距离S2，从而使两侧的电子束会聚在中央部分的电子束上。同时，上述会聚是在电子束加速状态下实现的，其影响可忽略不计。

第三，打在荧光层上的电子束截面受畸变。更具体地说，因为阴极结构31的电子发射部分31R、31G和31B是园形的，经聚焦，加速和穿过主透镜的电子束截面成为园形的。电子枪通过由垂直和水平偏转线圈形成的非均匀磁场，偏转到荧光层边缘部分的电子束在水平方向变长。在变长的电子束打在荧光层上时，分别在水平方向和垂直方向产生核心部分和模糊部分，从而使图象清晰度下降。

本发明的目的是提供一种使从电子枪发射的电子束有效聚焦的彩色阴极射线管的电子枪。

为了达到上述目的，本发明提供一种彩色阴极射线管的电子枪，该电子枪包括：其三个电子发射部分由场发射矩阵单元构成的阴极结构；和离开电子发射部分顺序地安装的聚焦电极和后加速电极。该电子枪形成用于聚焦和加速电子束的主电子透镜，其中三个电子发射部分之间的偏心距离小于在聚焦电极上形成的电子束传输孔之间的偏心距离。

为了达到上述目的，本发明提供一种彩色阴极射线管的电子枪，该电子枪包括：其三个电子发射部分由场发射矩阵单元构成、用于发射与红、绿、兰荧光材料相对应的电子束的阴极结构；和离开电子发射部分顺序地安装的、用于形成主电子透镜以聚焦从电子发射部分发射的电子束的聚焦电极和后加速电极，其中，分别在聚焦电极和后加速电极上形成电子束传输孔，电子发射部分之间的偏心距离小于在聚焦电极上形成的电子束传输孔之间的偏心距离。

通过结合下述附图详细说明最佳实施例，将能更好地了解本发明的上述目的和优点。

附图如下：

图1是一般阴极射线管的剖面图；

图2是彩色阴极射线管的传统电子枪的剖面图；

图3是依照本发明的电子枪的透视图；

图4是形成图3所示的电子发射部分的场发射矩阵单元的剖面图；

图5和6是表示依照本发明的阴极结构实施例的平面图；

图7是表示依照本发明的电子枪另一实施例的剖面图；

图8是表示穿过图3所示电子枪的电子透镜的电子束轨迹的剖面图；

图9是表示穿过图7所示电子枪的电子透镜的电子束轨迹的剖面图。

图3表示本发明实施例的彩色阴极射线管的电子枪。

彩色阴极射线管的电子枪包括发射电子的阴极结构40，和构成主透镜，使阴极结构40发射的电子束聚焦和加速的聚焦电极51和后加速电极52。

在阴极结构40中，其三个电子发射部分43R、43G和43B由场发射矩阵单元构成的单元43粘贴在固定在边框电极41的绝缘件42上。

如图4所示，构成电子发射单元43R、43G和43B的场发射矩阵单元有硅制成的衬底45，位于衬底45上表面的导电层46，在导电层46上表面上若干钼制的金属尖47，围住金属尖47的SiO2绝缘层48，和在绝缘48上表面上形成的金属层49，金属层49有门49a，以便露出金属尖47。

因为在衬底45上形成的每个金属尖47上施加80-100毫微安电流，10000个以上的金属针可以获得1毫安以上的电流。因此，有可能获得足以激发阴极射极管荧光层的大电流。

各个电子发射部分43R、43G和43B(图3)的直径最好是在聚焦电极51的入射面上形成的电子束传输孔51R、51G和51B直径的5/100至5/10。

如图5所示，由场发射矩阵单元构成的电子发射部分43R、43G和43B最好在横方向加长，以对电子束打在荧光层上的截面给予补偿。而且，如图6所示，也可以有矩形电子发射部分43R’、43G’和43B’。

依照如图3所示的本发明，电子发射部分43R、43G和43B之间偏心距离53小于在聚焦电极51的入射面上形成的电子束传输孔51R、51G和51B之间偏心距离S4，从而改善电子发射部分43R、43G和43B发射的电子束会聚特性。

参考图3和8，在依据本实施例的彩色阴极射线管的电子枪运行时，当预定的电位加在聚焦电极51和后加速电极52上时，分别在阴极结构40和聚焦电极51之间以及聚焦电极51和后加速电极52之间形成电子透镜100和主电子透镜200。而且，当预定电压加在阴极结构40的金属尖47(见图4)和金属层49上时，电子束从金属尖47发射。发射的电子束经聚焦和加速，穿过电子透镜100和主电子透镜200，受偏转线圈23(见图1)偏转，并且打在荧光层(未图示)上，从而激发荧光材料。

在此，因为电子从场发射矩阵单元的许多金属尖47发射，所以，发射电子束的电流密度是均匀的，表示为电流密度平方的电荷拒斥力也是均匀的，从而减小电子束清晰度的降低。

从阴极结构40的场发射矩阵单元发射的电子束在穿过聚焦电极51的电子束传输孔51R、51G和51B之前是平行入射的。然而，当电子束穿过电子束传输孔51R、51G和51B时，电子束受电子透镜100折射，以大入射角入射在主电子透镜200上。

此时，因为聚焦电极51的电子束传输孔51R、51G和51B之间偏心距离S4大于电子发射部分43R、43G和43B之间偏心距离S3，从电子发射部分43R和43B发射的电子束受折射。电子束通过在聚焦电极51的电子束传输孔51R’和51B’和后加速电板52的电子束传输孔52R和52B之间形成的主电子透镜200的外缘，其所受球差影响大于电子束穿过主电子透镜200的中央所受球差影响。因此，在两侧的电子束向中央会聚。这样，会聚特性得以改善。

正如在传统的电子枪中一样，依照本发明的电子枪的聚焦电极51上形成的电子束传输孔51R’、51G’和51B’之间偏心距离和在后加速电极52上形成的电子束传输孔52R、52G和52B的偏心距离是可以变化的。但是当两个偏心距离之间差太大，由于电子束畸变，使聚焦特性变差。因此，电子发射部分43R、43G和43B之间偏心距离S3和在聚焦电极51的入射面上形成的电子束传输孔51R、51G和51B之间偏心距离S4之间差值，以及在聚焦电极51的出口侧面上形成的电子束传输孔51R’、51G’和51B’之间偏心距离S4和后加速电极52的电子束传输孔52R、52G和52B的偏心距离S5之间差值适当地设定在一个既能改善会聚特性而又不降低聚焦特性的范围内。

在仅借助于在聚焦电极51的出口侧面上形成的电子束传输孔51R’、51G’和51B’之间偏心距离S4和后加速电极52的电子束传输孔52R、52G和52B之间偏心距离S5来设计的电子枪的情况下，因为在聚焦电极51和后加速电极52之间形成的电场强度的变化，故会聚的变化量很大。在借助于电子发射部分43R、43G和43B之间的偏心距离S3，在聚焦电极51的入射面上形成的电子束传输孔51R、51G和51B之间偏心距离S4，在聚焦电极51的出口侧面上形成的电子束传输孔51R’、51G’和51B’之间偏心距离S4和后加速电极52的电子束传输孔52R、52G和52B之间偏心距离S5来设计的会聚情况下，因为电子束发射部分43和聚焦电极51的入射面之间电场强度的变化相反于聚焦电极51的出口侧面和后加速电极52之间电场变化，所以会聚变化量被适当地设定在一个小的范围内。

因为阴极结构40的电子发射部分43R、43G和43B在横方向加长，所以，通过主电子透镜200的电子束截面在横方向加长。因此，电子束通过构成枕形磁场和桶形磁场的偏转区域的畸变在电子束受偏转线圈23偏转时得到补偿，枕形磁场和桶形磁场均是偏转线圈23的非均匀磁场。因为其畸变得到补偿的电子束截面接近园形，从而防止打在荧光层边缘部分的电子束在横方向的加长和垂直方向的模糊。

从电子发射部分43R、43G和43B发射的电子束具有20度发射角。因为主透镜200占据区域更大些，电子束明显受到主电子透镜200的球差影响。

一般说，虽然因为主电子透镜200的聚焦力方向相反于偏转线圈23的偏转力方向、使得电子束在主透镜200中占据的面积稍微大些，但是可以进行自聚焦。然而，沿屏垂直方向，偏转到荧光层边缘部分的电子束是过聚焦的，因为主电子透镜200的聚焦力与偏转线圈23的偏转力方向相同。依照本发明，因为电子发射部分43R、43G和43B在横方向加长，所以，通过加长所发射的电子束截面，可以减小电子束在主电子透镜200垂直方向所占区域和偏转线圈23的偏转区域。因此，因为有可能减小主电子透镜200的球差影响和偏转磁场对电子束的偏转畸变，所以，有可能使打在荧光层上的电子束截面接近园形。

图7表示依照本发明另一实施例的彩色阴极射线管的电子枪，在此，与前面附图中相同的标号标注相同部件。

请阅图7，本实施例的电子枪还包括安装在阴极结构40和聚焦电极51之间的辅助电极60，用于形成辅助电子透镜，使从阴极结构40发射的电子束预聚焦。

与上述实施例一样，由场发射矩阵单元构成的电子发射部分43R、43G和43B的形状在横方向加长，并且最好为矩形或椭园形。

而且，电子发射部分43R、43G和43B之间偏心距离S3小于在辅助电极60中形成的电子束传输孔60R、60G和60B之间偏心距离S5。在聚焦电极51发射侧面上形成的电子束传输孔51R’、51G’和51B’之间偏心距离S4最好小于后加速电极52的入射面上形成的电子束传输孔52R、52G和52B之间偏心距离S6。

在依照本实施例的彩色阴极射线管电子枪的运行中，当预定的电位加在各电极上，如图9所示，在辅助电极60和聚焦电极51之间形成辅助电子透镜300。因此，从电子发射部分43R、43G和43B发射的电子束通过辅助电子透镜300受聚焦和加速，并射向主电子透镜400，受加速和聚焦。

以发射角约20度从电子发射部分43R、43G和43B发射的电子束经辅助电子透镜300预聚焦，从而减小电子束入射主电子透镜400的入射角。因此，可能防止由于主电子透镜400的球面象差影响使电子束截面变差。

该电子枪的电子发射部分43R、43G和43B在横方向加长，并且电子发射部分43R、43G和43B之间偏心距离S3小于辅助电极60的偏心距离S5，该电子枪的运行与上述实施例相同。

因为由场发射距阵单元构成的电子发射部分在横方向加长，所以，在上述彩色阴极射线管电子枪中由于偏转线圈的影响引起的电子束畸变有可能防止。而且，通过使电子发射部分之间偏心距离不同于与电子束发射部分相应的电极上形成的电子束传输孔之间偏心距离，改善会聚特性。

依照本发明的彩色阴极射线管电子枪并不限于上述实施例，本专业技术人员可能在本发明的范围和精神内作出各种改变。

Claims (7)

1．一种彩色阴极射线管的电子枪包括：具有由场发射矩阵单元构成的、用于发射与红、绿、兰荧光层材料相对应的电子束的电子发射部分的阴极结构；和离开所述电子发射部分而顺序地安装的、用于形成主电子透镜以聚焦从所述电子发射部分发射的电子束的聚焦电极和加速电极，其中分别在聚焦电极和加速电极上形成电子束传输孔，其特征在于：

所述电子发射部分之间偏心距离小于在所述聚焦电极上形成的所述电子束传输孔之间偏心距离。

2．依照权利要求1的彩色阴极射线管的电子枪，其特征在于：所述电子发射部分在横方向加长。

3．依照权利要求2的彩色阴极射线管的电子枪，其特征在于：所述电子发射部分是矩形或椭园形的。

4．一种彩色阴极射线管的电子枪包括：具有由场发射矩阵单元构成的、用于发射与红、绿、兰荧光材料相对应的电子束的电子发射部分的阴极结构；和离开所述电子发射部分而顺序地安装的、用于形成主电子透镜以聚焦从所述电子发射部分发射的电子束的聚焦电极和加速电极，其中分别在聚焦电极和加速电极上形成电子束传输孔，其特征在于：

在所述阴极结构和所述聚焦电极之间安装辅助电极，用于形成辅助电子透镜，以对从所述电子发射部分发射的电子束预聚焦，在该辅助电极上形成供所述电子束穿过的电子束传输孔。

5．依照权利要求4的彩色阴极射线管的电子枪，其特征在于：所述电子发射部分在横方向加长。

6．依照权利要求5的彩色阴极射线管的电子枪，其特征在于：所述电子发射部分是矩形或椭园形的。

7．依照权利要求4或6的彩色阴极射线管的电子枪，其特征在于：所述电子发射部分之间的偏心距离小于在所述辅助电极上形成的所述电子束传输孔之间的偏心距离。

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