CN1221005C - 具有改进的间接加热阴极的阴极射线管 - Google Patents

Abstract

阴极射线管，具有由绝缘支撑杆固定的阴极和多个栅极。阴极支撑在布置在杯形支撑内的套圈内，并通过晶化玻璃结合到该杯形支撑。杯形支撑由绝缘支撑杆固定。晶化玻璃通过烧成主要由氧化锌、氧化硼、氧化硅、和氧化镁组成的玻璃组合物形成。在使用波长为0.154纳米的X射线的X射线衍射分析中，所述晶化玻璃的衍射峰A与衍射峰B的强度比在0.25-0.80范围内，这里，衍射峰A是在2θ＝25.5°附近的峰，所述衍射峰B是在2θ＝26.5°附近的峰，2θ是试样表面的衍射X射线束与入射X射线束形成的角度。

Description

具有改进的间接加热阴极的阴极射线管

技术领域

本发明涉及阴极射线管，特别地涉及具有间接加热的阴极的阴极射线管，使用低熔化温度的晶化玻璃作为支持阴极套管的绝缘体。

背景技术

一般来说，阴极射线管(CRTs)，例如，用于彩色电视接收机的彩色阴极射线管(CPTs)和用于彩色显示系统的彩色阴极射线管(CDTs)，在其真空外壳的面板部分的屏面内表面上形成的荧光屏；荫罩，有大量电子束透射孔并分布在面板部分内从而面向荧光屏；一种装在真空外壳颈部的一字排列型电子枪，和围绕真空外壳的锥体部分外侧安装的偏转线圈。

在彩色阴极射线管运行过程中，从电子枪发出的三支电子束被偏转线圈偏转，然后，在通过荫罩中的电子束透射孔后，分别撞击在荧光屏的相应颜色的像素上，从而在荧光屏上显示特定颜色的图像。

图4是用于说明其总体结构的一种实例的彩色阴极射线管的示意横截面图。在图4中，参考数字41表示面板部分，42是荧光屏，43是安装一字排列型电子枪49的颈部，44是把连接面板部分41和颈部43连接在一起的锥体部分，45是荫罩，它是压制成型的，因此是自支持的并且在其周边焊在荫罩框架46上。参考数字47表示磁屏蔽，48是荫罩悬挂机构，50是偏转线圈，51是外部磁校正装置，52是防爆带，53是镶板钉，54是荫罩部件，55是管座引线。

在这种彩色阴极射线管中，面板部分41、颈部43和锥形部分44形成真空外壳56，三个强度已调制的电子束(一个中心电子束和两个侧电子束)B从安装在颈部43的电子枪49发出，然后分别被由偏转线圈50产生的水平和垂直偏转磁场在水平方向(X方向)和垂直方向(Y方向)上偏转，使得三个电子束B在二维方向上扫描荧光屏42，重现图像。在图4中，参考数字57表示通过阳极按钮58向电子枪49的主透镜引入高电压的内部导电涂层和在荧光屏42的荧光层上涂敷的导电薄膜。

电子束B被如通过管座引线55提供的视频信号等调制信号进行强度调制，然后如被提供特定电压的中间栅极等电极控制，然后经过直接布置在荧光屏42前面的荫罩45的彩色选择，撞击构成荧光屏42的希望颜色(红、绿或蓝)的荧光元素，从而重现特定的图像。

在这种彩色阴极射线管中，由于制造成本和容易制造的原因，其面板部分的外表面(也称为图像形成表面、视场表面和正面)被构造成具有大的曲率半径(或大的等价曲率半径)，即近似平面，另一方面，形成有荧光层的面板部分的内表面被构造成具有相对较小的曲率半径(或相对较小的等价曲率半径)而不损害在面板部分的外面观看时，在荧光屏上显示的图像的平面感觉。

图5是提供有内部分压电阻且用于图4所示的彩色阴极射线管中的电子枪的主要部分的侧视图，在与三个电子束的轴向排列方向垂直的方向上观察。轴向发射三个电子束的电子枪49安装在彩色阴极射线管的真空外壳56的颈部43内。

电子枪49包括：提供有最高电压(阳极电压)的阳极(第六栅极)、提供有由内部分压电阻72从阳极分来的电压的中间栅极62、发射三个电子束的阴极结构K、和聚焦透镜，由包括多个电极的栅极组63组成，包括第四栅极64、第三栅极65、第二栅极66和第一栅极67，并把从阴极结构K发出的电子束聚焦。

电极61-76通过使各个电极的周边部分嵌入一对绝缘支撑杆69中，以特定的顺序、特定的间隔固定。防护罩68连接在第六栅极61上，金属弹簧(未示出)在其各自端部焊接到防护罩68的前端侧壁上，各个弹簧的另一端靠弹力压在如石墨等材料制成的内部导电涂层57上，并从锥形部分44的内壁向真空外壳56的颈部43的内壁延伸，使得阳极电压通过阳极按钮58提供到第六栅极61上，阳极按钮58通过锥形部分44密封。

内部分压电阻72连接到一对绝缘支撑杆69中的一个绝缘支撑杆的外表面上面向颈部43的管壁。内部分压电阻72设有用于电连接的接线端73、74和75，接线端73连接到提供有阳极电压的第六栅极61，接线端74连接到中间栅极62，接线端75接地。

连接片73a连接到接线端73，从其与电子枪49的中心轴垂直的方向上伸出，并连接到第六栅极61。连接片74a从接线端74伸出，连接到中间栅极62，从而根据内部分压电阻72与中间栅极62的电阻比对应的因数提供从阳极电压分来的高压。连接片75a从接线端75伸出，通过连接引线等连接到管座引线55之一，并通过在阴极射线管外的管座引线55之一连接到一个电势上，如接地电势(下文称为接地电势)。

金属线制成的导体76一端连接到第五栅极组63的一个电极，包围内部分压电阻72和安装电阻72的绝缘支撑杆69，另一端在与所述连接导体76的一端的位置相对的一侧连接到第五栅极组63的一个电极上，越过绝缘支撑杆69。在全部电子枪部件密封在颈部43内之后，通过外部高频感应加热线圈加热导体76，使导体76中含有的部分金属蒸发，从而在颈部43的内管壁上形成金属薄膜，使得在阴极射线管的运行过程中，在颈部43的内管壁建立稳定的电势。

已知把阴极射线管内相同电势的电极连接在一起用的金属线的延长可以用作导体76，并且使用另一种类型的导体76，它只有一端连接到一个电极上，另一端是自由端。

图6是在图5所示的彩色阴极射线管的电子枪中使用阴极结构K的一个实例的主要部分的截面图。在图6中，三个分别用于绿、蓝和红色电子束的等间距套圈(eyelet)81嵌入贯通晶化玻璃制成的绝缘体82。

绝缘体82是板状的，一般为矩形，其长边在三个电子束的轴向排列方向上。绝缘体82上表面的侧壁和周边部分的周围全部被杯形支撑83覆盖。在每个套圈81内部固定的是一个套管支撑85，用于支撑阴极套管84。每个阴极套管84在其面向第一栅极67的上表面上设置有具有电子发射材料层86的阴极基础金属87。具有图6所示的构形的阴极称为玻璃结合型阴极。

用这种阴极构形，阴极套管84、阴极基础金属87和电子发射材料层86被安装在各个阴极套管84内的加热器(未示出)加热到高温，使得从电子发射材料层86中发射电子。

构成在阴极结构K中使用的绝缘体82的晶化玻璃一般主要由氧化锌(ZnO)、氧化硼(B₂O₃)、氧化硅(SiO₂)和氧化镁(MgO)制成，在对晶化玻璃制成的绝缘体82要求的各种特性中，特别要求的是其耐热性大，从它放出的气体量小。

下列公开的技术涉及上述玻璃结合型阴极。

日本专利公开Hei 1-46977公开了一种使用含无定形材料的晶化玻璃的技术并说明了其热膨胀特性，日本专利公开Hei 1-61215公开了一种晶化玻璃组合物和使用两个低温和高温工艺步骤的一种烧成技术，日本专利公开Hei 3-15287公开了一种晶化玻璃组合物、结晶成分的比例以及X射线衍射峰强度之间的比值，日本专利公开Hei 5-44768公开了一种晶化玻璃组合物和在主晶相之间的X射线衍射强度比。日本专利申请公开Hei 10-312757说明了在绝缘体和支持其中的绝缘体的盘形部件之间的位置关系。

发明内容

由于支撑阴极套管的简单结构、晶化玻璃优异的隔热作用提供的节能以及其它因素，使用晶化玻璃的玻璃结合型阴极结构广泛用于阴极射线管。

如从上述参考资料明显看出，传统上，晶化玻璃的烧成条件主要由其耐热特性决定，但是抑制从阴极结构中放出气体也是重要的，已经存在解决气体放出问题的要求。

如上所述，晶化玻璃组合物主要由氧化锌(ZnO)、氧化硼(B₂O₃)、氧化硅(SiO₂)和氧化镁(MgO)构成。在使组合物结晶化的过程中，氧化硼(B₂O₃)和氧化硅(SiO₂)相互争夺氧化锌(ZnO)，以便分别形成Zn-B-O复合氧化物体系的物质和Zn-Si-O复合氧化物体系的物质，晶化玻璃的耐热特性取决于所形成的两种复合氧化物体系物质的比例。

用上述组合物，Zn-Si-O复合氧化物体系物质的比例随着烧成温度升高而增大，结果，一些氧化硼(B₂O₃)保留在玻璃中，使得耐热特性降低。已经存在解决保证阴极和第一栅极之间准确间距问题的要求。

此外，脱气特性随烧成温度变化。如果考虑耐热特性而降低烧成温度，玻璃在烧成条件下不能完全脱气，某些气体保留在绝缘体中。已经发现，在阴极结构的运行过程中从晶化玻璃中放出的气体量随着阴极结构的温度升高而增大，因此，阴极的电子发射特性降低。

如上所述，在使用传统的玻璃结合型阴极结构的阴极射线管中，存在解决改善构成支撑阴极套管的绝缘体的晶化玻璃耐热特性的问题和同时降低从晶化玻璃中放出的气体量的问题的要求。

本发明的目的是通过解决传统技术存在的上述问题，提供一种具有优异电子发射特性并且能高精度保证在阴极与第一栅极之间的间距的阴极射线管。

为了解决上述问题，本发明指定了构成支撑阴极结构的阴极套管的绝缘体的晶化玻璃的晶相。

下面描述本发明的典型结构。

根据本发明的实施方案，提供了一种阴极射线管，包括具有面板部分、颈部和连接面板部分与颈部的锥形部分的真空外壳；在面板部分内表面上形成的荧光屏；装在颈部的电子枪，它包括阴极、与所述阴极隔开的第一栅极以及在第一栅极与荧光屏之间的隔开的多个栅极，用于产生和引导电子束朝向荧光屏，所述第一栅极和多个栅极通过多个绝缘支撑杆以预定的轴向间隔关系固定，一个安装在颈部与锥形部分之间的连接点附近的偏转线圈，阴极被支撑在杯形支撑中布置的套圈内并通过在杯形支撑内包含的晶化玻璃连接到杯形支撑上，杯形支撑通过多个绝缘支撑杆固定，其中，通过烧制主要由氧化锌(ZnO)、氧化硼(B₂O₃)、氧化硅(SiO₂)和氧化镁(MgO)组成的玻璃组合物形成所述晶化玻璃，在使用波长为0.154钠米的X射线的X射线衍射分析中，晶化玻璃的衍射峰A与衍射峰B的强度比在0.25-0.80范围内，这里，衍射峰A是在2θ＝25.5°附近的峰，衍射峰B是在2θ＝26.5°附近的峰，2θ是试样表面的衍射X射线束与入射X射线束形成的角度。

附图说明

在附图中，相同的参考数字表示在所有图中的相似部件，其中：

图1是根据本发明的阴极射线管中所用的电子枪的一种实施方案的主要部分的截面图；

图2A表示图1的电子枪阴极结构的绝缘体结晶相的X射线衍射谱图，图2B是解释测量X射线衍射谱图的X射线衍射法的示意说明；

图3是表示绝缘体的两个衍射峰强度比与从绝缘体中放出的气体量之间关系的图；

图4是表示彩色阴极射线管的一种实例的总体结构的示意截面图；

图5是使用内部分压电阻并用在图4所示的彩色阴极射线管中的电子枪的主要部分的侧视图；和

图6是在图5的彩色阴极射线管的电子枪中使用的阴极结构的一种实例的主要部分的截面图。

具体实施方式

下面参考附图详细描述根据本发明的实施方案。

图1是根据本发明的阴极射线管中使用的电子枪的一种实施方案的主要部分的截面图，类似于沿图6的I-I线所作的图6的阴极结构K的截面图。在图4-6中所用的相同参考数字表示图1中相应的或功能类似的部分。

在图1中，加热器1装在阴极套管84内，使电流通过加热器1，把阴极套管84、阴极基础金属87和电子发射材料层86加热到高温，使得从电子发射材料层86中发射电子。

参考数字2表示用晶化玻璃制造的绝缘体。绝缘体2嵌有3个通过绝缘体2的套圈81(三个电子束的每一个有一个套圈，尽管只表示出一个套圈)，例如，套圈8 1用Fe-Ni-Co合金制成，绝缘体2上表面的侧壁和周边部分的周围完全被杯形支撑83(例如用42Ni-Fe合金制成)覆盖。

现将简要解释绝缘体2、套圈81和杯形支撑83的组装。首先，把倒置的杯形支撑83插入碳制成的夹具中，并且把三个倒置的套圈81固定在杯形支撑83内部指定的各自的位置上。然后，在支撑83和三个套圈81之间的间隙中插入把事先以特定形状成形的粉末玻璃组合物在空气中在例如650℃烧成成形的小片。然后，在约800℃在氮气氛中烧成玻璃组合物小片，形成以间隔关系绝缘固定支撑83和套圈81的晶化玻璃制成的绝缘体2。

粉末形式的玻璃组合物包含60重量％的氧化锌(ZnO)、25重量％的氧化硼(B₂O₃)、10重量％的氧化硅(SiO₂)、5重量％的氧化镁(MgO)、和小于或等于1重量％的氧化铝(Al₂O₃)。

参考数字3表示布置用来覆盖杯形支撑83并与其连接的阴极组件支撑，通过把其凸缘部分3a嵌入相应的绝缘支撑杆69中来固定。

图2A是表示图1的绝缘体2的结晶相的X射线衍射谱图。用具有图2B示意表示的结构的X射线衍射仪测量X-射线衍射谱图。在图2B中，X射线管的靶100用铜(Cu)制成，滤光器101用镍(Ni)制成，为X射线管提供的电压约35kV，扫描速度为2°/分钟，入射X射线束的发散角α为1°，接收狭缝102宽0.15mm。试样晶化玻璃2的衍射X射线束104，通过波长为0.154纳米的X射线衍射冲击，随着角度θ变化，用X射线检测器105测量。

在Sze，S.M.编的“VLSI技术”第12章，McGraw-Hill，New York；“McGraw-Hill Encyclopedia of Science & Technology，”vol.19ULC-ZYT，第553-571页，McGraw-Hill，New York；和Kittel，C：“Introduction to Solid State Physics，”第二章，Maruzen Co.，Ltd.，Tokyo中包含了X射线衍射分析的更详细的细节。为了包括这些细节，这些参考资料在本文中引作参考。

在图2A中，在2θ＝25.5°附近的衍射峰A代表Zn₂SiO₄的晶相，在2θ＝26.5°附近的衍射峰B代表Zn₃B₂O₆的晶相，峰A与峰B的峰强度比为0.71，对应于Zn₂SiO₄晶相量与Zn₃B₂O₆晶相量的比例。后面的解释说明了该比例。

图3是表示绝缘体的衍射峰的比例与从绝缘体放出的气体量之间的关系的图。通过在各种温度下烧成玻璃组合物制备绝缘体试样，然后保持在850℃时测量从每种绝缘体试样放出的气体量，测量15分钟。在图3中，横坐标表示绝缘体分别在2θ＝25.5°和26.5°的两个衍射峰之间的比例，纵坐标表示从各个绝缘体放出的气体量。试样组(a)-(g)的每一组包含三个试样，每组的烧成温度表示于表1中。

                                表1

试样组	a	b	c	d	e	f	g
								烧制温度(℃)	765	775	785	800	810	820	835

从图3中明显看出，X射线衍射分析表现出Zn-Si-O体系的结晶相的偏析量随着烧成温度升高而增大。并且如果分别在2θ＝25.5°和26.5°的两个X射线衍射峰之间的比值小于0.25，从绝缘体放出的气体量增大，所以存在阴极结构的电子发射特性受到不利影响的可能性。

另一方面，如果分别在2θ＝25.5°和26.5°的两个X射线衍射峰之间的比例超过20，从绝缘体放出的气体量趋于突然增大，存在产生某些问题的可能性。可以认为从绝缘体放出气体的这种突然增加是因为玻璃的结晶条件变得不稳定，因而在玻璃中包含的气泡膨胀并释放到真空中而引起的。

在对从试样中放出的气体测量后的试样观察表明，即使在两个X射线衍射峰之间的上述比值为2.0，玻璃中的气泡也长大，其耐热性降低。

使上述的在两个X射线衍射峰之间的比例小于或等于0.80防止了气泡长大。

因此，希望的是在两个X射线衍射峰之间的上述比值在0.25-0.80范围内。在包括支撑83、套圈81和绝缘体2的组合中改善了生产率、对气体产生的抑制和耐热性。

注意，虽然与Zn₂SiO₄对应的最高峰存在于2θ＝31.5°，但是它与其它峰重叠，不容易与其它峰区分，所以，采用在2θ＝25.5°的峰，同样虽然与Zn₃B₂O₆对应的最高峰存在于2θ＝28.0°，由于同样的原因采用2θ＝26.5°的峰。

通过烧成下面所示的玻璃组合物形成晶化玻璃是优选的。

氧化锌(ZnO)            58-68重量％

氧化硼(B₂O₃)        20-26

氧化硅(SiO₂)          8-13

氧化镁(MgO)            4-9

氧化铝(Al₂O₃)       小于或等于1

本发明不限于上述实施方案的结构，可以进行各种变化和改进而不离开在所附权利要求书中确定的本发明的的本质和范围。

如上所述，本发明指定了构成支持阴极射线管阴极套管的绝缘体的晶化玻璃的晶相，从而本发明能提供阴极结构所要求的气体放出抑制特性和足以承受在阴极射线管制造过程中和制成的阴极射线管运行过程中产生的热量的耐热特性，因此，本发明能提供在电子发射性能方面和在精确建立其阴极与其第一栅极之间的间距方面优异的阴极射线管。

Claims (1)

1.一种阴极射线管，包括

具有面板部分、颈部和连接所述面板部分和所述颈部的锥形部分的真空外壳；

在所述面板部分内表面上形成的荧光屏；

装在所述颈部的电子枪，并包括阴极、与所述阴极隔开的第一栅极和用于产生并引导电子束到所述荧光屏的在所述第一栅极与所述荧光屏之间隔开的多个栅极，

所述第一栅极和所述多个栅极通过多个绝缘支撑杆以预定的轴向间隔关系固定，和

安装在所述颈部和所述锥形部分之间的连接部分附近的偏转线圈，

所述阴极支撑在布置在杯形支撑内的套圈中，并通过所述杯形支撑内含有的晶化玻璃连接到该杯形支撑，所述晶化玻璃主要由氧化锌ZnO、氧化硼B₂O₃、氧化硅SiO₂和氧化镁MgO组成，

所述杯形支撑通过所述多个绝缘支撑杆固定，

其特征在于，所述晶化玻璃是通过在800℃烧成玻璃组合物形成的，该玻璃组合物由58-68重量％的氧化锌ZnO、20-26重量％的氧化硼B₂O₃、8-13重量％的氧化硅SiO₂、4-9重量％的氧化镁MgO和小于或等于1重量％的氧化铝Al₂O₃组成，且

在使用波长为0.154纳米的X射线的X射线衍射分析中，所述晶化玻璃的衍射峰A与衍射峰B的强度比在0.25-0.80范围内，

其中所述衍射峰A代表Zn₂SiO₄的晶相，所述衍射峰B代表Zn₃B₂O₆的晶相。

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