CN1252785C - 具有单电位聚焦型电子枪的阴极射线管 - Google Patents

Abstract

本发明涉及Hi-UPF电子枪用作阴极射线管的预聚焦部分的透镜结构。Hi-UPF电子枪的阴极、控制电极加速电极、第一阳极、聚焦电极和第二阳极按顺序依次配置。第一阳极和第二阳极通常加有阳极电压，聚焦电极加有聚焦电压。在本发明的阴极射线管中，在预聚焦部分中，控制电极有一个等于或小于0.57毫米的电极电子束通孔，控制电极在电子束通孔附近加速电极与第一阳极之间的间距等于或小于1.9毫米。

Description

具有单电位聚焦型电子枪的阴极射线管

技术领域

本发明涉及Hi-UPF(高级单电位聚焦)电子枪用作阴极射线管的预聚焦部分的透镜结构。

背景技术

大屏幕电视超过40英寸时，广为流传的不再是直观式阴极射线管而是投影电视了。投影电视用光学透镜、反射镜等将屏幕接近5.5英寸的阴射线管(PRT)的图像投射到大约40英寸的银幕上。三个阴极射线管的图像投射到银幕上，使红、绿、蓝三色都成单色的，从而得出彩色图像。

这是采用叫做投射管的阴极射线管(PRT)进行的。在投影式电视中，例如大约5.5英寸的PRT图像投射到40英寸的银幕上，使图像面积放大到50倍。因此，PRT图像需要极高的亮度和良好的聚焦状况。要达到高亮度，需要大的电子束电流。

但PRT有这样的问题，即，即使在大电流的情况下也必须保持良好的聚焦特性。因此，PRT一般采用叫做Hi-UPF(高级单电位聚焦)型的电子枪，这种电子枪的聚焦特性即使在大电流范围内也较好。Hi-UPF型电子枪的例子见美国专利4,178,532。

对PRT习惯上所关心的问题主要是其主透镜孔径的扩大，这是由于即使在大电流情况下保持良好聚焦特性的结果。为进一步改善大电流范围的聚焦特性，有人提出所谓主透镜孔径扩大了的大孔径电子枪，其实例见美国专利4,271,374。

除在一般的主透镜上采取措施之外，还有在预聚焦系统的结构上改进聚焦状况的作法，例如美国专利4,318,027就是一个例子，但这就涉及到结构上与UPF电子枪不同的BPF(双电位聚焦)电子枪。此外，改善聚焦状况的方法还可以考虑增加电子枪的体积，从而扩大主透镜的孔径，但这就需要同时扩大管颈的直径，从而产生电功率随偏转量等而增加的副作用。

发明内容

本发明可以改善聚焦特性使其等于或优于扩大主透镜孔径情况下的聚焦特性而无需扩大管颈的直径。

本发明Hi-UPF型电子枪的第一特点旨在改进大电流和小电流范围的聚焦特性，方法是使第一栅极(G1)的孔径等于或小于φ0.57毫米，并使加束电极(G2)与第一阳极(G3)之间的间距等于或小于1.9毫米。

本发明的第二特点旨在着重改善大电流范围的聚焦状况，方法是使G2侧的G3孔径等于或小于φ2.0毫米。

本发明的第三特点旨在改善小电流范围的聚焦特性，方法是使G2极板的厚度等于或小于0.37毫米。

本发明的第四特点旨在获取优异的寿命特性，方法是在阴极中采用含钪酸钡(barium scandate)的氧化层。

本发明的第五特点是进一步急剧地改善聚焦特性，方法是将上述预聚焦结构透镜的结构与大孔径透镜两项措施结合使用。

附图说明

图1是PRT的示意图。

图2是Hi-UPF型电子枪的正视图。

图3是Hi-UPF型电子枪的侧视图。

图4是预聚焦部分的典型视图。

图5是G1孔径与聚焦特性之间在Hi-UPF型电子枪特定条件下的关系曲线。

图6是Hi-UPF型电子枪中间距G2-G3与聚焦特性之间的关系曲线。

图7是G1孔径与聚焦特性之间在Hi-UPF型电子枪另一特定条件下的关系曲线。

图8是G3底部孔径与聚焦特性之间的关系曲线。

图9是G2极板厚度与聚焦特性之间的关系曲线。

图10是阴极附近的结构。

图11是另一种Hi-UPF型电子枪的结构。

具体实施方式

图1是PRT的外观。电子枪1装在管颈2中产生电子束。管颈2，外径为φ29.1毫米，内装一个电子枪。因此，PRT的电子枪比普通阴极射线管的大。这是因为主透镜孔径扩大的缘故。面板3的内表面涂有荧光层4，形成对角线大约5.5英寸的屏面。面板3在屏面中心处厚，周边部位薄。这是因为要形成具透镜功能的面板的缘故。玻锥5具有形成在内表面上的一层铝蒸发膜6。偏转线圈7对电子束起偏转作用。在本实施例中，对角线偏转角为90度。速度调制线圈8的作用是改善图像对比度。电压即通过端子9提供给电子枪的各电极。

图2是本发明电子枪的正视图。在一般工作条件下，加到阴极10的平均电压值约为190伏，控制电极(G1)11处于地电位，加到加速电极(G2)12上的电压为550至600伏。加到第一阳极(G3)13的最大电压为30千伏，加到聚焦电极(G4)14的聚焦电压约为7.7千伏，加到第二阳极(G5)15的最大电压为30千伏。聚焦电极G4有三个不同的外径。第二阳极15有两个不同的外径。主透镜由G4的一个大外径部分14c和G5的一个大外径部分15b组成。在管颈外形一定的情况下，主透镜孔径尽可能扩大，因而G4插入G5中。珠纹玻璃16固定着，同时起到使各电极绝缘的作用。图3是本发明电子枪的侧视图。同一组成部分的编号与图2中的相同。

图4是预聚焦部分的放大图。同一组成部分的编号与图2中的相同。发射电子的氧化层101含钪酸钡。C-G1为阴极与G1之间的间隙，G1-G2为G1与G2之间的间隙，G2-G3为G2与G3之间的间隙。TG1为电极G1的极板厚度。此极板厚度是通过所谓精压工序减小电极G1材料的厚度(例如0.18毫米)形成的。TG2为电极G2的极板厚度。此极板厚度也是通过所谓精压略为减小材料的厚度(例如0.4毫米)形成的。φG1是G1的孔径，φG2是G2的孔径，φG3是G3底孔的孔径。

本发明人发现，PRT中使用的Hi-UPF电子枪的预聚焦透镜系统经过最优化可以大幅度改善聚焦特性，使其比一般的聚焦特性好，而无需扩大管颈的外径。

图5是束点大小与G1孔径之间的关系曲线图。从表2可以看到，为使阴极的截止电压固定，各G1孔径的电极取不同的尺寸。表1中没有提到的各电子枪其它电极的尺寸不变。G2的孔径都取等于G1的孔径。

                          表1

G1 孔径(φG1)	φ0.65	φ0.60	φ0.55
				G1 极板厚度	0.08	0.08	0.08
G2 孔径(φG2)	φ0.65	φ0.60	φ0.55
				G2 极板厚度	0.39	0.39	0.36
间隙 C-G1	0.13	0.115	0.115
				间隙 G1-G2	0.32	0.305	0.195

单位(毫米)

在以后的所有表格中，阴极至G1的间距是在装配电子枪时测定的，而阴极在工作情况下发热时因阴极热膨胀而缩短。

从图5可以看出，束点在小电流范围(0.5毫米)的大小能随G1孔径的减小而减小。G1孔径小于或等于0.57毫米时，束点直径改善的百分率达7％左右。

然而，只有在G1孔径减小的情况下大电流范围(6毫安)下束点的直径才增大。要改善大电流范围束点的直径，有效的办法是减小例如G2至G3的间距。这种尺寸上的改变对改善小电流范围的束点直径也有一点作用(大约3％)。因此，当G1孔径小于或等于0.57毫米时，束点直径的改善百分率可达10％。

图6是束点直径在G2与G3之间的间隙变化情况下的变化情况。束点亮度分布通常是呈钟形的，但在本实施例中，电子束直径是在亮度在峰值下为5％的情况下测定的，在以后列举的实施例中也是如此。表2列出了图6的测定条件。

                      表2

阳极电压(Eb)	30千伏
		阴极电压(Ek)	190伏
聚焦电压(EG4)	只在2毫安时聚焦
		G1孔径(φG1)	φ0.55毫米
G2孔径(φG2)	φ0.55毫米
		G3底孔孔径(φG3)	φ1.98毫米
间隙G1-G2	0.275毫米

通常认为，减小G1孔径，聚焦特性就得到改善。但这种情况是在电子束电流小的情况，电流大时则得不到预期的效果。另一方面，减小G1孔径的效果是增加阴极的负荷，使寿命特性有问题。因此，一般通常采用大小0.6毫米的G1孔径。

本发明人发现，间隙G2-G3对改善大电流聚焦特性有很大的影响。实验表明，此间隙值等于或小于1.9毫米时，在大电流范围可得出突出的效果。从图6可以看到，G2至G3的间距取适当值时，可以大幅度减小大电流范围下的束点直径而不致牺牲减小G1孔径对减小较小电流范围下束点直径的作用。因此，通过减小G1孔径而达到改善束点直径的作法是值得的，足以补偿由于电流密度(阴极负荷)因G1孔径减小而增大引起的风险。

将图5和图6的作用结合起来，发现当G2至G3的间距和G1孔径分别小于或等于1.9毫米和0.57毫米时可以使束点在较大和较小电流范围的大小比一般PRT的相应情况减小10％以上。

此外，从图6可以看到，减小间隙G2-G3可以改善大电流范围的聚焦状况，但若间隙G2-G3小于1.73毫米，则特性的改善有趋于饱和的趋势。UPF电子枪的特点是加到G2和G3之间的高压接近30千伏。这说明击穿电压特性非常恶劣。图6表明，间隙G2-G3最好取等于或大于1.5毫米，因为若等于或小于1.5毫米，聚焦特性的改善幅度极小。

图7是G1孔径变化情况下改变G3底孔孔径时的聚焦特性。不言而喻，改变G3底孔孔径比起图6的情况会使聚焦特性急剧变化。

另一方面，从图7可以看到，G1若等于或小于0.57会使聚焦特性的改善幅度非常突出。表3列出了图7的主要条件。聚焦电压调节得使得到2毫安的阴极电流I_K下正好聚焦。

                            表3

G1 孔径(φG1)	φ0.65	φ0.60	φ0.55
				G1 极板厚度	0.08	0.08	0.07
G2 孔径(φG2)	φ0.65	φ0.60	φ0.55
				G2 极板厚度	0.39	0.39	0.36
G3 孔径(φG3)	φ2.2	φ2.2	φ1.98
				间隙 C-G1	0.13	0.115	0.115
间隙 G1-G2	0.32	0.305	0.195

单位(毫米)

图8示出了G2-G3等于1.53毫米时G3底孔孔径与聚焦特性的关系曲线。同样，在此范围可以看到聚焦特性对G3底孔孔径突出的依赖性。表4示出了其它的条件。聚焦电压调节得使得在2毫安的阴极电流I_K下正好聚焦。

                              表4

G1 孔径(φG1)	φ0.54
		G1 极板厚度	0.08
G2 孔径(φG2)	φ0.55
		G2 极板厚度	0.36
间隙 C-G1	0.105
		间隙 G1-G2	0.275
间隙 G2-G3	1.53

单位(毫米)

图6，7和8进一步证实了，若G3底孔孔径取φ2.0毫米，聚焦特性特别是在大电流范围得到改善。应该指出的是，在G3底部附近，电子束散开。若G3底孔中心偏离电子束中心，会出现电子束撞击G3的现象。为避免这一点，考虑到电子枪装配的精确性，G3底孔孔径最好取等于或大于φ1.5毫米。

图9示出了G2极板厚度TG2与聚焦特性的关系。从图9可以看出，G2有板厚度TG2若等于或小于0.37毫米，在小电流范围特别是阴极电流I_K为0.5毫安时改善聚焦特性。但在此情况下若G2极板厚度TG2等于或小于0.32毫米，则可以观察到聚焦特性在大电流范围变坏。因此，G2极板厚度TG2最好取等于或大于0.32毫米。其它条件见表5。

             表5

G1 孔径(φG1)	φ0.55
		G1 极板厚度	0.08
G2 孔径(φG2)	φ0.55
		间隙 C-G1	0.115
间隙 G1-G2	0.255
		间隙 G2-G3	1.73

单位(毫米)

图10是本实施例中使用的阴极具代表性的视图。氧化层101分为两层。下层101b为普通的氧化物，上层101a为含大约1.4重量百分比的钪酸钡的氧化物。附带说一下，钪酸钡的含量取0.3重量百分比-2重量百分比有效。在本实施例中，下层厚20微米，上层厚48微米。含钪酸钡的氧化物，其特点是能承受高阴极负荷。下层为变通的氧化物，这主要因为普通氧化物与主要由Ni制成的阴极帽102能很好地粘合。阴极套管103由Ni-Cr合金制成，厚约25微米。

本发明PRT的聚焦特性获得改善，比起一般的PRT来，在小电流范围(阴极电流I_K＝0.5毫安下)的改善幅度为17％，在中间电流范围(I_K＝2.0毫安下)的改善幅度为1 8％，在大电流范围(I_K＝6.0毫安下)的改善幅度为21％。这种特性用于PRT中的电子枪，其尺寸如表6中所示。

                 表6

G1 孔径(φG1)	φ0.54
		G1 极板厚度	0.07
G2 孔径(φG2)	φ0.55
		G2 极板厚度	0.36
间隙 C-G1	0.105
		间隙G1-G2	0.235
间隙G2-G3	1.73
		主透镜	图2中所示的大孔径主透镜

单位(毫米)

虽然至此所举的一些实施例都是一些聚焦电极G4插入第二阳极G5的大孔电子枪，但本发明也适用于图11中所示的普通Hi-UPF电子枪。图11中，相同的电极都用相同的编号标出，其中聚焦电极分成两部分，即14a和14b，两者通过金属带17相连接。主透镜由第二阳极15和聚焦电极14b组成。在图11中，例如聚焦电极14b比14a稍微大一点。这是因为尽可能大幅度扩大主透镜孔径结果。

虽然上面上就聚焦特性要求极严的PRT进行说明的，但本发明并不极限于这种PRT，它同样适用于采用Hi-UPT电子枪的三电子束式的彩色阴极射线管。

Claims (11)

1.一种阴极射线管，其面板有一个荧光屏，其管颈部分装有一个电子枪，其玻锥部分连接在面板部分与管颈部分之间，其特征在于：

所述电子枪具有顺次朝所述荧光屏的方向配置的阴极、控制电极、加速电极、第一阳极、聚焦电极和第二阳极；所述第一阳极和第二阳极通常加有阳极电压；所述聚焦电极加有聚焦电压；所述控制电极、所述加速电极和所述第一阳极各相应部分面对着具有电子束通孔的所述加速电极；

所述控制电极的所述电子束通孔的孔径等于或大于0.50毫米，并且等于或小于0.57毫米；

所述加速电极和所述第一阳极在其电子束通孔附近的间距等于或大于1.5毫米，并且等于或小于1.9毫米。

2.如权利要求1所述的阴极射线管，其特征在于，所述第一阳极的所述电子束通孔的孔径等于或小于2.0毫米。

3.如权利要求2所述的阴极射线管，其特征在于，所述第一阳极的所述电子束通孔的孔径等于或大于1.5毫米和等于或小于2.0毫米。

4.如权利要求1所述的阴极射线管，其特征在于，所述加速电极在所述电子束通孔附近的板厚等于或小于0.37毫米。

5.如权利要求4所述的阴极射线管，其特征在于，所述加速电极在所述电子束通孔附近的板厚等于或大于0.32毫米和等于或小于0.37毫米。

6.如权利要求1所述的阴极射线管，其特征在于，所述阴极顶面上有一层氧化层，所述氧化层的上层含钪酸钡。

7.如权利要求6所述的阴极射线管，其特征在于，所述氧化层的上表面含0.3重量百分比至2.0重量百分比的钪酸钡。

8.如权利要求1所述的阴极射线管，其特征在于，所述加速电极的孔径通常与所述控制电极的孔径相同。

9.如权利要求1所述的阴极射线管，其特征在于，所述面板荧光屏中心的玻璃壁厚大于荧光屏周边的壁厚，从而形成光学透镜。

10.如权利要求1所述的阴极射线管，其特征在于，所述聚焦电极的尖端插入所述第二阳极，在所述第二阳极中形成主透镜。

11.如权利要求10所述的阴极射线管，其特征在于，所述聚焦电极具有多种外形，在所述面板侧是大直径的部分，所述第二阳极具有多种外形，在所述面板侧是大直径部分，所述主透镜在所述聚焦电极的所述大直径部分和所述第二阳极的所述大直径部分中。

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