CN1282214C - 结构改进的单色阴极射线管的电子枪 - Google Patents

Abstract

本发明是一种该结构改进的单色阴极射线管的电子枪至少设有两个以上的电子流发射源(如：阴极)，以令各该电子流发射源所产生的电子束，具有较细的电子束断面积(Beam Spot Size)，且可在该电子枪的聚焦透镜或共同透镜的汇聚下，投射至该单色阴极射线管的屏幕上同一焦点位置，产生更好的分辨率及聚焦品质，如此，不仅可有效改善传统电子枪在单一电子流发射源上施加大电流时，因电子束中电子互斥作用所产生的电子束断面积不易缩小的问题，更可大幅提高该单色阴极射线管的屏幕亮度，令其获致更佳的视觉品质。

Description

结构改进的单色阴极射线管的电子枪

技术领域

本发明涉及一种电子枪，特别是一种结构改进的单色阴极射线管的电子枪。

背景技术

一般传统的投影电视系统，可依其产生影像的方式，区分为液晶投影电视系统及阴极射线管投影电视系统两种，其中利用阴极射线管产生影像的投影电视系统，又可依其投影方式的不同，区分为前投式(front projection)及背投式(rear projection)两种，在该等阴极射线管的投影电视系统中，均包括三个可分别用以产生红色调、绿色调及蓝色调影像的单色阴极射线管(CRTs)，各该单色阴极射线管所产生的影像可分别先通过一光学透镜组(projection lens unit)的放大，再投射至一屏幕(screen)的前面(或背面)上，令红色调、绿色调及蓝色调的影像合而为一，以在该屏幕上形成彩色的影像画面。

以一般传统的前投式阴极射线管投影电视为例，参阅图1所示，其上各该单色阴极射线管11是将所播放的影像，先通过一光学透镜组13放大后，再投射至一反射屏幕(reflective screen)13上，使通过该反射屏幕13，将各该单色阴极射线管11所播放呈红色调、绿色调及蓝色调的影像，整合为一彩色的画面影像，以供观赏者欣赏。反之，传统的背投式阴极射线管投影电视，参阅图2所示，其上各该单色阴极射线管21所播放的影像，则是先通过一光学透镜组22放大，再经由至少一反射镜(reflective mirror)23反射，将影像反射至一转换屏幕34(transmitting screen)上，使呈红色调、绿色调及蓝色调的影像，能在该转换屏幕24上整合为一，如此，观赏者即可由该转换屏幕24上，观看到大荧幕的彩色影像画面。

由于，在前述传统的阴极射线管投影电视系统中，无论是属前投式或背投式，各该单色阴极射线管所播放的影像，除必需先经由一光学透镜组放大外，尚必须投射至与该光学透镜组保持一定距离的屏幕上，始能令所播放的影像予以放大。为达成此一目的，各该单色阴极射线管所播放的影像，自然必需具备一相当程度的亮度，否则，各该单色阴极射线管的屏幕上所呈现的影像，将因投射路径延长及其间的投射或反射转换，造成光子能量耗损，而无法在该反射屏幕13或转换屏幕24上产生具有高水准亮度及彩度的影像品质。

为解决此前述亮度不足的问题，传统阴极射线管投影电视系统的设计及制造业者，均是藉增大施加在各该单色阴极射线管的电子流发射源(如：阴极)上的电流，令其产生高能量的电子束，以有效增加各该单色阴极射线管的屏幕上所呈现的影像亮度，进而改善该反射屏幕13或转换屏幕24上所呈现的影像亮度及彩度。此一作法，虽确能有效改善前述亮度及彩度不足的问题，然而，在各该单色阴极射线管的单一电子流发射源上施加大电流，却令所产生的单一电子束中电子数量遽增，导致因电荷相互排斥的作用，而发生电子束断面积沿各该单色阴极射线管的屏幕方向发生逐渐扩大，甚至发生光晕恶化的现象，此一现象，虽可藉由调整各该结构改进的单色阴极射线管的电子枪中聚焦透镜或共同透镜的设计，或藉由加大或加深各该单色阴极射线管的管颈内径，而获得些许改善，但由于玻璃管颈内径有一定规格的限制，故受此限制，并无法令电子枪的主透镜无限扩充，因此，始终无法令其电子束的断面积调整至一理想的大小，这就是多年来前投式或背投式阴极射线管投影电视的影像分辨率及聚焦品质，始终无法有效改善，且为人垢病的主要原因。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，为改进前述传统阴极射线管投影电视的缺点，而提供一种结构改进的单色阴极射线管的电子枪，期藉由本发明的电子枪结构，令该结构改进的单色阴极射线管的电子枪上的电子流发射源所产生的电子束，具有较细的电子束断面积(Beam Spot Size)，且可在投射至该单色阴极射线管的屏幕上同一焦点位置时，可产生更好的分辨率及聚焦品质。

本发明所提供的结构改进的单色阴极射线管的电子枪是由如下技术方案来实现的。

一种结构改进的单色阴极射线管的电子枪，其特征是：该单色阴极射线管内所安装的一电子枪上，至少包括二个以上的电子流发射源，各该电子流发射源所产生的电子束，分别在该电子枪内所形成的一电子透镜的汇聚作用下，投射至该单色阴极射线管的一屏幕上的同一焦点位置。

除上述必要技术特征外，在具体实施过程中，还可补充如下技术内容：

各该电子流发射源是呈阵列式排列。

各该电子流发射源是呈等间距排列。

各该电子流发射源是呈非等间距排列。

各该电子流发射源为一阴极。

该等电子流发射源为一纳米碳管。

该电子透镜为一聚焦透镜。

该电子透镜为一共同透镜。该结构改进的单色阴极射线管的电子枪尚包括：

一G1控制极，该G1控制极是设于邻近各该电子流发射源的位置，其上设有多个呈阵列式排列的极孔；

一G2屏极，该G2屏极是设于该G1控制极远离各该电子流发射源的一侧位置，其上设有多个呈阵列式排列的极孔，使与各该电子流发射源及该G1控制极形成该电子枪的电子束形成区，使各该电子流发射源所发射出的电子流穿过该G1控制极及该G2屏极上对应的各该极孔时，在该电子束形成区内形成呈阵列式排列的电子束。

该结构改进的单色阴极射线管的电子枪尚包括：

一G3焦聚电极，该G3焦聚电极是设于该G2屏极远离该G1控制极的一侧位置，其上设有多个呈阵列式排列的极孔；

一G4阳极，该G4阳极是设于该G3焦聚电极远离该G2屏极的一侧位置，其上设有多个呈阵列式排列的极孔，使与该G3焦聚电极组成该电子枪的聚焦透镜，以令呈阵列式排列的各该电子束在穿过该G3焦聚电极及该G4阳极上对应极孔后，被投射且汇聚至该屏幕上同一焦点位置。

本发明的优点在于：

1、该阴极射线管的电子枪至少设有二个以上的电子流发射源(如：阴极)，以令各该电子流发射源所产生的电子束，具有较细的电子束断面积(Beam SpotSize)，且可在该电子枪的聚焦透镜或共同透镜的汇聚下，投射至该单色阴极射线管的屏幕上同一焦点位置，产生更好的分辨率及聚焦品质，如此，不仅可有效改善传统电子枪在单一电子流发射源上施加大电流时，因电子束中电子互斥作用所产生的电子束断面积不易缩小的问题，更可大幅提高该阴极射线管的屏幕亮度，令其获致更佳的视觉品质。

2、在本发明中的每一电子流发射源的单位面积上的电流负荷(Currentloading density)，将较传统单色阴极射线管的单一电子流发射源减少许多，故可大幅减轻电子流发射源的电流负荷，有效增加电子流发射源的使用寿命。

为使能对本发明的构造、原理及其功效，有更进一步的认识与了解，兹举实施例配合附图，详细说明如下：

附图说明

图1是传统前投式阴极射线管投影电视系统的架构示意图。

图2是传统背投式阴极射线管投影电视系统的架构示意图。

图3是本发明的电子枪中呈阵列式排列的电子流发射源与单色阴极射线管的屏幕间的结构示意图。

图4(a)-图4(c)是本发明的电子枪中以其他方式排列的电子流发射源的正面示意图。

图5(a)-图5(b)是本发明的电子流发射源所产生的电子束，在该电子枪的聚焦透镜或共同透镜的汇聚下，投射至该单色阴极射线管的屏幕上同一焦点位置的示意图。

图6是本发明的一较佳实施例中电子枪的结构示意图。

图7是该较佳实施例的外观示意图。

图8是该较佳实施例与传统投影电视用的单色阴极射线管间发射电流与屏幕亮度的比较示意图。

具体实施方式

本发明是一种结构改进的单色阴极射线管的电子枪，该单色阴极射线管是一种可应用于投影电视中，用以产生红色调、绿色调或蓝色调影像的单色阴极射线管，该结构改进的单色阴极射线管的电子枪可依据映像管设计或制造业者的实际需求，被设计成至少具两个以上的电子流发射源(如：阴极或其它碳纳米管)，以令各该电子流发射源所产生的多个电子束，具有较细的电子束断面积(Beam Spot Size)，且可在该电子枪的聚焦透镜或共同透镜等电子透镜(依电子枪类型而定)的汇聚下，投射至该单色阴极射线管的屏幕上同一焦点位置。

在本发明中，如图3所示，由于该单色阴极射线管51内的电子枪30中的该等电子流发射源31是呈阵列式排列(M行×N列，其中M及N中的任一数值，可为等于或大于2以上的数)，图3所示的该等电子流发射源31是呈2行×3列，故可产生多个电子束40、41、42、43、44、45，该等电子束40、41、42、43、44、45经由该电子枪30的电子透镜的汇聚，可投射至该单色阴极射线管51的屏幕39上同一焦点391位置。此一设计方式，是用以取代传统单一电子束的电子流发射源，意即本发明是将传统单一电子束的电子流发射源拆开成为多个(M行×N列)电子流发射源31，故本发明中呈阵列式排列的电子流发射源31所产生的多条电子束40、41、42、43、44、45的断面积，可缩小成为原传统单一电子束的电子流发射源所产生的电子束的M乘N分之一(即1/(M×N))，令其具有较细的电子束断面积。如此，当各该电子束40、41、42、43、44、45受该电子枪30的聚焦透镜或共同透镜的汇聚，而被投射至该单色阴极射线管51的屏幕39上同一焦点位置时，不仅将令该单色阴极射线管5I产生更好的分辨率及聚焦品质，更可有效改善传统电子枪在单一电子流发射源上施加相同的大电流时，因电子束中电子互斥作用所产生的电子束断面积不易缩小的问题。

在此尤须特别注意的，是本发明所称的电子流发射源31的排列方式，并不局限于以呈等间距排列整齐的阵列，任何熟悉该项技艺者，在本发明领域内，可轻易思及的其它排列方式，如图3、4(a)-4(c)所示的三角形、圆形或多边形排列方式，无论各该电子流发射源31间的间距，是呈等间距或不等间距，只要其所产生的多个电子束40、41、42、43、44、45，均是投射至该单色阴极射线管51的屏幕39上同一焦点391位置，皆应属本发明所称的多组电子流发射源31。

此外，本发明所谓的同一焦点391位置，参阅图3、5(a)及5(b)所示，是指该等电子流发射源31所产生的多个电子束40、41、42、43、44、45，在投射至该单色阴极射线管51的屏幕39上时，复参阅图5(a)所示，是可完全交叠汇聚在同一位置，或如图5(b)所示仅部分交叠汇聚在同一位置，此时，由于每一电子束40、41、42、43、44、45断面积已大幅缩小，故无论是完全或部分交叠汇聚在同一焦点391位置，均可令聚焦位置得到更好的分辨率及聚焦品质，且在该单色阴极射线管51的屏幕39上，更因在较小的聚焦位置上，汇聚了更多的电子流，而令能屏幕39亮度得以大幅提升。

由以上所述可知，本发明极适合应用于高分辨率的单色阴极射线管51中，以大辐提升屏幕39的分辩能力。另，更由于在本发明中，每束电子束40、41、42、43、44、45所需的电流将较传统者减少许多，故每一电子流发射源(如：阴极)的单位面积上的电流负荷(Current loading density)，亦将因而可大量减少，此在高画质投影电视的应用中，将可避免因使用昂贵的含浸式(dispenser)阴极，而大辐降低生产成本。

在本发明的一较佳实施例中，请参阅图3、5及7所示，该单色阴极射线管51的电子枪30包括3行×1列呈阵列式排列的电子流发射源31，该等电子流发射源31是用以产生带能量的3个电子束40、41、42，并令其射向一G1控制极(control grid)32及一G3屏极(screen grid)34，且依序贯穿其上呈直线对应排列的极孔32a、32b、32c及34a、34b、34c，其中该等电子流发射源31、该G1控制极32及该G2屏极34，形成了该电子枪30的电子束形成区(beam forming region，或简称BFR)，该电子束形成区是令该电子流发射源31所发射出的电子流在其内形成3行×1列呈阵列式排列的电子束40、4I、42。而后，该等电子束40、41、42再经由一G3焦聚电极36及一G4阳极38所组成的聚焦透镜，且依序贯穿其上呈直线对应排列的极孔36a、36b、35c及38a、38b、38c后，将被投射且汇聚至该单色阴极射线管51之屏幕39上同一焦点301位置，再经由该单色阴极射线管51上所设的一偏向轭(Deflection yoke)50，由左而右，由上而下，对整个屏幕39进行点扫描，即可在屏幕39上呈现出单色的影像画面。

本发明在该实施例中，系将该电子枪30封于投影电视用的一7寸单色阴极射线管51的管颈52内，复请参阅图5、7所示，并通过适当调整偏向轭50与聚焦透镜，使所产生的3行×1列呈阵列式排列的电子束40、41、42，可汇聚至该单色阴极射线管51之屏幕39，上的同一聚焦点。此时，本发明所制成之单色阴极射线管51之总管长为235毫米(mm)。

本发明将该单色阴极射线管(以下简称实验管)与一总管长为275毫米(mm)的传统投影电视用的7寸单色阴极射线管(以下简称传统管)相比较，在各该单色阴极射线管的阳极施以32000伏特的电压，在G2屏极施以400V伏特的电压，且令G1控制极接地时，可分别在其电子流发射源及屏幕处，测得其电子流发射源的发射电流与亮度的关系，如下表所示：

管型发射电流(μA)	实验管	传统管
			呎烛光(Foot lambert)	呎烛光(Foot lambert)
	300	660			667
600			1178	1049
	800	1475			1256
1000			1745	1479

由上表及图8所示可清楚得知，在大电流(1000μA)操作时，本发明的实验管的屏幕亮度，较传统管高出约18％左右，在一般常态电流(600μA)操作状态下，本发明的实验管的屏幕亮度亦较传统管高出约12％左右。此外，由于本发明的实验管在总电流为600μA时，其上3行×1列呈阵列式排列的电子流发射源中，每一电子流发射源的电流负载仅为200μA，即传统管的单一电子流发射源的电流负载的三分之一，故可大幅减轻每一电子流发射源的单位面积上的电流负荷，进而增加电子流发射源的有效使用寿命。

以上所述，仅为本发明较佳具体实施例，但本发明的构造特征，并不局限于此，任何熟悉该项技艺者在本发明领域内，可轻易思及的变化或修饰，如：改以其它类型电子枪制作的单色阴极射线管，若其上呈阵列式排列的电子流发射源所产生多个(M行×N列)电子束，均是投射至该单色阴极射线管的屏幕上同一焦点位置，皆应属涵盖在本案的权利要求范围内。

Claims (8)

1、一种结构改进的单色阴极射线管的电子枪，其特征是：该单色阴极射线管内所安装的一电子枪上，至少包括二个以上的电子流发射源，各该电子流发射源所产生的电子束，分别在该电子枪内所形成的一电子透镜的汇聚作用下，投射至该单色阴极射线管的一屏幕上的同一焦点位置，其还包括：

一G1控制极，该G1控制极是设于邻近各该电子流发射源的位置，其上设有多个呈阵列式排列的极孔；

一G2屏极，该G2屏极是设于该G1控制极远离各该电子流发射源的一侧位置，其上设有多个呈阵列式排列的极孔，使与各该电子流发射源及该G1控制极形成该电子枪的电子束形成区，使各该电子流发射源所发射出的电子流穿过该G1控制极及该G2屏极上对应的各该极孔时，在该电子束形成区内形成呈阵列式排列的电子束；

一G3焦聚电极，该G3焦聚电极是设于该G2屏极远离该G1控制极的一侧位置，其上设有多个呈阵列式排列的极孔；

一G4阳极，该G4阳极是设于该G3焦聚电极远离该G2屏极的一侧位置，其上设有多个呈阵列式排列的极孔，使与该G3焦聚电极组成该电子枪的聚焦透镜，以令呈阵列式排列的各该电子束在穿过该G3焦聚电极及该G4阳极上对应极孔后，被投射且汇聚至该屏幕上同一焦点位置。

2、根据权利要求1所述的结构改进的单色阴极射线管的电子枪，其特征是：各该电子流发射源是呈阵列式排列。

3、根据权利要求2所述的结构改进的单色阴极射线管的电子枪，其特征是：各该电子流发射源是呈等间距排列。

4、根据权利要求2所述的结构改进的单色阴极射线管的电子枪，其特征是：各该电子流发射源是呈非等间距排列。

5、根据权利要求1所述的结构改进的单色阴极射线管的电子枪，其特征是：各该电子流发射源为一阴极。

6、根据权利要求1所述的结构改进的单色阴极射线管的电子枪，其特征是：各该电子流发射源为一纳米碳管。

7、根据权利要求1所述的结构改进的单色阴极射线管的电子枪，其特征是：该电子透镜为一聚焦透镜。

8、根据权利要求1所述的结构改进的单色阴极射线管的电子枪，其特征是：该电子透镜为一共同透镜。

Images