CN1300443A - 阴极射线管用电子枪 - Google Patents

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Abstract

能解决传统的阴极射线管用电子枪需要大的驱动功率和用于在约45V宽度下快速驱动而产生的大量不需要的电磁波的问题的一种阴极射线管用电子枪,它包括用于将电子发射向显示面或荧光屏的阴极以及至少三个电极:加有比此阴极高的电压的G2电极、加有预定电压的Gm电极、加有比此G2电极高的电压的G3电极,这些电极都设有电子通过孔且共轴线地按照从该阴极开始的顺序排列,所引出的电子量随阴极电压的变化而变化,其中此轴线上的该Gm电极所在部分的电压中的最低电压则与此阴极电压变化范围内的最大电压一致,且从此阴极引出的电子的一部分则流入G2电极与Gm电极中之一。

Description

阴极射线管用电子枪
本发明涉及阴极射线管(CRT)用电子枪，特别涉及到相对于驱动电压能以高灵敏度获得流向荧光屏的电流的阴极射线管用电子枪。
下面先说明先有技术的阴极射线管用电子枪。先根据计算机等显示用的称之为显示监控显像管的阴极射线管来说明操作条件等。图8是示明先有阴极射线管用电子枪的阴极附近的剖面结构图。图中的1为将电子引向荧光屏方向的阴极，2为从阴极1引出的电子流，3为G1电极，4为G2电极，5为G3电极，6为设于阴极表面的电子发射物质。此外，在图中虽未示明，在先有的电子枪中尚设有G3电极5以后的电极，例如G4电极，G5电极等。作为整体结构，还设有例如支持各个电极的玻璃微珠等。
再来说明操作。在先有技术的例子中，是从阴极1只引出必要部分的电子，基本上所引出的电子全部流入荧光屏。引出的电子量(发射电流量)可由阴极1的电位决定。降低阴极的电位将增加发射电流，相反，增高阴极的电位则会减少发射电流，可从某个值减至零。
图9说明先有技术的阴极射线管用电子枪的驱动电压与发射电流的关系。图中的横轴是从发射电流正好为零的阴极电位开始变化的电位即阴极调制电压(V)，纵轴为发射电流(μA)。在荧光屏上将某个像素以所希望的最大亮度(例如100nit)发光时虽因阴极射线管的规格等而异，但一般需要例如有300μA的电子流流入荧光屏。如图9所示，先有的电子枪为了使发射电流有0～300μA的变化，需使阴极的电压例如有能从约120V到约75V的约45V的变化。
G1电极与G2电极的电子通过孔为圆形，且电子通过孔的中心轴多数情形下是同一轴线。把能够视作为这种旋转对称轴的中心轴设为Z轴。图10说明先有的阴极射线管用电子枪中阴极附近旋转对称轴上的电位分布，详细地说，所表示的是发射电流为300μA时阴极附近的Z轴上的电位分布。取阴极1的表面为零，把荧光屏方向取为正。图中的横轴表示朝荧光屏方向的由阴极表面到Z轴上的位置(mm)，纵轴表示Z轴上的电位(V)。根据图10中的曲线计算，先有的电子枪为了求得300μA的发射电流，在阴极的前面存在有约105(V/m)的电场。
一般，在合适的操作条件下使用电子枪时，阴极1的表面存在有足够的电子，能够获得涉及到大电场的充分大的电流，当电场在零以下，发射电流成为零。阴极表面的电场虽可因电位而改变，但如前所述，为了使发射电流在0～300μA之间变化，阴极电位需要45V的变化。
如上所述，在先有的阴极射线管用电子枪中，为了以最大亮度例如100nit显示时需75V而在显示黑色时需120V这样的约45V的所谓液晶显示等，与这种情形相比较，就需要控制电子流使发生大的电位差。因此，先有的阴极射线管用电子枪在驱动时需要大的电力，而为了以高速驱动约45V的亮度，就会有产生大量不必要的电磁波的问题。此外，近年来的显示器要求进一步提高分辨率而需要使视频信号高频化，但为了将驱动电压约45V的控制高频化，就还存在着需要高价的驱动电路的问题。
再有，近年来对于以显示监控显像管来显示动态图像的需要日益增长，为了能舒适地观察动态图像，需要例如300nit的高亮度。但是为了保持现时的分辨率，增大驱动电压已很困难，因而也就有了难以提高亮度的问题。
本发明便是为了解决以上这类阴极射线管用电子枪的问题的，其目的在于获得这样的电子枪，它在以现行的普通亮度进行显示目的情形下，能以廉价的驱动电路由低电压控制电子流，可以减少不需要的电磁波，适合驱动的高频化，能在现行的一般驱动电压下进行显示时，可相对于能获得数倍于现有的亮度的驱动电压而以高的灵敏度求得流向荧光屏的电流。
本发明的第1种阴极射线管用电子枪配置有：将电子束引出向显示面荧光屏方向的阴极，以及从此阴极侧顺序设置于同一轴线上的施加比此阴极更高电位的G2电极、施加预定电压的Gm电极、施加比G2电极更高电压的G3电极和设于这些电极中的至少3个电子通过孔，它可通过改变上述阴极的电位来改变引出的电子量，且构成为使上述Gm电极所在的部分的轴上电位其最低电位与前述阴极电位变化范围的最大电位基本一致，同时使上述阴极引出电子的一部将流入所述G2电极、Gm电极的至少某个之中。
据此可以制得能以廉价的驱动电路由低电压控制电子流和减少不需要的电磁波的电子枪。
本发明的第2种阴极射线管用电子枪是在上述阴极表面上安装有不放出电子的金属板。
据此可以减少加至阴极上的负荷、减少流向G2电极的电子流、减少放出有可能损害阴极的气体，进而能减少电力消耗。
本发明的第3种阴极射线管用电子枪是在所述阴极与G2电极之间配备了设有电子通过孔且施加有比阴极低的电压的G1电极。
据此可以减少流入G2电极的电子，减少放出有可能损害阴极的气体，进而能减少电力消耗。
本发明的第4种阴极射线管用电子枪是在上述Gm电极的电子通过孔的荧光屏一侧具有与电子通过孔的中心轴线有相同中心轴线的圆筒状板厚增大的部分。
据此可使电子的发射角小。
本发明的第5种阴极射线管用电子枪是在Gm电极与G3电极之间设有防止上述Gm电极的电子通过孔中电位分布变化的Gs电极。
据此容易调焦。
本发明的第6种阴极射线管用电子枪是对Gs电极施加与G2电极相同的电位。
据此能够不增加从阴极射线管的玻璃容器内部引出到外侧的配线数来给Gs电极施加电压。
图1是示明本发明实施例1的阴极射线管用电子枪的剖面结构图。图2说明本发明实施例1的阴极射线管用电子枪的电子流的控制条件。图3说明本发明实施例1的阴极射线管用电子枪在Z轴上的电位分布。图4是示明本发明实施例2的阴极射线管用电子枪的剖面结构图。图5是示明本发明实施例3的阴极射线管用电子枪的剖面结构图。图6是示明本发明实施例4的阴极射线管用电子枪的剖面结构图。图7是示明本发明实施例5的阴极射线管用电子枪的剖面结构图。图8是示明本发明实施例6的阴极射线管用电子枪的剖面结构图。图9示明先有技术的阴极射线管用电子枪的驱动电压与发射电流的关系。图10说明先有技术的阴极射线管用电子枪中阴极附近旋转对称轴上的电位分布。
下面说明实施本发明的最佳形式。
实施例1
图1是本发明实施例1的阴极射线管用电子枪的剖面结构图，示明了电子枪在阴极附近放大的剖面结构。图1中，1为将电子引出到荧光屏方向的阴极，4为G2电极，5为G3电极，各电极配置于同一轴线上，构成为使从阴极1引出的电子流通过各电极的圆孔。6为设于阴极1表面上的电子发射物质。41为设于G2电极4与G3电极5之间的Gm电极、此外，图中虽未示明，还设有在G3电极5之后的电极，例如G5电极、G6电极等。
现来说明各电极的形状与材料。
各电极的厚度如下：G2电极的厚度t2约0.1mm，G3电极的t3约0.5mm，形成Gm电极的电子通过孔的部分的厚度tm1约0.1mm，在Gm电极的阴极侧较电子通过孔直径大的板厚变厚部分的tM2约0.25mm。各电极所用的材料为不锈钢或铁镍合金等。各电极的间隔为，阴极1与G2电极4的距离L2约0.4mm，G2电极4与Gm电极41的距离L3约0.1mm，Gm电极41与G3电极5的距离L4约0.9mm。此外，各电极中电子通过孔开口部的直径为，G2电极4开口部的直径d1约0.3mm，Gm电极41的开口部的直径d2约0.15mm，Gm电极41的板厚在开始变厚部分的直径d4约0.4mm，G3电极5的开口部的直径d4约0.4mm，G3电极5的开口部直径d4约1.3mm。
再来说明有关的操作
图2说明本发明实施例1的阴极射线管用电子枪的电子流控制条件。图中的横轴表示阴极1的电位(V)，纵轴表示流入荧光屏的电流的电流强度(μA)。图2中的22表明本实施例的电子枪中流向荧光屏的电流。在电流22以上，阴极1放出电子，与电流22不同的电流流入G2电极4与Gm电极41.23为本实施例中将阴极1流向荧光屏的电流控制到0～300μA时电位的范围。
本实施例中，对G2电极4施加比阴极1高的电位例如500V，对Gm电极41施加预定的电位例如100V，对G3电极5例如施加7KV的电位。这时，对阴极通过施加图2中23的范围所示的从100V～80V的电位，可以得到0～300μA的流向荧光屏的电子流。
如上所述，来自阴极的发射电流量于阴极的工作电压范围内是在流向荧光屏的电流以上，即使是当阴极1的电位为100V时，流入荧光屏的电流量为零，但从阴极侧有电子放出，Gm电极41的阴极侧成为多电子的状态。
图3说明本发明实施例1的阴极射线管用电子枪在其流入荧光屏的电子流为零时，阴极附近Z轴上的电位分布。图中，横轴表示从阴极表面到Z轴上的位置(mm)，纵轴表示Z轴上的电位。30为各个位置的电位，32为G2电极4存在的范围，33为Gm电极41存在的范围，34为电位最低的范围。在本实施例中，在从阴极1的表面到Z轴上0.5mm附近设有电极41，在图中的这一位置的电位30约为100V(波浪线)左右。当阴极的电位比100V小时，电子通过，当阴极的电位比100V大，电子不通过。
如图3所示，已构成为使Gm电极41所存在的Z轴上的最低电位与阴极电位变化范围的最大电位基本一致。在此，若Gm电极41所在的Z轴上的电位低时，则所有的电子不能流向荧光屏的方向，相反，若Gm电极41所在的Z轴上的电位高时，则Z轴上的电位便不具有图3的电位34那样的极小值而单纯地增大，与先有技术的电子枪相同，所有的电子都流入荧光屏而不能有效地减小驱动电压。
一般，当电子通过孔的孔径比电极的板厚大时，Gm电极的电子通过孔的电位会受到附近存在的电极位置与电位等的很大影响，为了能如设计的要求给出电位，需要以高的位置精度组装电子枪。
根据这种结构，如图3所示，在Gm电极41的阴极1一侧，于阴极1的工作范围内通常存在许多电子。这样，如图3所示，通过Gm电极41后的电位梯度[Z轴上的电位(V)/Z轴上的位置(m)]约为106(V/m)，与先有技术的阴极1和G1电极2之间的电位梯度相比约大1个量级，电子在通过Gm电极41的附近后，可不受空间电荷效应的影响而有许多电子流向荧屏方向。于是，流向荧光屏的电流便为能通过Gm电极41所在Z轴上的电位最低处的电子量所支配，而使此通过的电子在0～300μA间变化的控制则可由在此先有情形更窄的范围内驱动阴极的电位下进行。
当驱动电压与先有情形相同时，可获得2倍以上的电流。
根据这一实施例，能够制得相对于阴极的驱动电压以高的灵敏度取出流向荧光屏的电流的电子枪。
本实施例1中，设于Gm电极阳极侧的板的厚度厚的部分经设置成用于减小流向荧光屏的电子发射角。为了求得高清晰度的图像，最好要让各瞬时中电子碰撞荧光屏的面积(以下称为光点英寸)小。为了获得小的光点尺寸，发射角小时有利。
本发明对于流入荧光屏的电子量是通过改变阴极1的电压来控制的，但也可通过改变Gm电极41的电位来控制。但是，改变Gm电极41的电位的方法在例如彩色阴极射线管中R(红)、G(绿)、B(黑)用的3种阴极时，由于必须独立地驱动R、G与B，就需将Gm电极41作了重分割。在将Gm电极41作了重分割时，电极的制作、固定与配线等都很困难，而如本实施例1所示，通过阴极1的电压进行控制的电子枪的制作方式则远较容易。
此外，本实施例虽然是根据显示监控显像管用阴极射线管的电子枪的操作条件作了描述，但这同样有效于TV用阴极射线管等的电子枪。
实施例2
图4是本发明的实施例2的电子枪在阴极附近放大的剖面结构图。图中的7为具有设于阴极表面的圆形的电子通过孔的金属板。此电子通过孔与G2电极的和Gm电极的电子通过孔共轴线。金属板的厚度约0.1mm，电子通过孔的直径约0.2mm。其他结构与实施例1相同。
在本实施例的结构下，除了与实施例1相同能制得相对于阴极的驱动电压以高的灵敏度取出流向荧光屏的电流的电子枪外，还可获得下述效果。首先不会由金属板7覆盖阴极表面的部分释放出电子而只从对应于开口部的电子通过孔的部分放出电子，从而可以减轻加到阴极上的负荷。此外，减少了流入G2电极的电子流，故可减少放出有可能损害阴极的气体，进而能减少电力消耗。
实施例3
图5为本发明实施例3的电子枪在阴极附近放大的剖面结构图。图中的1为将电子引出到荧光屏方向的阴极，3为G1电极，4为G2电极，41为Gm电极，5为G3电极，此各个电极沿同一轴线配置，构成为使从阴极1引出的电子流通过各电极的圆形孔。6为设于阴极1表面上的电子发射物质。
在本实施例3中，于阴极1和G2电极4之间设有G1电极3。G1电极3的板厚t1约0.08mm，材料为不锈钢或铁镍合金等。至于间隔，阴极1与G1电极3的距离L1约0.08mm，G1电极3与G2电极4的距离L约0.12mm，电子通过孔的开口部的直径d1约0.4mm。其他部分与实施例1相同。对G1电极3施加了比阴极低的电位oV。
在本实施例3的结构下，除了与实施例1相同能制得相对于阴极的驱动电压以高的灵敏度取出流向荧光屏的电流的电子枪外，还可获得下述效果。首先不会由金属板7覆盖阴极表面的部分释放出电子而只从对应于开口部的电子通过孔的部分放出电子，从而可以减轻加到阴极上的负荷。此外，减少了流入G2电极的电子流，故可减少放出有可能损害阴极的气体，进而能减少电力消耗。
实施例4
图6为实施例4的电子枪在阴极附近放大的剖面结构图。在各个电极的形状中，G1电极3的厚度t1约0.08mm，G2电极41的厚度t2约0.1mm，Gm电极41的厚度tm约0.1mm，G3电极5的厚度t3约0.5mm。至于各电极的间隔，阴极1与G1电极3的距离L1约0.08mm，G1电极与G2电极4的距离L2约0.1mm，G2电极4与Gm电极41的距离L4约0.1mm而与G3电极5的距离L5约1mm。此外，电子通过孔的直径则设定成，G1电极3、G2电极4、Gm电极41的都为d1=0.4mm，G3电极5的为d2=1.3mm。
对阴极1、G1电极3、G2电极4与G3电极42、Gm电极41、G3电极5分别施加的电压为100～80V、0V、700V、-210V、约7KV。
如实施例1所述，使Z轴上的电位分布在Gm电极具有极小值乃是制得本发明的高灵敏度的电子枪的必要条件。据前面的说明，当通过此极小值使阴极的电位变小时，就有电子流向荧光屏。于是，实际上是把此电位按70V～130V左右设计。在本实施例4中，Gm电极夹在施加有700V的G2电极4与施加有7KV的G3电极5之间，而且由于电子通过孔的直径大于0.4mm和板厚大于0.1mm，为了使Gm电极的电子通过孔的电位取上述规定的值，如本实施例4所述，需对Gm电极施加负电位。通过对Gm电极加负的电压，就能制得电流不流入Gm电极的电子枪。由于阴极的电流不流入Gm电极，有时便易于设计电源。此外还能不从Gm电极放出有可能损害阴极的气体。
根据所述此实施例4的结构，能与实施例1相同制得可相对于阴极的驱动电压以高的灵敏度取出流向荧光屏的电流的电子枪，除此还能使电流不流入Gm电极。
实施例5
图7是本发明的实施例5的电子枪在阴极附近放大的剖面结构图。在各电极的形状之中，G1电极3的厚度t1约0.08mm，G1电极4的厚度t2约0.1mm，Gm电极41的厚度tm约0.1mm，Gs电极42的厚度ts约0.1mm，G3电极5的厚度t3约0.5mm。此外，Gm电极与G3电极之间设有Gs电极42。立于各电极的间隔，阴极1与G1电极3的距离L1约0.08mm，G1电极3与G2电极4的距离L2约0.1mm，G2电极4与Gm电极41的距离L3约0.1mm，Gm电极与Gs电极的距离L4约0.15mm而与G3电极5的距离L5约1mm。此外，电子通过孔的直径经设定为G1电极3、G2电极4、Gm电极41、Gs电极42的都是d1=0.4mm，G3电极5的是d2=1.3mm。
对阴极、G1电极3、G2电极4与G5电极42、Gm电极、G3电极分别施加了70V～85V、0V、700V、-210V、约7KV的电压。
如上实施例4所示，与Gm电极的板厚相比，当加大Gm电极的电子通过孔的直径，Gm电极的电子通过孔的电位易受附近存在的电极的电位影响。通过改变G3电极的电压虽可在荧光屏上对光点尺寸进行最佳的调整(以下称为调焦)，但在实施例4的情形，为了进行调焦而改变电极的电压，结果就改变了Gm电极的电子通过孔中的电位，于是使电流开始流入荧光屏的阴极的电压和流入荧光屏的电流量都会变化，而有难以进行调焦的问题。
在本实施例5中，由于在Gm电极与G3电极之间设有Gs电极，G3电极的电压变化就能减少Gm电极的给于电子通过孔中的电位的影响因此容易进行调焦。
这样，根据本实施例5所示的结构，就能与实施例相同，制得可相对于阴极的驱动电压以高的灵敏度取出流向荧光屏的电流的电子枪，除此还能使电流不流入Gm电极，还能容易地调节。
在上述实施例中，G2电极4与G5电极42的电位相同，不过G2电极4与G5电极42的电位也可以不同。但对G5电极42施加与其他各电极不同的电位时，结果就会使配线数增加1根。但从阴极射线管的玻璃容器内部引出到外侧的配线数，由于端子间的耐电压性和气密保持性等的关系，则最好尽可能地少。因此，本实施例中使Gs电极42的电位与G2电极4的电位相同。
本发明的阴极射线管用电子枪可以用于高亮度、高分辨率的显示监控显像管、TV等。

Claims (6)

1．一种阴极射线管用电子枪，其特征在于，它配置有将电子发射到显示面即荧光屏方向的阴极，以及从此阴极侧按顺序设置于同一轴线上并设有电子通过孔的至少这三个电极：施加比此阴极更高电压的G2电极、施加预定电压的Gm电极、施加比G2电极更高电压的G3电极，通过改变上述阴极的电位来改变溢出的电子量，且构成为使上述Gm电极所在的部分的轴上电位其最低电位与前述阴极电位变化范围的最大电位基本一致，同时使上述阴极引出电子的一部流入所述G2电极、Gm电极中的至少一个。
2．根据权利要求1所述的阴极射线管用电子枪，其特征在于，在上述阴极表面上安装有不放出电子的金属板。
3．根据权利要求1所述的阴极射线管用电子枪，其特征在于，在所述阴极与G2电极之间配备了设有电子通过孔且施加有比阴极低的电压的G1电极。
4．根据权利要求1所述的阴极射线管用电子枪，其特征在于，在所述Gm电极的电子通过孔的荧光屏一侧具有与电子通过孔同中心轴线的圆筒状的板厚增大的部分。
5．根据权利要求1所述的阴极射线管用电子枪，其特征在于，在所述Gm电极与G3电极之间设有防止上述Gm电极的电子通过孔中电位分布变化的Gs电极。
6．根据权利要求5所述的阴极射线管用电子枪，其特征在于，所述屏蔽电极施加与第2栅2电极相同的电位。
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