CN1303117A - 平面阴极射线管的荫罩 - Google Patents

Abstract

平面阴极射线管的荫罩,该平面阴极射线管有内表面镀荧光材料的平板玻璃,一玻璃锥固定在平板玻璃的后部并有与其成一体的颈状部分,一向荧光材料发射电子束的电子枪封在颈状部分内,一偏转系统形成在颈状部分的外周表面,荫罩被固定在平板玻璃的内表面,有分辨颜色的功能且表面上有许多孔状开口,其特征是荫罩上开口的垂直间距与屏幕上扫描电子束垂直间距之间的关系是在0.053≤s/a≤0.438范围内。

Description

平面阴极射线管的荫罩

本发明涉及一种平面阴极射线管的荫罩，特别是涉及一种可以降低莫尔条纹现象、提高照明度和控制跨接阴影的平面阴极射线管的荫罩。

通常，显示设备是用来提供视觉信息而不是听觉信息的，因此它的设计应该基于人眼的特点。换言之，对显示设备质量好坏的判定标准就是人眼。

另一方面，人眼能够区分不同的颜色和亮度，科学上经常用角空间频率和调制深度两个因素来描述这种区分不同亮度有规则地重复的能力。更详细地说，角空间频率因素由有规则地重复的周期间隔和观察距离所决定，而调制深度因素则表示了亮度不同的程度。

而且，人眼能够在特定频段区分亮度差别，甚至是微乎其微的亮度差，却不能在另一个特定频段区分亮度差别，即使是很大的亮度差。图3可以证实这一点。

在这种情况下，通常电子束的垂直间距和荫罩的垂直间距都位于人眼不敏感的频带。这样，人眼对电子束和荫罩各自垂直间距都不敏感，但它们间的相互作用使其波长得到扩展，从而形成一个新的人眼敏感的图案。

换言之，两列具有不同周期的波相互叠加后产生一列具有新的周期和幅度的波是很自然的结果。由于在彩色阴极射线管里采用荫罩并经一个偏转系统偏转来实现顺序扫描，这种叠加的原理出现在彩色阴极射线管里，被称为“莫尔条纹现象”。

为了消除屏幕上的莫尔条纹现象，另一方面，以前确定的扫描方式是固定的，这样荫罩的垂直间距或者电子束的点的形状和剖面必须优化设计。然而，很难设计出具有能够满足消除莫尔条纹现象的特征以及各种其他特征的电子束。

因此，大多数的设计者把精力集中在改善荫罩的质量，在分析和设计荫罩时通常使用到傅立叶级数和傅立叶变换。

本发明中提及的莫尔条纹现象是光栅莫尔条纹现象，其表现为在屏幕上出现水平方向的条纹图形。

另一方面，图1给出了平面阴极射线管通常的结构。

如图1所示，通常的平面阴极射线管包括：平板玻璃3；荫罩5，它通过一块熔结玻璃向固定的轨道(图中略去)加一个张力的状态下被固定在平板玻璃3的反面，上面有许多起分辨电子束颜色作用的圆形或条形开口；磁屏蔽6，固定在平板玻璃3的内表面用来防止由于外部地磁场或漏磁场而使电子束改变路径；玻璃锥4，通过熔结玻璃固定在平板玻璃3上并与在其后部的一个颈状部分形成整体；电子枪1，被封在玻璃锥4的颈状部分内，发射出R,G和B色的电子束；偏转系统2，围着颈状部分的外周表面并使电子束发生偏转。

现在来讨论一下通常的平面阴极射线管的结构和各部分工作原理。

首先，电子枪1由以下部分组成：碳酸盐，镍等金属制成的阴极，用来产生电子；一个加热器，提供热能，使阴极碳酸盐的热能降低，这样电子就能够顺利地被发射；一个G1电极用来决定电子束聚焦在屏幕上时束斑点的大小；一个G2电极用来控制牵引云集在阴极周围的电子的电压的大小；一个预聚焦电极来对一束从阴极大范围发射的电子束进行预聚焦；一个聚焦电极作为主透镜使电子束在屏幕上以正确的方式聚焦；以及一个加速电极使电子加速到拥有巨大的动能，从而使屏幕发光。

偏转系统2由以下组成：用来使R,G和B色的电子束水平和垂直偏转的水平和垂直线圈；一个用来增强在每个线圈里产生磁力效应并将磁场定位在偏转系统内从而防止磁场泄漏的铁芯；一个用来将还没有被会聚到线圈上的三色电子束会聚起来的回路终端。

为了具有抵抗大气压的真空强度，平板玻璃3的厚度和弯曲度有特定或者更高的值，因为管内部的气压为10^-7torr，近似真空状态。

另外，平板玻璃3上有涂在其内表面的R,G和B色的荧光材料和黑底(BM)，用于可见地显示需要的信息。用真空蒸发的方法在荧光材料上形成一层铝膜来增强荧光材料的发光效率和使管内的电压保持在预定电平。在玻璃锥4进到插入电子枪1的颈状部分，和嵌入偏转系统2的颈状部分的外围表面的玻璃锥的内表面上涂有石墨作为导电材料，使电子不受外部电场的影响。所以，管的内表面是一层完整导电膜，从而使其电场为零。

荫罩5上有许多开口7，它的作用是分辨以两倍于一般荫罩水平间距Hp的频率扫描的发射电子束的R,G和B荧光材料发光，并使有效电子束在屏幕的特定位置上着屏。

磁屏蔽6是磁性材料，它使得磁场流向管内部，流过磁屏蔽，为了防止由于磁场的变化而改变电子束的路径。

另一方面，通常在以上结构的平面阴极射线管中，电子束按照由左到右，由上到下的顺序扫描，电子束水平扫描的垂直间距与荫罩5上形成的开口7的垂直间距(即垂直排列的间距)之间的相互作用必然会导致有波浪条纹的莫尔条纹现象，这将使屏幕质量变劣，产品的可靠性降低。

因此，荫罩5的设计应该考虑各种因素，如图2所示，即，与分辨率有关的开口7的水平间距Hp，与莫尔条纹和照明度有关的开口7的垂直间距，与纯度容限有关的孔宽Sw，与荫罩5的结构强度和照明度有关的跨接宽度Bw，从而对形成在荫罩5上的开口7的垂直间距计算优化设计值。

在传统的管中，荫罩5上形成的开口7的垂直间距的优化设计值是用以下的莫尔条纹表达式计算的： $\mathrm{\λ}-|\frac{n}{s}-\frac{2m}{a}\mathrm{LINESUP}-1\mathrm{Mm}-|\frac{\mathrm{Sm}\left(\mathrm{\πm}\right(1-\frac{2w}{a}\left)\right)}{\mathrm{\πn}(1-\frac{w}{a})}\left|\mathrm{Exp}\right(-\frac{2{\mathrm{\π}}^2{n}^2{\mathrm{\σ}}^2}{s^2})$

其中‘λ’代表莫尔条纹的波长，‘Mm’是莫尔条纹波长的调制深度，‘ s’是电子束水平扫描的垂直间距尺寸，‘a’是荫罩开口的垂直间距，‘ w’是跨接宽度，‘σ’是电子束的垂直斑点大小(假设是高斯分布)，‘n’是扫描束用傅立叶序列表示时的谐波指数，‘m’是荫罩开口的垂直排列用傅立叶序列表示时的谐波指数。

依照以上的表达式，当彩色显示管(CDT)使用通常的640×480,800×600,1024×768,1260×1024,1600×1200等分辨模式时，管的长度以17英寸为例使用的荫罩的垂直间距范围为0.23mm到0.32mm，以19英寸为例使用的垂直间距范围为0.25mm到0.33mm，以21英寸为例使用的垂直间距范围为0.30mm到0.37mm。

这时垂直间距对莫尔条纹现象有抵制作用，即便电子束在垂直方向的尺寸很小也是如此，因为电子枪1的斑点尺寸从它的聚焦特性来看是向水平方向扩展的。

一个使用NTSC,PAL等制式的彩色显像管(CPT)使用的荫罩的垂直间距为1.5mm或者更小。

例如，对于一个长度为21英寸的使用PAL制式的CPT，采用以上莫尔条纹表达式所得到的结果如图4所示。

此例中只考虑了当m=1,n=1和m=1,n=2的情况，此时的调制深度比较大。这说明了以下事实：以日本专利公报申请第9-506497号所描述的在荫罩开口的垂直间距a与电子束水平扫描的垂直间距s成比例的荫罩开口的垂直间距a的区域和在韩国专利申请第98-30605号所描述的荫罩开口的垂直间距a与电子束水平扫描的垂直间距s成比例的，用于避免莫尔条纹的荫罩开口的垂直间距a区域相一致。

换句话说，从图4中可以发现，在日本专利公开申请第9-506497号所描述的范围 $0.725\≤\frac{s}{a}\≤0.8$ 或 $1.175\≤\frac{s}{a}\≤1.325$ 的垂直间距的区域和韩国专利申请第98-30605号所描述的范围 $0.37\≤\frac{s}{a}$ 内，用于避免莫尔条纹现象的荫罩开口的垂直间距的区域。当平面阴极射线管采用以上范围内的荫罩开口的垂直间距时能够减小莫尔条纹现象。

特别地，在日本专利公开申请第9-506497号中，如果垂直间距在0.715mm到0.79mm的范围内时莫尔条纹现象能够被减小，在韩国专利申请第98-30605号中，如果垂直间距等于或大于1.55mm时莫尔条纹现象能够被减小，如图4所示。

在日本专利公开申请第9-506497号的情况下，莫尔条纹现象的确被减小，但有一个不足就是对照明度这一显示设备的基本特性却没有影响。在韩国专利申请第98-30605号情况下，莫尔条纹现象被减小的同时亮度也得到改善，然而不足之处是由于荫罩的开口垂直间距大而产生了人眼可觉察的跨接(bridge)阴影。

即跨接表示垂直方向排列的开口7之间的定向区域，如果荫罩开口的垂直间距很大，人眼就可以觉察到出现在屏幕上的阴影形状。

这时，跨接阴影可以用一个对比阈值函数(此后简称为CTF)，跨接的空间频率和调制深度来估算。CTF有一些不同的表达式，以下是一个有代表性的例子。 $\mathrm{CFT}\left(v\right)=\frac{{\mathrm{\β}}_0\exp (\mathrm{betasublv}+{\mathrm{\β}}_2{v}^2+{\mathrm{\β}}_3{v}^4}{1-\exp (-v)}$ 其中： ${\mathrm{\β}}_0=1.70623\×{10}^{-3}(1-1.45\exp (-\frac{\mathrm{Lum}}{0.1541}),{\mathrm{\β}}_1=0.195(0.22\exp (-\frac{\mathrm{Lum}}{1.393})),$ ${\mathrm{\β}}_2=-2.3210\×10^{-3}(1+2.87\exp (-\frac{\mathrm{Lum}}{1.36}\left)\right),{\mathrm{\β}}_3=3.0\×{10}^{-7}(1+4.8\exp (-\frac{\mathrm{Lum}}{3.73})$

另外一个CTF表达式的例子如下：

CTF(ν)=b₀EXP(b₁ν+b₂ν²+b₃ν⁴)

其中‘D’代表观察距离，b₀=1.7026×10^-3,b₁=0.2016188,b₂=-2.3161×10,b₃=2.0000×10^-7。

另外，空间频率和调制深度与跨接阴影的关系是由以下表达式给出： $M(\mathrm{\ξ},\mathrm{\η})=\frac{\mathrm{aH}}{\mathrm{ph}}\frac{\mathrm{aV}}{\mathrm{p\ν}}\mathrm{Stn}(\mathrm{aH\ξ},\mathrm{aV\η})$ 其中 $\mathrm{\ξ}=\frac{\mathrm{\π}}{180}-\frac{D}{2\mathrm{ph}}$ 且 $\mathrm{\η}=\frac{\mathrm{\π}}{180}\frac{2D}{\mathrm{p\ν}}$ 。

另一方面，如果通过以上表达式得到的M(ξ,η)和CTF(ξ,η)计算出的M(ξ,η)/CTF(ξ,η)之值大于1时，人眼对跨接阴影敏感的可能性高，如果小于1则可能性小。

因此在设计荫罩5的开口的垂直间距时，使M(ξ,η)/CTF(ξ,η)的值小于1是非常重要的，这样就能既降低莫尔条纹现象，改善亮度，同时又可以控制跨接阴影。

本发明的目的是提供一种用于平面阴极射线管的荫罩，能通过优化设计荫罩上开口的垂直间距值降低莫尔条纹现象，改善照亮，同时又可以控制跨接阴影。

为了达到本发明的这个目的和其他目的，提供一种用于平面阴极射线管的荫罩：平面阴极射线管具有一内表面镀有荧光材料的平板玻璃，一个玻璃锥固定在平板玻璃的后部并有一个与其成一整体的颈状部分，一个向荧光物质发射电子束的电子枪被封在颈状部分内，一个偏转系统形成在颈状部分的外周表面上，用于使电子枪发射的电子束发生偏转，荫罩被固定在平板玻璃的内表面，它有分辨颜色的功能且在其表面形成有许多孔状开口，其特征是：荫罩上开口的垂直间距a与在屏幕上扫描的电子束的垂直间距s的比值范围在0.053≤s/a≤0.438内。

图1是说明通常平面阴极射线管构造的纵截面视图。

图2显示了图1中形成在荫罩上的开口的结构。

图3是每个频率和对比灵敏度之间关系的曲线，用于说明人眼的特点。

图4是说明垂直间距与荫罩波长之间关系的曲线。

图5是说明当长度为21英寸的CPT中荫罩的垂直间距为7mm时M(ξ,η)与CTF(ξ,η)之间关系的曲线。

以下将参照图1到5详细说明本发明的平面阴极射线管的荫罩。

根据本发明，平面阴极射线管的荫罩包括一内表面镀有荧光材料的平板玻璃3，一个玻璃锥4，固定在平板玻璃3的后部并具有与其成一体的颈状部分，一个向荧光材料发射电子束的电子枪1被封在颈状部分内，一个偏转系统2，形成在颈状部分的外周表面，用于使电子枪1发射的电子束发生偏转，荫罩5被固定在平板玻璃3的内表面，它有分辨颜色的功能且在其表面形成有许多孔状的开口7，其特征在于：荫罩5上开口7的垂直间距与在屏幕上扫描的电子束的垂直间距s的比值范围在0.053≤s/a≤0.438内。

根据以上的结构后，本发明是这样工作的：

如上所述，在屏幕上扫描的电子束的垂直间距和荫罩5的开口7的垂直排列的周期性特性是莫尔条纹现象出现的原因。换言之，两列具有预定强度值和周期性特性的波相互交叠后将产生一列具有新强度值和新周期的波。

这时，荫罩5起的作用是使以预定垂直间距扫描的电子束阻断或者通过。

如果扫描的电子束垂直间距的尺寸与荫罩5的垂直间距相似从而两者相对差别很小，则两者间将强烈地相互作用产生一个新的人眼敏感的波长的图案。相反，如果电子束扫描的垂直间距的尺寸与荫罩5的垂直间距不同，从而相对差别很大，两者间的相互作用基本停止，从而产生具有原波长的无变化的图案。然而如果荫罩5的垂直间距很小，屏幕的亮度会降低，因此如果要降低莫尔条纹现象，荫罩5的开口的垂直间距a就要远大于电子束扫描的垂直间距s。

这样，屏幕上相对较低的波长代表扫描电子束，相对较高的波长代表荫罩5开口的垂直排列。

这时，扫描电子束的波长短，调制深度大到不足以使人眼觉察的值，这样人眼不大可能觉察到它。另一方面，考虑到调制深度，虽然荫罩5的开口的垂直排列的波长是人眼敏感的长波长，但人眼还是不能够察觉。

如果荫罩5的垂直间距增加到超过预定值，但是人眼敏感的波长，则此显示设备就不能实现其基本功能。以这种方式，荫罩5的开口7的垂直间距是按荫罩5的开口7的垂直间距a与屏幕上扫描电子束的垂直间距s比例显现，从而代替了它自己的值。此比例在预定范围 $(r_{\min }<\frac{s}{a}<r_{\max })$ 内，这样才能降低莫尔条纹现象，同时人眼也不会觉察屏幕上出现的跨接阴影。

在这种情况下，r_min和r_max的值根据显示管的屏幕的尺寸和扫描电子束的数而变化，但在本发明的最佳实施例中，它们在0.053≤r_min≤0.098,0.369≤r_max≤0.438的范围内。这时人眼不会觉察屏幕上出现的跨接阴影。

如上所述，r_min和r_max的值根据管的屏幕尺寸和扫描电子束的数而变化。通常，屏幕尺寸越小且扫描电子束的数越多，其值就变得越大。

这样，荫罩5的开口7的垂直间距a与屏幕上扫描电子束的垂直间距s的比例在范围0.053≤s/a≤0.438时，莫尔条纹现象和跨接阴影都被避免。

现在将详细介绍本发明的内容。

在设计平面阴极射线管的荫罩时，为了避免莫尔条纹现象，考虑到平面阴极射线管的垂直尺寸和扫描电子束的数，将荫罩的垂直间距设计为不同的值。同样，在电视用的平面阴极射线管中，考虑到平面阴极射线管的垂直尺寸和NTSC或PAL传送制式，将荫罩的垂直间距设计为不同的值。换言之，根据屏幕尺寸、扫描电子束的数或扫描方式，荫罩的垂直间距被设计为不同的值。下面的讨论将以电视用的平面阴极射线管的荫罩的垂直间距的设计为例。

例如，在一个21英寸长的平面阴极射线管中，如果使用NTSC传送制式，荫罩5的开口7的垂直间距a与在屏幕上扫描电子束的垂直间距s之间的关系在范围0.091≤s/a≤0.350内，如果使用PAL传送制式，此关系在范围0.076≤s/a≤0.382内，莫尔条纹现象和跨接阴影才能同时被避免。

在一个15英寸长的平面阴极射线管中，如果使用NTSC传送制式，荫罩5的开口7的垂直间距a与电子束在屏幕上扫描的垂直间距s之间的关系在范围0.063≤s/a≤0.398内，如果使用PAL传送制式，此关系在范围0.056≤s/a≤0.411内，莫尔条纹现象和跨接阴影才能同时被避免。

从上面的例子中可以发现，在PAL制式下当阴极射线管的尺寸小且扫描电子束的数多时，荫罩的垂直间距的使用范围变大。

在电视信号发送时，由于不同的地区使用不同的传送方式，可通过选择特定传送制式设计荫罩的垂直间距，但如上所述，希望满足所有情况要求的垂直间距的范围是0.053≤s/a≤0.438。

只有垂直间距在上述范围时设计出的平面阴极射线管才能避免莫尔条纹现象和跨接阴影，但更希望满足上述所有情况、没有任何设计和制造的可容许误差的垂直间距的精确范围是0.098≤s/a≤0.369。

另一方面，如果M(ξ,η)/CTF(ξ,η)之值大于‘1’时，人眼可以觉察到跨接阴影的可能性高，如果该值小于‘1’则可能性小。举个例子，如图5所示，长度为21英寸的CPT中荫罩垂直间距为7mm时，荫罩5上形成的开口7的垂直间距满足上面提到的特定值，于是，因为M(ξ,η)/CTF(ξ,η)之值在CTF曲线的右下方，人眼觉察到跨接阴影的可能性很低。

因此，荫罩5的开口7的垂直间距在本发明计算的区域范围内的情况下，与现存的荫罩开口相比，是相当的大，使得亮度提高，降低莫尔条纹现象，同时人眼觉察到跨接阴影的可能性很低，从而使显示设备的质量提高。

如前面所述的那样，根据本发明的平面阴极射线管的荫罩有以下优点：垂直间距即开口中心间的距离被优化设计来降低莫尔条纹现象，提高亮度，消除跨接阴影；使荫罩的垂直间距和扫描电子束的垂直间距之间的相互作用非常弱，这样降低莫尔条纹现象，提高亮度，降低跨接阴影被人眼觉察的可能性，从而提高整个显示设备的质量。

Claims (2)

1、一种平面阴极射线管的荫罩，该平面阴极射线管具有一内表面镀有荧光材料的平板玻璃，一个玻璃锥，固定在所述平板玻璃的后部并有一个与其成一整体的颈状部分，一个向荧光材料发射电子束的电子枪被封在颈状部分内，一个偏转系统形成在颈状部分的外周表面，用于使所述电子枪发射的电子束发生偏转，所述荫罩被固定在所述平板玻璃的内表面，它有分辨颜色的功能并在其上形成有许多孔状的开口，其特征在于：所述荫罩上的所述开口的垂直间距与在屏幕上扫描电子束的垂直间距之间的关系在0.053≤s/a≤0.438范围内。

2、根据权利要求1所述的荫罩，其特征还在于所述关系在0.098≤s/a≤0.369范围。

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