CN1317820A - 用于平面阴极射线管的荫罩 - Google Patents

Abstract

一种用于阴极射线管的荫罩，用来提高抗振性能和振鸣特性。一种彩色阴极射线管，包括：面板，设置在该面板后面的玻锥；设置在一个颈部里的电子枪；以及矩形荫罩，该荫罩用来选择从电子枪发射出的电子束的颜色。当将荫罩的长轴的曲率半径是Rx，短轴的曲率半径是Ry，以及斜轴的曲率半径是Rd时，为了提高荫罩的强度，能够恰当地设计这些曲率半径。

Description

用于平面阴极射线管的荫罩

本发明涉及一种平面阴极射线管，特别是涉及一种位于面板内侧，用来选择电子束颜色的荫罩的曲面结构，从而使电子束能准确地撞击到相应的荧光物质上。

如图1所示，传统的阴极射线管包括：内表面涂有红、绿、蓝荧光物质的面板1；位于面板的后面与面板1相熔合的玻锥2，用于保持阴极射线管内的真空状态；位于玻锥2后部的管状颈部10；安装在颈部10里的电子枪8，用于发射电子束11；和一用于偏转电子束的偏转线圈9。该阴极射线管还包括一个用来防止真空状态爆炸的加强圈12，和一用于固定阴极射线管的凸耳13，该凸耳位于阴极射线管的外表面上。

荫罩3是固定在一个框架4上的，该框架位于面板1的涂有荧光物质的内表面附近。该荫罩3选择从电子枪8发射出的电子束的颜色。框架4通过固定在框架上的支撑簧5固定在面板的内表面上的柱螺栓销6中。一内屏蔽板7与框架4的一侧相结合，从而使朝荧光物质运动的电子束不受外部磁体的影响。

具有一预定曲率的荫罩3位于面板的内侧，并且与面板的内表面相隔一预定距离。荫罩能使从电子枪8发射出的电子束11正确地到达红、绿和蓝荧光物质上。将荫罩的曲率设计成为允许电子束按照色彩选择特性，相对它们的布局(间隔)具有均匀的分布。荫罩的曲率是用电子束的集合比率(grouping rate；G/R)来表示的，其决定了图像的纯度。

参照图2，该集合比率可如下表示。

G/R=(3^*S^*Q)/(Ph^*L)    …………(1)其中，S为电子束的中心和偏转中心之间的距离，它是偏转线圈偏转电子束的基本高度，Q为荫罩和面板内表面之间的距离，Ph为荫罩的水平间距，即荫罩的孔之间的距离，并且L为面板内表面和偏转中心之间的距离。

阴极射线管的特性受到电子束的集合比率的影响，包括纯度特性，例如纯度裕度和方向改变裕度。纯度裕度表示一个偏转线圈的定位公差，该公差不允许由于偏转线圈9的定位引起电子束在荧光材料不正确的位置上发光，这样从电子枪8射出的电子束11经过荫罩3能正确地到达红、绿和蓝荧光材料上。纯度裕度有助于阴极射线管调节屏幕的过程。

同时，当阴极射线管的位置转动时，电子束11的路径在外部磁场(地球磁场)的影响下会改变。方向改变裕度表示可允许的方向改变角度，该角度防止了不是目标的荧光材料的发光。

电子束的集合比率以及荫罩的曲率和水平间距可以根据偏转线圈9和电子枪8以及面板1的内表面的曲率来确定，从而确保纯度裕度和方向改变裕度。将根据集合比率设计的荫罩安装在阴极射线管里，从而红、绿和蓝色荧光材料位于面板1的屏幕上，以准确地与电子束的路径相吻合。

在如上所述构成的阴极射线管中，为了图像的生成，基本上要将荫罩的曲率半径Rm确定为相对面板的内表面的曲率半径Rp具有一预定的比率。近来，出现了外表面是平面的阴极射线管，由于面板内表面的曲率半径加大，所以为了变得平坦，荫罩的曲率半径也增加了。尽管当现有阴极射线管的面板的有效表面边缘厚度与其中心厚度之比大于2时荫罩的强度没有降低，但是平面阴极射线管的荫罩强度由于面板的有效区域厚度与中心厚度之比的下降会急剧降低。

由于在阴极射线管的移动过程中，会有外部强烈冲击作用在其上，所有荫罩强度的降低会引起振鸣，该振鸣会造成荫罩3的曲面的振动以及引起抗冲击能力的降低，从而导致荫罩曲面的永久变形。而且，从电子枪8射出的电子束11在通过荫罩3的时候会变形，导致它们不能撞击到目标荧光材料上。因此，荫罩强度的降低会引起闪烁和色彩纯度的降低，从而降低了阴极射线管的质量。

为了解决这些问题，如图3所示，在荫罩3上设置凹槽用来放入珠子14，从而提高振鸣特征。另外，如图4所示，将施加了张力的阻尼线15安装在荫罩3上用来分散能量，减轻声音的冲击、振动或振幅。然而，因为珠子14位于有效区域上，所以图3所示的方法在加工过程中在面板的内表面上涂覆荧光材料就困难了。而且，涂覆在面板上的荧光材料局部不均匀的分布会造成图像的变形，并且使人们在看屏幕时感觉不舒服。

在图4所示的方法中，当施加张力的荫罩3被固定在框架4上时，需要防止荫罩的变形，而且需要阻尼线15能够向荫罩的整个表面提供均匀的压力。这使得生产过程复杂并且增加了生产成本。另外，在有效区域内设置珠子14以及放上阻尼线15的前述方法，尽管就荫罩的强度而言它们是有优势的，但是就振鸣特征而论是具有局限性的。

另外，还出现了一种方法，就是将面板1的有效区域边缘厚度与中心厚度之比变得相对大些，从而降低荫罩的曲率半径，这样可提高荫罩的强度。然而，这种方法在热处理过程中也造成阴极射线管的损坏，增加了面板材料的成本，并且会产生亮度上的差异。结果，它不能满足目标分辨率和目标色彩纯度，并且降低了视觉平面度。

因此，本发明的目的是提供一种平面阴极射线管的荫罩，它能够满足目标分辨率同时避免其结构强度的降低。

为了实现本发明的这个目的，提供了一种用于阴极射线管的荫罩，它放置在面板的后面，用于选择入射的电子束的颜色，该面板的外表面是平的而其内表面具有一预定的曲率，其中曲率半径Rx,Ry,Rxe和Rye是根据它们与曲率半径Rd的适当比率确定的，而荫罩的曲率是通过曲率半径Rx,Ry,Rd,Rxe和Rye的代数运算确定的，其中，Rx是通过荫罩中心的长轴的曲率半径，Ry是通过荫罩中心的短轴的曲率半径，Rd是通过荫罩中心的斜轴的曲率半径，Rxe是荫罩的短边侧的曲率半径，Rye是荫罩的长边侧的曲率半径。

图1是现有阴极射线管的含有局部剖面的侧视图；

图2是阴极射线管的组成部分之间布局的局部剖视图；

图3是现有的使用珠子防止振鸣的结构的透视图；

图4是现有的使用阻尼线防止振鸣的结构的透视图，该阻尼线放置在了施加了张力的荫罩上；

图5概略地示出了面板的内表面和荫罩的坐标系，用于说明本发明的荫罩；

图6概略地示出了本发明的荫罩的曲率半径；

图7A是显示现有荫罩的曲率的图表；并且

图7B是本发明荫罩的优选曲率的图表。

下面结合附图所示的例子对本发明的优选实施例进行详细的描述。应该说明的是，在附图中同样的部件用同样的参考数字来标记。

参看图5，在二维平面三根坐标轴的基础上示出了面板内表面和荫罩的几何结构，即长轴(X轴)、短轴(Y轴)和斜轴(D轴)，这里，斜轴(D轴)是一个任意设置的坐标轴，用来观察面板内表面和荫罩的曲率的变化，不同于参考轴(X轴和Y轴)。

参考图6，通过本发明荫罩中心的长轴的曲率半径用Rx表示，通过本发明荫罩中心的短轴的曲率半径用Ry表示，通过本发明荫罩中心的斜轴的曲率半径用Rd表示，短边侧的曲率半径用Rxe表示，并且长边侧的曲率半径用Rye表示。从图6可知，构成荫罩的轴线的每一个曲率半径Rx和Ry以及构成其边的每一个曲率半径Rxe和Rye，在它们各自的横截面里在顶点和两个端点之间具有一高度差。这样，通过使这些曲率半径彼此不同就能够获得新的荫罩曲率半径。

斜轴的曲率半径Rd作为决定荫罩高度的一个因素，可通过由表达式(1)表示的集合比率来确定。尽管为了提高荫罩的强度控制斜轴Rd的曲率半径来增加高度差是可能的，但是因为斜轴Rd的曲率半径必须按照面板和荫罩的水平间距的相互关系来确定(而这个相互关系影响阴极射线管的分辨率和色彩纯度)，所以斜轴Rd的曲率半径是很难改变的。

因此，本发明确定斜轴的曲率半径Rd以满足目标面板的厚度比和分辨率，并且改变通过荫罩的中心的长轴的曲率半径Rx，通过荫罩的中心的短轴的曲率半径Ry，短边侧的曲率半径Rxe，长边侧的曲率半径Rye，从而设计出荫罩的一个优选的曲率。通过这样做，为了提高阴极射线管的强度，不用增加面板中心与边缘的厚度比就能够获得荫罩所希望的强度。

为了实现荫罩的目标曲率，通过利用五个曲率半径Rx,Ry,Rd,Rxe和Rye构成五个球面，并且通过最小的方形将五个球面组合起来，从而设计出荫罩优选的曲率。

图7A是显示现有荫罩的曲率的图表，图7B是显示本发明荫罩的优选曲率的图表。图7B所示的本发明的荫罩的曲面，由于恰当地设计了五个曲率半径Rx,Ry,Rd,Rxe和Rye，所以没有突变的曲率梯度，这就有别于图7A所示的现有的超弧形表面，在图7A中曲率的梯度从中心向边缘变大，并且长边侧的曲率半径Rye和短边侧的曲率半径Rxe不能被确定。

也就是说，现有的超弧形曲面是超弧形的，即使对于曲率半径Rye和Rxe也不例外。并且这种超弧形的曲率造成局部强度弱的曲面。然而，本发明增加了长边和短边的曲率半径以通过轴线之间的角度来确定曲面的形状。在这种情况下，曲面的变化能够从每根轴线的曲率半径和每个边的曲率半径中获得，并能够实现新的荫罩曲面：其没有突变曲率梯度，同时保持良好的强度。

通过两种实验方法，能够将图7A所示具有超弧形曲面的现有荫罩的强度与本发明的具有新型曲面的荫罩强度进行比较。这两种方法包括：一种方法是基于相同的荫罩变形临界加速度值，将本发明荫罩的斜轴的曲率半径和现有荫罩进行比较；另一种方法是一个测量固有振动模式和固有频率的实验，该实验能够确定荫罩强度变弱的一点，并且将现有荫罩的强度和本发明的荫罩强度从数量上进行比较。

表1给出通过比较本发明荫罩和现有的超弧形曲面荫罩的斜轴的曲率半径Rd获得的结果，当阴极射线管面板的对角曲率半径是Rp时，它们具有同样的变形临界加速度。该实验结果显示对于同样的变形临界加速度来讲，本发明荫罩的斜轴的曲率半径Rd比现有的要大。另外，根据本发明荫罩的斜轴的曲率半径Rd与面板的内表面的斜轴的曲率半径Rp的适当的比值，基于实验结果确定用于目标抗冲击能力的相互关系是可能的。

                             [表1]

面板的厚度比	Rp	现有的Rd	本发明的Rd	变形临界加速度
					170％	2160mm	1280mm	1654mm	25G
180％	1900mm	1114mm	11492mm	27G
					190％	1698mm	934mm	1359mm	30G

表2给出通过测量现有的超弧形曲面和本发明曲面的第一级到第十级的固有频率获得的结果。第一级和第二级的固有频率与抗冲击特性有关系。频率越高抗冲击性越好。上面所述第三级的频率与振鸣有关系，并且随着频率增高和频率之间的间隔增大，该振鸣特性越令人满意。表2显示出本发明曲面的频率比现有超弧形曲面的频率要高。

                                             [表2]

	第一级	第二级	第三级	第四级	第五级	第六级	第七级	第八级	第九级	第十级
											现有的超弧形	174	191	192	199	206	255	246	248	270	289
本发明	187	209	211	231	245	266	293	313	329	340

因此，荫罩的长、短和斜轴的曲率半径Rx,Ry和Rd，长边和短边侧的曲率半径Rye和Rxe以及面板的斜轴的曲率半径Rp之间的关系，根据实验结果和分析结果可通过下面的表达式(2)-(5)表达，这些半径构成了使抗振性和振鸣特性最佳化的曲面的形状。

·Rx和Rd之间的关系

0.95Rd≤Rx≤1.0Rd       ……………(2)

·Ry和Rd之间的关系

1.0^*Rd≤Ry≤1.05^*Rd   ……………(3)

·Rxe和Rd之间的关系

1.1^*Rd≤Rxe≤1.0^*Rd   ……………(4)

·Rye和Rd之间的关系

0.95^*Rd≤Rye≤1.0^*Rd  ……………(5)

如表达式(2)到(5)所示，Rx,Ry,Rye和Rxe的范围能够在确定斜轴的曲率半径Rd之后进行设计，从而能够获得目标分辨率和厚度比。另外，为了获得优选的曲面，在这些范围内就每一个曲率半径而论，可以确定出一个恰当的值。

而且，通过获得表1的结果的实验，在荫罩的斜轴的曲率半径Rd和面板内表面的斜轴的曲率半径Rp之间获得一种关系是可能的，该关系如下面的表达式(6)所示。

2/3Rp≤Rd≤4/5Rp    ……………(6)

如上所述，可以确定长边和短边侧的曲率半径Rye和Rxe，从而曲面的形状通过轴线之间的角度能够确定下来。在这种情况下，相对于荫罩的每根轴线的曲率半径和每个边的曲率半径，实现各种曲面形状是可能的。如上所述构成的曲面与现有的超弧形曲面相比，具有良好的抗振性和振鸣特性。

特别是，当外部振动作用在阴极射线管上时，通过与面板相连的一根弹簧，外部能量被传到荫罩上。该振动非特定地作用到荫罩上，并且集中地使一个局部易损坏的区域变形。因为这个特性，在一个抗振能力实验中检验所有方向的振动。此处，要求在任何方向上都不出现变形。

然而，在现有的超弧形曲面的情况下，当外部振动仅仅是作用在阴极射线管的轴线方向上时，尽管在曲面的边缘保持了强度，但是其中心变得比较弱。而且，对于未指定方向作用在其上的振动，现有的超弧形曲面是易损坏的。因此，仅仅当曲率具有足够的裕度时，才能获得与具有凸出外表面的现有阴极射线管相类似的抗振能力，也就是，为了应付未指定方向的振动，在荫罩的中心和四角之间必须保证具有一特定的高度差。

基于本发明的曲率值构成的曲面能够在整个荫罩的表面上获得均匀的强度，并且对于作用在其上的未指定方向的振动保持同样的特性。而且，外表面是平面的阴极射线管，在其上装有本发明的荫罩曲面，不需要在荫罩的中心和四角之间具有高度差。因此，不需增加面板厚度比和水平间距，因而分辨率不会降低。

同时，振鸣现象通常是出现在边缘而不是中心。因为振鸣通常集中出现在荫罩内的局部易损坏点，所以在曲面设计时消除曲面的易损坏点是重要的。而且，通过扬声器传播的声波的频带是50-1000赫兹，因此当荫罩的固有频率分布在特定频带里时，振鸣出现的可能性会增加。本发明曲面的上述第三级的固有频率的带宽分布得比现有的超弧形曲面的带宽要宽，因此本发明的荫罩能降低振鸣发生的可能性。这样，本发明的曲面具有良好的振鸣特性。

同时，在Rp=2160mm时进行的振动实验里，按照本发明产生荫罩变形的临界加速度值是25G而在现有技术中是20G。这就意味着按照本发明在临界加速度上大约有5G的提高。另外，就外界声波而言，按照本发明的曲面同现有的相比提高大于一级的色彩纯度。

如上所述，按照本发明的荫罩曲面的曲率结构，能够通过长轴、短轴和斜轴的曲率半径Rx、Ry和Rd和长边和短侧的曲率半径Rye和Rxe来确定，而且为了构成最优的荫罩曲面，每个曲率半径是不同的，因此在阴极射线管中，能使面板中心与边缘的厚度比最小化。而且，阴极射线管的荫罩的抗振能力和振鸣特性能在不降低阴极射线管质量下得以提高。

尽管已结合具体的实施例对本发明进行了详细描述，但是本领域的熟练技术人员能理解，不偏离权利要求限定的本发明精神和范围的各种变化都是能够实施的。

Claims (3)

1．一种彩色阴极射线管，包括：外表面近似于平面并且内表面具有特定曲率的面板；设置在该面板后面的玻锥；设置在颈部内的电子枪，该颈部位于玻锥的后部；以及位于面板的内侧并与面板的内表面相隔一预定距离的矩形荫罩，用来选择从电子枪发射出的电子束的颜色，

其特征在于，当通过荫罩中心的长轴的曲率半径是Rx，通过荫罩中心的短轴的曲率半径是Ry，以及通过荫罩中心的斜轴的曲率半径是Rd时，满足下面的表达式：

0.95^*Rd≤Rx≤1.0^*Rd

1.0^*Rd≤Ry≤1.05^*Rd。

2．根据权利要求1所述的阴极射线管，其特征在于，当荫罩的短边侧的曲率半径是Rxe，而荫罩的长边侧的曲率半径是Rye时，满足下面的表达式：

1.1^*Rd≤Rxe≤1.0^*Rd

0.95^*Rd≤Rye≤1.0^*Rd。

3．根据权利要求1所述的阴极射线管，其特征在于，当面板的对角曲率半径定义为Rp时，荫罩对角轴的曲率半径Rd大于或等于2/3Rp，并且小于或等于4/5Rp。

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