CN1369106A - 减小电子枪聚焦象差用的透镜孔径结构 - Google Patents

Abstract

一种阴极射线管电子枪的主透镜。该主透镜接收电子枪发射的多束平行、共面电子束。该透镜聚焦每束电子束沿着其对应的焦轴入射到显示屏。一个第一栅极被配置与多束电子束正交,该栅极包括多个孔径。每一个孔径聚焦与其对应的电子束。每一个孔径以其对应的焦轴为中心环绕在该焦轴的周围,其形状由方程(1)表示,式中a和b分别定义为水平焦轴和垂直焦轴的半宽度,θ是孔径原点(x=0,y=0)至孔径边缘上一点的连线与x轴形成的角,角度范围为0°至360°。指数n决定椭圆度的偏差,其中1<n<2。多孔径的形状能减小透镜的聚焦象差。

Description

减小电子枪聚焦象差用的透镜孔径结构

相关申请参考文件

本申请要求保护1999年8月10日递交的美国临时申请60/148,010的利益，本文包括了该申请的内容，作为参考。

技术领域

本发明涉及一种阴极射线管电子枪，尤其是，涉及一种能够降低光斑、慧差，并可改善电子枪发射的电子束光点形状的电子枪主透镜。

背景技术

彩色阴极射线管(CRT)电子枪的主透镜结构，一般包括一对将发射出的电子束沿着理想焦轴聚焦用的栅极结构。第一栅极结构一般具有第一电位，或称为“聚焦电压”，第二栅极结构具有第二电位，或称为阴极射线管的“帘栅电压”。这两种栅极结构各含有三个形状相似的孔径。每一个栅极的孔径基本对准一个预期的焦轴，并以该焦轴为中心，围绕在该焦轴的周围。

栅极的每一个孔径用于接收电子枪发射的对应的电子束(红色、蓝色、绿色)。两个栅极通常被置入一个较大的共用透镜结构中，其功能除了降低主透镜象差外，还能使中央电子枪(中心电子束)与外电子枪(最外电子束)之间的聚焦特性出现差别。

象差是评估电子枪光点性能(即接触显示屏的电子束的形状)的主要决定因数。尤其是象差能够导致水平方向出现光点光斑，在该方向上，电子束通常最长。在外电子枪内，光点象差导致不均衡光斑，使光点呈三角形。

栅极采用的孔径形状，目前有圆形和椭圆形两种。外孔径通常包括成对的半椭圆片，高度相同，但是半片宽度不同。也有采用菱形孔径的。设计孔径形状(无论是椭圆形或菱形)，应考虑其水平方向和垂直方向的尺寸。因为这些尺寸主要用于调节水平方向和垂直方向的聚焦电压，而目前使用的形状基本上不能够控制随环绕孔径中心的角度而变化的透镜的象差。

因此，需要一种新型的孔径形状，以降低聚焦象差。

发明内容

本发明包括一种阴极射线管电子枪的主透镜。该主透镜接收电子束形成区发射的多个基本上平行的电子束。每一束电子束，沿着各自对应的焦轴入射到一个显示屏上。第一栅极所处的位置与多个电子束基本上正交。该栅极有多个孔径，每一个孔径对许多电子束中与其对应的一束聚焦。每一个孔径以其对应的一个焦轴为中心环绕在该焦轴的周围，其形状由方程(1)表示： ${\left(\frac{x}{a}\right)}^{\frac{2}{n}}+{\left(\frac{y}{b}\right)}^{\frac{2}{n}}=1$

                或                      (1)

               x＝a cosⁿθ；y＝b sinⁿθ

式中：原点(x＝0，y＝0)是孔径的中心，x轴是孔径中心至相邻孔径的中心的连线，y轴垂直于x轴。a和b分别为水平轴和垂直轴的半宽度(原点至孔径边缘的距离)，θ是孔径原点至孔径上某个点的连线与x轴形成的一个角，可在0°至360°范围内变化。指数n决定椭圆度的偏差，其中1＜n＜2。多个孔径的形状可减小透镜的聚焦象差。

本发明的另一个方面，是提供一种阴极射线管电子枪的主透镜，其特征在于各外孔径的两个半片使用不同的n值，因此，有不同于中心孔径的n值，这样一来，每一个孔径的形状减小了主透镜的聚焦象差。

附图说明

通过上述的发明内容以及下面对本发明最佳实施例的详细描述，并结合附图，将会对本发明有较好的了解。为说明本发明，以附图形式给出了最佳实施例。然而，应该知道，本发明不限于附图给出的准确的配置和实施方式。图中：

图1是一种典型的现有彩色阴极射线管的水平剖视图；

图2是孔径变量n＝1.0的现有主透镜的前视图；

图3A是根据本发明，孔径变量n＝1.2的主透镜的前视图；

图3B是根据本发明，孔径变量n＝1.4的主透镜的前视图；

图4是根据图2所示的现有椭圆形孔径(n＝1)的典型光点分布图；

图5A是根据本发明的孔径(n＝1.1)的光点分布图；

图5B是根据图3A所示的根据本发明的孔径(n＝1.2)的光点分布图；

图5C是根据本发明的孔径(n＝1.3)的光点分布图；

图5D是根据图3B所示的根据本发明的孔径(n＝1.4)的光点分布图；

图6是根据本发明，具有不同的中央孔径和最外侧孔径的半片的主透镜的前视图；

图7A是根据图2所示的现有椭圆形孔径(n＝1)的典型红色光点分布图；

图7B是根据图6所示的具有不同孔径(n＝1.25/1.75)的红色光点分布图；

图7C是根据图2所示的现有椭圆形孔径(n＝1)的典型绿色光点分布图；

图7D是根据图6所示具有中心孔径(n＝1.3)的绿色光点分布图。

具体实施方式

为了叙述方便，本文使用了某些术语，但是不能认为这是对本发明的一种限制。例如，术语“聚焦象差”定义为通常所指的光斑、慧差以及本技术领域的专业人员熟悉的光点形状中类似的不规则现象。这些现象。

本发明提供一种阴极射线管电子枪的主透镜。典型的主透镜接收电子枪发射的多个基本平行、共面电子束。外侧电子束略朝中央电子束收敛。该透镜聚焦每一束电子束沿着多个焦轴中的一个与其对应的焦轴入射到显示屏上。第一栅极所处的位置与多个电子束基本上正交。栅极包括多个孔径，每一个孔径聚焦多个电子束中与其对应的一束电子束。每一个孔径以上述焦轴中与其对应的一个焦轴为中心，环绕在该轴周围，并具有本发明所述的新异形状。多个孔径的形状降低透镜的聚焦象差。

现参见附图，图1给出一种典型的彩色阴极射线管。该种彩色阴极射线管1有一个玻璃外壳，外壳包括一个面板2，支撑外壳内表面上的荧光屏3。该荧光屏或“显示屏”上按顺序涂有三种颜色的磷光体，形成带状部分。包括阴极6、7和8的电子束形成区11产生共面和基本上平行的多个电子束，穿过主透镜部分12内的与电子束相对应的孔径。虽然，这里说的是共面电子束，但是也能采用其他形状的电子束，例如三角形，来实施本发明。

主透镜部分12所处的位置与电子束形成区11发射的电子束基本上正交。该主透镜部分12最好包括两个栅极结构13和18。然而，本专业领域的专业人士应认识到，主透镜部分12既然可如上述那样具有两个栅极，也可以采用多个栅极。给栅极13通电到一个电位，称为聚焦电压。给栅极18通电到一个电位，称为帘栅电压。每一个栅极含有多个孔径，每一个孔径用来聚焦与其对应的电子束形成区11发射的多个电子束中的一束电子束。在最佳实施例中，采用一个彩色阴极射线管。这样，在每一个栅极中要求有三个孔径，对应于电子束形成区11发射的红色、蓝色和绿色电子束。同样，在彩色阴极射线管中，聚焦栅极13的电位比栅极18的电位低。栅极18的电位与阴极射线管1的内壁上的导电涂层5的电位相等。

栅极13的三个栅极孔径的中心分别与焦轴15，16和17重合。三个焦轴配置在由x-y轴确定的一个共面上，相互之间基本平行，彼此间距为S。在下文中把垂直于该共面的方向称为水平方向(如图2-7中的z-轴所示)。栅极18位于栅极13与显示屏3之间，与焦轴15，16和17基本上正交。栅极18的几个孔径分别对应于栅极13的孔径，并基本上与其对准。正如本领域技术人员熟知的那样，外孔径稍偏离对准线。

在工作时，电子束形成区11发射的电子束沿着中央焦轴15，16和17行进。最中央的电子束由主透镜部分12聚焦，而与焦轴16重合。最外侧的电子束由主透镜部分12聚焦，而与焦轴15和17重合。最外侧的电子束继而被逼以重叠方式朝中央电子束收敛(即静态收敛)。该收敛的合成电子束在显示屏上形成一个图案，称为“光点”，即诸如光斑(定义为具有异常低电平部分或波瓣的形状)和慧差(定义为具有彗星形状的不对称光点)等聚焦象差，影响光点偏离所需聚焦形状的程度。阴罩4置于显示屏3上。这样，只有对应于电子束的彩色发光荧光材料才能通过阴罩的开口到达显示屏3。放置在阴极射线管1外的偏转线圈14对显示屏3上的电子束进行扫描。

现参见图2-7，本发明提供的栅极的孔径形状能够降低聚焦象差。根据本发明的孔径形状(第一扇形体)的数学描述，如以下方程表示。如果指数n等于2，则孔径的形状便成细长菱形。如果指数n等于1，则孔径的形状便成椭圆形，如图2中栅极所示。如果指数n等于0，则孔径的形状便成矩形。 ${\left(\frac{x}{a}\right)}^{\frac{2}{n}}+{\left(\frac{y}{b}\right)}^{\frac{2}{n}}=1$

                 或                        (1)

            x＝a cosⁿθ；y＝b sinⁿθ

式中a和b分别定义为水平焦轴和垂直焦轴的半宽度，x定义为在x轴上的一个位置，y定义为在y轴上的一个位置，θ定义为从原点至孔径边缘上的一点的连线与x轴形成的角度，变化范围在0°至360°，指数n决定当n＝0(矩形)，n＝1(椭圆)，n＝2(菱形)时，孔径椭圆度的偏差。

如图3A-3B所示，与图2相比较，当指数n增大，孔径之间的栅极材料的数量增加。这一情况，对于不同的n值，即使在最窄点的材料宽度相同，也是如此。因此，该处总的机械强度要比采用椭圆形孔径的标准栅极的机械强度有所提高。

当n值增大，水平方向和垂直方向的象差系数减小。与此同时，由于透镜沿对角线的长度大大地减小，沿对角线方向的象差增大。因此，水平方向的光斑减小，一些电流密度重新分布到光点角上。从而获得较小的光斑和形状更为理想的光点。图4为采用椭圆形孔径的现有的栅极的光点形状。图5A-5D为不同n值的光点形状的例子。图5A-5D给出的是等值线级分别为2％，5％、10％和50％时的光点分布。

当n值增大，图5A-5D的300μA光点的水平光斑(例如2％)大大地减小。花费很少或不花费即可达到10％级。光点的形状更像矩形。指数n的最佳的数值范围为1.2-1.4。

外电子枪(即聚焦红色和绿色电子束的最外侧的孔径)的光点常显示左右不对称，尤其显示指向向内的光斑。椭圆形孔径形成的这样的光点如图7A所示。由于上述非椭圆形孔径形状的实现专为控制水平光斑和光点的“方形”，预计对于孔径的最内半片和最外半片，采用不同值的指数n，可以控制上述不对称外电子枪的光点畸变。因此，在另一个实施例中，外电子枪的指数n(左侧最外的孔径)与图6所示孔径内、外部件采用的指数是不相同的。该实施例的外光点尺寸和形状得到了改善(如图7B所示)，其中n＝1.25和1.75。同样，为了进一步优化性能，聚焦孔径和阳极-栅极孔径的指数也可采用不同的数值。

本领域的技术人员应知道，对上述的实施例作的修改而会脱离本发明构思。例如，根据本发明，参见彩色阴极射线管对栅极孔径作了描述。但是，本发明揭示的透镜结构也适用于黑白阴极射线管和/或通用的基于电子枪的显示器件。此外，多栅极主透镜部分的单个栅极最好采用本发明的孔径形状，或根据本发明，在多个栅极的孔径采用不同的形状。因此，可以了解本发明不限于本文公开的具体实施例，它包括本发明的原理和精神范围内的各种改变。

Claims (10)

1.一种阴极射线管电子枪的主透镜，用来接收电子枪发射的电子束，主透镜对电子束聚焦，使电子束沿着焦轴入射到显示屏上，它包括：

一个栅极，其位置与焦轴基本上正交，该栅极至少包括一个孔径，用来聚焦电子束，该孔径以焦轴为中心环绕在焦轴的周围，其形状由方程(1)表示： ${\left(\frac{x}{a}\right)}^{\frac{2}{n}}+{\left(\frac{y}{b}\right)}^{\frac{2}{n}}=1----\left(1\right)$

式中1＜n＜2

a和b分别定义为孔径的水平焦轴和垂直焦轴的半宽度，指数n决定孔径椭圆度的偏差；

其中至少有一种孔径的形状能降低透镜的聚焦象差。

2.根据权利要求1所述的主透镜，其特征在于1.2□n□1.4。

3.根据权利要求1所述的主透镜，还可包括：

一个位于栅极与显示屏之间的另一栅极，与焦轴基本上正交，另一个栅极至少包括另一个孔径，另一孔径对应于栅极的另一个孔径，并且相互之间基本上对准。

4.根据权利要求3所述的主透镜，其特征在于另一个孔径的形状由方程(1)表示。

5.一种阴极射线管电子枪的主透镜，用来接收电子枪发射的三束平行的电子束，主透镜聚焦每一束电子束沿着对应的焦轴入射到显示屏上，主透镜包括：

一个第一栅极，与三束电子束基本上正交，该栅极包括三个孔径，每个孔径分别对应于上述三束电子束中的一束，并与其基本对准，每一个孔径以其对应的一个焦轴为中心环绕在该焦轴的周围，其形状由方程(1)表示： ${\left(\frac{x}{a}\right)}^{\frac{2}{n}}+{\left(\frac{y}{b}\right)}^{\frac{2}{n}}=1----\left(1\right)$

式中：a和b分别定义为孔径的水平焦轴和垂直焦轴的半宽度，指数n决定孔径椭圆度的偏差，式中：1＜n＜2

其中每一个孔径采用的指数n的数值不同，这样，每一个孔径的形状降低其对应的电子束的主透镜的聚焦象差。

6.根据权利要求5所述的主透镜，其特征在于最外侧的两个孔径的形状基本相同。

7.根据权利要求6所述的主透镜，其特征在于每一个外孔径具有内侧和外侧，外孔径的内侧指数n＝1.25，孔径的外侧指数n＝1.75。

8.根据权利要求5所述的主透镜，它还包括：

一个第二栅极，位于第一栅极与显示屏之间，并与焦轴基本上正交，该第二栅极包括三个孔径，每一个孔径分别对应于第一栅极的三个孔径中的一个孔径，并与其基本对准。

9.根据权利要求8所述的主透镜，其特征在于第二栅极中的每一个孔径的形状由方程(1)表示。

10.一种彩色阴极射线管，它包括：

一个给彩色阴极射线管显示屏提供三束平行、共面电子束的电子枪；

一个接收电子枪发射的三束平行、共面电子束的第一电极透镜，该透镜聚焦每一束电子束沿着对应的焦轴入射到显示屏，并与三束电子束基本上正交，该电极透镜包括三个孔径，每一个孔径分别与上述三束电子束中的一束对应，并且与其基本上对准，每一个孔径以其对应的上述焦轴中的一个焦轴为中心环绕在该轴的周围，其形状由方程(1)表示。 ${\left(\frac{x}{a}\right)}^{\frac{2}{n}}+{\left(\frac{y}{b}\right)}^{\frac{2}{n}}=1----\left(1\right)$

式中：a和b分别定义为孔径的水平焦轴和垂直焦轴的半宽度，指数n决定孔径的椭圆度偏差，式中：1＜n＜2；

一个第二电极透镜，位于第一电极透镜与显示屏之间，与焦轴基本上正交，该第二电极透镜包括另外三个孔径，其中每一个孔径分别与第一栅极的三个孔径中的一个孔径对应，并与其基本上对准，

通过多个孔径的形状降低透镜的聚焦象差。

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