CN1423822A - 阴极结构体与其制造方法以及电子枪和阴极射线管 - Google Patents

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Abstract

为了提供可减小电子束点径、可降低阴极驱动电压、并可望使阴极电流长期稳定化的阴极电极(阴极结构体),在阴极电极(1)的电子放射物质(9)的中心部近旁或外周部近旁形成不放射电子束的凹部或区域,得到放射中空状电子束的阴极电极和其制造方法以及电子枪和阴极射线管。

Description

阴极结构体与其制造方法以及电子枪和阴极射线管
技术领域
本发明涉及适用于彩色电视接收机等的图像-文字显示装置的阴极结构体与其制造方法以及电子枪和阴极射线管。
技术背景
近年来，在信息化终端使用上，作为图像-文字显示装置的阴极射线管(以下简称CRT)希望能更高亮度化、高精细度化。在电子枪上，要求电子束缩得更小。
在电子枪的高析像度化上的技术努力，使大口径透镜、多段聚束透镜系统的使用等的开发能够继续。
但是，采用大口径透镜，会引起偏转线圈的消耗电力的增加；而采用多段聚束透镜系统，必须在多种电极上设定不同的电压。
特表平6-518004号公报上发表了解决这样的技术课题的1种方法。
上述的多电子束方式是对于一个输入信号驱动多个电子束地设计的电子枪，例如，彩色CRT的情况下，通常是分别利用1束电子束照射红、绿、蓝各色的荧光面荧光体使其发光，与此相对，通过采用多个电子束分担，可减小各电子束的电流量，通过将它们聚束，在荧光面上将更多的电流集中到1点上，这样可望高亮度化、高精细度化。
又，为了使电子束更小，提出了限制阴极结构体的电子束放射面积的区域限制阴极(Area-Restricted cathode)。(IDW，1999年，Page541∽544)
图11(A)、(B)所示为上述文献中介绍的阴极结构体近旁的电子枪的主要部分侧断面图，图11(A)所示为在配置在构成阴极结构体的套管上的基底金属8a上镀绝缘型的电子放射物质时使电子放射物质的直径减小到100μm的情况。图11(B)的情况是设计成在基底金属8a的上面整个区域镀的电子放射物质9的上面用不能放射电子的遮蔽件18进行涂层，在该遮蔽件18的中心形成直径为115μm的小孔18b，从该小孔18b部分限制地放射电子束。
利用上述的传统构成说明的多电子束方式存在以下的问题。
(1)因为要控制大量的电子束，所以使电子枪电极结构复杂。
(2)将多束电子束投射到CRT画面所有区域，如果要使其高精度地集中，则总合的电子束直径增大，达不到多重束的效果。
又，如果采用IDW文献中详细记述的限制电极的构成，则存在下面的问题。
(3)电子放射物质的电子放射面积减小，因为集中到中心，集中后的负电子相互排斥，扩大了电子束直径。
(4)仍然存在在电子束中心部的电子轨道与电子束最外部的电子轨道上，通过电子枪主电子透镜系统后，荧光面上的电子束的焦点位置错开的问题(球面象差)。
(5)在高电流驱动时，将电子放射物质设计为小直径时的中心轴附近变成饱和电流密度，电子供给能力降低。
本发明是为了解决上述的问题提出的，本发明要解决的问题是得到可减小CRT的荧光面上的电子束的点径，同时，减轻阴极电极的电子放射物质的电流密度负荷，可改善在高电流域的阴极电极驱动特性的阴极结构体与其制造方法以及电子枪和阴极射线管。
发明介绍
本发明涉及的第1阴极结构体，特征在于设计为：减小从阴极电极1的电子放射物质9的上面放射的电子束的全面或者中心轴附近或外周附近的电流密度以放射中空状电子束。
本发明涉及的第2阴极结构体，特征在于设计为：阴极电极的电子放射物质9设计成圆筒状，从穿过该圆筒部的中心的透孔9a以外的环状部或圆筒状的圆筒侧面放射中空状的电子束。
本发明涉及的第3阴极结构体，特征在于设计为：具有凹部9m，形成围绕该凹部9m地隆起的突部9k，从该突部9k的上面放射中空状电子束。
本发明涉及的第1阴极结构体的制造方法，特征在于：利用在电子放射形成件8、8a上预先形成均匀的电子放射物质9的工序，和利用激光14、14a的照射、机械加工15、离子16的冲击、金属蒸汽17除去或遮掩电子放射物质9的上面的中心附近或外周附近的工序，在电子放射物质9上形成不能放射电子的区域。
本发明涉及的第2阴极结构体的制造方法，特征在于：利用在电子放射形成件8、8a的中心附近或外周附近配置遮蔽件18、18a的工序，和在电子放射形成件8、8a上涂抹电子放射物质9的工序，以及除去遮蔽件18和遮蔽件18a上的电子放射物质9的工序，在电子放射物质9上形成不能放射电子的区域。
本发明涉及的第3阴极结构体的制造方法，特征在于：在电子放射形成件8、8a上形成发射体浸渍型电子放射物质的工序中，利用在发射体浸渍型电子放射物质9的中心附近或外周附近设置没有浸渍发射体的物质24而成型的工序，在发射体浸渍型电子放射物质9上制作不能放射电子的区域。
本发明涉及的电子枪，特征在于：在至少由阴极电极1以及栅极电极(G1∽G5)10、11、42、43、44以及会聚电极46构成的电子枪41上，设计成减小从阴极电极1的电子放射物质9的上面放射的电子束的全面或中心轴附近或外周附近的电流密度，以放射中空状电子束13。
本发明涉及的CRT，特征在于：在内装至少具有阴极电极的电子枪41的阴极射线管32上，设计成减小从阴极电极1的电子放射物质9的上面放射的电子束的全面或中心轴附近或外周附近的电流密度，以放射中空状电子束13。
如果采用上述的本发明的阴极结构体与其制造方法以及电子枪和阴极射线管，可缩小电子束交叉截面直径，可减小荧光面上的电子束点径。又，可比传统的电子枪收缩得更小，可降低因离子等的放电对阴极的损伤的机率。又，因为可从比限制阴极更广的区域放射电子，所以在可望减轻阴极的电流密度负荷并长寿命化的同时具有改善高电流域的阴极驱动特性的效果。
图面的简单说明
图1(A)是本发明的阴极结构体的模式立体图；图1(B)是图1(A)的A-A′断面向视图；图1(C)是本发明另一形态例的阴极结构体的侧断面图；图2(A)至图2(D)是本发明的阴极结构体的制造方法的各种形态例的阴极结构体的侧断面图；图3(A)至图3(D)是本发明的阴极结构体的另一制造方法的各种形态例的阴极结构体的侧断面图；图4(A)至图4(E)是本发明的阴极结构体的又一制造方法的各种形态例的阴极结构体的立体图；图5是本发明的阴极结构体的另一形态例的侧断面图；图6(A)是与图5同样的阴极结构体的平面图；图6(B)至图6(E)是展示阴极结构体的电子放射物质的突部的各种形式的图6(A)的A-A′断面向视图；图7(A)至图7(D)是本发明的阴极结构体的又一形态例的阴极结构体的侧断面图(图7(A)、图7(D))以及电子放射物质的平面图(图7(B))和图7(B)的B-B′断面向视图(图7(C))；图8是本发明的电子枪以及CRT的局部剖视立体图；图9是用于说明本发明的电子束的电子束交叉点与传统的电子束的电子束交叉点的说明图；图10(A)以及图10(B)是用于说明本发明的主透镜上的球面象差改善的说明图；图10(C)是相对阴极中空直径的驱动电压(Ed)的模拟结果的坐标图；图11(A)以及图11(B)是传统的限制型阴极结构体的侧断面图。
实施发明的最佳形式
下面，参照图1至图7详细说明本发明的阴极结构体与其制造方法以及电子枪和阴极射线管。
图1(A)以及图1(B)所示为用在圆孔型电子枪上时的阴极结构体(以下称阴极电极(K))1，在利用圆筒状的金属构成的第1壳体6的上部溶敷用Ni合金构成的碟形基底金属8a，在该基底金属8a上，将BaCo3、SrCo3、CaCo3的混合物或固溶体(Ba1-x-y，Srx，Cay)Co3混合在结合剂中的电子放射物质9，被利用喷射法形成涂抹的形式。电子放射物质9最初是碳酸盐的形式，但在真空中加热后变化成氧化物。
在第1壳体6内设置将阴极电极1加热到工作温度的加热器7。又，以既定的间隔在电子束放射方向设置构成3极电极的阴极电极1、第1控制电极(以下称G1)10、第2控制电极(参照图1(C)，以下称G2)11，在G110、G211的中心穿设圆形的小孔12。
本发明的阴极电极1如图1(A)以及图1(B)所示那样，在中心部穿设没有电子放射物质9的部分，即透孔9a，电子放射物质9从环状部9b以及/或圆形侧面9c发射中空状电子束13。
通过如上述那样使用阴极电极1，利用G110以及G211的电流控制，从电子放射物质9的上面可放射如图1(A)所示那样的同心圆状的中空状电子束13，维持其形状地到达图8所示的CRT32的彩色荧光面39成像。
图1(C)所示的阴极电极1是浸渍型(Impregnate type)的构成，虽然其形状有各种各样，但在图1(C)中，与图1(A)以及图1(B)的对应部分采用同一符号，不再重复说明，但在内装加热器7的第1壳体6的上侧溶敷安放电子放射物质9的断面为U字形的耐热性的杯8。浸渍型的阴极电极1是在多孔质的钨盘等多孔质基体上浸渍BaO、CaO、Al2O3等电子放射物质9的形式。
第2壳体4是由在底部穿设透孔的杯状金属构成，第1壳体6通过带状的紧固夹板5固定在第2壳体4上。圆筒状的套管夹具2焊接在第2壳体4上，在套管夹具2上固定对陶瓷盘等对电子枪与阴极电极1进行绝缘的绝缘件3。
为了在上述浸渍型的电子放射物质9的中心附近得到没有电子放射物质的部分，在发射体浸渍前研磨或照射激光，封住多孔质基体中的孔隙，形成孔隙率小的设定区域，即形成发射体浸渍物体融化消失的无孔隙部9f。
这样的构成的浸渍型阴极电极，也能从电子放射物质9的上面放射出同心圆状的中空状电子束13。
参照图2至图7对上述那样在阴极电极1的电子放射物质9上设定不放射电子束的区域的制造方法进行详细介绍。
图2(A)所示是本发明的阴极电极1的1形态例，组装在基底金属8a上预先形成电子放射物质9的阴极电极1和G110。特别是，从电子放射物质9上面到G110的下侧的距离dgk以及G110的小孔直径组装得与现有电子枪相同，以G110的小孔12为基准，将激光线14照射到电子放射物质9的既定设定区域的中心位置附近或/以及如虚线所示那样环状残留电子束放射部地照射到外周部附近。利用这样的激光线14的照射，中心附近或/以及外周部附近的电子放射物质9飞溅烧掉，通过形成不放射电子束的区域的透孔9a或环状的外周部9n，可形成同心圆状的电子放射物质9。之后的电子枪的组装，与通常同样进行。
图2(B)是本发明的阴极电极1的另一形态例，在基底金属8a上预先形成电子放射物质9例如BaCo3等。利用后面的工序，位置精度准确地安装阴极电极1与G110，配置在高湿度大气中，以G110的小孔12为基准照射较弱的激光线14a，加热阴极电极1的电子放射物质9的设定区域，例如中心附近(以下，只说明在中心附近形成不放射电子束的区域的情况)。
利用这样的激光照射加热，通过将电子放射物质9化学变化为氢氧化物9b，形成不能放射电子束的区域(氢氧化物区域9b)。
通常，电子放射物质9，如上述那样在大气中以碳酸盐的形式使用，将电子枪封入CRT，利用在真空中的热还原反应使电子放射物质9活性化。在排气前变成氢氧化物时，不引起该活性化。因此，从氢氧化物9b部分不能放射电子束13。之后的电子枪的组装与通常的方法同样进行。
图2(C)是本发明的阴极电极的制造方法的又一形态例，预先正确组装阴极电极1与G110，以G110的小孔12为基准，照射激光线14，通过作为发射体浸渍型电子放射物质9的发射体浸渍物体9d熔融而多孔质基体(钨)的孔隙消失后的无孔隙部9f设定在既定设定区域，例如中心附近，可在发射体浸渍物体9d上制作不能放射电子的区域。之后的电子枪的组装与通常的方法同样进行。
图2(D)是本发明的阴极电极的制造方法的又一形态例，预先正确组装阴极电极1与G110，以G110的小孔12为基准，利用微型砂轮机15那样的机械切削电子放射物质9除去例如中心附近，穿设不放射电子的透孔9a，形成环状的电子放射物质9，之后的电子枪的组装与通常的方法同样进行。
图3(A)是本发明的阴极电极的制造方法的又一形态例，预先正确组装阴极电极1与G110，以G110的小孔12为基准，在电子放射物质9上的既定设定区域，例如中心位置，通过遮蔽件18上的透孔，利用金属蒸汽17形成例如金那样的放射限制物质的金属蒸镀膜等遮蔽件9g，通过形成不能放射电子的金属蒸镀膜9g形成环状的电子放射物质9。之后的电子枪的组装与通常的方法同样进行。
图3(B)是本发明的阴极电极的制造方法的又一形态例，本例的情况是，完全组装CRT的电子枪之后，在低真空中控制电子枪的各控制电极，有意产生离子16，利用离子冲击飞溅烧掉电子放射物质9的既定表面设定区域的例如中心位置的电子放射物质9，形成环状的电子放射物质9。在通常圆形孔型的电子枪上，阴极电极1的电子放射物质9表面的在G110的小孔12的中心轴附近的电场强度最大，因为在该部分上容易产生离子，所以利用它形成不能放射电子束的透孔9a。
在上述的各形态例中得到在电子放射物质9上具有不能放射电子的分布区域的阴极电极、电子枪或CRT时，当在各控制电极间，特别是不能充分把握G110与阴极电极1的位置精度时，彗形像差、像散变大，在荧光面上的电子束点直径增大，导致析像度恶化，因此，例如在圆筒对称型电子枪上，当没有提高阴极电极1的电子放射物质9上面的透孔9a的中心与G110的小孔12的中心之间的轴错精度或阴极电极1的表面与G110之间的距离dgk等的精度时，因为不是中空状电子束，所以，必须以G110的小孔12为基准。
又，采用图像处理等的高精度定位的技术，在安装阴极电极1和其它的电子枪电极时，也可采用下面所述那样的阴极电极以及阴极电极的制造方法。
既，图3(C)是本发明的又一形态例，图3(C)所示的情况是，在阴极电极1的基底金属8a上从箭头A方向涂抹电子放射物质9时，在基底金属8a的例如中心附近放置遮挡既定设定区域的圆盘状遮蔽件18，然后涂抹电子放射物质9，这样在基底金属8a的周边形成环状的电子放射物质9，通过从基底金属8a上除去遮蔽件18，形成不能放射电子束的环状的电子放射物质9的区域。
图3(D)是本发明的又一形态例，在基底金属8a的中心附近制作形成凸部的凸形状底层金属，从箭头A方向涂抹涂抹型电子放射物质9，通过除去成为遮蔽件18a的凸部上的电子放射物质9，制作不能放射电子束的环状的电子放射物质9的既定区域。
图4(A)是本发明的用于阴极电极的电子放射物质9的又一形态例的立体图，形成将由浸渍型的钨粉末烧结体构成的例如多孔质的钨等多孔质基体22设计为断面凸状的突部20，即，留下中心部分而将周边上部设计为环形的突部20，通过机械切削研磨突部20的上面21封住突部21的表面的稀疏的孔隙，制作孔隙率小的不能放射电子束的设定区域。
然后，通过浸渍作为电子阴极发射材料的Ba等发射体，并防止从突部20的上面21浸渍发射体，从而在突部20的上面21形成不能放射电子束的区域。
图4(B)是本发明的又一形态例，因为将由浸渍型的钨粉末烧结体构成的多孔质的钨盘等多孔质基体22形成圆柱状，制作不能放射电子束的既定的设定区域23，所以，例如通过对多孔质基体22的例如中心附近照射激光线14，使多孔质基体22的设定区域23融化将多孔质的孔隙封住，得到孔隙率小的多孔质基体22。之后，通过浸渍浸渍用的Ba等发射体可得到从既定区域23不能放射电子束的电子放射物质9。
图4(C)是本发明的浸渍型阴极的又一形态例的制造方法。在图4(C)中，在圆筒状的由钨粉末烧结体构成的多孔质基体22的中空内一体制作钨金属柱24那样的没有浸渍发射体的部分。这时，以钨金属柱24为轴，在该轴的周围加压烧结钨粉末。然后将圆柱形多孔质基体22环切如箭头B所示那样成为盘状，之后，通过使其浸渍Ba等发射体，除去钨金属柱24部分得到成为被浸渍物体的电子放射物质9。
图4(D)以及图4(E)是展示本发明的又一构成的阴极电极1的电子放射物质9。即，如果明确电子放射物质9的表面的不能放射电子的设定区域23的边界，则可高精度地定位。作为其实现方法，如图4(D)那样，通过在电子放射物质9的上面的中心位置上穿设锪孔20a，可利用电子放射物质9的除去效果和锪孔20a部分的电场强度下降效果，形成不放射电子的区域。又，如图1(E)那样，即使不是从电子放射物质9的上面21a，而是从圆盘状的侧周面21b放射电子束13，也可放射中空状电子束13。
虽然说明的是在上述的阴极电极上将电子放射物质9的中心附近形成的透孔9a等不放射电子的区域设计为圆形，但这些设定区域的形状，当穿设在G110、G211上的小孔12的形状为椭圆形、矩形、正方形、多边形等时，可设计成与这些各形状对应的不放射电子束的区域的形状。
虽然说明的是在上述的阴极电极1上，在电子放射物质9的电子束中心轴附近形成的不放射电子的区域的情况，但也可在阴极电极1的电子束放射的中心轴上形成凹部，并形成围绕该凹部地隆起周边部的突起部。
图5是这样的阴极电极1的侧断面图，在图1至图3中详细标明的与阴极电极1的对应部分采用同一符号，不再重复说明。
在图5中，使阴极电极1的放射电子束的电子束轴(中心轴)CL附近凹陷，并形成围绕该凹部9m地隆起的突部9k。即，在图5中，在电子放射物质9的上面以电子束轴CL为中心形成环状的突部9k。通过使该突部9k围绕的凹部9m以及电子放射物质9的环状的突部9k的外侧到外直径的外周部9n不能放射电子束，代替从突部9k的上面限定地放出电子束，可生成作为从阴极电极1放射的电子束的束的电子束流断面的电流密度分布在电子束的中心小的中空状电子束13。
利用图6(A)∽(E)说明上述电子放射物质9为浸渍型时的制作方法的1例。
图6(A)是与图5同样的电子放射物质9的平面图，图6(B)至第6(E)是展示突部9k的各种前端形状的图6(A)的A-A′断面向视图。
作为电子放射物质9的制作方法，首先将钨粉末与粘接剂一起，通过金属模压制形成图6(A)至第6(E)那样的形状，之后烧结。然后，将烧结后的钨粉末烧结体除去突部9k的上面并利用研磨机进行切削加工，将再烧结后的钨粉末烧结体利用喷丸机进行切削加工，可切削加工成第6(B)那样环状的突部9k的前端(上面)为圆形的形式、第6(C)那样尖锐的9ka的形式、第6(D)那样平的9kb的形式、或第6(E)那样将顶部周边做成倒角9kc的形式等。
又，设计上，在突部9k的高度有限制等的时候，根据需要，通过用激光将电子放射物质9的中心部的凹部9m以及突部9k的外周部9n的孔隙融化，将钨烧结体的空洞封住，也能使其不能放射电子。
又，不仅是浸渍型，氧化物喷涂型的阴极等也可利用研磨机或喷丸机物理地制作为既定的环状形状。并且还可利用与图1至图3同样的方法制作。
图7(A)至图7(C)是进一步发展图5的另一浸渍型阴极的示图。图7(A)是设计2层环状的突部9时的平面图，图7(B)是设计多层的3层环状的突部时的电子放射物质9的平面图，图7(C)是图7(B)的B-B′断面向视图，图7(D)是图6(A)的变形例的阴极电极的侧断面图。
在图7(A)的情况下，形成2层的环状同心圆形的突部9k1和9k2，突部的高度是第1层的环状突部9k1低、2层的环状突部9k2高，并设计使隆起顶点的电场强度Es在既定的阴极电流区域相同。可是，在单环形状时，当进行重视高电流区域的中空电子束的效果的设计时，则该环直径变大，在低电流区域反而电子束直径增大。又，反之，当进行从低电流区域谋求中空电子束效果的设计时，则该环直径变小，大电流时的中空电子束效果以及使其在比通常阴极小的电流密度下工作的效果降低。
根据以上的理由，当设计为这样的2层(多层)环状形状时，在低电流区域，电流从内侧的环状突部产生，当超过某电流值时电流也从外侧的环状突部产生，这样，可在更宽的电流区域获得中空电子束效果以及如果扩大电子放射产生区域则降低阴极的电流发生密度的效果。突部9k1、9k2距阴极电子束中心轴CL的距离以及突部9k1、9k2的高度，根据利用阴极电极1、G110以及G211控制的突部9k1以及9k2的电场强度Es设计。即，可以任意决定需要怎样的阴极电压-阴极电流特性，以及怎样的阴极电压-电子束直径特性。
图7(B)以及图7(C)中，所示为3层构造的环状的例子，突部9k1、9k2、9k2的位置以及高度可如前述的图7(A)同样设定。不用说，可以设计成这样的3层环状构造以外的多重同心圆构造。
图7(D)是将在如图5(A)中所示的阴极电极1的圆盘状的电子放射物质9的上面形成的环状的突部9k的高度设计得比从电子放射物质9的上面到G110的下面的距离Dgk更高，在图7(D)的例子中，使突部9k从G110的小孔12突出50μm左右。不用说，这样构成的突部9k的外径选择得比G110的小孔12的直径小。在图7(A)、(B)等的多环形状的形式上也可同样使其突出。
如上述那样，通过在G110的小孔12方向上延伸设计突部9k，在突部9k周边的阴极轴向电位梯度，在阴极电流遮断时(切断时)，比不这样突出的情况可以更平稳。这样，可利用更少的阴极电位变化(驱动电压变化)，产生大的阴极电流。
参照图8对使用由上述的各种制造方法得到的阴极电极1的电子枪以及阴极射线管的构成进行说明。
在图8中，CRT32的管体35由玻璃板36和漏斗状的由玻璃制成的漏斗部38构成，与在板36内面上形成的彩色荧光面39相向地，在框架20上架设的选色用电极薄板(选色罩)37上，在其纵向具有格栅元件38，构成选色机构(荫栅(アパ一チヤグリル)：AG)40，该AG40固定在管体35的内面上，并且与AG40相向地在颈部33内配置电子枪41。
在该彩色用的CRT32的电子枪上，多个阴极电极，例如红、绿以及蓝的阴极电极构成串联型。对于取自这些各阴极电极的电子束，由共同的G110、G211、G342构成3极电极，利用G443的聚焦电极和G544的第2阳极电极构成主电子透镜系统。在G544的后段设计会聚杯等会聚偏转器46等，在颈部33的外侧固定安装图中未画出的水平-垂直偏转线圈，构成使各电子束水平、垂直偏转。
对在上述的阴极电极1及其制造方法以及电子枪和CRT上使用中空状电子束时的动作以及效果进行说明。
(1)如上述的CRT32的电子枪41那样，利用由3电极配置成的阴极电极1进行电流控制时，在阴极电极1与G110之间形成电子束交叉截面，这成为配置在其后的主电子透镜系统的物点。从该主电子透镜系统看到的电子束交叉截面的直径、发散角很大程度地关系到彩色荧光面39上的电子束直径。
现在，如果将荧光面39上的电子束点径设为φ，则下面的关系式(1)成立。
φ＝M·φc+M·Cs·θ3+Rep.......(1)
在此，M：主电子透镜系统的像倍率，Cs：主电子透镜系统的球面像差，
φc：从主电子透镜系统看到的电子束交叉截面的直径，
θ：从主电子透镜系统看到的发散角
Rep：飞行电子间的排斥效果。
现在，如图9所示那样，从阴极电极1的阴极表面27放射的电子束轨道，与来自阴极最外轮廓部的电子束轨道31相比，越接近来自电子束中心附近的阴极表面27的电子束轨道29，电子束交叉点越靠近G110侧，相对从决定于中心轴近旁的电子轨道的不放射中空状电子束的主电子透镜系统看到的电子束交叉截面直径28的位置，从放射中空状电子束的阴极的主电子透镜系统看到的电子束交叉截面直径26更靠近阴极侧并减小，电子束交叉点直径φc可根据(1)式缩小，可减小彩色荧光面39上的电子束点径。
(2)下面利用图10(A)以及图10(B)对涉及主电子透镜系统的球面像差的改进进行说明。
在图10(A)中，因为从电子束交叉点51射入主透镜50的电子束B与电子束中心轴Z形成的角θ分布在0到θ的范围，所以，从主透镜50射出的电子束B与电子束中心轴Z的焦点58a以及58b不同，因为受到球面像差的影响，所以，在彩色荧光面39上的点57的尺寸变大。
与此相对，在图10(B)的情况下，如果将来自电子束交叉点51的电子束B与电子束中心轴Z之间的电子束B的中空的区域内的角度设为η2，将以电子束中心轴Z为中心至环状的外周的角度设为η1，则电子束B仅分布在η1-η2的范围，在电子束中心轴近旁的角度η2范围因为没有电子束B，所以在狭小的范围内电子不会排斥，球面像差的影响减小，可得到良好的点57′。
即，在电子束中心部的电子轨道和电子束最外轮廓部的电子轨道之间，由于电子枪的主电子透镜系统的球面像差，焦点位置错开，越靠近电子束的外轮廓部，焦点位置越靠近电子枪侧。中空电子束的情况下，因为没有穿过电子束中心部的电子轨道，所以，焦点位置的差更小，可比传统电子枪收缩得更小，可以减小彩色荧光面39上的电子束点径。
在通常的构造中，电子束中心轴附近的电流密度大，由于电子流之间的排斥，从阴极面至到到达荧光面电子束的直径逐渐增大。而环状的中空电子束的情况，因为在电子束的中心部没有电流密度大的部分，所以，电子间的排斥减轻，在荧光面上可以缩得更小，可使电子束点径更小。
(3)在阴极表面27上，因为在电场强度最强的部分不配置电子放射物质，所以，不易受到真空动作中的离子腐蚀，也降低了放电引起的对阴极电极1的损伤的概率。
(4)在利用高电流驱动传统的电子枪时，在阴极表面的电子束中心轴附近，几乎处于饱和电流密度状态。因此，易导致该部分电子供给能力恶化，会影响阴极的寿命。本发明的情况，因为没有来自该部分的电子供给，而是利用来自更宽的阴极区域的电子放射，所以，可减轻阴极的电流密度负荷，可望长寿命化。
(5)在利用高电流驱动传统的电子枪时，在阴极表面的电子束中心轴附近，几乎处于饱和电流密度状态，来自高电流域的该部分的电子放射对阴极驱动电压的变化反应迟缓。即，来自阴极表面27的电子束中心轴Z附近的电子放射是在高电流域使激励特性恶化的原因之一。本发明的情况，因为没有来自该部分的电子供给，而是来自具有环状的细长的突部或更广的没有达到饱和电流密度的阴极区域的电子放射，所以，可改善高电流域的激励特性。作为理想地不从电子束中心轴附近放射电子的情况，计算机模拟时的结果示于图10(C)。
虽然通过不使阴极中心部产生电流，有可能降低总阴极电流，但可通过扩大阴极电极直径进行补偿。
例如，在通常的圆筒对称型阴极上，将最大电流时的阴极电流发生区域的半径设为R0，如果考虑使其一半的直径的区域不能产生电流，则
通常阴极的电流发生区域：SO＝π·R02，
不能发生电子的区域：SE＝π·R02/4；
在将这样的不发生电子的区域设在中心部时，
如果设电流发生区域的半径R为5/2·R0，
则可确保与该方式的阴极电流发生区域：S＝π·R2-π·R02/4
                                     ＝π·R02·(5/4-1/4)
                                     ＝π·R02
同等的阴极电流发生区域。
即，虽然是简单的粗略计算，但即使在考虑通常阴极的电流发生区域的一半的中空直径的情况下，也可只将电流发生直径设计到原来的1.12倍(5/2)就可以了。
又，在电子放射物质的上面形成环状突部的阴极电极上，在低电流时，从围绕电子束中心轴附近的凹部的环状突起的尖顶棱线部进行电子放射，在电场强度增大的同时从尖顶棱线向下地扩大电流发生区域，可抑制CRT的荧光面上的像点的增大，即使是在高电流时，不只从突部窄的区域进行电子放射，减少了高电流时的电子放出的区域的增大。这意味着减少对应高电流时的电子枪的主透镜的物点的增大，防止CRT荧光面上的像点粗大化。
又，在高电流下，电流密度达到最大的是突部的棱线的部分，相对于传统阴极集中在中心点，因为集中在具有环状突部的细长的棱线上，所以不易受到因阴极材料性质决定的电流密度饱和的限制。
又，作为这样具有突部的阴极构造的优点，能尽可能地减小G110与阴极电极1的距离Dgk，或者可靠近G110或G211设定。在传统构造中，如果其距离小，则加热器开灯时由于阴极结构体的套管等热膨胀，会接触阴极电极1引起短路。
在G110的小孔12方向延伸设计突部9k1、9k2、9k3......等，在从小孔12突出突部的尖顶棱线地设计的阴极电极1上，也具有可降低阴极电流的驱动电压的效果。
又，当利用本发明的阴极电极与其制造方法以及电子枪和阴极射线管时，可缩小电子束交叉截面直径，可减小荧光面上的电子束点径。又，可收缩得比传统的电子枪小，可降低由于离子等的放电使阴极受到损伤的概率。并且，与限制阴极相比，因为可从更宽的区域放射电子束，所以可减轻阴极上的电流密度负荷从而可望长寿命化，同时，具有可望改善高电流域的阴极驱动特性的效果。
产业上利用的可能性
如上述那样，如果采用本发明的设计为环状的阴极结构体(阴极电极：k)及其制造方法，可用于电视用或计算机用的CRT、以及电视接收机、作为计算机用的监视器的显示装置上。
权利要求书
(按照条约第19条的修改)
1、(修改后)一种阴极结构体，其特征在于：在电子放射物质上面的中心部近旁具有凹部，并形成围绕该凹部的隆起的同心状的多个突部，该同心状的多个突部的高度设计成距离该同心状的中心轴越远越高。
2、(修改后)一种阴极结构体，其特征在于：在电子放射物质上面的中心部近旁具有凹部，并形成围绕该凹部的隆起的同心状的多个突部，贯通第1控制电极上形成的小孔地延伸设置该突部，该同心状的多个突部的高度设置成距离该同心状的中心轴越远越高。
3、(修改后)一种阴极结构体的制造方法，其特征在于：利用在电子放射形成件上预先形成均匀的电子放射物质的工序、将上述电子放射物质配置在高湿度区域的工序，并激光照射电子放射物质上面的中心附近或外周附近，在该电子放射物质上制作不能放射电子的区域。
4、(修改后)一种阴极结构体的制造方法，其特征在于：将电子放射物质设计成发射体浸渍型，在浸渍发射体前在该电子放射物质上面的中心附近或外周附近照射激光或研磨，这样制成孔隙率小的区域，防止发射体的浸渍的工序，利用该工序在该发射体浸渍型电子放射物质上制作不能放射电子的区域。
5、(修改后)一种阴极结构体的制造方法，其特征在于：在压制发射体浸渍型电子放射物质形成件，并烧结形成在中心部具有凹状突部的盘状的阴极结构体的工序中，
利用在上述发射体浸渍型电子放射物质的上述凹状突部的中心近旁或外周附近形成没有浸渍发射体的物质的工序，在上述阴极结构体上形成不能放射电子的区域。
6、(修改后)一种阴极结构体的制造方法，其特征在于：利用将发射体浸渍型电子放射物质形成件与粘结剂一同压制形成在中心部具有凹状的突部的盘状的多孔质基体的工序、烧结上述多孔质基体的工序、进行机械切削加工除去上述阴极结构体的突部的上面的工序，在上述盘状的多孔质基体的突部中心附近或外周附近形成没有浸渍发射体的区域，从而在该发射体浸渍型电子放射物质上形成不能放射电子的区域。
7、(修改后)一种阴极结构体，其特征在于：在电子放射形成件上预先形成均匀的电子放射物质，将该电子放射物质配置在高湿度区域，激光照射该电子放射物质上面的中心附近或外周附近，在该电子放射物质上制作不能放射电子的区域。
8、(修改后)一种阴极结构体，其特征在于：将电子放射物质设计成发射体浸渍型，在浸渍发射体前在该电子放射物质上面的中心附近或外周附近照射激光或研磨，制成孔隙率小的区域，防止发射体的浸渍，这样，在该发射体浸渍型电子放射物质上制作不能放射电子的区域。
9、(修改后)一种电子枪，其特征在于：具有阴极结构体，该阴极结构体，在电子放射形成件上预先形成均匀的电子放射物质，将该电子放射物质配置在高湿度区域，激光照射该电子放射物质上面的中心附近或外周附近，在该发射体浸渍型电子放射物质上制作不能放射电子的区域。
10、(修改后)一种电子枪，其特征在于：具有阴极，该阴极，将电子放射物质设计成发射体浸渍型，在浸渍发射体前在该电子放射物质上面的中心附近或外周附近照射激光或研磨，制成孔隙率小的区域，防止发射体的浸渍，这样，在该发射体浸渍型电子放射物质上制作不能放射电子的区域。
11、(修改后)一种阴极射线管，其特征在于：内装电子枪，该电子枪具有阴极，该阴极，在电子放射形成件上预先形成均匀的电子放射物质，将该电子放射物质配置在高湿度区域，激光照射该电子放射物质上面的中心附近或外周附近，在电子放射物质上制作不能放射电子的区域。
12、(修改后)一种阴极射线管，其特征在于：内装电子枪，电子枪具有阴极，该阴极，将电子放射物质设计成发射体浸渍型，在浸渍发射体前在该电子放射物质上面的中心附近或外周附近照射激光或研磨，制成孔隙率小的区域，防止发射体的浸渍，这样，在该发射体浸渍型电子放射物质上制作不能放射电子的区域。
根据条约第19条(1)的声明书
本发明是阴极结构体及其制造方法，明确了将同心状的多个突部的高度设计成距离中心轴越远越高的阴极结构体以及将电子放射物质放在高湿度区域照射激光或研磨制成孔隙率小的区域，从而在阴极结构体上制作电子放射控制区域的制作方法。
据此，删除修改前的权利要求范围第1项至第8项以及第11项和第14项至第18项，权利要求范围的序号重新排列。
权利要求范围第1项，对应修改前的权利要求范围第9项，且已修改。
权利要求范围第2项，对应修改前的权利要求范围第10项，且已修改。
权利要求范围第3项，对应修改前的权利要求范围第12项，且已修改。
权利要求范围第4项，对应修改前的权利要求范围第13项，且已修改。
权利要求范围第5项，对应修改前的权利要求范围第16项，且已修改。
权利要求范围第6项，对应修改前的权利要求范围第16项，且有增加并已修改。
权利要求范围第7项，对应修改前的权利要求范围第12项，且有增加并已修改。
权利要求范围第8项，对应修改前的权利要求范围第13项，且有增加并已修改。
权利要求范围第9项，对应修改前的权利要求范围第12项，且有增加并已修改。
权利要求范围第10项，对应修改前的权利要求范围第13项，且有增加并已修改。
权利要求范围第11项，对应修改前的权利要求范围第12项，且有增加并已修改。
权利要求范围第12项，对应修改前的权利要求范围第13项，且有增加并已修改。

Claims (18)

1、一种阴极结构体，其特征在于：减小从阴极电极的电子放射物质的上面放射的电子束的全面或者中心轴附近或外周附近的电流密度而放射中空状电子束地构成。
2、如权利要求1所述的阴极结构体，其特征在于：在前述电子放射物质的上面的中心部附近形成凹部或贯通部，从该凹部或贯通部以外的部分放射前述中空状电子束地构成。
3、如权利要求2所述的阴极结构体，其特征在于：在前述电子放射物质上面的中心部近旁形成的凹部或贯通部的形状是圆、椭圆、四边形、多边形。
4、一种阴极结构体，其特征在于：阴极电极的电子放射物质设计为圆筒状，从穿过该圆筒状的中心的透孔以外的环状上部或圆筒状的圆筒侧面放射中空状电子束地构成。
5、如权利要求4所述的阴极结构体，其特征在于：在前述圆筒状的电子放射物质的圆筒的内部设计突部，该突部成为不放射电子束的设定区域。
6、一种阴极结构体，其特征在于：在电子放射物质上面的中心部近旁具有凹部，并形成围绕该凹部的隆起的突部，从该突部的上面放射中空状电子束地构成。
7、如权利要求6所述的阴极结构体，其特征在于：前述突部由同心状的多个突部形成。
8、如权利要求6或如权利要求7所述的阴极结构体，其特征在于：贯通第1控制电极上形成的小孔地延伸设计前述突部。
9、如权利要求7所述的阴极结构体，其特征在于：将前述同心状的多个突部的高度设计成距离该同心状的中心轴越远越高。
10、如权利要求8所述的阴极结构体，其特征在于：将前述同心状的多个突部的高度设计成距离该同心状的中心轴越远越高。
11、一种阴极结构体的制造方法，其特征在于：利用在电子放射形成件上预先形成均匀的电子放射物质的工序，和利用激光照射、机械加工、离子冲击、金属蒸汽除去或遮掩上述电子放射物质上面的中心附近或外周附近的工序，在上述电子放射物质上制作不能放射电子的区域。
12、如权利要求10所述的阴极结构体的制造方法，其特征在于：利用将前述电子放射物质配置在高湿度区域的工序，并激光照射前述电子放射物质上面的中心附近或外周附近，在该电子放射物质上制作不能放射电子的区域。
13、如权利要求10所述的阴极结构体的制造方法，其特征在于：将前述电子放射物质设计成发射体浸渍型，在浸渍发射体前在该电子放射物质上面的前述中心附近或外周附近照射激光或研磨，这样制成孔隙率小的区域，防止发射体的浸渍，利用该工序在该发射体浸渍型电子放射物质上制作不能放射电子的区域。
14、一种阴极结构体的制造方法，其特征在于：利用在电子放射物质形成件的中心部近旁或外周附近配置遮蔽件的工序、在上述电子放射物质形成件上涂抹电子放射物质的工序、除去上述遮蔽件或该遮蔽件上的上述电子放射物质的工序，在该电子放射物质上制作不能放射电子的区域。
15、如权利要求14所述的阴极结构体的制造方法，其特征在于：将前述遮蔽件做成设计在前述电子放射物质形成件的中心部近旁或外周附近的圆柱状或环状突出部。
16、一种阴极结构体的制造方法，其特征在于：在电子放射物质形成件上形成发射体浸渍型电子放射物质的工序中，利用在上述发射体浸渍型电子放射物质的中心附近或外周附近设计成形没有浸渍发射体的物质的工序，在该发射体浸渍型电子放射物质上制作不放射电子的区域。
17、一种电子枪，其特征在于：在至少由阴极电极以及栅极电极和会聚电极构成的电子枪上，减小从上述阴极电极的电子放射物质上面放射的电子束的全面或中心轴附近或外周附近的电流密度以放射中空状电子束地构成。
18、一种阴极射线管，其特征在于：在内装至少具有阴极电极的电子枪的阴极射线管上，减小从上述阴极电极的电子放射物质上面放射的电子束的全面或中心轴附近或外周附近的电流密度以放射中空状电子束地构成。
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