JP2001052628A

JP2001052628A - 陰極線管及びこれに用いられる電子銃

Info

Publication number: JP2001052628A
Application number: JP11227808A
Authority: JP
Inventors: Tomohisa Asano; 智久浅野
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1999-08-11
Filing date: 1999-08-11
Publication date: 2001-02-23

Abstract

(57)【要約】【課題】スクリーン上の電子ビームのスポット径を小
さくすることができ、かつ良好な画像を得ることができ
る陰極線管及びこれに用いられる電子銃を提供する。【解決手段】カソードＫから層流状態で電子ビームＥ
Ｂを出射させ、主電子レンズ１１に入射させる電子銃１
及びこの電子銃１を備えた陰極線管を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、陰極線管及びこれ
に用いられる電子銃に係わる。

【０００２】

【従来の技術】従来の陰極線管用電子銃の要部の概略断
面図を図７Ａに示す。図７Ａは、カソード（陰極）Ｋ、
第１電極Ｇ１、第２電極Ｇ２、第３電極Ｇ３までを図示
している。さらに図示しないがフォーカス電極やアノー
ド（陽極）電極が形成されて電子銃が構成される。

【０００３】各電極の電位は、カソードＫが０〜２００
Ｖ程度、第１電極Ｇ１は接地電位でおよそ０Ｖ、第２電
極Ｇ２は３００〜９００Ｖ程度で、第３電極Ｇ３は４〜
３０ｋＶ程度である。これにより細線で等電位線を示す
ような電界が形成される。

【０００４】そして、第２電極Ｇ２側からカソードＫ側
に向かってしみこむ電界により、カソードＫから電子が
引き出されて電子ビーム束ＥＢとなる。このとき、カソ
ードＫの電位を変調することにより、電界分布を変化さ
せて、電子が引き出される範囲（ワーキングエリア）の
面積の変化を伴いながら、電流量の変調を行うようにし
ている。

【０００５】図７に示すように、カソードＫから出射さ
れた電子、特に電子ビーム束ＥＢの中心軸から離れた軌
道をとる電子は、カソードＫと第１電極Ｇ１と第２電極
Ｇ２とにより形成された電界により大きな収差を受けて
実クロスオーバー（交差点）ＲＣを形成する。その後、
電子は加速されると共に発散方向にある角度（発散角）
θをもった電子ビーム束ＥＢとなって図示しない主電子
レンズへと入射する。さらに、主電子レンズの収束作用
によりスクリーン上に焦点を結ぶ。

【０００６】電子光学的には、上述の実クロスオーバー
ＲＣではなく、仮想クロスオーバーＶＣを、即ち図７Ｂ
に示すように主電子レンズに入射する際の電子ビーム束
ＥＢの軌道をカソードＫ側に延長して形成されるクロス
オーバー（交差点）を、スクリーンに結像する電子レン
ズ系である。

【０００７】そして、この仮想クロスオーバーＶＣの径
は、実クロスオーバーＲＣの径により制限される。仮想
クロスオーバーＶＣの径や実クロスオーバーＲＣの径の
大きさは、主電子レンズに入射する電子ビーム束ＥＢに
おける多数の電子の軌道について、そのカソードＫ側の
焦点深度の分布状態を示すものであり、主電子レンズを
通過して収束するスクリーン側の焦点深度も同様の分布
状態を有する。従って、これらクロスオーバーＶＣ，Ｒ
Ｃの径が大きいと、電子ビーム束ＥＢの焦点深度の分布
が広くなるため、スクリーンにおけるスポットがぼやけ
てスポット径が大きくなる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来は、実クロスオー
バーＲＣを形成する際に電界から受ける収差と、電子間
の相互反発力とがあるために、実クロスオーバーＲＣの
径の縮小化を図る障害となっていた。

【０００９】また、電子ビーム束ＥＢは、主電子レンズ
を通過する際にも収差を受ける。図７Ａに示すように、
電子ビーム束ＥＢが実クロスオーバーＲＣを形成して発
散するために、発散角θが大きくなって主電子レンズの
中心軸から離れた位置に入射する。主電子レンズの中心
軸から離れた位置に入射するほど、受ける収差も大きく
なる。

【００１０】これらのことが、スクリーン上の電子ビー
ムのスポット径を大きくする要因となっていた。

【００１１】上述した問題の解決のために、本発明にお
いては、スクリーン上の電子ビームのスポット径を小さ
くすることができ、良好な画像を得ることができる陰極
線管及びこれに用いられる電子銃を提供するものであ
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の陰極線管は、カ
ソードから層流状態で電子ビームを出射させ、主電子レ
ンズに入射させる電子銃を備えたものである。

【００１３】本発明の電子銃は、カソードから層流状態
で電子ビームを出射させ、主電子レンズに入射させるも
のである。

【００１４】上述の本発明陰極線管及び電子銃の構成に
よれば、カソードから層流状態で電子ビームを出射させ
ることにより、電子ビームにクロスオーバー（交差点）
が生じないで小さい発散角とすることができ、主電子レ
ンズの中心軸に近い位置に入射させることができる。中
心軸に近い位置に入射することにより、電子ビームに及
ぶ主電子レンズのレンズ収差の影響が小さくなる。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明は、カソードから層流状態
で電子ビームを出射させ、主電子レンズに入射させる電
子銃を備えた陰極線管である。

【００１６】本発明は、カソードから層流状態で電子ビ
ームを出射させ、主電子レンズに入射させる電子銃であ
る。

【００１７】図１は本発明の一実施の形態として陰極線
管用電子銃の概略構成図（平面図）を示す。また、図２
に図１の電子銃の原理を示す断面図を示す。この電子銃
１は、カソード（陰極）Ｋ、複数の加速電極Ｇ、フォー
カス電極１１及びアノード（陽極）電極１２を有し、こ
れらの電極の外側にマルチフォームドガラス１３が取り
付けられて配置構成されている。

【００１８】複数の加速電極Ｇとしては、図２に示すよ
うに、第１電極Ｇ１、第２電極Ｇ２、・・・第Ｘ電極Ｇ
Ｘが形成されている。これら加速電極Ｇ（Ｇ１，Ｇ２，
・・・・ＧＸ）は、それぞれ間隔を例えば１〜２ｍｍ程
度として配置される。

【００１９】また、フォーカス電極１１とアノード電極
１２との間には主電子レンズＬが形成される。

【００２０】第１電極Ｇ１には、カソードＫの電位より
も高い電位が与えられ、これによりカソードＫから電子
を引き出すことができる。

【００２１】そして、各加速電極Ｇには、フォーカス電
極１１の電位と第１電極Ｇ１の電位とを比例配分した電
位が印加され、これにより加速電界Ｅを形成する。この
とき、図３Ａに細線で示すように、等電位線は加速電極
Ｇの主面に略平行となるため、加速電界Ｅは加速電極Ｇ
の主面に対してほぼ垂直方向に作用する。

【００２２】従って、第２電極Ｇ２に与えられる電位は
第１電極Ｇ１よりも高い電位であり、この間には第１電
極及び第２電極Ｇ１，Ｇ２の主面に垂直な加速電界Ｅの
みを発生させ、可能な限り電子レンズ効果を発生させな
いようにすることができる。これにより、電子ビーム束
ＥＢは実クロスオーバーを形成しない。

【００２３】そして、加速電界Ｅが加速電極Ｇの主面に
対してほぼ垂直方向に作用するため、電子ビーム束ＥＢ
は、層流状態でアノード電極１２側に向かい、図３Ｂに
示す小さな仮想クロスオーバーＶＣを形成するような小
さい発散角θの軌道をとって主電子レンズＬへと入射す
る。

【００２４】電子ビーム束ＥＢの発散角θを小さくする
ことにより、弱い主電子レンズＬでも電子ビーム束ＥＢ
をスクリーン上に収束させることが可能となると共に、
電子ビーム束ＥＢがもっぱら主電子レンズＬの中央部付
近を通過するので主電子レンズＬの収差の影響を小さく
することができる。

【００２５】電子ビーム束ＥＢの電流量の制御は、加速
電極Ｇの電位を固定してカソードＫの電位を変化させる
ことにより行う。即ち、カソードＫの電位を第１電極Ｇ
１の電位と同じ又はそれ以上とすると、電子が取り出さ
れなくなるので、電流量を低減することができる。逆
に、カソードＫの電位を第１電極Ｇ１の電位よりも低く
すると、電流量を増大させることができる。

【００２６】さらに、本実施の形態においては、カソー
ドＫの表面の一部のみが電子の出射する領域（斜線部）
１４とされ、この領域１４は第１電極Ｇ１の開口孔の
幅、例えば開口径（ｄ₂）よりも充分小さい幅、例えば
径（ｄ₁）に制限されている。このため、カソードＫか
ら出射した電子ビーム束ＥＢは、電子銃の中央部付近に
集まった軌道をとり、第１電極Ｇ１や第２電極Ｇ２の開
口孔の中心付近即ち電極の開口端から離れた位置を通過
する。従って、前述した電流量の変調のためにカソード
Ｋの電位を変化させた際にも、第１電極Ｇ１の開口孔や
第２電極Ｇ２の開口孔付近に形成される電子レンズの収
差の影響を受けにくくなる。このとき、ワーキングエリ
アも斜線部の領域１４のままで変化しない。また、電子
の出射する領域１４が小さいため、第１電極Ｇ１に流れ
込む電流量が低減される。

【００２７】電子の出射する領域（斜線部）１４の幅ｄ
₁に対する第１電極Ｇ１の開口孔の幅ｄ₂を例えば８倍
〜１０倍とすれば、第１電極Ｇ１に流れ込む電流量を低
減することができ、かつ実クロスオーバーを形成しない
で電子ビーム束ＥＢが層流状態で主電子レンズＬに入射
するようにすることができる。

【００２８】尚、各加速電極Ｇの管軸方向の厚さは、好
ましくは０．３〜１ｍｍ程度とする。電極の強度を保つ
ためには０．３ｍｍ程度の厚さが必要であり、図７Ａに
示したような電界のしみこみを抑制して電子ビーム束Ｅ
Ｂを層流とするには厚さを１ｍｍ程度以下とする必要が
ある。

【００２９】フォーカス電極１１の厚さは、その開口径
のおよそ２倍程度として、アノード電極１２の電位の影
響がフォーカス電極１１を越えてさらにカソードＫ側に
及ぶことを防ぐようにする。

【００３０】実際には、カソードの拡大図を図４に示す
ように、カソードＫは金属板２１と金属製の筒状のカソ
ードスリーブ２２とを有して構成される。そして、カソ
ードスリーブ２２内に加熱のためのヒーター２３が設け
られる。また、カソードスリーブ２２の先端面には、含
浸型陰極或いは酸化物陰極等の陰極材料２４が取り付け
られる。

【００３１】尚、この陰極材料２４の前端面には、電子
の出射する領域１４を規定するように図示しない遮蔽部
材等が設けられるため、前述の電子の出射する領域１４
の幅ｄ₁は、この陰極材料２４の領域の幅ｄ₃以下とな
る。

【００３２】そして、カソードスリーブ２２と電極板２
１は、隙間を有して配置されて、その先端面が共に略同
一面上に位置している。さらに、これら電極板２１とカ
ソードスリーブ２２は、電気的に接続されて同じ電位Ｖ
が与えられる。この電位Ｖと加速電極Ｇに所定の電位を
与えることにより形成される電界を発生させると共に、
ヒーター２３で陰極材料２４を加熱することにより、出
射面から電子がアノード電極１２側に向けて出射され
る。

【００３３】上述の本実施の形態によれば、電子ビーム
ＥＢがカソードＫから層流状態で出射するので、実クロ
スオーバーを形成せずに小さい発散角θで主電子レンズ
Ｌに入射させることができる。これにより、主電子レン
ズＬの中央部付近を通過させて、レンズの収差の影響を
小さくすることができる。

【００３４】また、電流量によらず低電流から高電流の
全域において、ワーキングエリアの面積がほぼ一定（上
述の斜線部１４）であるため、従来の電子銃と比較して
カソードＫの中心部と周辺部との間の電流密度の不均一
を低減することができる。

【００３５】従って、本実施の形態の電子銃１によれ
ば、スクリーン上で良好なスポット形状を得ることがで
きる。

【００３６】図７Ａに示したように第１電極Ｇ１からカ
ソード側にしみこんだ電界により電子を出射させる場合
には、カソードＫの中央部に集中して電子が発生するた
めこの中央部の負担が大きい。

【００３７】これに対して、本実施の形態では、電子を
層流状態で出射させるため出射位置を分散させることが
可能であり、負担が平均化される。従って、カソードの
寿命を長くすることができるので、その結果陰極線管の
寿命の延長をも図ることができる。また、電子の出射位
置が分散しているため電子間の反発も少なくなり、電子
ビーム束ＥＢの径を従来より小さくすることができる。

【００３８】尚、上述の実施の形態の構成に対して、さ
らにフォーカス電極１１を２分割して、カソードＫ側の
第１のフォーカス電極の電位を固定して、アノード電極
１２側の第２のフォーカス電極の電位をダイナミックに
変調することにより焦点距離を変化させる、いわゆるダ
イナミックフォーカスの機能を追加することも可能であ
る。

【００３９】また、フォーカス電極１１を２分割して、
この２分割したフォーカス電極１１間に静電四重極レン
ズを形成する構成も採用することができる。

【００４０】上述の実施の形態では、カソードＫを１つ
有する電子銃１に適用したが、例えば色に対応した３本
のカソードを有するカラー陰極線管用電子銃のように、
複数のカソードを有する構成においても、同様に本発明
を適用することができる。その場合を次に示す。

【００４１】図５は、本発明の他の実施の形態の陰極線
管用電子銃のカソードの拡大断面図を示す。図５に示す
ように、カソードＫが３色の電子ビームＲ，Ｇ，Ｂに対
応する３つのカソードＫＲ，ＫＧ，ＫＢにより構成され
ている。

【００４２】各カソードＫＲ，ＫＧ，ＫＢは、それぞれ
が図４に示したカソードと同様の構成を有して成る。即
ち各カソードＫＲ，ＫＧ，ＫＢは、金属板２１Ｒ，２１
Ｇ，２１Ｂと、スリーブ２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂと、ヒ
ーター２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂと、陰極材料２４Ｒ，２
４Ｇ，２４Ｂとをそれぞれ有して構成される。

【００４３】そして、各カソードＫＲ，ＫＧ，ＫＢ毎
に、それぞれ金属板２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂとスリーブ
２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂとが等電位になるように接続さ
れ、動作を行うための電圧Ｖ_R，Ｖ_G，Ｖ_Bが印加され
る。

【００４４】図示しないが第１電極Ｇ１以降の加速電極
は、各カソードＫＲ，ＫＧ，ＫＢ毎に開口孔が設けられ
た構成或いは３つのカソードに共通の開口孔が設けられ
た構成として、かつ開口孔の大きさを充分にとって、各
カソードＫＲ，ＫＧ，ＫＢから出射した電子ビームが層
流状態となるように構成する。

【００４５】続いて、本発明の別の実施の形態について
説明する。本実施の形態は、カソードＫの出射面を平面
ではなく、電子銃の軸方向へ凸面或いは凹面としたもの
である。

【００４６】図６Ａはカソードの出射面を凸面としたも
のである。このように、カソードＫの出射面を凸面とす
れば、出射面が平面である場合よりも発散角θを大きく
することができる。

【００４７】図６Ｂはカソードの出射面を凹面としたも
のである。このように、カソードＫの出射面を凹面とす
れば、出射面が平面である場合よりも発散角θを小さく
することができる。

【００４８】従って、本実施の形態によれば、電子ビー
ム束ＥＢの発散角θを積極的に制御することができる。

【００４９】本発明は、上述の実施の形態に限定される
ものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲でその他
様々な構成が取り得る。

【００５０】

【発明の効果】上述の本発明によれば、電子ビームを層
流状態で主電子レンズに入射させるため、仮想クロスオ
ーバーの径を小さくすることができ、また電子ビームが
受ける電子レンズの収差の影響を低減することができ
る。従って、スクリーン上で良好な形状のスポットを得
ることができる。

【００５１】また、カソードの出射面全体から分散して
電子を取り出すので、カソードの中央部にかかる負荷を
軽減してカソードの寿命を延ばすことができる。これに
より、陰極線管の寿命をも延ばすことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態の陰極線管用電子銃の概
略構成図（平面図）である。

【図２】図１の電子銃の図１の電子銃の原理を示す断面
図である。

【図３】図１の電子銃における電界と電子ビーム束の軌
道を示す図である。Ａ実際の電界と電子ビーム束の軌道を示す図である。Ｂ図３Ａの場合の仮想クロスオーバーを示す図であ
る。

【図４】図１の電子銃のカソードの拡大図である。

【図５】本発明の他の実施の形態の電子銃のカソードの
拡大図である。

【図６】本発明の別の実施の形態の要部の拡大図であ
る。Ａカソードの出射面が凸面とされた場合を示す図であ
る。Ｂカソードの出射面が凹面とされた場合を示す図であ
る。

【図７】従来の電子銃における電界と電子ビーム束の軌
道を示す図である。Ａ実際の電界と電子ビーム束の軌道を示す図である。Ｂ図７Ａの場合の仮想クロスオーバーを示す図であ
る。

【符号の説明】

１電子銃、１１フォーカス電極、１２アノード電
極（陽極）、２１金属板、２２カソードスリーブ、
２３ヒーター、Ｇ加速電極、Ｅ加速電界、Ｌ主
電子レンズ、Ｇ１第１電極、Ｇ２第２電極、Ｋ、Ｋ
Ｒ，ＫＧ，ＫＢカソード（陰極）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】カソードから層流状態で電子ビームを出
射させ、主電子レンズに入射させる電子銃を備えたこと
を特徴とする陰極線管。
【請求項２】カソードから層流状態で電子ビームを出
射させ、主電子レンズに入射させることを特徴とする電
子銃。