JP2001210253A - 陰極線管用電子銃とそれを有する陰極線管とそれを有する表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 長さが短く、かつ小さなビームスポットが得
られる陰極線管用電子銃を提供する。 【解決手段】 平面陰極１１の広い電子放出面から放出
された電子を、これに対向して平行に配置された集束電
極１２との間に形成される平行電界によって平行ビーム
とし、この集束電極１２の中央部の孔１２ａを通過さ
せ、この通過した平行ビームを、集束電極１２と加速電
極１３で構成される電子レンズによって加速して、陰極
線管の蛍光面１４に集束させる。 【効果】 蛍光面１４上に広がりの少ない小さなビーム
スポットが形成される。従って、この電子銃では、従来
のような制御電極が不要となり、長さが短くなると共
に、高輝度で精細な画面表示が可能なビームスポットが
得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、表示用の陰極線管
に用いられる陰極線管用電子銃と、その陰極線管用電子
銃を有した陰極線管と、その陰極線管を用いた表示装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】陰極線管用電子銃は、一般に、熱陰極を
有し、エミッション電流を制御電極（第１電極、第２電
極）による空間電荷制御により制御するようにしてお
り、蛍光面上にビームスポットを形成することは、陰極
付近に形成されるクロスオーバーを物像とし、それを電
子レンズにより蛍光面上に結像させることにより実現し
ている。図２はそのような陰極線管用電子銃の従来例の
一つを示す模式図である。

【０００３】この従来例の一つとして示した陰極線管用
電子銃は、ヒーター１により加熱されて熱電子を放出す
る陰極２の前方に、熱電子のビーム量を制御する制御電
極３と、ビームを加速する加速電極４と、加速されたビ
ームを集束させて蛍光面７上にビームスポットを形成す
るための集束電極５及び陽極６とを、この順序で配置し
てなる。

【０００４】このような陰極線管用電子銃において、陽
極６及び蛍光面７に１０〜３０ｋＶの高圧の陽極電圧が
印加されると共に、陰極２に１００〜２００Ｖ、制御電
極３に０Ｖ、加速電極４に１００〜１０００Ｖが動作電
圧として印加される。また、集束電極５には陽極電圧の
０．２〜０．３５倍の電圧が印加される。そして、ヒー
タ１によって８００℃程度に熱せられた陰極２から熱電
子が放出され、制御電極３の空間電荷制御によってビー
ム量が制御される。加速電極４、陰極２及び制御電極３
で作られる強いカソードレンズＣＬによって、電子軌道
がこの加速電極４付近で交差（クロスオーバ）し、ビー
ム径は最小となり、集束レンズ系の物点になる。更に、
加速電極４と集束電極５で形成されるプリフォーカスレ
ンズＰＦＬで、ビームの発散を抑え、更に主レンズＭＬ
で集束して、蛍光面７上に像点のビームスポットを結ぶ
ようにする。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の陰極
線管用電子銃は、物点と像点を有する集束レンズ系を採
用していたので、蛍光面７上のビームスポットを小さく
して精細な画面を得るには、倍増率を小さくするために
長い電子銃を使用するか、放出するビームを細くするた
めに制御電極３の孔径を小さくする必要があった。制御
電極３の孔径を小さくする場合、陰極２から放出される
熱電子の電流密度が大きくなり、この陰極２の寿命が短
くなると共に、寸法精度が要求されるのでその加工が難
しくなるという問題があった。

【０００６】本発明は、このような問題点を解決すべく
為されたものであり、電子銃の長さを短くし、かつ大き
い電流で小さなビームスポットが得られるようにするこ
とを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、陰極線管用電
子銃を、電子を放出する平面陰極と、放出された電子を
平行ビームにして集束させる集束電極と、この集束電極
と共に電子レンズを構成して電子ビームを加速し、蛍光
面上にビームスポットを形成する加速電極とで構成する
ことを特徴とする。

【０００８】従って、本発明の陰極線管用電子銃によれ
ば、平面陰極と集束電極によって平行ビームが形成さ
れ、更にこの集束電極と加速電極によって蛍光面上にビ
ームスポットが形成されるので、電子銃を構成する電極
数が少なくて済み、この電子銃の長さを短くすると共
に、小さなビームスポットを得ることができる。更に、
平面陰極の面積を広くすることができるので、高輝度で
長寿命を達成することができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明の陰極線管用電子銃は、基
本的には、表面から電子を放出する平面状の平面陰極
と、該平面陰極に平行配置され、該平面陰極から放出さ
れる電子の方向をそろえて平行ビームとなるように集束
して通過させる平面状の集束電極と、該集束電極を通過
した上記平行ビームを加速すると共に、該集束電極と共
に電子レンズを構成して該平行ビームを陰極線管の蛍光
面上に集束させてビームスポットを形成する加速電極と
を備えており、上記平面陰極は、空間電荷制限なしに陰
極電流の制御が可能なるように構成してなるもので、例
えばＡＣＣ（アバランシェダイオード カソード）等の
半導体カソードが最適である。

【００１０】というのは、例えばＡＣＣの場合、そのダ
イオードに流す逆電流の大きさを変えることによりキャ
リアの量（陰極電流：Ｉｋ）を制御できるからである。
因みに、熱陰極では、Ｉｋ制御は温度によってしか行う
ことができないため、低い周波数でしか制御はできな
い。というのは、カソード温度はもともと急激には変化
させることができないからである。従って、熱陰極型の
カソードは本発明に用いるのに好適であるとは言い難
い。

【００１１】尚、カソードの熱容量を小さくし、その表
面をレーザービームにて加熱するタイプのものは、高周
波での陰極電流の制御が不可能とはいえないので、本発
明に用いることは可能である。また、光励起カソードも
高周波で陰極電流Ｉｋの制御が可能なので、本発明の実
施に用いることが可能である。それに対して、電界放出
型のカソードは尖らせる必要がある等広い電子放出面積
を得ることが難しいので、本発明の実施には適しない。

【００１２】本発明の陰極線管用電子銃を備えた陰極線
管（本発明陰極線管）は、例えばテレビジョン受像機と
か、例えばパーソナルコンピュータ或いはビジネスコン
ピュータ用のディスプレイ等の各種表示装置（本発明表
示装置）に用いることができる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明を図示実施例に従って詳細に説
明する。図１は、本発明の陰極線管用電子銃の実施例を
示す模式図である。この陰極線管用電子銃は、平面状の
陰極、 即ち平面陰極１１を有している。該平面陰極１
１は、その表面から電子を放出するものであり、本実施
例では、ＡＣＣ（アバランシェ ダイオード カソー
ド）等の半導体カソードが用いられている。というの
は、例えばＡＣＣの場合、そのダイオードに流す逆電流
の大きさを変えることによりキャリアの量（電流量：Ｉ
ｋ）を制御できるからである。この平面陰極１１は限定
された領域（図１の直径φ１の領域がそれに当たる。）
からのみ電子放出が為されなければならない。というの
は、端から放出された電子は電界によるレンズの端を通
り収差を大きく受けるからである。該平面陰極１１はそ
れに印加される電圧Ｖ１が例えば０Ｖとなる。つまり、
アース乃至グランド電位になる。

【００１４】平面陰極１１に対向して平面状の集束電極
１２が平行に配置され、この集束電極１２の中央部に
は、電子ビームを通過させるための孔１２ａが設けられ
ている。該集束電極１２は、所定の電圧Ｖ２、例えば１
０ＫＶを印加することにより、平面陰極１１から放出さ
れた電子の方向を集束し、中央部の孔１２ａから通過さ
せるものである。この集束電極１２の平面陰極１１との
距離は例えば１０ｍｍ程度で、電極１２の厚さは例えば
０．４ｍｍ程度である。孔１２ａの直径φ４は上記電子
放出領域の直径φ１以上の大きさにされている。

【００１５】更に、集束電極１２の平面陰極１１とは反
対側に、加速電極１３が配置されている。該加速電極１
３は、高電圧Ｖ３（例えば２７ＫＶ）を印加することに
より、集束電極１２と共に電子レンズを構成するもの
で、集束電極１２の孔１２ａを通過したビームは、加速
電極１３によって加速され、この加速電極１３の先方に
配置された陰極線管の蛍光面１４上に集束されて、ビー
ムスポットを形成するようになっている。１３ａは該加
速電極１３に形成されたビームを通す孔である。該加速
電極１３の集束電極１２との距離は例えば１ｍｍであ
り、電極厚さは０．４ｍｍであり、上記孔１３ａの径は
例えば上記径φ４（集束電極１２の孔１２ａの径）と同
じにされている。また、加速電極１３と蛍光面１４との
距離は例えば２００ｍｍである。

【００１６】次に動作原理を説明する。ＡＣＣからなる
平面陰極１１に逆電流を流して電子を放出させると共
に、この平面陰極１１には陰極電圧Ｖ１を印加し、集束
電極１２には集束電圧Ｖ２を印加し、加速電極１３及び
蛍光面１４に加速電圧Ｖ３を印加する。尚、Ｖ１＜Ｖ２
＜Ｖ３の関係を有するようにすると良い。本実施例で
は、図１に示すように、Ｖ１を０Ｖに、Ｖ２を１０ＫＶ
に、Ｖ３を２７ＫＶにしている。

【００１７】陰極電圧Ｖ１及び集束電圧Ｖ２の印加によ
り、平行に配置された平面状の平面陰極１１と集束電極
１２との間の平面陰極１１近傍の空間には、この平面陰
極１１に平行な電界が形成される。これにより、平面陰
極１１の電子放出面から放出された熱電子は、方向がそ
ろった平行ビームに稍近いビームとなって、集束電極１
２に到着する。また、集束電極１２の中央部の孔１２ａ
に到着した電子ビームは、この孔１２ａを通過する。

【００１８】集束電極１２の孔１２ａを平行ビームに近
い状態で通過した電子ビームは、この集束電極１２と加
速電極１３とで構成される電子レンズで更に加速及び集
束され、蛍光面１４上に到達してビームスポットが形成
される。

【００１９】蛍光面１４上のビームスポットの面積は、
理論上は０であるが、実際には平面陰極１１から放出さ
れる熱電子の垂直方向の初速度の影響により、一定の広
がりを生ずる。ビームスポットの広がりは、平面陰極１
１から蛍光面１４までの電子の到達時間を短くするほど
小さくなる。従って、陰極電圧Ｖ１と、集束電圧Ｖ２及
び加速電圧Ｖ３との電位差を大きく設定し、かつ、平面
陰極１１と集束電極１２の間隔を短く設定することによ
り、小スポットを実現している。

【００２０】また、このような構造では、陰極電流を制
御するために空間電荷制限を実現する電場を形成できな
い。従って、陰極電流Ｉｋの制御ができない。そこで、
これを解決するために、平面陰極１１は、空間電荷制限
を使用することなく陰極電流が制御可能な構成にしてい
るのである。

【００２１】以上のように、本実施例の陰極線管用電子
銃は、次の（１）〜（６）のような利点がある。 （１） 制御電極を必要としないので、従来に比べて短
い電子銃が得られる。 （２） 陰極電圧Ｖ１と集束電圧Ｖ２で平行ビームが得
られるので、これを電子レンズで収束させることにより
倍増率が理論上０となり、電子銃を短くしてもビームス
ポットの広がりを抑制することができる。

【００２２】（３） 平面陰極１１によって広い電子放
出面が得られるので、放射電流密度の小さい陰極材料を
使用すると共に、長寿命を達成することができる。 （４） 制御電極を必要としないので寸法精度が緩和さ
れ、例えば従来の１０倍程度の公差を許容することがで
きる。

【００２３】（５） 従来、低電圧を印加していた制御
電極が不要となるので、電子ビームの平面陰極１１から
蛍光面１４への到達時間が短縮される。これにより、平
面陰極１１の面に平行な初速度を持つ電子の影響と、リ
パルジョンの影響が低減され、蛍光面１４上でのビーム
スポットを小さくすることができる。 （６） 以上の（１）〜（５）の利点により、この電子
銃を用いた陰極線管によれば、全長を短くでき、高輝度
化でき、且つ精細表示が可能になる。

【００２４】なお、本発明は、上記実施例に限定され
ず、種々の変形が可能である。例えば、平面陰極１１
は、ＡＣＣとして説明したが、それと同じような機能を
持った冷陰極でも同様に適用可能である。

【００２５】

【発明の効果】本発明の陰極線管用電子銃によれば、平
行配置された平面状の平面陰極及び集束電極と、この集
束電極と共に電子レンズを構成する加速電極を有してい
る。これにより、平面陰極から放出される電子を平行ビ
ームにすることができ、蛍光面上に広がりの少ないビー
ムスポットを形成することができる。

【００２６】また、電子銃を構成する電極は、平面陰極
と集束電極と加速電極のみであるので、全体の長さを短
くすることができる。更に、平面陰極上に広い電子放出
面を設けることができるので、放射電流密度の小さい陰
極材料が使用できると共に、高輝度で、かつ長寿命を達
成することができる。しかも、従来のような制御電極を
必要としないので、構造が簡素化されると共に寸法精度
が緩和され、製造コストを低減することができる。

【００２７】そして、上記平面陰極を、空間電荷制限を
用いずに陰極電流の制御が可能な構成とする、例えばＡ
ＣＣの如きカソードを用いることとすることにより陰極
電流を高周波で制御することが可能になる。従って、こ
のような電子銃を陰極線管に適用することにより、精細
な画面表示をすることができる。

【００２８】上記電子銃を用いた陰極線管、即ち本発明
陰極線管によれば、上記電子銃の持つ利点を享受するこ
とができ、更に、その本発明陰極線管を用いた表示装
置、即ち本発明表示装置によれば、やはり上記電子銃の
持つ利点を享受することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の陰極線管用電子銃の実施例を示す模式
図である。

【図２】従来の陰極線管用電子銃の一例を示す模式図で
ある。

【符号の説明】

１１・・・平面陰極、１２・・・集束電極、１３・・・
加速電極、１４・・・蛍光面。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 表面から電子を放出する平面状の平面陰
   極と、 上記平面陰極に平行配置され、該平面陰極から放出され
   る電子の方向をそろえて平行ビームとなるように集束し
   て通過させる平面状の集束電極と、 上記集束電極を通過した上記平行ビームを加速すると共
   に、該集束電極と共に電子レンズを構成して該平行ビー
   ムを陰極線管の蛍光面上に集束させてビームスポットを
   形成する加速電極と、 を備えたことを特徴とする陰極線管用電子銃。
2. 【請求項２】 上記平面陰極は、空間電荷制限を用いず
   に陰極電流の制御が可能なことを特徴とする請求項１記
   載の陰極線管用電子銃。
3. 【請求項３】 表面から電子を放出する平面状の平面陰
   極と、 上記平面陰極に平行配置され、該平面陰極から放出され
   る電子の方向をそろえて平行ビームとなるように集束し
   て通過させる平面状の集束電極と、 上記集束電極を通過した上記平行ビームを加速すると共
   に、該集束電極と共に電子レンズを構成して該平行ビー
   ムを陰極線管の蛍光面上に集束させてビームスポットを
   形成する加速電極と、 を備えた陰極線管用電子銃を有することを特徴とする陰
   極線管。
4. 【請求項４】 表面から電子を放出する平面状の平面陰
   極と、 上記平面陰極に平行配置され、該平面陰極から放出され
   る電子の方向をそろえて平行ビームとなるように集束し
   て通過させる平面状の集束電極と、 上記集束電極を通過した上記平行ビームを加速すると共
   に、該集束電極と共に電子レンズを構成して該平行ビー
   ムを陰極線管の蛍光面上に集束させてビームスポットを
   形成する加速電極と、 を備えた陰極線管用電子銃を有した陰極線管を具備する
   表示装置。