JP2004501490A - 省スペースカソードレイチューブ - Google Patents
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Abstract
カソードレイチューブ(10)において、電子ビームは、画面電位でバイアスされる電極(22)を有するフェースプレート(20)へ向けられ、フェースプレート(20)を横切って磁気的に走査され、上の蛍光体(23)上に衝突して発光し画像を描く。6極コイル(15)が偏向ヨーク(16)および/またはチューブネック(14)に近接して配設され、焦点を制御するように赤、緑および青の電子ビームの焦点を修正する。チューブネック(14)とフェースプレート(20)間の電極(46)が画面電位以上でバイアスされて、電子を、磁気偏向で得られるより大きな合計角度に偏向する。
【選択図】図1
【選択図】図1
Description
【0001】
本出願は、2000年5月26日出願の米国仮出願第60/207,249号および2001年5月4日出願の米国特許出願第09/849,154号の優先権を主張する。
【0002】
本発明はカソードレイチューブに関し、詳細には6極コイルとひとつ以上の偏向助成電極とを含むカソードレイチューブに関する。
【0003】
テレビジョンやコンピュータのディスプレイに広く利用されている従来のカソードレイチューブ(CRT)は、真空にした漏斗状ガラスバルブのネック内に位置決めした電子銃を用い、多数の、通常は3本の電子ビームを、例えば30キロボルト(kV)の高い正電位にバイアスされたガラス製フェースプレートの中心へ指向させる。偏向ヨークが電子ビームを、フェースプレートを横切ってラスタ走査させることによりフェースプレート上の蛍光体が発光し、それによって画像をその上に生成する。偏向ヨークは、漏斗状CRTの外部にネック近傍へ位置決めした複数の電気コイルを含む。偏向ヨークの「水平」コイルは電子ビームを左右へ偏向させるすなわち走査させる磁界を生成し、偏向ヨークの「垂直」コイルは電子ビームを上下へ走査させる磁界を生成する。偏向ヨークは、普通には、電子銃を出た直後の電子のビームに対し、その行程の最初の数センチメートルにだけ作用し、その後、電子は直線軌跡で、すなわち実質的に磁界のないドリフト域を通って進む。従来、1回の垂直走査時間内に、水平走査により数百本の水平ラインが生成されてラスタ走査画像が生成される。
【0004】
CRTの奥行き、すなわちフェースプレートとネックの後部間の距離は、偏向ヨークが電子ビームを曲げることができるすなわち偏向できる最大角度と、電子銃を収容するべく後方へ延出したネックの長さとによって決められる。偏向角度が大きいほどCRTの奥行きは減小する。
【0005】
最新の磁気偏向CRTは、普通には±55°の偏向角度(110°偏向と称する)を持っており、約62cm(約25インチ)またはそれを超える画面対角線サイズにとって奥行きが深すぎて、大抵は特殊スタンドが必要な、あるいは床置きしなければならないキャビネットに備え付けられる。例えば、フェースプレートの対角線が約100cm(約40インチ)、アスペクト比が16:9である110°CRTの奥行きは約60〜65cm(約24〜26インチ)である。最大偏向角度を大きくしてCRTの奥行きを減らすことは、例えば消費電力増加、より大きな温度上昇およびコスト増加ゆえに不利であり、および/または、実用的ではない。
【0006】
この奥行きジレンマに対する一方策は、薄型ディスプレイいわゆる「フラットパネル」ディスプレイの探求であった。このフラットパネルディスプレイは壁へ掛けるためには十分薄いものの、妥当なコストで大規模に製造される従来のCRTとは著しく異なる技術が必要である。従って、それに匹敵するコストでCRTの利点をもたらすフラットパネルディスプレイは市販されていない。
【0007】
奥行きの短い、つまり省スペースのチューブでは、3本の電子ビームが画面上に収束し、しかも対称であることが必要である。従来の方策はこの課題を解決するに至ってはいない。
【0008】
従って、画面サイズが同じ従来のCRTより小さい奥行きを持ち、電子ビームが画面で実質的に対称であるように成し得るカソードレイチューブに対するニーズがある。
【0009】
このために、本発明のチューブは、中心部と周辺部とを画成するフェースプレートを有し、そして画面電位でバイアスされるように成されたフェースプレート上の画面電極を有するチューブ外被、フェースプレート上に衝突するよう向けられる電子のビームのソース、電子ビームを走査レートでフェースプレート上へ磁気的に偏向する偏向ヨーク、フェースプレート上に配設されて、上に衝突する電子ビームに応答して発光する蛍光材料、および、電子のビームがフェースプレートの周辺部近くに衝突するよう偏向されるときに、電子ビームを焦点合わせする6極磁界のソースを備える。
【0010】
本発明の好ましい実施の形態の詳細な説明は、図面の図に関連させて読むときにさらに容易にさらに良く理解されるであろう。
【0011】
図面において、要素またはフィーチャが2つ以上の図面に示される場合、各図のそのような要素またはフィーチャを指し示すために同じ英数字の記号表示が使用され、そして密接に関連したまたは修正した要素が図に示される場合、修正した要素またはフィーチャを指し示すためにダッシュ付きの同じ英数字の記号表示が使用される。同じく、同様の要素またはフィーチャは、図面の異なる図においては、明細書中の類似する名称とともに、同様の英数字の記号表示によって指し示されるが、記載の実施の形態に固有の数字が先行する。例えば、特定の要素は、一つの図で「xx」として、次の図では「1xx」で、次の図では「2xx」で、指定されよう。慣行により、図面の種々のフィーチャは比例した尺度になく、種々のフィーチャの寸法は明確さのために任意に拡大または縮小されていることに留意されたい。
【0012】
【好適な実施の形態の説明】
本発明によるカソードレイチューブにおいて、電子ビーム(単数/複数)の電子は、磁気偏向ヨークの影響から脱した後、すなわち電子が実質的に直線で通過する従来のCRTの「ドリフト域」と称されるところで、更に偏向される。従来のCRTにおいて、電子は銃および偏向域を離れた時点で画面電位つまり陽極電位にあり、電界および磁界の何れの影響下にもなく、CRTの画面つまりそのフェースプレートへ直線で進む。このようなカソードレイチューブの用途には、例えば、テレビジョンのディスプレイ、コンピュータのディスプレイ、投影チューブ、および視覚ディスプレイの装備が望ましい他の用途があろう。
【0013】
図1は、本発明によるカソードレイチューブ10の断面模式図である。留意すべきは、特に記載のない限り、このような断面模式図では、水平偏向方位も垂直偏向方位も同じように表れるので、両方位のどちらかで図解すると見なしてよい点である。チューブネック14に配置された電子銃12が生成する電子は、比較的高い正電位でバイアスされる画面つまり陽極電極22を含むフェースプレート20へ向けられ、フェースプレート20を横切って走査するよう偏向ヨーク16が生成する磁界によって偏向される。チューブ外被40上の電極44、46、48は、チューブ外被40内に電界を形成するよう所定電位までバイアスされて、電子ビーム30を、偏向ヨーク16が生成する磁界によって偏向されるよりチューブ10の中心線から更に離れるように偏向する。
【0014】
上に衝突する電子ビーム30に応答して発光する蛍光材料23の皮膜が、フェースプレート20上に配設されることにより単色ディスプレイを提供するか、あるいはシャドウマスク24の穿孔を通って上に衝突する複数の電子ビーム30に応答して異なる色を発光する、異なる蛍光材料23のパターンが、フェースプレート上に配設されることによりカラーディスプレイを提供する。通常、電子ビーム30の3本ビームは、「赤Rビーム」、「緑Gビーム」および「青Bビーム」と称され、蛍光体23のそれぞれ赤蛍光体、緑蛍光体、および青蛍光体を照射する。
【0015】
6極コイル70が、偏向ヨーク16および電子銃12の出口に近接してチューブネック14上に配設され、別々に、電子ビーム30の赤、緑および青電子ビームの焦点へ同時に影響を及ぼす6極磁界を生成する。具体的には、6極コイル70を利用して、チューブ10のフェースプレート20上、画面22の側面垂直両端部で赤、緑および青の電子ビームの焦点の均衡を得る。コイル70は、ヨーク16とチューブ10の製作および組立に好都合となるように、偏向ヨーク16の一部として作られてもよいし、偏向ヨークと別体であってもよく、チューブネック14上に搭載される。
【0016】
電子ビームの焦点とは、一般に、電子ビームの電子の所定分布を表す等高線によって画成される着地時の電子ビーム形状のことである。例えば、電子ビームの電子の95%が着地する閉じた輪郭を使って、電子ビーム焦点を評価できよう。好ましくは、そのような輪郭は円形であって、その直径は小さく、輪郭内の電子分布は比較的均一である。しかし実際問題として、そのような完全性が得られるのはまれであるので、電子ビームで照射しようとする蛍光体の画素面積のサイズに近い直径寸法以内で、略円形の焦点輪郭で略均一な分布が目標とされる。
【0017】
とりわけ、6極コイル70が生成する6極電磁界は、3本ビームR、G、B内の電子の分布に同時に影響を及ぼし、ひいては画面22と蛍光体23上への着地時に焦点が合わないまたは非対称になってしまう程度まで、そのような非焦点性または非対称性が実質的に低減される。焦点または非対称性の大きな補正が画面22の垂直両端部で必要となり、画面22の中心部では殆ど補正の必要がないので、6極コイル70は、走査電子ビームが画面22の中心部にあるときには振幅が最小で、通常は振幅ゼロの電流波形で駆動され、走査電子ビームが左右の垂直端部にあるときには最大振幅の電流波形で駆動される。従って、そのような電流波形は、水平走査レートと同一の繰返しレートを有する。6極コイル70、そしてR、G、B電子ビーム30のそれぞれの電子分布に及ぼす6極コイルの効果を以下説明する。
【0018】
静電界は背面プレート40上またはそれに密接して配置され、それぞれ正電位、すなわち画面つまり陽極電極22の電位と同種の極性の電位でバイアスされる多数の導体電極によってチューブ10内に形成される。チューブ10の電極44、46、48上のバイアス電位は、電子ビーム30の電子の軌跡を制御する静電界を提供し、それによって実施例のチューブ10のフェースプレート20と電子銃12との間の必要距離を減らすとともに、チューブ10内での電子ビーム30の着地角度を変える。
【0019】
第1電極44は、ネック14の近傍で銃12の出口を取囲み、好ましくは、画面電極22の電位未満の正電位でバイアスされる。電極44が生成する静電界により、電子ビーム30の電子はヨーク16に近接してゆっくり移動するので、より容易に偏向される。電極44とヨーク16とを組み合わせることにより、ヨーク電力が低減し、それによる小型軽量で、コストの安い、そしてより高い信頼性を持つヨーク16が実現し、さもなければ同一のヨーク電力およびヨークでより大きな偏向角を実現することができる。
【0020】
第2電極46も、銃12の出口を取囲むが、ネック14から離間していて、好ましくは、画面電極22の電位より高い正電位でバイアスされる。第2電極46が生成する静電界は、ビーム30の電子を、フェースプレート20から離れるように電子の軌跡を曲げる放物線経路で進め、それによって偏向角度は磁気偏向ヨーク16単独で生成する偏向角度より大きくし、また電子ビーム30の「着地角度」を小さくする。電極46は、偏向ヨーク16による作用が実質的に全面的に終わるまで、その静電界が電子ビーム30の電子に作用しないように位置決めされるのが望ましい。
【0021】
「着地角度」は、電子ビーム30が画面電極22、カラーCRTでは画面電極に近接するシャドウマスク24に衝突する角度である。電極46の電界の作用の結果、チューブ10の中心軸つまりZ軸からの距離が大きくなるとともに、および/または電子ビーム30の偏向角度が大きくなるとともに、着地角度は小さくなる。シャドウマスク24は有限のゼロでない厚さを持つので、着地角度が小さ過ぎる、例えば約25°未満である場合、過剰な電子がシャドウマスク24の開口を通過せずにその側面に衝突することになり、それによってフェースプレート20上の蛍光体23に到達する電子ビームの強度、及びそれによって発せられる光の強度は低下する。
【0022】
有利なことに、電極48は、着地角度が最小であるチューブ10の中心軸つまりZ軸の末端で、フェースプレート20の周辺部近くに配置される。電極48は銃12の出口を取囲むが、実質的には背面プレート40の周辺部であり、好ましくは、画面電極22の電位未満の正電位でバイアスされて、フェースプレート20の周辺部近くで電子ビームの着地角度を大きくさせるために電子ビーム30をフェースプレート20へ向けて戻す。電極48は、着地角度を大きく減らすことが望ましいネック電極44の電位未満の電位へバイアスされてもよい。従って、電極46と48が創出する静電界は、電極46が偏向角度を大きくさせてフェースプレート20の周辺部での着地角度を小さくし、フェースプレート20の周辺部近くで最強の効果を持つ電極48は、さもなければ着地角度が望ましくないほど小さくなるであろう区域での着地角度を大きくするよう作用する。
【0023】
上で説明した静電界の関係および効果が相まって、チューブ10は、従来のCRTより奥行きが短いにもかかわらず、匹敵する、および/または妥当な偏向ヨーク電力レベルで動作する。チューブ10の奥行きにわたって、そのZ軸に沿う実施例の電位分布を図2に示す。電位特性60は、銃12の出口からの距離を縦座標に持ち、バイアス電位をキロボルトで横座標に持つグラフ上にプロットされている。銃12から距離Lに配置され、区域Z22で表される電極22は、点62で表される相対的に高い正電位V22でバイアスされる。Z=0の銃12から順番に、銃12に近接して配置され、中間の正電位V44でバイアスされる電極区域Z44で表されるネック電極44、銃12とフェースプレート20との中間に配置され、好ましくは、画面電位V22超える相対的に高い正電位V46でバイアスされる電極区域Z46で表される電極46、および、フェースプレート20へさらに近接して配置され、好ましくは、画面電位V22より低く(しかしそれと等しくてもよい)、また、好ましくは、銃出口電位V44より低くなるように中間の正電位V48でバイアスされる電極区域Z48で表される電極48がある。
【0024】
電極44、46、48、22およびその上のバイアス電位V44、V46、V48、V22は電位特性60を生成し、この電位特性60は区域Aにおける部分64を持っており、そこでは画面電位V22へ向かって上昇し、それによってフェースプレート20へ向かう電子の加速を遅くさせる傾向にあり、その後の静電界が電子に作用する追加の飛行時間を提供する。特性60は区域Bにおける部分66を持ち、そこでは、電位が画面電位V22より相対的に高いレベルでピークに達し、それによって電子をチューブ10の中心軸Zから更に外れる軌跡に沿って移動させ、偏向角度を大きくし、そして区域Cにおける部分68を持ち、そこでは電位が画面電位V22および銃電位V44より低いレベルで底を打ち、それによって電子をチューブ10のフェースプレート20へ向けて転向させる軌跡に沿って移動させて、チューブ10の端部近くで電子ビーム30の着地角度を大きくする。
【0025】
留意すべきは、電極44と46間の間隙の位置がチューブ10の動作に強く影響を及ぼし得る点である。相対的に非常に高い正電位バイアスを持つ電極46が銃12の出口へ接近し過ぎて延びている(および/またはネック電極44が銃12から充分に遠くまで延びてない)場合、銃12から放射される電子は加速され、所望の磁気偏向を提供するためには追加の磁気偏向作動力が偏向ヨーク16にとって必要となる(例えば、追加のヨークの電力、磁界および/またはサイズ)。他方、ネック電極44が銃12の出口を越えて過度に遠くへ延びている場合、電子は、静電界が磁気偏向ヨーク16が生成しようとしている偏向に抗して作用する区域A内で長過ぎる時間を費やし、それによって電極46の有益な効果があっても、フェースプレート20のコーナー部へ電子を偏向するためにヨーク16に必要な電力、磁界および/またはサイズを増加させる。
【0026】
バイアス電位の特定の選定は、例えば、各バイアス電位の効果を考慮しつつ、低減チューブの奥行きと妥当なヨーク電力との好適なバランスを得るように、チューブ10に応じて行われる。例えば、銃12の出口のバイアス電位V44が増加するとともに、ヨーク16の所要偏向電力は増加し、チューブ10の奥行きは減少するが、これは中間値のバイアス電位が望ましいことを示している。従って、V22=30kVでV44=20kVの165°チューブは、従来の110°CRTより約13.5〜15cm(約5.4〜6インチ)短い。電極46上の一定バイアス電位V46は、区域Bで電子をフェースプレート20へ向けて実質的に、放物線軌跡に追従させるが、バイアス電位V46を高めると、電子をフェースプレート20へ向けて引く静電力を低減させ、それにより画面電位V22に近いか又はそれより高いバイアス電位V46が電子をより直線に近い軌跡で移行させるか、あるいはフェースプレート20から離れるよう湾曲させ、それによって偏向角度が増加し、チューブ10の奥行きが小さくなる。従って、約30〜35kVのバイアス電位V46が望ましく、これは、安全上も、チューブ10の外被を貫通する可能性があるX線の発生電位を下回る。最後に、バイアス電位V48は、好ましくは、フェースプレート20の端部区域へ偏向させられる電子をよりフェースプレート20へ向けて転向させて、着地角度を好ましくは25°を超えるまで大きくする静電力を提供する低い正電位である。この電界は、バイアス電位V46と電極46が生成した静電界力とヨーク16とによって電子を偏向した後、フェースプレート20へ向けて電子を加速する。
【0027】
例えば、図1のチューブ10は、幅660mm(約26インチ)で高さ371mm(約14.6インチ)の視野面積を有する、対角線長が約810mm(約32インチ)でアスペクト比が16:9ある形式のカソードレイチューブであってよい。本発明の低減したチューブ奥行きの結果、チューブ10の奥行きDは約280mm(約11インチ)となる。偏向ヨーク16は110°または125°のサドル−サドル型偏向ヨークであってよく、サドル型水平コイル、サドル型垂直コイル、フェライトコア、および自己収束用に垂直偏向を整形するための一対の透磁性金属シャントを含む。125°偏向角度ヨークを用いて、チューブネック14の直径を減らして、より小型でより低電力のヨーク16の使用が可能になる。好ましくは、偏向ヨーク16は、非収束型(非自己収束型)偏向ヨークであり、約135〜140°の全偏向角を提供するが、ここで水平および垂直偏向コイルの各々はサドル型である。具体的には、少なくとも水平偏向コイル巻きは、ヨークの入口(すなわち電子銃12に近接した端部)の有効巻数は、ヨークからの出口(すなわち電子銃12の遠端部)の有効巻数より実質的に多くなるように、好ましくは不均一分布である。巻線の分布は、普通にはヨークの入口と出口間で単調に減少するが、必ずしも直線的な減少ではなく、カソードレイチューブ10の形状と電極編成、そこへ印加されるバイアス電位、および所望特性の特定編成によって決められる。
【0028】
カソードレイチューブ10は、チューブ外被40上の導電性皮膜、およびチューブ外被40内に支持される金属電極を含む電極の組合せを用いる。ネック電極44は、チューブ外被40の壁上の導電性皮膜であり、チューブ外被40の壁を貫通する貫通給路45経由で印加される電位でバイアスされる。ネック電極44の低いバイアス電位、例えば10〜20kV、普通には約15kVは、電子を減速させる性向があり、それによって磁気偏向ヨーク16の効力を高める。偏向強化電極46はネック電極44を取囲む、導電性皮膜であり、チューブ外被40の壁を貫通する貫通給路47経由で印加される電位、例えば、画面電位を超える35kVでバイアスされる。電極46が生成する電界は、ヨーク16による電子偏向が実質的に完了した後に電子ビーム30の電子に作用し、それによって偏向ヨーク16による偏向をより大きく電子ビーム30を偏向させる。
【0029】
第3電極48は、チューブ外被40の壁を貫通する貫通給路49経由で印加される電位でバイアスされる。電極48は画面電位より低く、好ましくはネック電極44の電位未満の電位、例えば0〜20kV、通常は約10kVでバイアスされ、それによってフェースプレート20の周辺部区域に到達する電子をフェースプレート20へ向けることにより電子の着地角度を小さくする。フェースプレート20の垂直寸法は、水平寸法よりずっと短い(これを図1に図解する)ので、電極48は、フェースプレート20の視野領域の上下端へ向けられる電子に作用するために先に説明したように長方形である必要はなく、2個の真直なL字形に形成された金属電極48a、48bであってよく、それぞれ貫通給路49a、49b経由でバイアス電位を受取り、チューブ10の左右垂直端へ向けられた電子にだけ作用する。電極48a、48bは、金属取付部への溶接または導電性ガラスフリット等によって、貫通給路のそれぞれ49a、49bに支持される。
【0030】
シャドウマスク24は、シャドウマスク枠26で支持され、画面電極22のバイアス電位、例えば30kVを、チューブ外被40の壁を貫通する貫通給路25経由で受取る。バリウムのゲッタ材料56が、シャドウマスク枠26および電極48a、48bの背後等の好都合な場所に置かれる。
【0031】
フェースプレート20またはガラス外被40などの上等のチューブ40の内側表面上の導電性皮膜または電極は、好ましくは、グラファイト、炭素、または炭素ベースの材料、アルミニウムまたはアルミニウム酸化物、または鉄酸化物、または他の好適な導電性材料をスプレーしたり、昇華させたり、スピン塗布したり、あるいは他の堆積または塗したものである。電極48a、48b等の電極がチューブ外被40の壁から離せるところでは、そのような電極は、好ましくはチタン、インバール合金、スチール、ステンレス鋼、または他の好適な金属で成形され、好ましくは、打ち抜きで成形される。磁気遮蔽が地磁気および他の不要な磁界によって引起される不要な偏向から電子ビーム30を遮蔽するために磁気遮蔽が望ましい場合、ミューメタル、鋼、またはニッケル鋼合金等の磁気遮蔽金属を用いてもよい。
【0032】
背面プレート40(すなわちチューブ10のガラス漏斗)を最も遠くへ偏向させた電子ビーム30の軌跡にもっと密接に従形するようシェーピングすることにより、電極44、46、48が生成する静電力の効力が向上し、それによってチューブ10の奥行きが低減することが注目される。加えて、図2に図解した距離にわたる緩やかな電位変化は、銃12の出口でのより大きな直径の電子ビーム30を許容し、それによって電子ビーム30内の空間電荷分散を低減して、フェースプレート20でのビームの望ましいほどに小さなスポットサイズを提供する。電子ビーム30のスポットサイズと発散は、特定電子銃と所望ヨークの収束とによって制御される。
【0033】
図3は、上で説明したように、図2のような電位分布を生成するためにバイアスされた電極22、44、46、48を有するチューブ10を示す(Z軸まわり、すなわちX平面およびY平面と称してもよいが、その対称性によりチューブ10の半分だけを図示する)。電子ビーム30は図示されてはいないが、矢印がフェースプレート20へ向いて、またはそこから離れる向きで示され、上で説明したように電子が区域A、BおよびCを通過する際にビーム30の電子に作用する正味の静電力を表す。区域Aでは、正味の静電力は、画面電極22の相対的に高い正のバイアス電位V22および電極44上の中間の正のバイアス電位V44の影響により電子をフェースプレート20へ向ける。区域Bでは、正味の静電力は、電極46上の相対的に非常に高い、すなわち画面電位V22を超える高いバイアス電位V46の影響下により電子をフェースプレート20から離れるように偏向する。区域Cでは、正味の静電力は、画面電位V22の影響により電極48上の低い正のバイアス電位V48支援援助されて、電子をフェースプレート20へ再度向ける。
【0034】
電極46上の相対的に非常に高い(すなわち画面電極22のバイアス電位V22を超える)バイアス電位が生成する静電力の効果は、ヨーク16の磁気偏向による偏向を超えて電子ビーム30の偏向を大きくさせる点が注目される。電極46は、ヨーク16が生成する偏向の上に全偏向を増幅するよう作用するので、電極46は「ヨーク増幅器」50と称せられてもよい。詳細には、ヨーク増幅器50が生成する偏向増幅は、ヨーク16によるどのような特定電子の偏向にも正比例する。換言すると、Z軸に沿ってまたはZ軸近くでフェースプレート20向けて進む(すなわちヨーク16によって偏向されない、または殆ど偏向されない)電子は、ヨーク増幅器50による影響を受けない。Z軸とフェースプレート20の端部との中間に着地するようヨーク16によって偏向される電子は、ヨーク増幅器50が作用する区域Bの一部分を通過するので、ヨーク増幅器50によって更に偏向される。フェースプレート20の端部近くに着地するようヨーク16によって偏向される電子は、ヨーク増幅器50が作用する区域B全体を通過し、それによって強く影響を受けるので、ヨーク増幅器50によってなお一層大幅に量追加偏向される。ヨーク増幅器50は電極44を見なくてもよく、電極44はそれが画面電位未満の電位でバイアスされるときに電子ビーム30の所定の偏向を得るために偏向ヨーク16が必要とする作動力つまり電力を有益に低減する。
【0035】
チューブ10は、成形されたガラスバルブとネック、および平坦または僅かに湾曲したフェースプレートを有する「従来のCRTのように見え」、そして従来のCRTで利用されている同じ製造工程を利用できるという点でも有利であることが注目される。電子ビームを拡張する空間電荷効果も従来のCRTと同様であり、フェースプレートの中心部でのスポットがより小さく、端部およびコーナー部では幾分大きいというスポットサイズの変化も、従来のCRTのそれと同様である。とはいえ、チューブ10の構造および動作は従来のCRTとは非常に異なる。ガラスバルブの円錐状区間ではチューブ10の前面から背面への奥行きが実質的に低減される一方、電子銃12を包含することの必要なチューブネック14の長さは、普通には約23〜25cm(約9〜10インチ)未満であり、短い電子銃12を使えば低減できる。
【0036】
本明細書で使用する際に、「略長方形形状」または「実質的に長方形」という表現は、Z軸13に沿う方向で見たときにチューブ外被40の断面および/またはフェースプレート20の形状を幾分か反映する形状を称する。略長方形状は、丸めたコーナー部だけでなく、競技場形状、楕円形状などを示唆できるように凹形および/または凸形側面をも有する長方形および正方形を含んでよい。電極44、46、および/または48をそのように成形することによって、ヨーク16へ印加される駆動電流の所要波形を単純化できる、すなわち線形波形により近づけることができる点が注目される。電極44、46、48の形状は楕円、殊にチューブ外被40の断面は円形状であってよく、例えば、ネック14およびヨーク16に近接した電極の部分ではほとんど円形であってさえよい。
【0037】
取得される全偏向角度は、磁気偏向角度と追加の静電偏向角度の合計である。磁気偏向角度は、図4の破線17で示すようにヨーク16へ印加される偏向電流/電圧に正比例し、追加の静電偏向角度は、より大きな磁気偏向に対してより大きく、全偏向角度を表す線31を生成する。偏向増幅効果は、電子ビーム30に作用する電極46が生成する電界に起因して、電子をチューブ10の中心線13から離れるように引く(電子経路にわたり積分された)正味の静電力を生成し、それによって全偏向角度を大きくする。この効果は、電極46上のバイアス電位が画面電極22の電位より高いことによって助長される。
【0038】
図5は、チューブネック14に配設される本発明の6極コイル70の端面略図である。6極コイル70は、チューブネック14を取囲む略トロイダル形状の磁気コア72を有する。6個の放射状ポールピース76が、トロイダルコア72の内面周りに比較的均等に間を隔てて、チューブネック14の中心線13へ向けてトロイダルコア72から内方へ放射状に延在する。中心線13は、6極コイル70がネック14の外面に近接するためには、6極コイル70の中心でもあるのが好ましい。コア72および放射状ポールピース74は、フェライト、ケイ素鋼、または他の鉄または鋼等、普通には強磁性材料の一体のコアである。マンガン亜鉛およびマグネシウム亜鉛フェライト等の好適なフェライト磁性材料は、例えば、いずれも日本所在のTDK、日立およびFDKの各社、およびインド所在の D.G.P Hinoday Industries から入手可能である。コア72および/またはポールピースの断面は、円形、長方形、または他の好都合な形状であってよい。ワニスまたはその他で絶縁された銅マグネットワイヤ等の電線で巻かれる電気コイル76が、ポールピース74の各々に配設され、6個の電気コイルは普通には電気的に直列に接続される。
【0039】
6極コイル70は、チューブネック14に回動可能に配向され、ポールピース76を12時と6時の各位置、すなわち図示した+yと−y軸に沿って有し、それは、チューブ10が、フェースプレート20の長い寸法を水平方向に持つ普通の配向で利用されるときの垂直方向に対応する。電子銃12はチューブネック14内に配向されていて、z軸方向に進む、すなわちx−z平面で中心線13に実質的に平行な3本の電子ビームを生成する。3本のビームは全て、図5の図面の平面をx軸に沿った位置で横断し、例えば、緑の電子ビームGが普通には原点に(すなわち中心線13に、赤の電子ビームRがその左に、そして青電子ビームBがその右に)ある。
【0040】
図6は、電流が通過するときに図5の6極コイル70が生成する磁界分布のグラフ表示である。磁界分布の形は、所望電磁界を生成する電気コイル76がある磁界ピース74の放射状位置に対応する。コイル76の巻きおよびそこに流れる電流の方向は、中心線13のまわりに放射状に均等に間隔をあけてNとS磁極を交互に持つ磁界を生成する。電磁界強度は、1個以上のコイル76の巻数を調節することによって、またはそこに流れる電流を調節することによって、好適に調節できる。
【0041】
図7は、6極コイル70が生成する6極磁界の影響下で、赤、緑および青電子ビームR、G、Bに対して生成される電子ビームスポットの寸法関係を示すグラフ表示を含む。9つのグラフ表示において、上の3つは赤電子ビームR、中央の3つは緑電子ビームG、そして下の3つは青電子ビームBに対するグラフ表示である。また、左列の3つは所定の相対的に低いつまり弱い6極磁界強度、右列の3つは相対的に高いつまり強い6極磁界強度、中央列の3つは右左列の値の間の中間の6極磁界強度に対する表示である。各表示において、垂直目盛は、画面周辺部の右端部で測定された、特定電子ビームのピーク強度の5%に定義した輪郭で、特定の電子ビームが生成されたスポットのmm寸法を表し、水平目盛は、焦点合わせ電圧を表し、そして、線「H」と「V」は、それぞれ水平方向と垂直方向でのスポットの寸法を表す。「最良」つまり理想的スポットは非常に小さく、HとV方向の両方で等しい寸法を有する、すなわち非常に小さく円形である点が注目される。
【0042】
省スペースCRT10の評価では、R、G、B電子ビームのスポットに大きな非対称性が、画面22の周辺部、殊に画面の左右両端部で、「3:00時」つまり垂直方向の中心位置に存在することが示された。この評価は「最適化」電子銃に対してではなかったとはいえ、結果はz軸方向に比較的長い典型的な偏向ヨークにを代表するものであった。中央の緑ビームGの最良スポットは、右列で表される比較的高い磁界強度よりなお一層大きな6極磁界強度が生成する。すなわち6極磁界強度を増高めると緑のスポットサイズは小さくなることを、中央行の表示が示している。しかし、そのような高い磁界強度は、赤および青のスポットでは非対称性を望ましくないほど高める。スポットサイズのそのような差異は、望ましくなく、3本ビームに影響を及ぼす非点収差特性における特異性に起因するであろう。
【0043】
しかし、中央列の表示で示された、より低い中間の磁界強度では、そのような特異性はほとんど除去されないまでも、実質的に低減され、偏向ヨーク16および電子銃12の同一条件で3本ビーム全てに満足できる焦点合わせおよび対称性を提供する。緑のスポットサイズは最良つまり最小でないけれども、緑のスポットサイズの僅かな増加は極微であり、あるとしても、チューブ10が生成する画像で検知できるほどの効果は殆どないであろう。
【0044】
図8は、図7のグラフ表示の中央列の条件下で3:00時(フェースプレート20の垂直端部の中央)で、本発明に従って生成される普通の赤R、緑G、および青Bの電子ビームスポットの強度分布等高線のグラフ表示である。図8の各表示は、グラフの中心からの、すなわち「X−X0」および「Y−Y0」のミリメートル単位の垂直および水平目盛であり、グラフの等高線は、ピーク強度の種々のパーセントのレベルでラベル付けられる。各スポットは満足できる小さなスポットサイズおよび比較的均一な分布を有する。電子ビームのピーク強度の5%のレベルを表す輪郭でのスポットサイズは次の通りである:
【表1】
完全には円形でなくあるいは完全には均一でないとはいえ、3本のそれぞれのビームは満足いく焦点合わせをされている一方、同じ地点上への3本ビームの収束は欠けている。例えば、赤Rと青Bの電子ビーム間の収束は、偏向ヨーク16の収束の損失に起因して、約40mmだけ、すなわちRとGビーム間の間隔約20mmおよびGとBビーム間の間隔約20mmに起因して、オフセットしているつまり離間している。そのような収束誤差は、下に説明するように種々の方式で補正できる。
【0045】
図9は、本発明による6極コイル70に流れる電流icの時間の関数としての典型的な波形80のグラフ表示である。6極コイル70のコイル76は直列接続されているので、電流icはその6個のコイル76全てを流れる。必要な補正は画面22の垂直端部で最大であり、補正はその中心部で殆どもしくは全く必要とされないので、電流icは、電子ビーム30の走査がそのような垂直端部にあるときに最大値81であり、電子ビーム30の走査が画面22の中心部13にあるときに最小値83、例えばゼロである。従って、電流icの波形80は、水平走査レートHと同じレートで繰返し、後続の最大値81間、または後続の最小値83間の時間は1/Hである。
【0046】
収束誤差、例えば、上で説明したR、GおよびBの電子ビーム30間の20mm+20mm=40mmの収束誤りは、幾つかの方式で補正つまり解消できる。2例の補正は:ビデオ信号がチューブ10のR、G、B制御グリッドへ印加されるのに先立つビデオ信号の処理の一部としての、R、G、Bビデオ信号それぞれSR、SG、SBのデジタル補正、および、電子銃におけるおよび/または偏向ヨークにおけるダイナミック補正である。
【0047】
チューブ10のR、G、B制御グリッドへ印加されるビデオ信号処理におけるR、G、Bの各ビデオ信号SR、SG、SBのデジタル補正は、収束誤りの本質的に完全な補正を提供できるので好ましい。再び図1を参照すると、ビデオ画素情報を表すビデオデジタル信号は、表示されることになる画像フレームにおける画素位置に関して編成されてメモリ90中に格納される。画素情報は予め変形されて、メモリ90の中へ書き込まれるかまたはそこから読み出されるかして、再編成される。そのような予め変形には、例えば、所望の変換に従ってその値を修正することを含めてもよい。そのような再編成は、単純に画素情報を異なる順序でまたは異なるタイミングで書き込み読み出すことを伴ってもよい。
【0048】
換言すると、赤、緑および青の副画素情報を含む、受取られた画素情報は、表示されることになる画像におけるその適正位置に対応する位置に連係する情報の各副画素で編成される。予め変形および/または再編成されると、ビデオ画素情報は、それぞれ赤、緑および青の副画素の各々に対して別々に独立してメモリ90から生成される。赤、緑および青の副画素情報は、3本全ての赤、緑および青の電子ビームが同じ着地地点上に収束する場合に、適切になると同時に生成される所定の画素に関する赤、緑および青の副画素情報ででなく、画面22上への着地時の収束誤りを考慮に入れて、走査ライン上のそれぞれの赤、緑および青の走査電子ビームの実際の位置に対応する順序およびタイミングで生成される。
【0049】
ここでデジタルテレビジョン信号を受信する最新のテレビジョン受像機は、デジタルビデオ信号が復調および処理されるようにデジタルビデオ情報を格納するメモリを含むことに注目する。高精細度テレビジョン(HDTV)受像機では、そのようなメモリは普通にはフレーム格納メモリであり、従って追加のメモリは記述のデジタル収束補正を実施するために必要とされない。部分フレーム格納メモリまたは1本以上のライン格納メモリなど、少ないメモリ容量も、そのようなデジタル収束補正を果たすために用いることができる。
【0050】
ダイナミック収束補正は、偏向ヨーク16が生成する電磁界を修正することによって、例えば、偏向駆動信号を修正することによって、または追加の偏向補正信号を補助のまたは補正の巻線に印加することによって、または、焦点グリッドまたは電子銃12のグリッドへ印加される焦点合わせ信号をダイナミックに変化させることによって実施してもよい、いずれも当該技術分野では既知である。
【0051】
図10は、代替の実施例のカソードレイチューブ210の断面図であり、チューブ10に関連して上で説明したように、画面電極222および蛍光体223上に着地するように電子ビーム(図示せず)を偏向するために、漏斗状ガラスバルブ240の内部に搭載される一組の電極244、246、248を適切に位置決めした代替編成を示す。電子銃212、ネック214、フェースプレート220、蛍光体223、シャドウマスク224、マスク枠226、および漏斗状ガラスバルブ240は、中心線213に関して対称的に配設され、ゲッタ材料256を、ガラスバルブ240と一つ以上の金属電極246、248、マスク枠226およびマスク枠遮蔽228との間のスペースの好適位置に含んでいてもよく、以上の全ては実質的に先に説明した通りである。6極コイル270およびメモリ290は、先に説明した6極コイルおよびメモリ90に対応し、類似の様式で機能する。
【0052】
打ち抜き加工した金属マスク遮蔽228および打ち抜き加工した金属電極246、248は、一組の順次大きくなる寸法の鏡像プレートおよび/またはループとして形成され、チューブ中心の軸213に関して対称に位置決めされ、ネック214に近接して最小で、マスク枠226とフェースプレート220に近接して最大である。マスク枠226は、比較的剛体の金属構造体であり、金属クリップによってまたはフェースプレート220の内面上のガラスビーズまたはリップ等のガラス支持フィーチャ中への埋め込みによってフェースプレート220内へ取付けられ、そしてマスク枠226が、そこへ取付けられるマスク遮蔽228および電極246と248を支持する。普通には、絶縁材料製の2つ以上の支持体252(図10では見えない)が、マスク遮蔽228と電極248間の間隙を、その間の電気的絶縁支持を提供するために架橋して、マスク遮蔽228と電極248を所望の相対位置に保持する。同様に、絶縁材料製の2つ以上の支持体252(図10では見えない)が、電極246と電極248間の間隙を、その間の電気的絶縁支持を提供するために架橋して、電極246と電極248を所望の相対位置に保持する。マスク遮蔽228および電極246、248の各々は、マスク遮蔽228および電極246、248の2つ以上が同じバイアス電位であることを望まれない限り、他から電気的に隔離される。
【0053】
アスペクト比が16:9のワイド形式で約81cm(約32インチ)対角線フェースプレート220を有する普通のチューブ210では、奥行きDは約28cm(約11インチ)である。画面222、マスク224、マスク支持体226およびマスク遮蔽228は、約28〜32kV、普通には30kVの電位で、ガラスバルブ240を貫通する高電圧導体225(すたわち「ボタン」225)を経由してバイアスされる。皮膜を設けたネック区域電極244は、約18〜24kVの範囲、普通には22kVでボタン245を経由して印加されてバイアスされる。高電圧電極246は、偏向ヨーク216が供給する電子ビーム偏向を増大させるために、画面バイアス電位より高い電位である約30〜35kVの範囲、普通には35kVでボタン247を経由して印加されてバイアスされる。電極248は、フェースプレート220の端部近くの周辺部区域で電子ビームをフェースプレート220へ向けるために、画面バイアス電位より低い電位である約18〜24kVの範囲、普通には22kVでボタン249を経由して印加されてバイアスされる。
【0054】
図11は、本発明に従ってカソードレイチューブ210’内に適切に位置決めされた電極244、248の代替の実施例の編成を示す断面図である。チューブ210’は、打ち抜き加工された金属電極246が除去され、皮膜を設けたネック電極244’がガラスバルブ240の内面の、チューブ210における電極246の背後にあってそれによって遮蔽された部分を覆うよう延在することを除き、図10のチューブ210と類似である。ここで見ることができるのは支持体252であり、それは普通にはマスク遮蔽228および電極240へ融着またはその他で取付けられそれらを所望の相対位置に支持するセラミック支持体である。
【0055】
ネック電極244’は、チューブ210における画面電極222と同じ電位でバイアスされ、ボタン245経由で印加されるそのようなバイアス電位を画面電極222、マスク224、マスク枠226およびマスク遮蔽228へ、例えば、その上の金属クリップまたは他の接続経由で運ぶよう延在してもよい。電極248は、チューブ210と類似の様式でボタン249を経由してバイアスされる。チューブ10、210、210’等のいずれにおいても、高電圧貫通給路ボタン25、45、47、49、225、245、247、249は、いずれが好適な位置でガラスチューブ外被40、240を貫通するよう位置決めされてよい。6極コイル270およびメモリ290は、先に説明した6極コイルおよびメモリ90に対応し、類似の様式で機能する。
【0056】
図12は、本発明に従ってカソードレイチューブ410内に適切に位置決めされた電極446a、446b、448を設けた代替の例示の構造体の部分断面図である。フェースプレート420、ガラスチューブバルブ440、ネック414、電子銃412、磁気偏向ヨーク416、フェースプレート420、画面電極422、蛍光体423、シャドウマスク424、およびシャドウマスク枠426は、チューブ10に関連して先に説明した通りである。
【0057】
スプレー加工または堆積によるネック電極444は、画面電位を超えない電位、好ましくは、画面電位未満、例えば、普通には10〜20kV、普通には15kVでバイアスされる。複数の静電偏向電極446a、446b、448は異なる電位でバイアスされるように成され、チューブ外被440の壁から離間され、それぞれの溶接部468で支持部材460へ取付けられる。高い正電位、例えば、35kVが、偏向ヨーク416によって高度に偏向された電子の偏向を大きくするために、貫通給路447および電導性支持体445経由で電極446aへ印加される。支持部材460は上記で説明したように電圧分割器を含み、電極446bと448に対するバイアス電位を作り出す。電極448は画面電位より低い電位、例えば0〜20kV、普通には10kVでバイアスされる一方、電極446bは電極446aの電位または電極448の電位、例えば、それぞれ35kVと10kVでバイアスされてよい。ゲッタ材料456が、電極446a、446b、448および支持体460の背後へ好適に位置決めされる。
【0058】
本発明を以上の提示の実施の形態という観点で説明したが、先に記載の特許請求の範囲によって定義される本発明の範囲と精神の範囲内の変形がこの技術に精通した者には明白であろう。例えば、6極コイル70は、所望の形状および大きさの電磁界を提供するために、同一であるまたは相違するコイルを用いてよい。同様に、コイル76は、所望の形状および大きさの電磁界を提供するために、直列に接続されそれで同じ電流波形で駆動されてもよいし、異なる大きさおよび/または形状の電流波形で駆動できるように種々の他の直列および/または並列接続であってもよい。
【0059】
更に、説明したような3本のビームの相対的焦点合わせに対して、水平ライン走査レートでの図9に図示した一般形状の電流波形80を単に印加することによって影響を及ぼす必要はなく、垂直走査レートに関連して電流波形80の形状および/または大きさを追加して変更することによって影響を及ぼしてもよい。
【0060】
周辺部電極48へ印加されるバイアス電位は、好ましくは、画面電位未満であるが、それは画面電位と等しくてもよいし、ネック電極44のバイアス電位未満であってもよく、ゼロまたは接地電位あるいは負であってさえよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】
本発明によるカソードレイチューブの例示の実施の形態の断面略図である。
【図2】
図1のカソードレイチューブにおける電位のグラフ表示である。
【図3】
図1のチューブの断面図であって、チューブ内の静電力を図解する。
【図4】
図1のカソードレイチューブの性能を図解するグラフ表示である。
【図5】
本発明の6極コイルの端面略図である。
【図6】
図5の6極コイルが生成する磁界分布のグラフ表示である。
【図7】
赤、緑および青の電子ビームに対して生成される電子ビームスポットの寸法間の関係を図解するグラフ表示である。
【図8】
本発明に従って生成される普通の赤、緑、および青の電子ビームスポットの強度分布等高線のグラフ表示である。
【図9】
本発明による6極コイルに流れる電流の時間の関数としての典型的波形のグラフ表示である。
【図10】
本発明に従ってカソードレイチューブ内に適切に位置決めされた電極を設けた編成の代替の例示の実施の形態を図解する断面図である。
【図11】
本発明に従ってカソードレイチューブ内に適切に位置決めされた電極を設けた編成の代替の例示の実施の形態を図解する断面図である。
【図12】
本発明に従ってカソードレイチューブ内に適切に位置決めされた電極を設けた代替の例示の構造体の部分断面図である。
本出願は、2000年5月26日出願の米国仮出願第60/207,249号および2001年5月4日出願の米国特許出願第09/849,154号の優先権を主張する。
【0002】
本発明はカソードレイチューブに関し、詳細には6極コイルとひとつ以上の偏向助成電極とを含むカソードレイチューブに関する。
【0003】
テレビジョンやコンピュータのディスプレイに広く利用されている従来のカソードレイチューブ(CRT)は、真空にした漏斗状ガラスバルブのネック内に位置決めした電子銃を用い、多数の、通常は3本の電子ビームを、例えば30キロボルト(kV)の高い正電位にバイアスされたガラス製フェースプレートの中心へ指向させる。偏向ヨークが電子ビームを、フェースプレートを横切ってラスタ走査させることによりフェースプレート上の蛍光体が発光し、それによって画像をその上に生成する。偏向ヨークは、漏斗状CRTの外部にネック近傍へ位置決めした複数の電気コイルを含む。偏向ヨークの「水平」コイルは電子ビームを左右へ偏向させるすなわち走査させる磁界を生成し、偏向ヨークの「垂直」コイルは電子ビームを上下へ走査させる磁界を生成する。偏向ヨークは、普通には、電子銃を出た直後の電子のビームに対し、その行程の最初の数センチメートルにだけ作用し、その後、電子は直線軌跡で、すなわち実質的に磁界のないドリフト域を通って進む。従来、1回の垂直走査時間内に、水平走査により数百本の水平ラインが生成されてラスタ走査画像が生成される。
【0004】
CRTの奥行き、すなわちフェースプレートとネックの後部間の距離は、偏向ヨークが電子ビームを曲げることができるすなわち偏向できる最大角度と、電子銃を収容するべく後方へ延出したネックの長さとによって決められる。偏向角度が大きいほどCRTの奥行きは減小する。
【0005】
最新の磁気偏向CRTは、普通には±55°の偏向角度(110°偏向と称する)を持っており、約62cm(約25インチ)またはそれを超える画面対角線サイズにとって奥行きが深すぎて、大抵は特殊スタンドが必要な、あるいは床置きしなければならないキャビネットに備え付けられる。例えば、フェースプレートの対角線が約100cm(約40インチ)、アスペクト比が16:9である110°CRTの奥行きは約60〜65cm(約24〜26インチ)である。最大偏向角度を大きくしてCRTの奥行きを減らすことは、例えば消費電力増加、より大きな温度上昇およびコスト増加ゆえに不利であり、および/または、実用的ではない。
【0006】
この奥行きジレンマに対する一方策は、薄型ディスプレイいわゆる「フラットパネル」ディスプレイの探求であった。このフラットパネルディスプレイは壁へ掛けるためには十分薄いものの、妥当なコストで大規模に製造される従来のCRTとは著しく異なる技術が必要である。従って、それに匹敵するコストでCRTの利点をもたらすフラットパネルディスプレイは市販されていない。
【0007】
奥行きの短い、つまり省スペースのチューブでは、3本の電子ビームが画面上に収束し、しかも対称であることが必要である。従来の方策はこの課題を解決するに至ってはいない。
【0008】
従って、画面サイズが同じ従来のCRTより小さい奥行きを持ち、電子ビームが画面で実質的に対称であるように成し得るカソードレイチューブに対するニーズがある。
【0009】
このために、本発明のチューブは、中心部と周辺部とを画成するフェースプレートを有し、そして画面電位でバイアスされるように成されたフェースプレート上の画面電極を有するチューブ外被、フェースプレート上に衝突するよう向けられる電子のビームのソース、電子ビームを走査レートでフェースプレート上へ磁気的に偏向する偏向ヨーク、フェースプレート上に配設されて、上に衝突する電子ビームに応答して発光する蛍光材料、および、電子のビームがフェースプレートの周辺部近くに衝突するよう偏向されるときに、電子ビームを焦点合わせする6極磁界のソースを備える。
【0010】
本発明の好ましい実施の形態の詳細な説明は、図面の図に関連させて読むときにさらに容易にさらに良く理解されるであろう。
【0011】
図面において、要素またはフィーチャが2つ以上の図面に示される場合、各図のそのような要素またはフィーチャを指し示すために同じ英数字の記号表示が使用され、そして密接に関連したまたは修正した要素が図に示される場合、修正した要素またはフィーチャを指し示すためにダッシュ付きの同じ英数字の記号表示が使用される。同じく、同様の要素またはフィーチャは、図面の異なる図においては、明細書中の類似する名称とともに、同様の英数字の記号表示によって指し示されるが、記載の実施の形態に固有の数字が先行する。例えば、特定の要素は、一つの図で「xx」として、次の図では「1xx」で、次の図では「2xx」で、指定されよう。慣行により、図面の種々のフィーチャは比例した尺度になく、種々のフィーチャの寸法は明確さのために任意に拡大または縮小されていることに留意されたい。
【0012】
【好適な実施の形態の説明】
本発明によるカソードレイチューブにおいて、電子ビーム(単数/複数)の電子は、磁気偏向ヨークの影響から脱した後、すなわち電子が実質的に直線で通過する従来のCRTの「ドリフト域」と称されるところで、更に偏向される。従来のCRTにおいて、電子は銃および偏向域を離れた時点で画面電位つまり陽極電位にあり、電界および磁界の何れの影響下にもなく、CRTの画面つまりそのフェースプレートへ直線で進む。このようなカソードレイチューブの用途には、例えば、テレビジョンのディスプレイ、コンピュータのディスプレイ、投影チューブ、および視覚ディスプレイの装備が望ましい他の用途があろう。
【0013】
図1は、本発明によるカソードレイチューブ10の断面模式図である。留意すべきは、特に記載のない限り、このような断面模式図では、水平偏向方位も垂直偏向方位も同じように表れるので、両方位のどちらかで図解すると見なしてよい点である。チューブネック14に配置された電子銃12が生成する電子は、比較的高い正電位でバイアスされる画面つまり陽極電極22を含むフェースプレート20へ向けられ、フェースプレート20を横切って走査するよう偏向ヨーク16が生成する磁界によって偏向される。チューブ外被40上の電極44、46、48は、チューブ外被40内に電界を形成するよう所定電位までバイアスされて、電子ビーム30を、偏向ヨーク16が生成する磁界によって偏向されるよりチューブ10の中心線から更に離れるように偏向する。
【0014】
上に衝突する電子ビーム30に応答して発光する蛍光材料23の皮膜が、フェースプレート20上に配設されることにより単色ディスプレイを提供するか、あるいはシャドウマスク24の穿孔を通って上に衝突する複数の電子ビーム30に応答して異なる色を発光する、異なる蛍光材料23のパターンが、フェースプレート上に配設されることによりカラーディスプレイを提供する。通常、電子ビーム30の3本ビームは、「赤Rビーム」、「緑Gビーム」および「青Bビーム」と称され、蛍光体23のそれぞれ赤蛍光体、緑蛍光体、および青蛍光体を照射する。
【0015】
6極コイル70が、偏向ヨーク16および電子銃12の出口に近接してチューブネック14上に配設され、別々に、電子ビーム30の赤、緑および青電子ビームの焦点へ同時に影響を及ぼす6極磁界を生成する。具体的には、6極コイル70を利用して、チューブ10のフェースプレート20上、画面22の側面垂直両端部で赤、緑および青の電子ビームの焦点の均衡を得る。コイル70は、ヨーク16とチューブ10の製作および組立に好都合となるように、偏向ヨーク16の一部として作られてもよいし、偏向ヨークと別体であってもよく、チューブネック14上に搭載される。
【0016】
電子ビームの焦点とは、一般に、電子ビームの電子の所定分布を表す等高線によって画成される着地時の電子ビーム形状のことである。例えば、電子ビームの電子の95%が着地する閉じた輪郭を使って、電子ビーム焦点を評価できよう。好ましくは、そのような輪郭は円形であって、その直径は小さく、輪郭内の電子分布は比較的均一である。しかし実際問題として、そのような完全性が得られるのはまれであるので、電子ビームで照射しようとする蛍光体の画素面積のサイズに近い直径寸法以内で、略円形の焦点輪郭で略均一な分布が目標とされる。
【0017】
とりわけ、6極コイル70が生成する6極電磁界は、3本ビームR、G、B内の電子の分布に同時に影響を及ぼし、ひいては画面22と蛍光体23上への着地時に焦点が合わないまたは非対称になってしまう程度まで、そのような非焦点性または非対称性が実質的に低減される。焦点または非対称性の大きな補正が画面22の垂直両端部で必要となり、画面22の中心部では殆ど補正の必要がないので、6極コイル70は、走査電子ビームが画面22の中心部にあるときには振幅が最小で、通常は振幅ゼロの電流波形で駆動され、走査電子ビームが左右の垂直端部にあるときには最大振幅の電流波形で駆動される。従って、そのような電流波形は、水平走査レートと同一の繰返しレートを有する。6極コイル70、そしてR、G、B電子ビーム30のそれぞれの電子分布に及ぼす6極コイルの効果を以下説明する。
【0018】
静電界は背面プレート40上またはそれに密接して配置され、それぞれ正電位、すなわち画面つまり陽極電極22の電位と同種の極性の電位でバイアスされる多数の導体電極によってチューブ10内に形成される。チューブ10の電極44、46、48上のバイアス電位は、電子ビーム30の電子の軌跡を制御する静電界を提供し、それによって実施例のチューブ10のフェースプレート20と電子銃12との間の必要距離を減らすとともに、チューブ10内での電子ビーム30の着地角度を変える。
【0019】
第1電極44は、ネック14の近傍で銃12の出口を取囲み、好ましくは、画面電極22の電位未満の正電位でバイアスされる。電極44が生成する静電界により、電子ビーム30の電子はヨーク16に近接してゆっくり移動するので、より容易に偏向される。電極44とヨーク16とを組み合わせることにより、ヨーク電力が低減し、それによる小型軽量で、コストの安い、そしてより高い信頼性を持つヨーク16が実現し、さもなければ同一のヨーク電力およびヨークでより大きな偏向角を実現することができる。
【0020】
第2電極46も、銃12の出口を取囲むが、ネック14から離間していて、好ましくは、画面電極22の電位より高い正電位でバイアスされる。第2電極46が生成する静電界は、ビーム30の電子を、フェースプレート20から離れるように電子の軌跡を曲げる放物線経路で進め、それによって偏向角度は磁気偏向ヨーク16単独で生成する偏向角度より大きくし、また電子ビーム30の「着地角度」を小さくする。電極46は、偏向ヨーク16による作用が実質的に全面的に終わるまで、その静電界が電子ビーム30の電子に作用しないように位置決めされるのが望ましい。
【0021】
「着地角度」は、電子ビーム30が画面電極22、カラーCRTでは画面電極に近接するシャドウマスク24に衝突する角度である。電極46の電界の作用の結果、チューブ10の中心軸つまりZ軸からの距離が大きくなるとともに、および/または電子ビーム30の偏向角度が大きくなるとともに、着地角度は小さくなる。シャドウマスク24は有限のゼロでない厚さを持つので、着地角度が小さ過ぎる、例えば約25°未満である場合、過剰な電子がシャドウマスク24の開口を通過せずにその側面に衝突することになり、それによってフェースプレート20上の蛍光体23に到達する電子ビームの強度、及びそれによって発せられる光の強度は低下する。
【0022】
有利なことに、電極48は、着地角度が最小であるチューブ10の中心軸つまりZ軸の末端で、フェースプレート20の周辺部近くに配置される。電極48は銃12の出口を取囲むが、実質的には背面プレート40の周辺部であり、好ましくは、画面電極22の電位未満の正電位でバイアスされて、フェースプレート20の周辺部近くで電子ビームの着地角度を大きくさせるために電子ビーム30をフェースプレート20へ向けて戻す。電極48は、着地角度を大きく減らすことが望ましいネック電極44の電位未満の電位へバイアスされてもよい。従って、電極46と48が創出する静電界は、電極46が偏向角度を大きくさせてフェースプレート20の周辺部での着地角度を小さくし、フェースプレート20の周辺部近くで最強の効果を持つ電極48は、さもなければ着地角度が望ましくないほど小さくなるであろう区域での着地角度を大きくするよう作用する。
【0023】
上で説明した静電界の関係および効果が相まって、チューブ10は、従来のCRTより奥行きが短いにもかかわらず、匹敵する、および/または妥当な偏向ヨーク電力レベルで動作する。チューブ10の奥行きにわたって、そのZ軸に沿う実施例の電位分布を図2に示す。電位特性60は、銃12の出口からの距離を縦座標に持ち、バイアス電位をキロボルトで横座標に持つグラフ上にプロットされている。銃12から距離Lに配置され、区域Z22で表される電極22は、点62で表される相対的に高い正電位V22でバイアスされる。Z=0の銃12から順番に、銃12に近接して配置され、中間の正電位V44でバイアスされる電極区域Z44で表されるネック電極44、銃12とフェースプレート20との中間に配置され、好ましくは、画面電位V22超える相対的に高い正電位V46でバイアスされる電極区域Z46で表される電極46、および、フェースプレート20へさらに近接して配置され、好ましくは、画面電位V22より低く(しかしそれと等しくてもよい)、また、好ましくは、銃出口電位V44より低くなるように中間の正電位V48でバイアスされる電極区域Z48で表される電極48がある。
【0024】
電極44、46、48、22およびその上のバイアス電位V44、V46、V48、V22は電位特性60を生成し、この電位特性60は区域Aにおける部分64を持っており、そこでは画面電位V22へ向かって上昇し、それによってフェースプレート20へ向かう電子の加速を遅くさせる傾向にあり、その後の静電界が電子に作用する追加の飛行時間を提供する。特性60は区域Bにおける部分66を持ち、そこでは、電位が画面電位V22より相対的に高いレベルでピークに達し、それによって電子をチューブ10の中心軸Zから更に外れる軌跡に沿って移動させ、偏向角度を大きくし、そして区域Cにおける部分68を持ち、そこでは電位が画面電位V22および銃電位V44より低いレベルで底を打ち、それによって電子をチューブ10のフェースプレート20へ向けて転向させる軌跡に沿って移動させて、チューブ10の端部近くで電子ビーム30の着地角度を大きくする。
【0025】
留意すべきは、電極44と46間の間隙の位置がチューブ10の動作に強く影響を及ぼし得る点である。相対的に非常に高い正電位バイアスを持つ電極46が銃12の出口へ接近し過ぎて延びている(および/またはネック電極44が銃12から充分に遠くまで延びてない)場合、銃12から放射される電子は加速され、所望の磁気偏向を提供するためには追加の磁気偏向作動力が偏向ヨーク16にとって必要となる(例えば、追加のヨークの電力、磁界および/またはサイズ)。他方、ネック電極44が銃12の出口を越えて過度に遠くへ延びている場合、電子は、静電界が磁気偏向ヨーク16が生成しようとしている偏向に抗して作用する区域A内で長過ぎる時間を費やし、それによって電極46の有益な効果があっても、フェースプレート20のコーナー部へ電子を偏向するためにヨーク16に必要な電力、磁界および/またはサイズを増加させる。
【0026】
バイアス電位の特定の選定は、例えば、各バイアス電位の効果を考慮しつつ、低減チューブの奥行きと妥当なヨーク電力との好適なバランスを得るように、チューブ10に応じて行われる。例えば、銃12の出口のバイアス電位V44が増加するとともに、ヨーク16の所要偏向電力は増加し、チューブ10の奥行きは減少するが、これは中間値のバイアス電位が望ましいことを示している。従って、V22=30kVでV44=20kVの165°チューブは、従来の110°CRTより約13.5〜15cm(約5.4〜6インチ)短い。電極46上の一定バイアス電位V46は、区域Bで電子をフェースプレート20へ向けて実質的に、放物線軌跡に追従させるが、バイアス電位V46を高めると、電子をフェースプレート20へ向けて引く静電力を低減させ、それにより画面電位V22に近いか又はそれより高いバイアス電位V46が電子をより直線に近い軌跡で移行させるか、あるいはフェースプレート20から離れるよう湾曲させ、それによって偏向角度が増加し、チューブ10の奥行きが小さくなる。従って、約30〜35kVのバイアス電位V46が望ましく、これは、安全上も、チューブ10の外被を貫通する可能性があるX線の発生電位を下回る。最後に、バイアス電位V48は、好ましくは、フェースプレート20の端部区域へ偏向させられる電子をよりフェースプレート20へ向けて転向させて、着地角度を好ましくは25°を超えるまで大きくする静電力を提供する低い正電位である。この電界は、バイアス電位V46と電極46が生成した静電界力とヨーク16とによって電子を偏向した後、フェースプレート20へ向けて電子を加速する。
【0027】
例えば、図1のチューブ10は、幅660mm(約26インチ)で高さ371mm(約14.6インチ)の視野面積を有する、対角線長が約810mm(約32インチ)でアスペクト比が16:9ある形式のカソードレイチューブであってよい。本発明の低減したチューブ奥行きの結果、チューブ10の奥行きDは約280mm(約11インチ)となる。偏向ヨーク16は110°または125°のサドル−サドル型偏向ヨークであってよく、サドル型水平コイル、サドル型垂直コイル、フェライトコア、および自己収束用に垂直偏向を整形するための一対の透磁性金属シャントを含む。125°偏向角度ヨークを用いて、チューブネック14の直径を減らして、より小型でより低電力のヨーク16の使用が可能になる。好ましくは、偏向ヨーク16は、非収束型(非自己収束型)偏向ヨークであり、約135〜140°の全偏向角を提供するが、ここで水平および垂直偏向コイルの各々はサドル型である。具体的には、少なくとも水平偏向コイル巻きは、ヨークの入口(すなわち電子銃12に近接した端部)の有効巻数は、ヨークからの出口(すなわち電子銃12の遠端部)の有効巻数より実質的に多くなるように、好ましくは不均一分布である。巻線の分布は、普通にはヨークの入口と出口間で単調に減少するが、必ずしも直線的な減少ではなく、カソードレイチューブ10の形状と電極編成、そこへ印加されるバイアス電位、および所望特性の特定編成によって決められる。
【0028】
カソードレイチューブ10は、チューブ外被40上の導電性皮膜、およびチューブ外被40内に支持される金属電極を含む電極の組合せを用いる。ネック電極44は、チューブ外被40の壁上の導電性皮膜であり、チューブ外被40の壁を貫通する貫通給路45経由で印加される電位でバイアスされる。ネック電極44の低いバイアス電位、例えば10〜20kV、普通には約15kVは、電子を減速させる性向があり、それによって磁気偏向ヨーク16の効力を高める。偏向強化電極46はネック電極44を取囲む、導電性皮膜であり、チューブ外被40の壁を貫通する貫通給路47経由で印加される電位、例えば、画面電位を超える35kVでバイアスされる。電極46が生成する電界は、ヨーク16による電子偏向が実質的に完了した後に電子ビーム30の電子に作用し、それによって偏向ヨーク16による偏向をより大きく電子ビーム30を偏向させる。
【0029】
第3電極48は、チューブ外被40の壁を貫通する貫通給路49経由で印加される電位でバイアスされる。電極48は画面電位より低く、好ましくはネック電極44の電位未満の電位、例えば0〜20kV、通常は約10kVでバイアスされ、それによってフェースプレート20の周辺部区域に到達する電子をフェースプレート20へ向けることにより電子の着地角度を小さくする。フェースプレート20の垂直寸法は、水平寸法よりずっと短い(これを図1に図解する)ので、電極48は、フェースプレート20の視野領域の上下端へ向けられる電子に作用するために先に説明したように長方形である必要はなく、2個の真直なL字形に形成された金属電極48a、48bであってよく、それぞれ貫通給路49a、49b経由でバイアス電位を受取り、チューブ10の左右垂直端へ向けられた電子にだけ作用する。電極48a、48bは、金属取付部への溶接または導電性ガラスフリット等によって、貫通給路のそれぞれ49a、49bに支持される。
【0030】
シャドウマスク24は、シャドウマスク枠26で支持され、画面電極22のバイアス電位、例えば30kVを、チューブ外被40の壁を貫通する貫通給路25経由で受取る。バリウムのゲッタ材料56が、シャドウマスク枠26および電極48a、48bの背後等の好都合な場所に置かれる。
【0031】
フェースプレート20またはガラス外被40などの上等のチューブ40の内側表面上の導電性皮膜または電極は、好ましくは、グラファイト、炭素、または炭素ベースの材料、アルミニウムまたはアルミニウム酸化物、または鉄酸化物、または他の好適な導電性材料をスプレーしたり、昇華させたり、スピン塗布したり、あるいは他の堆積または塗したものである。電極48a、48b等の電極がチューブ外被40の壁から離せるところでは、そのような電極は、好ましくはチタン、インバール合金、スチール、ステンレス鋼、または他の好適な金属で成形され、好ましくは、打ち抜きで成形される。磁気遮蔽が地磁気および他の不要な磁界によって引起される不要な偏向から電子ビーム30を遮蔽するために磁気遮蔽が望ましい場合、ミューメタル、鋼、またはニッケル鋼合金等の磁気遮蔽金属を用いてもよい。
【0032】
背面プレート40(すなわちチューブ10のガラス漏斗)を最も遠くへ偏向させた電子ビーム30の軌跡にもっと密接に従形するようシェーピングすることにより、電極44、46、48が生成する静電力の効力が向上し、それによってチューブ10の奥行きが低減することが注目される。加えて、図2に図解した距離にわたる緩やかな電位変化は、銃12の出口でのより大きな直径の電子ビーム30を許容し、それによって電子ビーム30内の空間電荷分散を低減して、フェースプレート20でのビームの望ましいほどに小さなスポットサイズを提供する。電子ビーム30のスポットサイズと発散は、特定電子銃と所望ヨークの収束とによって制御される。
【0033】
図3は、上で説明したように、図2のような電位分布を生成するためにバイアスされた電極22、44、46、48を有するチューブ10を示す(Z軸まわり、すなわちX平面およびY平面と称してもよいが、その対称性によりチューブ10の半分だけを図示する)。電子ビーム30は図示されてはいないが、矢印がフェースプレート20へ向いて、またはそこから離れる向きで示され、上で説明したように電子が区域A、BおよびCを通過する際にビーム30の電子に作用する正味の静電力を表す。区域Aでは、正味の静電力は、画面電極22の相対的に高い正のバイアス電位V22および電極44上の中間の正のバイアス電位V44の影響により電子をフェースプレート20へ向ける。区域Bでは、正味の静電力は、電極46上の相対的に非常に高い、すなわち画面電位V22を超える高いバイアス電位V46の影響下により電子をフェースプレート20から離れるように偏向する。区域Cでは、正味の静電力は、画面電位V22の影響により電極48上の低い正のバイアス電位V48支援援助されて、電子をフェースプレート20へ再度向ける。
【0034】
電極46上の相対的に非常に高い(すなわち画面電極22のバイアス電位V22を超える)バイアス電位が生成する静電力の効果は、ヨーク16の磁気偏向による偏向を超えて電子ビーム30の偏向を大きくさせる点が注目される。電極46は、ヨーク16が生成する偏向の上に全偏向を増幅するよう作用するので、電極46は「ヨーク増幅器」50と称せられてもよい。詳細には、ヨーク増幅器50が生成する偏向増幅は、ヨーク16によるどのような特定電子の偏向にも正比例する。換言すると、Z軸に沿ってまたはZ軸近くでフェースプレート20向けて進む(すなわちヨーク16によって偏向されない、または殆ど偏向されない)電子は、ヨーク増幅器50による影響を受けない。Z軸とフェースプレート20の端部との中間に着地するようヨーク16によって偏向される電子は、ヨーク増幅器50が作用する区域Bの一部分を通過するので、ヨーク増幅器50によって更に偏向される。フェースプレート20の端部近くに着地するようヨーク16によって偏向される電子は、ヨーク増幅器50が作用する区域B全体を通過し、それによって強く影響を受けるので、ヨーク増幅器50によってなお一層大幅に量追加偏向される。ヨーク増幅器50は電極44を見なくてもよく、電極44はそれが画面電位未満の電位でバイアスされるときに電子ビーム30の所定の偏向を得るために偏向ヨーク16が必要とする作動力つまり電力を有益に低減する。
【0035】
チューブ10は、成形されたガラスバルブとネック、および平坦または僅かに湾曲したフェースプレートを有する「従来のCRTのように見え」、そして従来のCRTで利用されている同じ製造工程を利用できるという点でも有利であることが注目される。電子ビームを拡張する空間電荷効果も従来のCRTと同様であり、フェースプレートの中心部でのスポットがより小さく、端部およびコーナー部では幾分大きいというスポットサイズの変化も、従来のCRTのそれと同様である。とはいえ、チューブ10の構造および動作は従来のCRTとは非常に異なる。ガラスバルブの円錐状区間ではチューブ10の前面から背面への奥行きが実質的に低減される一方、電子銃12を包含することの必要なチューブネック14の長さは、普通には約23〜25cm(約9〜10インチ)未満であり、短い電子銃12を使えば低減できる。
【0036】
本明細書で使用する際に、「略長方形形状」または「実質的に長方形」という表現は、Z軸13に沿う方向で見たときにチューブ外被40の断面および/またはフェースプレート20の形状を幾分か反映する形状を称する。略長方形状は、丸めたコーナー部だけでなく、競技場形状、楕円形状などを示唆できるように凹形および/または凸形側面をも有する長方形および正方形を含んでよい。電極44、46、および/または48をそのように成形することによって、ヨーク16へ印加される駆動電流の所要波形を単純化できる、すなわち線形波形により近づけることができる点が注目される。電極44、46、48の形状は楕円、殊にチューブ外被40の断面は円形状であってよく、例えば、ネック14およびヨーク16に近接した電極の部分ではほとんど円形であってさえよい。
【0037】
取得される全偏向角度は、磁気偏向角度と追加の静電偏向角度の合計である。磁気偏向角度は、図4の破線17で示すようにヨーク16へ印加される偏向電流/電圧に正比例し、追加の静電偏向角度は、より大きな磁気偏向に対してより大きく、全偏向角度を表す線31を生成する。偏向増幅効果は、電子ビーム30に作用する電極46が生成する電界に起因して、電子をチューブ10の中心線13から離れるように引く(電子経路にわたり積分された)正味の静電力を生成し、それによって全偏向角度を大きくする。この効果は、電極46上のバイアス電位が画面電極22の電位より高いことによって助長される。
【0038】
図5は、チューブネック14に配設される本発明の6極コイル70の端面略図である。6極コイル70は、チューブネック14を取囲む略トロイダル形状の磁気コア72を有する。6個の放射状ポールピース76が、トロイダルコア72の内面周りに比較的均等に間を隔てて、チューブネック14の中心線13へ向けてトロイダルコア72から内方へ放射状に延在する。中心線13は、6極コイル70がネック14の外面に近接するためには、6極コイル70の中心でもあるのが好ましい。コア72および放射状ポールピース74は、フェライト、ケイ素鋼、または他の鉄または鋼等、普通には強磁性材料の一体のコアである。マンガン亜鉛およびマグネシウム亜鉛フェライト等の好適なフェライト磁性材料は、例えば、いずれも日本所在のTDK、日立およびFDKの各社、およびインド所在の D.G.P Hinoday Industries から入手可能である。コア72および/またはポールピースの断面は、円形、長方形、または他の好都合な形状であってよい。ワニスまたはその他で絶縁された銅マグネットワイヤ等の電線で巻かれる電気コイル76が、ポールピース74の各々に配設され、6個の電気コイルは普通には電気的に直列に接続される。
【0039】
6極コイル70は、チューブネック14に回動可能に配向され、ポールピース76を12時と6時の各位置、すなわち図示した+yと−y軸に沿って有し、それは、チューブ10が、フェースプレート20の長い寸法を水平方向に持つ普通の配向で利用されるときの垂直方向に対応する。電子銃12はチューブネック14内に配向されていて、z軸方向に進む、すなわちx−z平面で中心線13に実質的に平行な3本の電子ビームを生成する。3本のビームは全て、図5の図面の平面をx軸に沿った位置で横断し、例えば、緑の電子ビームGが普通には原点に(すなわち中心線13に、赤の電子ビームRがその左に、そして青電子ビームBがその右に)ある。
【0040】
図6は、電流が通過するときに図5の6極コイル70が生成する磁界分布のグラフ表示である。磁界分布の形は、所望電磁界を生成する電気コイル76がある磁界ピース74の放射状位置に対応する。コイル76の巻きおよびそこに流れる電流の方向は、中心線13のまわりに放射状に均等に間隔をあけてNとS磁極を交互に持つ磁界を生成する。電磁界強度は、1個以上のコイル76の巻数を調節することによって、またはそこに流れる電流を調節することによって、好適に調節できる。
【0041】
図7は、6極コイル70が生成する6極磁界の影響下で、赤、緑および青電子ビームR、G、Bに対して生成される電子ビームスポットの寸法関係を示すグラフ表示を含む。9つのグラフ表示において、上の3つは赤電子ビームR、中央の3つは緑電子ビームG、そして下の3つは青電子ビームBに対するグラフ表示である。また、左列の3つは所定の相対的に低いつまり弱い6極磁界強度、右列の3つは相対的に高いつまり強い6極磁界強度、中央列の3つは右左列の値の間の中間の6極磁界強度に対する表示である。各表示において、垂直目盛は、画面周辺部の右端部で測定された、特定電子ビームのピーク強度の5%に定義した輪郭で、特定の電子ビームが生成されたスポットのmm寸法を表し、水平目盛は、焦点合わせ電圧を表し、そして、線「H」と「V」は、それぞれ水平方向と垂直方向でのスポットの寸法を表す。「最良」つまり理想的スポットは非常に小さく、HとV方向の両方で等しい寸法を有する、すなわち非常に小さく円形である点が注目される。
【0042】
省スペースCRT10の評価では、R、G、B電子ビームのスポットに大きな非対称性が、画面22の周辺部、殊に画面の左右両端部で、「3:00時」つまり垂直方向の中心位置に存在することが示された。この評価は「最適化」電子銃に対してではなかったとはいえ、結果はz軸方向に比較的長い典型的な偏向ヨークにを代表するものであった。中央の緑ビームGの最良スポットは、右列で表される比較的高い磁界強度よりなお一層大きな6極磁界強度が生成する。すなわち6極磁界強度を増高めると緑のスポットサイズは小さくなることを、中央行の表示が示している。しかし、そのような高い磁界強度は、赤および青のスポットでは非対称性を望ましくないほど高める。スポットサイズのそのような差異は、望ましくなく、3本ビームに影響を及ぼす非点収差特性における特異性に起因するであろう。
【0043】
しかし、中央列の表示で示された、より低い中間の磁界強度では、そのような特異性はほとんど除去されないまでも、実質的に低減され、偏向ヨーク16および電子銃12の同一条件で3本ビーム全てに満足できる焦点合わせおよび対称性を提供する。緑のスポットサイズは最良つまり最小でないけれども、緑のスポットサイズの僅かな増加は極微であり、あるとしても、チューブ10が生成する画像で検知できるほどの効果は殆どないであろう。
【0044】
図8は、図7のグラフ表示の中央列の条件下で3:00時(フェースプレート20の垂直端部の中央)で、本発明に従って生成される普通の赤R、緑G、および青Bの電子ビームスポットの強度分布等高線のグラフ表示である。図8の各表示は、グラフの中心からの、すなわち「X−X0」および「Y−Y0」のミリメートル単位の垂直および水平目盛であり、グラフの等高線は、ピーク強度の種々のパーセントのレベルでラベル付けられる。各スポットは満足できる小さなスポットサイズおよび比較的均一な分布を有する。電子ビームのピーク強度の5%のレベルを表す輪郭でのスポットサイズは次の通りである:
【表1】
完全には円形でなくあるいは完全には均一でないとはいえ、3本のそれぞれのビームは満足いく焦点合わせをされている一方、同じ地点上への3本ビームの収束は欠けている。例えば、赤Rと青Bの電子ビーム間の収束は、偏向ヨーク16の収束の損失に起因して、約40mmだけ、すなわちRとGビーム間の間隔約20mmおよびGとBビーム間の間隔約20mmに起因して、オフセットしているつまり離間している。そのような収束誤差は、下に説明するように種々の方式で補正できる。
【0045】
図9は、本発明による6極コイル70に流れる電流icの時間の関数としての典型的な波形80のグラフ表示である。6極コイル70のコイル76は直列接続されているので、電流icはその6個のコイル76全てを流れる。必要な補正は画面22の垂直端部で最大であり、補正はその中心部で殆どもしくは全く必要とされないので、電流icは、電子ビーム30の走査がそのような垂直端部にあるときに最大値81であり、電子ビーム30の走査が画面22の中心部13にあるときに最小値83、例えばゼロである。従って、電流icの波形80は、水平走査レートHと同じレートで繰返し、後続の最大値81間、または後続の最小値83間の時間は1/Hである。
【0046】
収束誤差、例えば、上で説明したR、GおよびBの電子ビーム30間の20mm+20mm=40mmの収束誤りは、幾つかの方式で補正つまり解消できる。2例の補正は:ビデオ信号がチューブ10のR、G、B制御グリッドへ印加されるのに先立つビデオ信号の処理の一部としての、R、G、Bビデオ信号それぞれSR、SG、SBのデジタル補正、および、電子銃におけるおよび/または偏向ヨークにおけるダイナミック補正である。
【0047】
チューブ10のR、G、B制御グリッドへ印加されるビデオ信号処理におけるR、G、Bの各ビデオ信号SR、SG、SBのデジタル補正は、収束誤りの本質的に完全な補正を提供できるので好ましい。再び図1を参照すると、ビデオ画素情報を表すビデオデジタル信号は、表示されることになる画像フレームにおける画素位置に関して編成されてメモリ90中に格納される。画素情報は予め変形されて、メモリ90の中へ書き込まれるかまたはそこから読み出されるかして、再編成される。そのような予め変形には、例えば、所望の変換に従ってその値を修正することを含めてもよい。そのような再編成は、単純に画素情報を異なる順序でまたは異なるタイミングで書き込み読み出すことを伴ってもよい。
【0048】
換言すると、赤、緑および青の副画素情報を含む、受取られた画素情報は、表示されることになる画像におけるその適正位置に対応する位置に連係する情報の各副画素で編成される。予め変形および/または再編成されると、ビデオ画素情報は、それぞれ赤、緑および青の副画素の各々に対して別々に独立してメモリ90から生成される。赤、緑および青の副画素情報は、3本全ての赤、緑および青の電子ビームが同じ着地地点上に収束する場合に、適切になると同時に生成される所定の画素に関する赤、緑および青の副画素情報ででなく、画面22上への着地時の収束誤りを考慮に入れて、走査ライン上のそれぞれの赤、緑および青の走査電子ビームの実際の位置に対応する順序およびタイミングで生成される。
【0049】
ここでデジタルテレビジョン信号を受信する最新のテレビジョン受像機は、デジタルビデオ信号が復調および処理されるようにデジタルビデオ情報を格納するメモリを含むことに注目する。高精細度テレビジョン(HDTV)受像機では、そのようなメモリは普通にはフレーム格納メモリであり、従って追加のメモリは記述のデジタル収束補正を実施するために必要とされない。部分フレーム格納メモリまたは1本以上のライン格納メモリなど、少ないメモリ容量も、そのようなデジタル収束補正を果たすために用いることができる。
【0050】
ダイナミック収束補正は、偏向ヨーク16が生成する電磁界を修正することによって、例えば、偏向駆動信号を修正することによって、または追加の偏向補正信号を補助のまたは補正の巻線に印加することによって、または、焦点グリッドまたは電子銃12のグリッドへ印加される焦点合わせ信号をダイナミックに変化させることによって実施してもよい、いずれも当該技術分野では既知である。
【0051】
図10は、代替の実施例のカソードレイチューブ210の断面図であり、チューブ10に関連して上で説明したように、画面電極222および蛍光体223上に着地するように電子ビーム(図示せず)を偏向するために、漏斗状ガラスバルブ240の内部に搭載される一組の電極244、246、248を適切に位置決めした代替編成を示す。電子銃212、ネック214、フェースプレート220、蛍光体223、シャドウマスク224、マスク枠226、および漏斗状ガラスバルブ240は、中心線213に関して対称的に配設され、ゲッタ材料256を、ガラスバルブ240と一つ以上の金属電極246、248、マスク枠226およびマスク枠遮蔽228との間のスペースの好適位置に含んでいてもよく、以上の全ては実質的に先に説明した通りである。6極コイル270およびメモリ290は、先に説明した6極コイルおよびメモリ90に対応し、類似の様式で機能する。
【0052】
打ち抜き加工した金属マスク遮蔽228および打ち抜き加工した金属電極246、248は、一組の順次大きくなる寸法の鏡像プレートおよび/またはループとして形成され、チューブ中心の軸213に関して対称に位置決めされ、ネック214に近接して最小で、マスク枠226とフェースプレート220に近接して最大である。マスク枠226は、比較的剛体の金属構造体であり、金属クリップによってまたはフェースプレート220の内面上のガラスビーズまたはリップ等のガラス支持フィーチャ中への埋め込みによってフェースプレート220内へ取付けられ、そしてマスク枠226が、そこへ取付けられるマスク遮蔽228および電極246と248を支持する。普通には、絶縁材料製の2つ以上の支持体252(図10では見えない)が、マスク遮蔽228と電極248間の間隙を、その間の電気的絶縁支持を提供するために架橋して、マスク遮蔽228と電極248を所望の相対位置に保持する。同様に、絶縁材料製の2つ以上の支持体252(図10では見えない)が、電極246と電極248間の間隙を、その間の電気的絶縁支持を提供するために架橋して、電極246と電極248を所望の相対位置に保持する。マスク遮蔽228および電極246、248の各々は、マスク遮蔽228および電極246、248の2つ以上が同じバイアス電位であることを望まれない限り、他から電気的に隔離される。
【0053】
アスペクト比が16:9のワイド形式で約81cm(約32インチ)対角線フェースプレート220を有する普通のチューブ210では、奥行きDは約28cm(約11インチ)である。画面222、マスク224、マスク支持体226およびマスク遮蔽228は、約28〜32kV、普通には30kVの電位で、ガラスバルブ240を貫通する高電圧導体225(すたわち「ボタン」225)を経由してバイアスされる。皮膜を設けたネック区域電極244は、約18〜24kVの範囲、普通には22kVでボタン245を経由して印加されてバイアスされる。高電圧電極246は、偏向ヨーク216が供給する電子ビーム偏向を増大させるために、画面バイアス電位より高い電位である約30〜35kVの範囲、普通には35kVでボタン247を経由して印加されてバイアスされる。電極248は、フェースプレート220の端部近くの周辺部区域で電子ビームをフェースプレート220へ向けるために、画面バイアス電位より低い電位である約18〜24kVの範囲、普通には22kVでボタン249を経由して印加されてバイアスされる。
【0054】
図11は、本発明に従ってカソードレイチューブ210’内に適切に位置決めされた電極244、248の代替の実施例の編成を示す断面図である。チューブ210’は、打ち抜き加工された金属電極246が除去され、皮膜を設けたネック電極244’がガラスバルブ240の内面の、チューブ210における電極246の背後にあってそれによって遮蔽された部分を覆うよう延在することを除き、図10のチューブ210と類似である。ここで見ることができるのは支持体252であり、それは普通にはマスク遮蔽228および電極240へ融着またはその他で取付けられそれらを所望の相対位置に支持するセラミック支持体である。
【0055】
ネック電極244’は、チューブ210における画面電極222と同じ電位でバイアスされ、ボタン245経由で印加されるそのようなバイアス電位を画面電極222、マスク224、マスク枠226およびマスク遮蔽228へ、例えば、その上の金属クリップまたは他の接続経由で運ぶよう延在してもよい。電極248は、チューブ210と類似の様式でボタン249を経由してバイアスされる。チューブ10、210、210’等のいずれにおいても、高電圧貫通給路ボタン25、45、47、49、225、245、247、249は、いずれが好適な位置でガラスチューブ外被40、240を貫通するよう位置決めされてよい。6極コイル270およびメモリ290は、先に説明した6極コイルおよびメモリ90に対応し、類似の様式で機能する。
【0056】
図12は、本発明に従ってカソードレイチューブ410内に適切に位置決めされた電極446a、446b、448を設けた代替の例示の構造体の部分断面図である。フェースプレート420、ガラスチューブバルブ440、ネック414、電子銃412、磁気偏向ヨーク416、フェースプレート420、画面電極422、蛍光体423、シャドウマスク424、およびシャドウマスク枠426は、チューブ10に関連して先に説明した通りである。
【0057】
スプレー加工または堆積によるネック電極444は、画面電位を超えない電位、好ましくは、画面電位未満、例えば、普通には10〜20kV、普通には15kVでバイアスされる。複数の静電偏向電極446a、446b、448は異なる電位でバイアスされるように成され、チューブ外被440の壁から離間され、それぞれの溶接部468で支持部材460へ取付けられる。高い正電位、例えば、35kVが、偏向ヨーク416によって高度に偏向された電子の偏向を大きくするために、貫通給路447および電導性支持体445経由で電極446aへ印加される。支持部材460は上記で説明したように電圧分割器を含み、電極446bと448に対するバイアス電位を作り出す。電極448は画面電位より低い電位、例えば0〜20kV、普通には10kVでバイアスされる一方、電極446bは電極446aの電位または電極448の電位、例えば、それぞれ35kVと10kVでバイアスされてよい。ゲッタ材料456が、電極446a、446b、448および支持体460の背後へ好適に位置決めされる。
【0058】
本発明を以上の提示の実施の形態という観点で説明したが、先に記載の特許請求の範囲によって定義される本発明の範囲と精神の範囲内の変形がこの技術に精通した者には明白であろう。例えば、6極コイル70は、所望の形状および大きさの電磁界を提供するために、同一であるまたは相違するコイルを用いてよい。同様に、コイル76は、所望の形状および大きさの電磁界を提供するために、直列に接続されそれで同じ電流波形で駆動されてもよいし、異なる大きさおよび/または形状の電流波形で駆動できるように種々の他の直列および/または並列接続であってもよい。
【0059】
更に、説明したような3本のビームの相対的焦点合わせに対して、水平ライン走査レートでの図9に図示した一般形状の電流波形80を単に印加することによって影響を及ぼす必要はなく、垂直走査レートに関連して電流波形80の形状および/または大きさを追加して変更することによって影響を及ぼしてもよい。
【0060】
周辺部電極48へ印加されるバイアス電位は、好ましくは、画面電位未満であるが、それは画面電位と等しくてもよいし、ネック電極44のバイアス電位未満であってもよく、ゼロまたは接地電位あるいは負であってさえよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】
本発明によるカソードレイチューブの例示の実施の形態の断面略図である。
【図2】
図1のカソードレイチューブにおける電位のグラフ表示である。
【図3】
図1のチューブの断面図であって、チューブ内の静電力を図解する。
【図4】
図1のカソードレイチューブの性能を図解するグラフ表示である。
【図5】
本発明の6極コイルの端面略図である。
【図6】
図5の6極コイルが生成する磁界分布のグラフ表示である。
【図7】
赤、緑および青の電子ビームに対して生成される電子ビームスポットの寸法間の関係を図解するグラフ表示である。
【図8】
本発明に従って生成される普通の赤、緑、および青の電子ビームスポットの強度分布等高線のグラフ表示である。
【図9】
本発明による6極コイルに流れる電流の時間の関数としての典型的波形のグラフ表示である。
【図10】
本発明に従ってカソードレイチューブ内に適切に位置決めされた電極を設けた編成の代替の例示の実施の形態を図解する断面図である。
【図11】
本発明に従ってカソードレイチューブ内に適切に位置決めされた電極を設けた編成の代替の例示の実施の形態を図解する断面図である。
【図12】
本発明に従ってカソードレイチューブ内に適切に位置決めされた電極を設けた代替の例示の構造体の部分断面図である。
Claims (10)
- ディスプレイであって:
周辺部と中心部とを画成するフェースプレートを有し、前記フェースプレート上にあって画面電位でバイアスされる画面電極を有するチューブ外被と;
前記チューブ外被内にあり、前記フェースプレート上に向けられてこれに衝突する電子のビームのソースと;
前記電子ビームを走査レートで磁気的に偏向する偏向ヨークと;
前記電子ビームが前記フェースプレートの前記周辺部近くに衝突するよう偏向されるときに、前記電子ビームを焦点合わせする6極磁界のソースと;
前記フェースプレート上に配設されて、上に衝突する前記電子ビームに応答して発光する蛍光材料と;
前記画面電位のソースと、
を備えるディスプレイ。 - チューブであって:
中心部と周辺部とを画成するフェースプレートを有し、前記フェースプレート上にあって画面電位でバイアスされるように成された画面電極を有するチューブ外被と;
前記フェースプレート上に衝突するよう向けられる電子のビームのソースと;
前記電子ビームを走査レートで前記フェースプレート上へ磁気的に偏向する偏向ヨークと;
前記フェースプレート上に配設されて、上に衝突する前記電子ビームに応答して発光する蛍光材料と;
前記電子ビームが前記フェースプレートの前記周辺部近くに衝突するよう偏向されるときに、前記電子ビームを焦点合わせする6極磁界のソースと、
を備えるチューブ。 - 6極磁界の前記ソースは、電子ビームの前記ソースと前記偏向ヨークとの中間に配設される6極電磁石を含む、
請求項1のディスプレイまたは請求項2のチューブ。 - 前記6極磁界は前記走査レートで周期性を有する、
請求項1のディスプレイまたは請求項2のチューブ。 - 電子ビームの前記ソースは、一線に並んだ3本の電子ビームのソースを更に備え、前記6極磁界は前記3本の電子ビームに関して対称である、
請求項1のディスプレイまたは請求項2のチューブ。 - 前記3本の電子ビームが収束されるよう、前記ディスプレイへ画像情報を提供するメモリを更に備える、
請求項1のディスプレイ。 - 前記走査レートで周期性があり、前記電子ビームが前記フェースプレートの前記周辺部近くに衝突するよう偏向される時点で比較的大きな電流に、前記6極磁界が応答する、
請求項1のディスプレイまたは請求項2のチューブ。 - 前記チューブ外被内に第1電極を更に備え、前記第1電極は前記偏向された電子ビームが通過する開口を画成し、前記第1電極は、前記偏向ヨークと前記フェースプレートとの中間にあり、前記画面電位を超える電位でバイアスされる、
請求項1のディスプレイまたは請求項2のチューブ。 - 前記電子ビームが通過する開口を画成する第2電極を更に備え、前記第2電極は、(a)前記電子ビームのソースと前記第1電極との間、および(b)前記第1電極と前記フェースプレートとの間、の何れか一方にあり、前記第2電極は前記画面電位を超えない第2電位でバイアスされる、
請求項8のディスプレイまたはチューブ。 - 貫通する複数の開口を有して前記フェースプレートに近接するシャドウマスクを更に備え、前記シャドウマスクは前記画面電位でバイアスされるように成され、更に、前記フェースプレート上にあって、上に衝突する電子のビームに応答して異なる色の光を放射する異なる蛍光材料のパターンを備える、
請求項1のディスプレイまたは請求項2のチューブ。
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