JP2005011585A - 陰極線管 - Google Patents

Abstract

【課題】高コントラスト（高輝度）かつ高解像度の陰極線管を提供することを目的とする。
【解決手段】電子銃構体の電子ビーム発生部は、少なくとも、電子ビームを放出するカソードＫと、カソードＫの蛍光体スクリーン側に配置された制御電極Ｇ１と、を備えている。カソードＫにおいて制御電極Ｇ１と対向するカソード面２２は、その中央部２２Ｃが窪んだ凹面形状であり、カソード面２２から放出された電子ビームが管軸Ｏと交差するクロスオーバーを形成するとともに、カソード面２２の中央部２２Ｃから放出された電子ビームのクロスオーバー位置と、カソード面２２の離軸部２２Ｐから放出された電子ビームのクロスオーバー位置とが異なることを特徴とする。
【選択図】 図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、少なくとも１つ以上の電子ビームを放出する電子銃構体を備えた陰極線管に係り、特に、その電子ビームのフォーカス特性とドライブ特性を向上させて、高輝度で画面全域にわたり高解像度が得られる陰極線管に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般にカラー陰極線管は、電子銃構体から放出される３電子ビームを偏向装置の発生する水平偏向磁界及び垂直偏向磁界により偏向し、この偏向された電子ビームにより、シャドウマスクを介して、３色蛍光体層からなる蛍光体スクリーン上を水平及び垂直走査することによりカラー画像を表示する構造に形成されている。このような陰極線管において、特に電子銃構体を同一水平面上を通るセンタービーム及び一対のサイドビームからなる一列配置の３電子ビームを放出するインライン型電子銃とし、一方、偏向ヨークの発生する水平偏向磁界をピンクッション形、垂直偏向磁界をバレル形として、一列配置の３電子ビームを自己集中するセルフコンバーゼンス方式インライン型カラー陰極線管が、現在、陰極線管の主流となっている。
【０００３】
図８に従来のカラー陰極線管に用いられるインライン型電子銃構体の一例を示す。この電子銃構体は、第１グリッドＧ１側に電子放射物質が形成されたカソードＫ、第１グリッドＧ１、第２グリッドＧ２、第３グリッドＧ３及び第４グリッドＧ４により構成され、カソードＫ〜第２グリッドＧ２により形成される３極部（電子ビーム発生部）により電子ビームを生成し、第３グリッドＧ３と第４グリッドＧ４とにより形成される主レンズによりその電子ビームを加速・集束する構造となっている。
【０００４】
この電子銃構体においては、カソードＫに映像信号に応じて変化する電圧（ドライブ電圧）が印加され、カソードＫから放出される電子ビーム量を変化させることで蛍光体スクリーンの発光量を制御して、所望の画像を表示する仕組みとなっている。
【０００５】
図９の（ａ）及び（ｂ）は、電子ビーム量を制御する原理について説明するための図である。すなわち、図９の（ａ）にはカットオフ状態における電子ビーム発生部の等電位線図を示し、同図（ｂ）にはドライブ電圧を３０Ｖ印加した状態における電子ビーム発生部の等電位線図を示している。なお、第１グリッドＧ１は０Ｖに設定され、カットオフ時のカソード印加電圧は１００Ｖに設定されている。
【０００６】
この図より、第１グリッドＧ１の電子ビーム通過孔よりカソードＫへ電界が浸透しており、カットオフ状態では、この浸透電界とカソード電圧とがほぼ同じ電位となり電子が放出されないということがわかる。一方、ドライブ電圧が印加されることにより、このバランスが崩れ、カソード中心部を最大とした正の電界が電子放出領域に発生し、この領域から電子が放出されることとなる。そして、ドライブ電圧が大きければ大きい程、電子放出領域及び電界強度は大きくなる。すなわち、このドライブ電圧の大きさを変化させることによりカソードから放出される電子ビーム量を制御している。
【０００７】
しかしながら、電子銃構体は、電子ビーム量をこのような仕組みにより制御しているため、以下に説明する２つの潜在的問題を有している。まず１つ目は、ドライブ電圧の大きさにより電子放出領域が変化することに起因する問題である。すなわち、図１０に示したように、電子放出領域から出射した電子ビームは、管軸と交差するクロスオーバーを形成するが、蛍光体スクリーンに形成されるビームスポットは、その最小錯乱円を物点とした像点であるため、電子放出領域が大きくなればその最小錯乱円（物点径）も大きくなり、したがって、ビームスポット径も大きくなり、逆に物点径が小さくなればビームスポット径も小さくなる。したがって、ドライブ電圧が小さい場合すなわち電子ビーム量（カソード電流量）が小さい場合には、ビームスポット径が小さくなりモアレの発生という問題が生ずる。また、電子ビーム量（カソード電流量）が大きい場合には、ビームスポット径が大きくなり解像度の劣化という問題が生じる。
【０００８】
次に２つ目としては、浸透電界はカソード中心部が最大となるため、カソードから放出される電流は図１１に示すような密度分布となることに起因する問題である。すなわち、カソードから放出される全電子ビーム量（カソード電流量）は、面積×電流密度の積分で表わされるのだが、面積が大きい電子放出領域端部の電流密度が小さいため、カソードから十分な電子を取り出されないということになる。これを解決する為にはドライブ電圧を大きくすればよいが、陰極線管は一般に高い周数数で使用されるため、印加できるドライブ電圧には制限がある。すなわち、低いドライブ電圧でより大きなカソード電流を得られる陰極線管が望まれており、この要望は益々高まっている。
【０００９】
すなわち、上述したように、従来の陰極線管は、潜在的に以下の２つの問題を有している。１つ目は、ドライブ電圧の大きさによりビームスポット径が変化し、低電流域でのモアレの発生、高電流域での解像度の劣化という問題である。２つ目は、カソード電流量に大きく影響する電子放出領域端部の電界強度が小さいため、カソードが効率的に使用されておらず、カソード電流量を大きくすることができていないという問題である。
【００１０】
これらの問題を解決する手段として次のような電子銃構体の構造が提案されている。この電子銃構体は、前述した電子銃構体とはカソードＫの構造が異なり、図１２に示すように、カソードの前面が第１グリッドＧ１に対して窪んだ球面形状をなしている（例えば、特許文献１参照。）。
【００１１】
このように構成すると、低いドライブ電圧で大きなカソード電流（電子ビーム）を得られ、且つ、カソード電流の大きさによる電子ビームスポット径の変動を小さくすることができるが、その作用について以下で詳述する。
【００１２】
まず、カソードＫが、第１グリッドＧ１に対して窪んだ球面形状をなしているため、第１グリッドＧ１の電子ビーム通過孔から浸透してくる浸透電界がほとんどなくなる。したがって、カソードにドライブ電圧を印加すると、図１３に示すように、ドライブ電圧の大きさに無関係にカソードＫの全面から電子が放出され、さらにはカソードが球面形状をなしているため、電子ビームも理論上一点でクロスオーバーを形成することとなる。このため、従来生じていた電子放出領域変化に起因するモアレの発生や解像度の劣化という問題が解決される。
【００１３】
さらに、カソード電流密度分布は、中心部に比べ端部の方が電流密度がやや高い分布となる。したがって、従来の電子銃構体とは異なり、カソードＫから放出されるカソード電流を大きくすることができる。
【００１４】
しかしながら、このような電子銃構体によれば、カソードが球面形状をなしているため、電子ビームも一点でクロスオーバーを形成するが、実際にこれが成立するのはカソード電流が小さい時だけである。なぜならば、実際にはある一定以上の電流値になると空間電荷による反発効果を無視できなくなるからであり、特に高輝度（高電流）領域になると、この影響はますます大きくなるため、高輝度時の物点径をあまり改良することはできない。さらには、主レンズ部と蛍光体スクリーンとの間に受ける同様な空間電荷反発効果もあり、高電流領域においてはこの影響による電子ビーム径の劣化が著しく大きい。これを解決するために電子ビーム発生部から放出される電子ビームの発散角を大きくする方法があるが、この場合、主レンズ部の球面収差の悪影響を受けることとなってしまう。
【００１５】
すなわち、このような電子銃構体によれば、主レンズ部から蛍光体スクリーンに至るまでの間及びクロスオーバー部で受ける空間電荷反発効果を考慮すると、高輝度領域においてはほとんど解像度を改良することができないどころか、寧ろ解像度が劣化する場合すらある。
【００１６】
【特許文献１】
特開昭５４−１２３８６６号公報
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、通常の陰極線管は潜在的に以下の２つの問題を有している。１つ目は、ドライブ電圧の大きさによりビームスポット径が変化し、低電流域でのモアレの発生、高電流域での解像度の劣化という問題である。２つ目は、カソード電流量に大きく影響する電子放出領域端部の電界強度が小さいため、カソードが効率的に使用されず、カソード電流量を大きくすることができていないという問題である。
【００１８】
これらの問題を解決する電子銃構体として、カソードを第１グリッドに対して窪んだ球面形状とすることが提案されている。しかしながら、単にこのような構造としただけでは、低電流域での電子ビームは一点でクロスオーバーを形成するが、高電流域では空間電荷による反発効果を無視できなくなり、高輝度時の物点径をあまり改良することはできず、さらには、主レンズ部と蛍光体スクリーンとの間の空間電荷反発効果や主レンズの球面収差も改良できないため、高輝度領域においてはほとんど解像度を改良することができないどころか、寧ろ解像度が劣化する場合すらある。
【００１９】
この発明は、上述した問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、高コントラスト（高輝度）で高解像度の陰極線管を提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
この発明の第１の様態による陰極線管は、
電子ビームを発生する電子ビーム発生部と、この電子ビーム発生部から発生した電子ビームを蛍光体スクリーン上にフォーカスする主レンズ部と、を有する電子銃構体を備えた陰極線管であって、
前記電子ビーム発生部は、少なくとも、電子ビームを放出するカソードと、前記カソードの前記蛍光体スクリーン側に配置された制御電極と、を備え、
前記カソードにおいて前記制御電極と対向するカソード面は、その中央部が窪んだ凹面形状であり、
前記カソード面から放出された電子ビームが管軸と交差するクロスオーバーを形成するとともに、前記カソード面の中央部から放出された電子ビームのクロスオーバー位置と、前記カソード面の離軸部から放出された電子ビームのクロスオーバー位置とが異なることを特徴とする。
【００２１】
この発明の第２の様態による陰極線管は、
電子ビームを発生する電子ビーム発生部と、この電子ビーム発生部から発生した電子ビームを蛍光体スクリーン上にフォーカスする主レンズ部と、を有する電子銃構体を備えた陰極線管であって、
前記電子ビーム発生部は、少なくとも、電子ビームを放出するカソードと、前記カソードの前記蛍光体スクリーン側に配置された制御電極と、を備え、
前記カソードにおいて前記制御電極と対向するカソード面は、前記カソード面から放出された電子ビームが管軸と交差するクロスオーバーを形成するよう、その中央部が窪んだ凹面形状であり、
前記カソード面において、その中央部よりも離軸部の曲率が小さいことを特徴とする。
【００２２】
この発明の第３の様態による陰極線管は、
電子ビームを発生する電子ビーム発生部と、この電子ビーム発生部から発生した電子ビームを蛍光体スクリーン上にフォーカスする主レンズ部と、を有する電子銃構体を備えた陰極線管であって、
前記電子ビーム発生部は、少なくとも、電子ビームを放出するカソードと、前記カソードの前記蛍光体スクリーン側に配置された制御電極と、を備え、
前記カソードにおいて前記制御電極と対向するカソード面は、その中央部が窪んだ非球面の凹面形状であり、
前記カソード面から放出された電子ビームが管軸と交差するクロスオーバーを形成するとともに、前記カソード面の中央部から放出された電子ビームのクロスオーバー位置が、前記カソード面の離軸部から放出された電子ビームのクロスオーバー位置より前記カソード側に位置することを特徴とする。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施の形態に係る陰極線管について図面を参照して説明する。
【００２４】
図１に示すように、陰極線管装置、すなわちセルフコンバージェンス方式のインライン型カラー陰極線管装置は、真空外囲器９を備えている。この真空外囲器９は、パネル１及びこのパネル１と一体に接合されたファンネル２を有している。蛍光体スクリーン３は、パネル１の内面に配置されている。この蛍光体スクリーン３は、青、緑、赤にそれぞれ発光するドット状またはストライプ状の３色蛍光体層によって構成されている。シャドウマスク４は、蛍光体スクリーン３に対向して配置されている。このシャドウマスク４は、その面内に多数のアパーチャを有している。
【００２５】
インライン型電子銃構体７は、ファンネル２の径小部に相当する円筒状のネック５の内部に配置されている。この電子銃構体７は、同一水平面上を通るセンタービーム６Ｇおよび一対のサイドビーム６Ｂ，６Ｒからなる一列配置の３電子ビームを放出する。
【００２６】
偏向ヨーク８は、ファンネル２の径大部からネック５にわたる外面に装着されている。この偏向ヨーク８は、電子銃構体７から放出された３電子ビーム６Ｂ，６Ｇ，６Ｒを水平方向（Ｘ）及び垂直方向（Ｙ）に偏向する非斉一な偏向磁界を発生する。この非斉一磁界は、ピンクッション型の水平偏向磁界及びバレル型の垂直偏向磁界によって形成される。
【００２７】
電子銃構体７から放出された３電子ビーム６Ｂ、６Ｇ、６Ｒは、蛍光体スクリーン３に向けてセルフコンバージェンスするとともに、蛍光体スクリーン３における対応する色の蛍光体層上にフォーカスされる。また、これらの３電子ビーム６Ｂ、６Ｇ、６Ｒは、偏向ヨーク８によって発生された非斉一磁界により偏向され、シャドウマスク４を介して蛍光体スクリーン３を水平方向Ｘ及び垂直方向Ｙに走査する。これにより、カラー画像が表示される。
【００２８】
図２に示すように、電子銃構体７は、水平方向Ｘに一列に配置された３個のカソードＫ（Ｒ、Ｇ、Ｂ）、これらカソードＫ（Ｒ、Ｇ、Ｂ）を個別に加熱する３個のヒータ、及び４個の電極を有している。４個の電極、すなわち第１グリッド（制御電極）Ｇ１、第２グリッドＧ２、第３グリッド（フォーカス電極）Ｇ３、及び、第４グリッド（アノード電極）Ｇ４は、カソードＫ（Ｒ、Ｇ、Ｂ）から蛍光体スクリーンに向かって管軸方向Ｚに沿って順次配置されている。これらカソードＫ（Ｒ、Ｇ、Ｂ）、及び４個の電極は、一対の絶縁支持体によって一体に支持・固定されている。
【００２９】
４個の各グリッドは、それぞれ水平方向Ｘに並列した所定の大きさの３個の電子ビーム通過孔を有している。すなわち、第１グリッドＧ１及び第２グリッドＧ２は、それぞれ薄い板状電極によって構成されている。これらの板状電極は、その板面に、３個のカソードＫ（Ｒ、Ｇ、Ｂ）に対応して水平方向Ｘに一列に配列された３個の電子ビーム通過孔を有している。これら３個の電子ビーム通過孔は、径小の円形状に形成されている。
【００３０】
第３グリッドＧ３、及び、第４グリッドＧ４は、一体構造の筒状電極によって構成されている。これらの筒状電極は、複数のカップ状電極の開放端を突き合わせた構造を有している。すなわち、第３グリッドＧ３は、第２グリッドＧ２との対向面に、３個のカソードＫ（Ｒ、Ｇ、Ｂ）に対応して水平方向Ｘに一列に配列された３個の電子ビーム通過孔を有している。これら３個の電子ビーム通過孔は、第２グリッドＧ２に形成された電子ビーム通過孔よりやや径大な円形状に形成されている。また、第３グリッドＧ３は、第４グリッドＧ４との対向面に、３個のカソードＫ（Ｒ、Ｇ、Ｂ）に対応して水平方向Ｘに一列に配列された３個の電子ビーム通過孔を有している。これら３個の電子ビーム通過孔は、径大な円形状に形成されている。
【００３１】
第４グリッドＧ４は、第３グリッドＧ３との対向面及び蛍光体スクリーン側の対向面に、それぞれ３個のカソードＫ（Ｒ、Ｇ、Ｂ）に対応して水平方向Ｘに一列に配列された３個の電子ビーム通過孔を有している。これら３個の電子ビーム通過孔は、径大な円形状に形成されている。
【００３２】
カソードＫ（Ｒ、Ｇ、Ｂ）は、図３に示すように、円筒状の支持体２０の先端部に、電子ビームを放出する電子ビーム放出部２１を備えている。この電子ビーム放出部２１は、第１グリッドＧ１と対向して、電子ビームを放出するカソード面２２を有している。電子ビーム放出部２１は、少なくともその表面が電子放射物質によって形成されている。また、カソード面２２は、第１グリッドＧ１に対してその中央部２２Ｃが窪んだ凹面形状をなしている。
【００３３】
このカソード面２２は、その中央部２２Ｃと離軸部２２Ｐとで曲率が異なる非球面形状である。ここで、中央部２２Ｃとは、第１グリッドＧ１に形成された円形電子ビーム通過孔Ｇ１Ｈの中心軸Ｏを中心とした円形領域である。また、離軸部２２Ｐとは、中心軸Ｏから離れた中央部２２Ｃの周辺のドーナツ状領域に相当する。なお、中心軸Ｏは、管軸Ｚと平行であり、センタービーム６Ｇを放出するカソードＫについては、中心軸Ｏと管軸Ｚとが実質的に一致する。
【００３４】
すなわち、カソード面２２は、複数の曲率を組み合わせて形成された非球面形状であり、中央部２２Ｃの曲率よりも離軸部２２Ｐの曲率が小さく形成されている。例えば、中央部２２Ｃの曲率をＲ１とし、離軸部２２Ｐの曲率をＲ２とすると、カソード面２２は、Ｒ１＞Ｒ２の関係になるよう形成されている。
【００３５】
なお、ここの説明では、便宜上、カソード面２２を２つの領域に分類したが、中心軸Ｏから周辺部に向かうにしたがって曲率が徐々に小さくなるように形成されることで、カソード面２２を滑らかな非球面に形成することができ、より望ましいことは言うまでもない。このような場合、カソード面２２において、中心軸Ｏに近い近軸部分での曲率Ｒ１と中心軸Ｏから離れた離軸部分での曲率Ｒ２とを比較した場合に、Ｒ１＞Ｒ２の関係になるよう形成されていればよい。
【００３６】
上述した構成の電子銃構体７において、動作時には、カソードＫ（Ｒ、Ｇ、Ｂ）に、ほぼ０乃至１０Ｖ程度の直流電圧に映像信号が重畳された変調信号（ドライブ電圧）が印加される。第１グリッドＧ１は、接地されている。第２グリッドＧ２には、約３００乃至１０００Ｖ程度の直流電圧Ｅｃが印加される。第３グリッドＧ３には、約６乃至１０ｋＶ程度の一定のフォーカス電圧Ｖｆが印加される。第４グリッドＧ４には、約２０乃至３５ｋＶ程度のアノード電圧Ｅｂが印加される。
【００３７】
上述した構成の電子銃構体７は、各グリッドに上述したような電圧を印加することにより、電子ビーム発生部、プリフォーカスレンズ部、及び、主レンズ部を形成する。すなわち、電子ビーム発生部は、カソードＫ、第１グリッドＧ１、及び第２グリッドＧ２によって形成される。この電子ビーム発生部は、電子ビームを発生し、クロスオーバを形成する。
【００３８】
プリフォーカスレンズ部は、第２グリッドＧ２及び第３グリッドＧ３によって形成される。このプリフォーカスレンズ部は、電子ビーム発生部から発生された電子ビームを加速するとともにプリフォーカスする。主レンズ部は、第３グリッドＧ３及び第４グリッドＧ４によって形成される。この主レンズ部は、プリフォーカスレンズ部によりプリフォーカスされた電子ビームを加速するとともに最終的に蛍光体スクリーン上にフォーカスする。
【００３９】
このように構成された電子銃構体７によれば、低いドライブ電圧で大きなカソード電流（電子ビーム量）を得ることができ、しかも、カソード電流の変動による蛍光体スクリーン上でのビームスポット径の変動を小さくすることができる。特に、高輝度時（高カソード電流時）でのビームスポット径を小さくすることができるが、その作用について以下で詳述する。
【００４０】
まず、カソードＫが、第１グリッドＧ１に対して窪んだ形状をなしたカソード面２２を有している。このため、第１グリッドＧ１の電子ビーム通過孔Ｇ１Ｈからカソード面２２に浸透してくる浸透電界がほとんどなくなる。したがって、カソードＫにドライブ電圧を印加すると、ドライブ電圧の大きさに無関係にカソード面２２の全面から電子ビームが放出されることとなる。
【００４１】
これにより、電子銃構体７のカソード電流密度分布は、図４に示すように、中心部（中心軸Ｏ付近）に比べて離軸部の方が電流密度がやや高い分布となる。カソード電流量は、（電子放出に寄与するカソード面の面積）×（電流密度）の積分で表わされる。このため、カソード面２２から放出されるカソード電流を大きくすることができるため、低いドライブ電圧であっても大きなカソード電流（電子ビーム量）を得ることができる。また、カソード電流の大きさが変動したとしても、蛍光体スクリーン上でのビームスポット径の変動を小さく抑制することができる。
【００４２】
次に、蛍光体スクリーン３上に到達した電子ビームによって形成されるビームスポット径について説明する。カソードＫにおいて、カソード面２２は、その中央部２２Ｃが窪んだ凹面形状でありながら、カソード面２２から放出された電子ビームが中心軸Ｏ（または管軸Ｚ）と交差するクロスオーバを形成するが、このクロスオーバが一点に集中しなくなる。
【００４３】
つまり、図５に示すように、カソード面２２の中央部２２Ｃから放出された電子ビームのクロスオーバ位置と、カソード面２２の離軸部２２Ｐから放出された電子ビームのクロスオーバ位置とが異なる。このため、クロスオーバーが一点に集中していたことによる空間電荷反発効果が軽減され、主レンズ部に対する物点径を小さくすることができる。
【００４４】
このようなクロスオーバ位置の差は、カソード面２２が非球面形状となっているためである。この実施の形態によれば、カソード面２２において、その中央部２２Ｃの曲率よりも離軸部２２Ｐの曲率が小さく形成されているため、中央部２２Ｃから放出された電子ビームのクロスオーバー位置が離軸部２２Ｐから放出された電子ビームのクロスオーバー位置よりもカソードＫ側に位置している。
【００４５】
したがって、主レンズ部からみた物点距離は、中心軸Ｏから離軸している電子ビームほど小さくなるため、主レンズ部から受ける球面収差を打ち消すことができる。このため、電子ビームの発散角をある程度大きくしても主レンズ部においてほとんど球面収差を受けることがない。
【００４６】
このように、物点径及び球面収差の影響を小さくすることができ、さらには、電子ビームの発散角を大きくすることができるため、主レンズ部と蛍光体スクリーン３との間で受ける空間電荷反発効果も小さくできる。したがって、高輝度時でのビームスポット径も劇的に小さくすることが可能となる。
【００４７】
上述したように、この実施の形態に係る陰極線管によれば、低いドライブ電圧で大きなカソード電流を得ることができるため、高い周波数で使用される陰極線管の使用環境での制限に適応可能である。また、カソード電流の変動によるビームスポット径の変動を抑制できるため、低カソード電流時においてビームスポット径が過剰に小さく形成されることに伴うモアレの発生を防止でき、しかも、高カソード電流時においてビームスポット径が過剰に大きく形成されることに伴う解像度の劣化を防止することができる。さらに、カソード面の中央部から放出された電子ビームと離軸部から放出された電子ビームとのクロスオーバ位置が異なり、一点で集中することがないため、空間電荷反発効果が軽減され、主レンズ部に対する物点径を小さくすることができる。またさらに、カソード面の中央部から放出された電子ビームのクロスオーバー位置が離軸部から放出された電子ビームのクロスオーバー位置よりもカソード側に位置しているため、主レンズ部からみた物点距離は、中心軸から離軸している電子ビームほど小さくなり、主レンズ部から受ける球面収差を打ち消すことができる。したがって、物点径及び球面収差の影響を小さくすることができ、さらには、電子ビームの発散角を大きくすることができるため、高輝度時でのビームスポット径も劇的に小さくすることが可能となり、高解像度の陰極線管を提供することができる。
【００４８】
次に、他の実施の形態について説明する。
【００４９】
図６に示すように、カソードＫは、カソード本体３０と、補助体４０とを備えて構成されている。すなわち、カソード本体３０は、円筒状の支持体２０の先端部に、電子ビームを放出する電子ビーム放出部２１を備えている。この電子ビーム放出部２１は、第１グリッドＧ１と対向して、電子ビームを放出するカソード面２２を有している。電子ビーム放出部２１は、少なくともその表面が電子放射物質によって形成されている。また、カソード面２２は、第１グリッドＧ１に対してその中央部２２Ｃが窪んだ凹面形状をなしている。
【００５０】
このカソード面２２は、その中央部２２Ｃと離軸部２２Ｐとで曲率が異なる非球面形状である。すなわち、カソード面２２は、複数の曲率を組み合わせて形成された非球面形状であり、中央部２２Ｃの曲率よりも離軸部２２Ｐの曲率が小さく形成されている。
【００５１】
また、補助体４０は、カソード本体３０のカソード面２２の周辺、すなわちカソード本体３０より離軸側に配置されている。この補助体４０は、カソード面２２の離軸部２２Ｐから放出された電子ビームの軌道を制御する。すなわち、この補助体４０は、少なくとも第１グリッドＧ１と対向する表面４１が電子ビームを発生しない（あるいはカソード面より電子ビームを発生しにくい）物質によって形成されている。また、補助体表面４１は、例えば第１グリッドＧ１に対して窪んだ凹面形状をなしている。また、補助体４０は、カソード面２２の周縁部２２Ｅの全周にわたってドーナツ状に配置されることが望ましい。
【００５２】
このような構成のカソードＫによれば、カソード本体３０のカソード面２２における周縁部２２Ｅへの電界集中による電界の乱れを近接配置された補助体４０によって防ぐことができる。このため、カソード面２２の周縁部２２Ｅから放出された電子ビームを適切な軌道で中心軸Ｏ上に集束する（集中する）ことが可能となる。
【００５３】
また、カソードＫは、カソード本体３０と補助体４０とを離間する溝部５０を有している。このような構造としたことにより、含浸型カソードの場合に発生するカソード本体３０から補助体４０へのバリウムなどの金属物質のマイグレーションを防ぐことができる。これにより、不所望な電子ビームの発生を防ぐことが可能となる。すなわち、この実施の形態で説明したカソードによれば、不所望な電子ビームの発生を防ぎ、電子ビームを適切な軌道で集束することができるため、さらに高品質な陰極線管を提供出来る。
【００５４】
なお、上述した各実施の形態では、偏向収差のダイナミック補償に関して論じていないが、さらに解像度を向上するために、電子銃構体が水平方向Ｈと垂直方向Ｙとで電子ビームのフォーカス作用が異なる少なくとも１つの４極子レンズを備えても良い。
【００５５】
すなわち、上述した実施の形態では、主レンズ部が２つのグリッドすなわち第３グリッドＧ３及び第４グリッドＧ４にそれぞれ印加された固定電圧よって形成された電子銃構体７について説明したが、例えば、主レンズ部の内部に４極子レンズを形成しても良い。
【００５６】
例えば、図７に示すように、主レンズ部は、第３１グリッドＧ３１、第３２グリッドＧ３２、及び第４グリッドＧ４によって構成される。第３１グリッドＧ３１には、所定の直流電圧Ｖｆが印加される。第３２グリッドＧ３２には、所定の直流電圧Ｖｆにパラボラ状に変化する交流電圧成分Ｖｄを重畳したダイナミックフォーカス電圧（Ｖｆ＋Ｖｄ）が印加される。また、第４グリッドＧ４には、アノード電圧Ｅｂが印加される。さらに、第３１グリッドＧ３１及び第３２グリッドＧ３２間には、４極子レンズが形成される。このダイナミックフォーカス電圧（Ｖｆ＋Ｖｄ）は、鋸歯状の偏向電流に同期し、かつ、電子ビームの偏向量の変化に伴ってパラボラ状に変化する。このような４極子レンズにより、偏向収差をダイナミックに補償することができ、蛍光体スクリーン全域に亘って歪みの少ないビームスポットを形成することができる。
【００５７】
また、上述した各実施の形態では、カソードにおけるカソード面の曲率の軸対称性（水平方向Ｈ及び垂直方向Ｙに対する対称性）に関して論じていないが、例えばいずれか一方の軸について対称な曲率に形成したり、両方の軸について対称な曲率に形成したり、さらには水平方向Ｈと垂直方向Ｙとで異なる曲率として形成しても良い。つまり、カソード面の曲率は、陰極線管のサイズや種類、主レンズ系の形態などに合わせて、カソードの各方向の曲率を適宜自由に選択することが可能である。
【００５８】
さらに、上述した各実施の形態では、インライン型のカラー陰極線管を例に説明したが、上述した電子銃構体は、３電子ビームに対応して３個独立の構成であるから、この発明は、デルタ型電子銃構体を備えるカラー陰極線管にも適用可能であり、また白黒陰極線管など単電子ビームを放出する他の陰極線管にも適用可能である。
【００５９】
以上説明したように、この実施の形態の陰極線管によれば、電子銃構体は、少なくとも電子ビームを放出するカソードと、カソードの蛍光体スクリーン側に配置された制御電極すなわち第１グリッドとを備え、カソードにおいて制御電極と対向するカソード面は、その中央部が窪んだ凹面形状であり、カソード面の中央部よりも離軸部の曲率が小さく形成された構造を有している。
【００６０】
カソード面が第１グリッドに対して窪んだ形状をなしているため、第１グリッドの電子ビーム通過孔から浸透してくる浸透電界がほとんどなくなる。このため、カソードにドライブ電圧を印加した場合、ドライブ電圧の大きさに無関係にカソード面の全面から電子ビームが放出される。これにより、カソード電流密度分布は、中央部に比べ離軸部の方が電流密度がやや高い分布となる。カソード電流量は、面積×電流密度の積分で表わされるため、カソードから放出されるカソード電流を大きくすることができる。このため、低いドライブ電圧で大きなカソード電流を得ることができる。
【００６１】
また、カソード面が非球面形状に形成されているため、カソード面から放出された電子ビームのクロスオーバーが一点に集中しなくなり、従来生じていた空間電荷反発効果が著しく軽減され、物点径を小さくすることができる。
【００６２】
さらに、カソード面の中央部よりも離軸部の方がその曲率が小さく形成されているため、離軸部から放出された電子ビームより中央部から放出された電子ビームがカソード側でクロスオーバーを形成する。このため、主レンズ系からみた物点距離は、より離軸側の電子ビームほど小さくなるため、主レンズ系の球面収差を打ち消すこととなり、ある程度発散角を大きくしてもほとんど球面収差を受けることがない。したがって、物点径及び球面収差を小さくでき、さらには、発散角を大きくできることにより、主レンズ部と蛍光体スクリーンとの間で受ける空間電荷反発効果も小さくでき、高輝度時でのビームスポット径も劇的に小さくすることが可能となる。この結果、低いドライブ電圧で大きなカソード電流を得ることができ、且つ、カソード電流の大きさによるビームスポット径の変動を小さくできるため、モアレの発生がなく、かつ高コントラスト（高輝度）で高解像度を得ることができる。
【００６３】
なお、この発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、その実施の段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。
【００６４】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、高コントラスト（高輝度）かつ高解像度の陰極線管を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、この発明の一実施の形態に係るカラー陰極線管装置の構造を概略的に示す水平断面図である。
【図２】図２は、図１に示した陰極線管装置に適用可能な電子銃構体の構造を概略的に示す水平断面図である。
【図３】図３は、図２に示した電子銃構体に適用可能なカソードの構造を概略的に示す断面図である。
【図４】図４は、カソードの電流密度分布の一例を示す図である。
【図５】図５は、図３に示したカソードから放出される電子ビーム軌道を示す図である。
【図６】図６は、図２に示した電子銃構体に適用可能な他のカソードの構造を概略的に示す断面図である。
【図７】図７は、図１に示した陰極線管装置に適用可能な他の電子銃構体の構造を概略的に示す水平断面図である。
【図８】図８は、従来の電子銃構体の構造を概略的に示す水平断面図である。
【図９】図９は、従来の電子銃構体における電子放出の原理を説明するための図であり、（ａ）はカットオフ状態の場合を説明するための図であり、（ｂ）はドライブ電圧を印加した場合を説明するための図である。
【図１０】図１０は、図８に示した電子銃構体によるカソードから放出された電子ビーム軌道を示す図である。
【図１１】図１１は、従来のカソードの電流密度分布の一例を示す図である。
【図１２】図１２は、従来のカソードの構造を概略的に示す断面図である。
【図１３】図１３は、図１２に示したカソードから放出された電子ビーム軌道を示す図である。
【符号の説明】
１・・・パネル、２・・・ファンネル、３・・・蛍光体スクリーン、４・・・シャドウマスク、５・・・ネック、６（Ｒ、Ｇ、Ｂ）・・・電子ビーム、７・・・電子銃構体、２２・・・カソード面、２２Ｃ・・・カソード面中央部、２２Ｐ・・・カソード面離軸部、３０・・・カソード本体、４０・・・補助体、５０・・・溝部、Ｋ（Ｒ、Ｇ、Ｂ）・・・カソード、Ｇ１・・・第１グリッド（制御電極）、Ｇ２・・・第２グリッド、Ｇ３・・・第３グリッド、Ｇ４・・・第４グリッド

Claims (7)

1. 電子ビームを発生する電子ビーム発生部と、この電子ビーム発生部から発生した電子ビームを蛍光体スクリーン上にフォーカスする主レンズ部と、を有する電子銃構体を備えた陰極線管であって、
   前記電子ビーム発生部は、少なくとも、電子ビームを放出するカソードと、前記カソードの前記蛍光体スクリーン側に配置された制御電極と、を備え、
   前記カソードにおいて前記制御電極と対向するカソード面は、その中央部が窪んだ凹面形状であり、
   前記カソード面から放出された電子ビームが管軸と交差するクロスオーバーを形成するとともに、前記カソード面の中央部から放出された電子ビームのクロスオーバー位置と、前記カソード面の離軸部から放出された電子ビームのクロスオーバー位置とが異なることを特徴とする陰極線管。
2. 電子ビームを発生する電子ビーム発生部と、この電子ビーム発生部から発生した電子ビームを蛍光体スクリーン上にフォーカスする主レンズ部と、を有する電子銃構体を備えた陰極線管であって、
   前記電子ビーム発生部は、少なくとも、電子ビームを放出するカソードと、前記カソードの前記蛍光体スクリーン側に配置された制御電極と、を備え、
   前記カソードにおいて前記制御電極と対向するカソード面は、前記カソード面から放出された電子ビームが管軸と交差するクロスオーバーを形成するよう、その中央部が窪んだ凹面形状であり、
   前記カソード面において、その中央部よりも離軸部の曲率が小さいことを特徴とする陰極線管。
3. 電子ビームを発生する電子ビーム発生部と、この電子ビーム発生部から発生した電子ビームを蛍光体スクリーン上にフォーカスする主レンズ部と、を有する電子銃構体を備えた陰極線管であって、
   前記電子ビーム発生部は、少なくとも、電子ビームを放出するカソードと、前記カソードの前記蛍光体スクリーン側に配置された制御電極と、を備え、
   前記カソードにおいて前記制御電極と対向するカソード面は、その中央部が窪んだ非球面の凹面形状であり、
   前記カソード面から放出された電子ビームが管軸と交差するクロスオーバーを形成するとともに、前記カソード面の中央部から放出された電子ビームのクロスオーバー位置が、前記カソード面の離軸部から放出された電子ビームのクロスオーバー位置より前記カソード側に位置することを特徴とする陰極線管。
4. 前記カソードは、電子ビームを放出するカソード面を有するカソード本体と、前記カソード面の周辺に配置され前記カソード面の離軸部から放出された電子ビームの軌道を制御する補助体とを備えたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の陰極線管。
5. 前記カソードは、前記カソード本体と前記補助体とを離間する溝部を有することを特徴とする請求項４に記載の陰極線管。
6. 前記カソード面において、水平方向の曲率と垂直方向の曲率とが異なることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の陰極線管。
7. 前記電子銃構体は、水平方向と垂直方向とで電子ビームのフォーカス作用が異なる少なくとも１つの４極子レンズを備えたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の陰極線管。

Images