JP2005510012A - 表示装置 - Google Patents

Abstract

表示装置は、陰極によって少なくとも１つの電子ビーム（６）を発生するための電子銃（５）と、表示窓（２）の内面上のけい光スクリーン（８）と、該けい光スクリーンを横切って電子ビームを偏向するための手段（９，２７，２８）とを有する陰極線管（１）を具えている。電子銃は、プレフォーカシング部（１１）、主レンズ部（１２）、プレフォーカシング部と主レンズ部との間の中間電極（２３，Ｇ₃，Ｇ_3B）及び該中間電極内又はその近傍に発生するイオン（３０）による陰極のイオンダメージを低減させる手段とを具えている。電子銃（５）に、ビーム軸上に該ビーム軸に対して垂直の成分を含む電界を中間電極（Ｇ₃，Ｇ_3B）の内部に発生するための手段（４１，４２）を設ける。これによりイオンを電子ビームから離し、陰極へのダメージを効果的に低減する。

Description

本発明は、陰極によって少なくとも１つの電子ビームを発生する電子銃と、表示窓の内面上のけい光スクリーンと、該けい光スクリーンを横切って電子ビームを偏向するための手段とを有する陰極線管を具えている表示装置であって、電子銃が、プレフォーカシング部、主レンズ部、及びプレフォーカシング部と主レンズ部との間に、中間電極及び該中間電極内又はその近傍に発生するイオンによる陰極のダメージを低減させる手段を具えている表示装置に関するものである。

このような装置は米国特許第４，０７５，５５３号から既知である。

電子は陰極によって発生されてから、電子銃における電極内にて、及び該電極によって加速され、且つ集束されて電子ビームとなって、偏向手段により偏向されてから、スクリーン上に当って画像を形成する。電子銃は前集束を行うプレフォーカシング部と、主レンズ部とを具えている。プレフォーカシング部と主レンズ部との間には中間電極（フォーカシングバスとも称される）が位置付けられている。電子ビームが電子銃を横断すると、イオンが発生する。これらのイオンは陰極によって引き付けられ、陰極にイオンが当ると、陰極はイオンによって害され、スパッターダメージを被る

米国特許第４，０７５，５５３号には、中間電極内又はその近傍に発生するイオンによる陰極のダメージを、中間電極の前にこの中間電極の電圧よりも数１０〜１００ボルト高い電圧にする追加電極を設けることによって低減させる手段を設けることが提案されている。この方法では、イオンがはね返されて、陰極に当らなくなり、イオンによる陰極のダメージが低減する。

このような手段を適用することによって、発生イオンの大部分は停止されるも、中間電極と追加電極との間に比較的大きな電圧差を必要とし、また追加電極を設ける必要もある。

本発明の目的は、上述した問題点の少なくとも１つを低減するか、又はなくす、冒頭にて述べたような表示装置を提供することにある。

このために、本発明による表示装置は、電子銃に、ビーム軸上に該ビーム軸に対して垂直の成分を含む電界を中間電極の内部に発生するための電界発生手段を設けたことを特徴とする。

このような横方向成分は、イオンをビーム軸の片側に、即ち電子ビームから離れる方向に偏向することになる。電子から成り、運動エネルギーが極めて高い（一般的に、数千電子ボルト程度）電子ビームは、斯様な横方向成分によっては殆ど影響されることはないが、ゆっくり移動する発生イオン（一般的に、0.1〜1電子ボルト程度の運動エネルギーを有する）は、斯様な横方向電界成分によってわきへ押しやられて、陰極に到達できなくなるか、又は少なくとも陰極の最も敏感な部分（電子放射部分）から離れるようになる。本発明者等は、電子ビームに及ぼす一方の悪影響と、発生イオンビームが陰極又はその電子放射部分に達したり、それに当ったりしないようにする他方の有効性との兼ね合いが、本発明による装置の方が既知の装置よりも優れていることを確かめた。

本発明は様々な実施例にて具体化することができる。

その一例では、ビームの両側の中間電極に２つのサブ電極を設け、作動時にこれらのサブ電極間に電圧差を与える。この電圧差が横方向電界を生成して、電子ビームからの発生イオンを押しやり、その後、イオンが陰極に衝突するのを防ぐ。

他の好適例では、陰極に対向している中間電極における電子ビーム通過アパーチャの片側にアパーチャを設ける。この追加のアパーチャは、中間電極の内部に非対称電界を発生し（追加アパーチャを経るドゥルッヒグリッフ（Durchgriff）による）、これには、発生イオンが追加のアパーチャに引き付けられ、従ってイオンが電子ビーム通過アパーチャから離れて、イオンが陰極に衝突するのを防止する効果がある。これらの好適例では、追加の電極を必要とせず、追加の電圧も付与する必要がない。

本発明のこれら及び他の目的は、以下説明する実施例を参照して明らかになり、且つ解明されるであろう。

図面は実寸図示したものではなく、図中、同様な参照番号は概して同様な部分を示すものとする。

画像表示装置は、表示スクリーン２、コーン部分３及びネック部分４を含む陰極線管１を具えている。ネック部分４内には、少なくとも１つの電子ビームを発生するための手段５がある。非偏向状態における電子ビーム６は管軸線７にほぼ一致する。表示スクリーン２の内側面８はけい光体素子を具えている。非偏向電子ビーム６がけい光体に当ると、けい光体は発光性となり、これにより表示スクリーン２上に可視スポットを生成する。表示スクリーン２までの途中で、電子ビーム６は偏向系９により表示スクリーン２を横切って偏向され、これにより二次元の画像を生成する。

電子ビームの電子は管内の残留ガスからの分子（又は原子）と衝突し得る。こうした衝突がガス分子の一部をイオン化する。これにより発生したイオンは陰極の方へと加速されて、通常は比較的小さなスポットに集束される。標準的な陰極では、残留ガス圧が高い時に、特に最初の数時間の作動中にイオン衝撃によって電子放出が低減することになる。電子銃の設計次第で、イオン衝撃のために陰極の電子放出の低減が許容できないほどに大きくなり得る。そのような場合に、イオン衝撃の強度を低減させる必要がる。

米国特許第４，０７５，５３３号には、中間電極の前に追加の電極を設け、この追加電極の電圧を中間電極の電圧よりも数１０〜１００ボルト高い電圧とすることにより、中間電極内又はその近傍に発生するイオンが陰極に達するのを防止する手段を設けることが提案されている。この方法では、イオンがはね返されて、陰極に当らなくなる。

図２は米国特許第４，０７５，５３３号から既知の表示装置のディテールを示す。電子銃は、陰極電圧Ｖ_cathの陰極２１及び電圧Ｖ₂₂の第１グリッド２２を有するプレフォーカシング（前−集束）部と、電圧Ｖ₂₃の中間電極２３と、電圧Ｖ_f及びＶ₂₅の２つの主レンズ電極２４及び２５とを具えている。電極２２と２３との間には、追加の電極２６が位置付けられ、その電位はＶ₂₃よりも数１０〜１００ボルト高くする。電子ビームは、最終電極２５を離れた後に、偏向手段（この場合には、静電偏向手段）２７及び２８によってスクリーン２９上を走査すべく偏向される。この方法では、ビームの電子によって生成されるか、又は電子の一部がアパーチャのあるプレート３１上に衝突することによって形成された二次電子によって生成される正イオン３０が、電極２６によってはね返されて電極２３により捕捉されて、陰極に当らないようになる。中間電極を設けることは、基本的にはプレフォーカシング部１１内及び/又はそれによって形成される前集束と、主レンズ部１２内及び/又はそれによって形成される主集束との間内をほぼ無電界にすることと認められる。中間電極の両端部は前集束及び/又は主レンズを形成する役目をある程度果たすことができる。

概して、このような電極配列はすこぶる良好、即ち比較的高い割合のイオンが陰極に当らなくなるが、本発明者等は、電極２３と追加電極２６との間に必要とされる電圧差は幾分高く、しかも追加電極２６を必要としていることに気付いた。驚くべきことに、電極２３の内側に非対称電界、即ち、電子銃の長手方向に対して垂直、つまり、ビーム軸上の電子ビームに対して垂直の方向の成分をビーム軸上に含む電界を用いることにより、小さな電圧差で大きなイオン停止効果を得ることができ、また、ほとんどの好適実施例において、追加の電圧差や、追加の電極を用いなくても大きな効果を得ることができることを確かめた。その基本的な設計を図３〜図５に例示し、ここに、図３は米国特許第４，０７５，５３３号に記載されているものに似た装置を示し、ここでは、中間電極Ｇ_3Bに対向する追加電極Ｇ_3Aの電圧をＧ_3Bの電圧よりも１００ボルト高くし、図４は、２つのサブ電極、この例では、中間電極Ｇ₃の内部の追加プレート４１と４２によって、これらのプレートに異なる電圧を印加することにより非対称電界を作る設計を示し、図５は、追加の電極もなく、電圧差もかけずに、中間電極Ｇ₃にホール５１を設けることによって非対称電界を発生させる設計を示す。図５には等電位線も示してある。また、電子ビーム通過アパーチャ５３の直ぐ後に発生するイオンの軌道５２も示してある。これらのイオンは、追加のホール５１内へと引き付けられ、従ってイオンは陰極には到達できなくなる。なお、図面には印加電圧も示してある。追加のアパーチャ（ホール）５１は中間電極の内部に（追加のアパーチャ５１を経るドゥルッヒグリッフ（Durchgriff）により）非対称電界を発生し、これには発生したイオンを追加のアパーチャ５１に引き付ける効果があり（軌道５２参照）、従って電極Ｇ₃における電子ビーム通過アパーチャ５３からイオンを離して、陰極にイオンが衝突するのを防止する。この実施例の重要な利点は、追加の電極を設ける必要がないだけでなく、追加の電圧差もかける必要がないことにある。これにより設計が大いに簡単になり、また幾つかの誤差源及び誤整列がなくなるために、画像品質が向上する。図３、図４及び図５に示した設計では、中間電極Ｇ_3B，Ｇ₃をそれぞれ集束電極とも称する。これらの模範的な例では、プレフォーカシング部は国際特許出願WO 01/26131 A1に記載されているタイプのものとする。しかしながら、図示したタイプのプレフォーカシング部は一例を示したものであって、本発明はこのタイプのプレフォーカシング部を有する電子銃に極めて有効ではあるが、これは広義で本発明の範囲を限定するものと見なすべきではない。

図６はＧ₃電極を陰極に対向している側から見た正面図を示す。この例では、３つのイン−ラインアパーチャ５３の片側に単一のイオン偏向アパーチャ５１を設ける。

プレート又はホール５１を設けたり、指定の電圧としたりすること以外の、その他の全て、即ち、電極間の距離、電極の電圧、ガス圧、露出長、ビーム電流及び電極におけるアパーチャの大きさや寸法の如き、全ての尺度を同じにして、イオンが陰極にダメージを及ぼす明白な影響、必要とされる電圧差及び誘起されるビーム誤差影響を良好に比較することができる。

表１： 残存するダメージの割合（計算したダメージは陰極の中央部におけるスパッターダメージである）と、必要とされる電圧差ΔＶと、ｘ及びｙの各ＬＳＦ（ラインスプレッド関数:Line Spread Function）値の５％及び３０％の増分値との比較を示す。

表１に示したような結果を比較すると明らかなように、既知の設計のもの（図３）に比べて、非対称電界、即ち、ビーム軸に対して垂直の電界を電子ビームの軸線上に持つ電界を用いると、より一層優れた結果が得られる。図４に示したような装置は、図３に示したような装置における電圧差の僅か４０％の電圧差を用いるだけであり、しかも誘起誤差は同程度でも、図４に示した装置では、イオンによる陰極ダメージが図３に示した装置におけるよりも２５％も少なくなる。同様に、図５に示したような装置に対するデータを図３に示したような装置に対するデータと比較すると明らかなように、追加の電圧又は電極の必要性なしで、イオンダメージが１２．５％までに低減し（４０％の代わりに、３５％残存する）、また誘発される誤差もおおよそ１６％までに低下する。陰極ダメージの一部はプレフォーカシング部におけるビームに発生するイオンによってなされると認められる。従って、集束電極内又はその近傍における手段によっては影響を及ぼすことができないバイアス的な割合のダメージ（ほぼ２０％）がある。イオン停止手段の停止効果が１００％であっても、バイアスダメージは依然残る。このバイアスダメージを考慮すれば、本発明の効果は尚一層際立つ。４０％の残存ダメージを３０％の残存ダメージに低減することは（図３と図４との比較）、実際上、停止効果の有効性が２倍になることを意味する。

従って、非対称電界、即ち、ビーム軸に対して垂直の成分をビーム軸上に含む電界は、対称的な停止電界、即ち、ビーム軸に対して対称な電界よりもイオンをより一層有効に停止する。本発明がさらなる利点を有することも認められる。対称電界を有効なものとするためには、電極Ｇ₃の内部におけるビーム軸上の領域に対する電界を実際にはその軸に沿う方向とは逆にする必要があり、即ち、電位を最大にする必要がある。このように、電位を最大にすることはイオンに対してバリヤとして作用する。しかし、電極を高電位で用いるだけでは必要な働きをせず、電位差は幾分高くしなければならない。小さ目の電圧差はバリヤを生成せず、実質上効果が殆ど又は全くない。このためにカットオフ電圧差があり、それ以下では明確な効果は殆ど、或いは全く現れない。しかしながらこのことは、どんな製造プロセスでも、電極間の距離、電極におけるアパーチャのサイズ及び印加電圧のような尺度にバラツキがあることからして、印加電圧の差がさほど高くなくても、停止効果が常に生じるのであれば、その確かな効果に大きなバラツキがあることも意味している。それを簡単し、明確な効果が得られるようにするためには、名目上必要とされる電圧差よりも高い電圧差を与える必要がある。これに対し、図４に示したような本発明による設計での明白な効果は印加電圧の差にもっと直線的に関係するため、理想的な状況からの僅かなずれが殆ど影響せず、より適切な電圧を選定することができる。

本発明の枠組み内で多くの変更を加え得ることは明らかである。例えば、非対称電界は電極を上側部（Ｇ’₃）と下側部（Ｇ”₃）との２つに分けて、電子ビームが通過するアパーチャをこれら２つの電極部間内か、その一方の電極部に形成し、この場合、アパーチャを有する電極部は概して他方の電極部よりも大きくし、２つの半部間に小さな（２０-６０ボルト）電圧差を与えるようにして（図９参照）、非対称電界を得ることができる。図７及び図８は集束電極Ｇ₃の２つの正面図を示す。図７では、中央のビーム通過アパーチャ５３の上方に単一のアパーチャ６１を設ける。装置によっては、中央の電子ビームに主だった問題がある。このような場合には、単一アパーチャ６１を比較的小さくすれば十分である。図８には中央のアパーチャと外側のアパーチャとの間の途中に２つのアパーチャ７１と８１を示してある。

好適実施例では、Ｇ₃電極に対向し、アパーチャ５１に向い合った側の電極に肩部又は隆起部５４（図５に点線にて示す）を設ける。これはアパーチャ５１を通るドゥルッヒグリフを増加し、従って、発生イオンに及ぼす引っ張り効果を増す。

要約すれば、本発明は次ぎのように述べることができる：
表示装置は、陰極によって少なくとも１つの電子ビームを発生する電子銃（５）と、表示窓（２）の内面上のけい光スクリーン（８）と、けい光スクリーンを横切って電子ビームを偏向するための手段（９，２７，２８）とを有する陰極線管（１）を具えている。電子銃（５）は、プレフォーカシング部（１１）、主レンズ部（１２）、プレフォーカシング部と主レンズ部との間の中間電極（２３，Ｇ₃，Ｇ_3B）及び中間電極内又はその近傍に発生するイオン（３０）による陰極のダメージを低減させる手段を具えている。電子銃（５）には、中間電極（Ｇ₃，Ｇ_3B）の内側にビーム軸線に対して垂直の成分をビーム軸上に含む電界を発生するための手段（４１，４２）を設ける。これによりイオンを電子ビームから離し、陰極へのダメージを効果的に低減させる。

表示装置の断面図である。 US 4,075,333から既知の画像表示装置用電子銃の断面図である。 既知の設計を用いる電子銃のディテールを示す概略図である。 本発明の実施例による電子銃のディテールを示す概略図である。 本発明の他の実施例による電子銃のディテールを示す概略図である。 本発明による中間電極（Ｇ₃）の正面図である。 本発明の実施例による中間電極の他の例の正面図である。 本発明の実施例による中間電極のさらに他の例の正面図である。 本発明の実施例による中間電極のさらに他の例の正面図である。

Claims (8)

1. 陰極によって少なくとも１つの電子ビームを発生するための電子銃と、表示窓の内面上のけい光スクリーンと、該けい光スクリーンを横切って電子ビームを偏向させるための手段とを含む陰極線管を具えている表示装置であって、電子銃が、プレフォーカシング部、主レンズ部、及びプレフォーカシング部と主レンズ部との間の中間電極及び該中間電極内又はその近傍に発生するイオンによる陰極のダメージを低減させる手段を具えている表示装置において、前記電子銃に、ビーム軸上に該ビーム軸に対して垂直の成分を含む電界を前記中間電極の内部に発生するための電界発生手段を設けたことを特徴とする表示装置。
2. 前記電界発生手段が、電子ビーム通路の各片側に１つずつの２つのサブ電極を具え、これらのサブ電極間に電圧差を与えることができるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
3. 前記陰極に対向している中間電極における電子ビーム通過アパーチャの片側にアパーチャを設けたことを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
4. 前記電子銃をイン−ラインタイプのものとし、前記中間電極が３つの電子ビームを通す一列に位置する３つの電子ビーム通過アパーチャを具え、且つ単一のアパーチャが３つの全てのビーム通過アパーチャ及ぶようにしたことを特徴とする請求項３に記載の表示装置。
5. 前記電子銃をイン−ラインタイプのものとし、前記中間電極が３つの電子ビームを通す一列に位置する３つの電子ビーム通過アパーチャを具え、且つ単一アパーチャが３つの電子ビーム通過アパーチャのうちの、中央のアパーチャの近くに位置するようにしたことを特徴とする請求項３に記載の表示装置。
6. 前記電子銃をイン−ラインタイプのものとし、前記中間電極が３つの電子ビームを通す一列に位置する３つの電子ビーム通過アパーチャを具え、且つこれら３つの電子ビーム通過アパーチャのうち、中央のアパーチャと外側のアパーチャとの間の上方又は下方に、それぞれ１つずつの２つのアパーチャを設けたことを特徴とする請求項３に記載の表示装置。
7. 前記中間電極の陰極対向側に面する電極に、前記中間電極の陰極対向側の方へと延在する肩部又は隆起部を設けたことを特徴とする請求項３に記載の表示装置。
8. 前記中間電極が２つ以上の部分を具え、これらの各部に別々の電位を与えるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の表示装置。

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