JP2778453B2

JP2778453B2 - 陰極線管

Info

Publication number: JP2778453B2
Application number: JP6032497A
Authority: JP
Inventors: 洋一小堀; 功二小野高; 勝弥平賀
Original assignee: Futaba Corp
Current assignee: Futaba Corp
Priority date: 1994-03-02
Filing date: 1994-03-02
Publication date: 1998-07-23
Anticipated expiration: 2013-07-23
Also published as: JPH07245065A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電界放出形陰極を電子
源とする電子銃を備えた陰極線管（以下ＣＲＴと略
す。）に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図４は従来の一般的なＣＲＴを示してい
る。このＣＲＴ１は、電子銃２を備えたネック部３と、
このネック部３から放出された電子ビームを偏向させる
偏向電極４が設けられたファンネル部５と、前記電子ビ
ームによって励起発光する蛍光体が被着されたパネル部
６とを有している。

【０００３】図５は従来の一般的なＣＲＴ１に用いられ
ている従来の電子銃２である。この電子銃２は、ヒータ
で酸化物層を加熱する傍熱形カソード７と、引出し電極
８と、集束電極９を有している。

【０００４】上記のように構成されたＣＲＴ１によれ
ば、ネック部の電子銃２から放出された集束した電子ビ
ームは、ファンネル部５の偏向電極４によってパネル部
６の所定位置へ導かれ、これによって蛍光面が励起発光
して所望の表示が行なわれる。

【０００５】前述した従来の電子銃を利用したＣＲＴに
よれば次のような問題があった。（１）従来の電子銃のカソードは傍熱形だったので、ヒ
ータを加熱するためのヒータ電源が必要であった。（２）ヒータ電源をＯＮにしてから電子ビームが得られ
るまでにある程度の時間がかかった。

【０００６】（３）電子銃のヒータの寿命が短いので、
長寿命のＣＲＴができなかった。（４）高電流密度の電子ビームを放出する電子源が得ら
れなかった。

【０００７】（５）電子銃の電子発生部の直径が数ｍｍ
もの大きさであったため、電子レンズ系によってある程
度以下にまでビームを微小に集束させると、収差によっ
てビーム形状に歪が生じるとともに、ビーム径内で電子
密度の不均一が生じ易い。

【０００８】上記のような問題点を解決するため、近年
では電子銃の電子発生部に電界放出形陰極 (Field Emi
ssion Cathode,以下ＦＥＣとも呼ぶ。 )を用いたＣＲＴ
も提案されている。これは、小型で、ヒータを必要とせ
ず、高い電流密度が得られるＦＥＣの利点に着目したも
のといえる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ＦＥＣを用いた従来の
ＣＲＴの中には、２進関係にある異なる数ずつのＦＥＣ
セルを次々に連続して接続したグループを複数構成し、
これらのグループを異なる組み合わせで駆動することに
よって異なる明るさを実現しようとしたものもあった。

【００１０】しかしながら、前述したような構成のＣＲ
Ｔでは、複数のＦＥＣセルを連続した所定のパターンで
接続したグループを所定の範囲内に複数種類設けなけれ
ばならないが、このような複雑な構造は製作コストを上
昇させるという問題があった。またグループの選択乃至
組み合わせによっては、駆動されるＦＥＣセルが狭い範
囲に集中せず、駆動される複数のＦＥＣセルの間に隙間
が生じてしまうことがあった。こうなると、実質的な電
子銃の電子発生部の直径がかなりの大きさになり、収差
によってビーム形状に歪が生じるとともに、ビーム径内
で電子密度の不均一が生じ易くなるという問題があっ
た。

【００１１】本発明は、電子ビームのスポット径が小さ
く、駆動速度が速く、しかも簡単な構成によって所望の
階調数で輝度制御を行えるＦＥＣを備えた電子銃を有す
る陰極線管を提供することを目的としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載された陰
極線管は、カソード導体とカソード導体に設けられたエ
ミッタとエミッタの近傍に設けられたゲートを有する電
界放出形陰極が行又は列ごとにマトリクス駆動される行
列状に配設された複数の小領域に分割されて成る電子銃
と、前記電子銃から放出された電子ビームを偏向させる
電子ビームの偏向電極と、電子ビームの射突によって発
光する蛍光体が被着されたパネル部と、前記電子銃にお
いて各小領域のカソード導体とゲートをそれぞれ行又は
列ごとに駆動することにより電界放出形陰極の駆動面積
を制御して輝度を制御すると共に、輝度データに応じた
電圧の信号を前記偏向電極の制御信号に同期させて前記
電界放出形陰極のゲートに印加することにより輝度を調
整する輝度制御手段を有することを特徴としている。

【００１７】

【作用】輝度制御手段は、電界放出形陰極の各小領域の
カソード導体とゲートを行乃至列毎に駆動して小領域を
選択する。選択された小領域の合計面積に応じて電子の
放出量が調節され、輝度が制御される。これと同時に、
輝度制御手段は、輝度データに応じた信号を前記偏向電
極の制御信号に同期させて前記電界放出形陰極のゲート
に印加することにより輝度を調整する。輝度データに応
じた電圧の信号を生成し、偏向電極の制御信号に同期し
て電界放出形陰極のゲートに与れば、走査される各画素
毎に電界放出形陰極の電子放出量が制御され、輝度が調
整される。選択された小領域が密集した一つの集合を構
成するように制御できるので、スポット径が小さいため
に収差が少なく、電子密度が均一な高品質の電子ビーム
が得られる。

【００１８】

【実施例】本発明の第１実施例を図１〜図３を参照して
説明する。本実施例のＣＲＴ１０の基本的な構成は図４
に示した従来のＣＲＴ１の構成と同じである。即ち、図
１に示すように、本実施例のＣＲＴ１０が有するガラス
容器１１のネック部１１ａには電子銃１２が設けられ、
このネック部１１ａから放出された電子ビームはファン
ネル部の偏向電極で偏向される。そして該電子ビーム
は、ガラス容器１１の前面内面に設けられたパネル部の
蛍光体に射突してこれを励起発光させ、所望の画像表示
を行なうようになっている。但し、本実施例のＣＲＴ１
０の電子銃１２は、従来のＣＲＴ１と異なり、その電子
源として電界放出形陰極２０を有している。そして前記
電子銃１２は、この電界放出形陰極２０と第１及び第２
電子ビーム集束電極２５，２８等から構成されている。

【００１９】次に、前記電子銃１２の構成について図２
を参照して詳細に説明する。セラミック基板１３上に
は、Ｓｉ又はガラス等の絶縁材料からなる基板１４が設
けられている。該基板１４上には、スピント形の電界放
出形陰極２０（ＦＥＣ２０）が直径約０．５〜０．６ｍ
ｍの範囲内に多数形成されている。即ち、基板１４上に
は、導電性薄膜によってカソード導体１５が形成され、
その上には絶縁層１６とゲート１７が積層されている。
この絶縁層１６とゲート１７にはフォトリソグラフィ法
によってホール１８が形成され、該ホール１８内のカソ
ード導体１５上にはコーン形状のエミッタ１９が蒸着法
によって形成されている。なお、この実施例ではエミッ
タ１９がスピント形であるが、スピント形蒸着エミッタ
以外に、エッチングによる縦型電界放出エミッタでもよ
いし、方向性に優れていれば、平面形電界放出エミッタ
でもよい。

【００２０】前記ＦＥＣ２０のカソード導体１５は、セ
ラミック基板１３に設けられたカソードステム２１に接
続されており、該カソードステム２１はガラス容器１１
のネック部１１ａ外に導出されている。

【００２１】前記ＦＥＣ２０のゲート１７には、中央に
孔が形成された板状の導体２２が接続されている。導体
２２の両端は、前記セラミック基板１３を貫通してＦＥ
Ｃ２０側に突出した２本のゲートステム２３の一端にそ
れぞれ接続されている。少なくとも一方のゲートステム
２３の他端は、ガラス容器１１のネック部１１ａを通し
て外方に突出している。

【００２２】前記セラミック基板１３上において、前記
導体２２の上には絶縁層２４が形成され、該絶縁層２４
の上には、第１電子ビーム集束電極２５が設けられてい
る。第１電子ビーム集束電極２５は、前記基板１４に形
成されたＦＥＣ２０を臨む直径０．５〜０．６ｍｍの孔
２５ａが形成された金属板であり、該孔２５ａ付近にお
ける前記ＦＥＣ２０のゲート１７との距離は０．０８〜
０．１ｍｍとされている。また、第１電子ビーム集束電
極２５の両端は棒状のリード端子２６に支えられてお
り、少なくともそのうちの一方はガラス容器１１の外に
導出されている。

【００２３】前記第１電子ビーム集束電極２５の上方に
は、０．１〜０．２ｍｍのセラミック絶縁材２７を介し
て第２電子ビーム集束電極２８が設けられている。この
第２電子ビーム集束電極２８の構成は第１電子ビーム集
束電極２５と同じであり、リード端子２９の少なくとも
一方がガラス容器１１の外に導出されている。

【００２４】本実施例のＣＲＴ１０は、この電子銃１２
の各電極に所定の電圧を印加する回路を有している。本
例では、エミッタ１９を接地し、ゲート１７に３０〜１
５０Ｖ、第１電子ビーム集束電極２５には０〜１５０
Ｖ、第２電子ビーム集束電極２８には２００〜５００Ｖ
の範囲の電圧が印加される。

【００２５】又は、ゲート１７を接地し、各電極間に前
述したのと同様の電位差を与えるようにしてもよい。な
お、本実施例の電子銃１２は、ＦＥＣ２０と第１及び第
２電子ビーム集束電極２５，２８を有しているが、必要
に応じてさらに第３及び第４の集束電極を設けるように
してもよい。

【００２６】次に、本実施例におけるＦＥＣ２０は、図
３に示すように複数の小領域Ｓに分割されている。図３
に示すように、ＦＥＣ２０におけるこれら複数の小領域
Ｓの集合は、８行８列の行列状に配設されている。ここ
で行は横方向の並び、列は縦方向の並びを示す。

【００２７】各小領域Ｓは、図２において説明したよう
にカソード導体・エミッタ・ゲート等をそれぞれ備えて
いる。各小領域Ｓのカソード導体は行毎に共通に接続さ
れ、各小領域Ｓのゲートは列毎に共通に接続されてい
る。即ち、図２中に示したＦＥＣ２０の断面は、ＦＥＣ
２０の基本的な電極構成を示したものである。そしてこ
のＦＥＣ２０は、図３に示すように行列状に並んだ複数
の小領域から成り、各小領域のカソード導体とゲートが
マトリクス状に接続された構造とされている。

【００２８】そして、多数の小領域Ｓに分割された前記
ＦＥＣ２０は、図３に示すように第１の輝度制御手段で
あるＸデコーダ４０及びＹデコーダ４１によって駆動さ
れる。Ｘデコーダ４０は、８個の各出力端子がそれぞれ
第１列から第８列の各列に接続されており、各小領域Ｓ
のゲートを列毎に走査する。Ｙデコーダは、８個の各出
力端子がそれぞれ第１行から第８行の各行に接続されて
おり、各小領域Ｓのカソード導体を行毎に走査する。

【００２９】本実施例においては、表示すべき画像の輝
度データ（階調信号）はアナログデータとして与えられ
る。この輝度デ−タは、Ａ／Ｄ変換回路４２で８ビット
のデジタルの輝度データに変換されて出力される。この
輝度データの下位４ビットのデータが、偏向電極に与え
られる制御信号に同期して、Ｘデコーダ４０及びＹデコ
ーダ４１に入力される。

【００３０】そして、各小領域Ｓにおいて、Ｘデコーダ
４０からゲ−トに入力される信号がＯＮで、Ｙデコーダ
４１からカソード導体に入力される信号がＯＦＦの場合
に、エミッタ１９からは電子が放出される。

【００３１】本実施例では、まず選択されて電子を放出
する小領域Ｓの数を調整することにより輝度の制御を行
う。４ビットの輝度データは１６階調を表し、階調が上
がる毎に選択された小領域Ｓの数が増えていくように、
Ｘデコーダ４０及びＹデコーダ４１が出力する信号の組
み合わせが各階調毎に定められている。

【００３２】本実施例では、輝度が変化するに連れて
（階調数が変化するにつれて）、マトリクスを構成する
複数の小領域Ｓは、そのマトリクスの中央部分から隣接
部分へと徐々に選択されて（又は隣接部分から中央部分
へと徐々に選択を解かれて）階調を変えていく。従っ
て、選択された小領域はどの階調においても常に密集し
た１個の集合を構成することになる。このため、そこか
ら発生する電子ビームのスポット径は電子の放出面積に
比して常に最小となる。即ち、本実施例では実質的な電
子銃の電子発生部の直径が従来よりも小さくなり、収差
によってビーム形状に歪が生じることがなく、ビーム径
内での電子密度は均一になる。

【００３３】また、ＦＥＣ２０の各小領域Ｓにおいて
は、ゲート１７とカソード導体１５間にコンデンサが構
成されるので、電子放出のＯＮ・ＯＦＦを繰り返す際の
駆動速度には限度がある。また、かかるコンデンサの充
放電が繰り返されれば、無効電流が増加してエネルギ損
失が増大し、ＦＥＣ２０を備えた電子銃は必要とされる
駆動速度に対応できなくなってしまう。

【００３４】しかしながら、本実施例によれば、各階調
において各小領域Ｓが常に密集した１個の集合となるよ
うに選択されるため、各小領域ＳのＯＮ・ＯＦＦの繰り
返しはなるべく繰り返されないようになっている。従っ
て本実施例の電子銃はエネルギの損失か少なく比較的速
い速度で駆動できる。

【００４４】本実施例では、電界放出形陰極２０の駆動
面積を制御して輝度を制御する他に、輝度データに応じ
て生成したアナログの階調制御信号を前記電界放出形陰
極２０のゲート１７に印加することによっても輝度を制
御している。次に、このアナログ信号による輝度制御に
ついて図３を参照して説明する。

【００４５】図３に示すように、本実施例のＣＲＴ１０
に設けられた電子銃１２は、第１の輝度制御手段である
前記Ｘデコーダ４０及びＹデコーダ４１の他に、第２の
輝度制御手段として補正回路５０、Ｄ／Ａ変換回路５
１、増幅回路５２等を含む輝度制御回路を備えている。

【００４６】アナログデータとして与えられ、Ａ／Ｄ変
換回路４２によって８ビットのデジタルデータに変換さ
れた輝度データ（階調信号）は、その上位４ビットが補
正回路５０に与えられる。補正回路５０においては、Ｆ
ＥＣのゲート電圧−放出電流特性において比例関係にな
い領域のデータが補正される。

【００４７】上述したようにアナログ信号である輝度デ
ータ（階調信号）によってＦＥＣ２０からの放出電流を
制御するにあたっては、ＦＥＣ２０のゲート電圧−放出
電流特性において、直線の領域を利用する。このように
すれば、ゲート１７に与える階調制御信号の電圧レベル
とＦＥＣ２０の電子放出量を比例させることができる。
非点灯とする場合には、ゲート１７に与える階調制御信
号の電圧をスレッシュホールドレベル電圧以下（０Ｖを
含む）にする。

【００４８】図示しないＣＲＴコントローラは、階段状
の偏向電極制御信号をＣＲＴ１０の偏向電極に出力して
これを走査する。

【００４９】図３に示すように、補正回路５０で補正さ
れた輝度データは、Ｄ／Ａ変換回路５１に入力される。
Ｄ／Ａ変換回路５１は、このデジタルの階調データに対
応した電圧を有するアナログの階調制御信号を出力す
る。この階調制御信号は増幅器５２によって増幅された
後、偏向電極制御信号がＣＲＴ１０の偏向電極に与えら
れるのに同期して、Ｘデコーダ４０を介して各小領域Ｓ
のゲート１７に印加される。

【００５０】前記階調制御信号をゲート１７に与えられ
た電子銃１２においては、パネル部６の走査されている
画素ごとに、電子の放出電流即ち電子の放出量が制御さ
れて輝度が調整される。このように走査される画素ごと
に電子の放出量を制御することは、フィラメントを電子
源とした従来の電子銃では不可能である。

【００５１】本実施例によれば、８ビットの輝度データ
の上位４ビットでアナログの電圧信号による輝度制御を
行い、下位４ビットでＦＥＣ２０の電子放出面積制御に
よる輝度制御を行っている。従って、両制御の組み合わ
せによって０〜２５５までの２５６階調を表現すること
ができる。このような２種類の輝度制御の併用によれ
ば、電子放出面積制御によって階調数を増大させようと
する際の困難や、アナログ信号のみで階調制御を行う場
合に１階調あたりの電圧範囲が狭くなってノイズによる
影響が大きくなるといった問題が緩和される等、両制御
方式の問題点が互いに補完された好ましい輝度制御が実
現できる。

【００５２】

【発明の効果】以上説明したように、まず、本発明によ
れば、電子銃の電子源である電界放出形陰極を複数の小
領域Ｓに分割してマトリクス駆動し、選択した小領域Ｓ
の数によって輝度を制御している。従って本発明によれ
ば、ノイズに強く直線性に優れた任意の階調数の輝度制
御を極めて簡単な構成で実現できる等、電界放出形陰極
をＣＲＴの電子銃に応用する際の利便性を増大させ、以
て係るＣＲＴの機能性を向上させるという産業上顕著な
効果を得ることができる。さらに、本発明において、選
択された小領域Ｓが常に密集した一個の集合を構成する
ように電子銃を駆動すれば、電子ビームのスポット径が
小さく、駆動速度が速くなる。

【００５３】また、本発明は電界放出形陰極を電子源と
しているため、簡単な静電レンズを設けるだけで収差が
少なくビーム内の電子密度が均一な電子ビームが得ら
れ、またゲート・エミッタ間の制御により電子ビームの
放出を制御できるので、新たな制御電極を設ける必要も
なくコンパクトな電子銃を得ることができる。

【００５４】そして本発明によれば、前述した電界放出
形陰極の駆動面積を制御して輝度を制御する手段のみな
らず、輝度データに応じた信号を前記電界放出形陰極の
ゲートに印加することにより輝度を調整する手段を併用
して輝度制御を行っているので、両制御方法の問題点が
互いに補完され、ＦＥＣを用いた電子銃乃至係る電子銃
を備えたＣＲＴの利点が最大限に生かされるという効果
がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施例における電子銃の断面図である。

【図２】図１の部分拡大図である。

【図３】一実施例の駆動ブロック図である。

【図４】一般的な陰極線管の構造を示す断面図である。

【図５】従来の電子銃の断面図である。

【符号の説明】

４偏向電極６パネル部１０陰極線管（ＣＲＴ）１２電子銃１５カソード導体１７ゲート１９エミッタ２０電界放出形陰極（ＦＥＣ）４０第１の輝度制御手段としてのＸデコーダ４１第１の輝度制御手段としてのＹデコーダ５０第２の輝度制御手段である輝度制御回路を構成す
る補正回路５１第２の輝度制御手段である輝度制御回路を構成す
るＤ／Ａ変換回路５２第２の輝度制御手段である輝度制御回路を構成す
る増幅回路Ｓ小領域

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭63−37543（ＪＰ，Ａ) 特開平５−343000（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01J 29/48,29/04,1/30,31/12 H04N 5/68

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】カソード導体とカソード導体に設けられ
たエミッタとエミッタの近傍に設けられたゲートを有す
る電界放出形陰極が行又は列ごとにマトリクス駆動され
る行列状に配設された複数の小領域に分割されて成る電
子銃と、前記電子銃から放出された電子ビームを偏向さ
せる電子ビームの偏向電極と、電子ビームの射突によっ
て発光する蛍光体が被着されたパネル部と、前記電子銃
において各小領域のカソード導体とゲートをそれぞれ行
又は列ごとに駆動することにより電界放出形陰極の駆動
面積を制御して輝度を制御すると共に、輝度データに応
じた電圧の信号を前記偏向電極の制御信号に同期させて
前記電界放出形陰極のゲートに印加することにより輝度
を調整する輝度制御手段を有することを特徴とする陰極
線管。